TurboCare Sp. z o.o. Modernizacja układów przepływowych turbin parowych NC – wybrane aplikacje TC Krzysztof Kowalski Add date, & presenter’s name

ulepszanie łopatek wirnikowych łączne doświadczenie (TC+Delaval+Parsons+Westinghouse) w projektowaniu łopatek przekracza 175 lat i obejmuje zakres stosowanych prędkości obrotowych wirników od 1500 do 12 000 obr./min niezawodność ulepszanych przez TC łopatek jest lepsza od oryginalnych rozwiązań konstrukcyjnych producenta turbiny TC dotychczas przeprojektował ponad 100 typów łopatek wirnikowych i jest liderem światowym w tej dziedzinie

technologia spawania wirników firmy TurboCare unikalna technologia umożliwiająca zmianę konfiguracji układu przepływowego wirnika w celach naprawczo / modernizacyjnych tysiące udanych operacji spawania wirników w ciągu ostatnich 30 lat

historia projektu zakończonego sukcesem Uszkodzenia 6 łopatek oraz dwa awaryjne odstawienia turbiny w ciągu 6 lat Historia problemu eksploatacyjnego rok 1993 - wymuszone odstawienie turbiny rodzaj zdarzenia: uszkodzenie wrębu 2-go stopnia przyczyna awarii: korozja naprężeniowa podjęte działania: wymiana łopatek pierwszego, drugiego i trzeciego stopnia z powodu pęknięć i wżerów rok 1995 - przegląd główny (odstawienie planowe) wykryte defekty: pęknięcia na wrębach pierwszego i piątego stopnia wirnika podjęte działania: wymiana łopatek; stopień 1- z powodu wżerów i pęknięć; stopień 5 - z powodu problemu zmęczenia materiału rok 1998 - wymuszone odstawienie turbiny rodzaj zdarzenia: wypadnięcie łopatki trzeciego stopnia przyczyna awarii: zmęczenie materiału podjęte działania: odcięcie łopatek trzeciego stopnia przy podstawie – stopki łopatek pozostały na wirniku

historia projektu zakończonego sukcesem cd. rozwiązanie problemu eksploatacyjnego przez TurboCare, to kompletne przeprojektowanie układu przepływowego Uzyskane efekty: bezawaryjna praca przez ostatnie 10 lat. moc wyjściowa o 5% większa od znamionowej moc wyjściowa o 10,5% większa niż przed modernizacją dobra opinia Klienta zbudowanego wynikami modernizacji cytuję: “TurboCare zaprojektował nowy układ przepływowy, pracujący przez 10 lat bez awarii i nie wymagający większej konserwacji. Od modernizacji turbozespół był dwa razy otwierany, w celu wykonania inspekcji. Zmodernizowany układ przepływowy wykazuje jedynie śladowe zużycie. Wymiana elementów uszczelnień międzystopniowych, to jedyna wymiana jaką dokonaliśmy od momentu modernizacji.” Tim Bingley-TG Fleet Mgr-Mid America/Pacific Corp łopatka 600mm

sprzęganie łopatek - efektywny sposób tłumienia drgań znacząca poprawa efektywności tłumienie drgań łopatka wolno stojąca

przykłady pęknięć wywołanych korozją zmęczeniową korozja zmęczeniowa pęknięcia stopki łopatki problematyczna wolno stojąca łopatka korozja zmęczeniowa pęknięcia wrębów

przykład modernizacji wrębu i łopatek zmieniony materiał wrębu łopatkowego zawiera 12% Cr, co dwukrotnie polepszyło jego odporność na korozję zmęczeniową nowa obrobiona forma udoskonalonego wrębu łopatkowego zmieniona konstrukcja łopatki. Zasto-sowano łopatki tytanowe z bandażem w rezultacie osiągnięto 4-krotne zmniejszenie amplitudy drgań łopatek zmodernizowano 6 identycznych wirników, które zaliczyły dotychczas12 lat niezawodnej pracy napawanie wirnika celem utworzenia nowych wrębów

łopatki wirnikowe z przedłużonym trzonkiem Klienci Lata eksploatacji APS Palo Verde 12 Amergen-Oyster Creek 12 Dominion-Millstone 10 Constellation Energy 10 Duke Moss Landing 9 Duke Moss Landing 6 APS Four Corners 4 TVA Paradise 3 Reliant Energy 6 Ameren 4

łopatka L-0 typu ND 37/41 stwierdzony problem eksploatacyjny, to pękanie wrębów łopatkowych i łopatek, a jego przyczyna (wg oceny OEM), to korozja zmęczeniowa

łopatka L-0 typu ND 37/41 cd. zalecenia OEM: dodatkowe inspekcje i badania materiałowe krytycznych węzłów konstrukcyjnych usuwanie pęknięć na wrębach (frezowanie) przed osiągnięciem wielkości krytycznej problemy użytkownika turbiny: zwiększone ryzyko eksploatacyjne a w konsekwencji, ograniczenie dyspozycyjności maszyny (dodatkowe, wynikające z zaleceń OEM postoje inspekcyjne.

analiza metodą elementów skończonych łopatki ND 37 wniosek: łopatka jest dobrze odstrojona od rezonansu, jednak może się to zmienić w wyniku erozyjnego i korozyjnego procesu jej zużycia Korozja zmęczeniowa może, w tym przypadku, nie być przyczyną pękania, może ono być wywołane korozją naprężeniową.

koncepcja przebudowy stopnia L- 0 z łopatkami typu ND37/41 Należy stoczyć dotychczasowy wrąb łopatkowy L-0 (około 100mm promieniowo) oraz odbudować go (przez napawanie) na bazie udoskonalonego materiału o zawartości 12% chromu, co zdecydowanie zwiększy jego odporności na pękanie, zarówno wg scenariusza korozji zmęczeniowej jak i korozji naprężeniowej

koncepcja przebudowy stopnia L- 0 cd. należy odstąpić od łopatek wolno-stojących i zastosować łopatki z elementami tłumiącymi (snubbers), co pozwoli na: odstrojenie łopatek od rezonansu w szerszym zakresie obciążeń turbiny i zużycia erozyjnego ograniczenie reakcji dynamicznej nowej łopatki na siły wymuszające o 1/3 w stosunku do starej łopatki wolno stojącej ograniczenie wymuszeń zmęczeniowych, a w konsekwencji zwiększenie niezawodności zarówno łopatki jak i wrębów łopatkowych.

koncepcja przebudowy stopnia L- 0 cd. w przypadku intensywnego zużycia erozyjnego należy zastosować stelitowe osłony na krawędziach natarcia łopatek należy przekonstruować stopkę łopatki w kierunku redukcji naprężeń oraz wprowadzić ujemne naprężenia na jej powierzchni poprzez śrutowanie należy laserowo utwardzić łopatki lub zmienić ich materiał, w celu zwiększenia odporności na erozję

łopatka L-0 o podwyższonej odporności na erozję łopatka TurboCare z osłoną erozyjną typu EBW Zalety: inconelowy bufor między stelitem a materiałem rodzimym łopatki strefa wpływu ciepła poza obszarem maksymalnych naprężeń wysoka podatność na badania UD

przykład modernizacji kompletnego KNC Oryginalny KNC turbiny ZAMECH 13K215

kompletna modernizacja KNC 18

porównanie KNC przed i po modernizacji

odkuwka wału wirnika KNC Odkuwka wykonana została z materiału 27NiCrMoV15 6 Zalety: wyższa wytrzymałość na kruche pękanie wyższa odporność na korozję naprężeniową

obróbka mechaniczna wirnika

zmodernizowane łopatki wirnikowe II III 22

nowy wirnik KNC 23

inne zmiany konstrukcyjne na KNC łożyska tuleje rozprężne lewar wylot dławnice korpus zewn. 24

stacjonarne elementy układu przepływowego KNC produkcja kierownic w polskim warsztacie TurboCare 25

poprawa efektywności KNC gwarantowana sprawność wewnętrzna KNC > 85% obniżenie j.z.c. przez turbozespół > 300 kJ/kWh ~300 kJ/kWh 26

poprawa efektywności KNC zarejestrowana sprawność wewnętrzna zmodernizowanej turbiny NP = 89,0% 27

łopatki stopnia L-0 śladowa erozja krawędzi natarcia po 50.000 EOH 28

zalety prezentowanego projektu modernizacyjnego KNC Zalety projektu TurboCare na tle konkurencji: minimalny zakres interwencji w dotychczasową konstrukcję OEM najlżejszy wirnik NC < 45 ton najwyższa niezawodność / dyspozycyjność wysoka, nie zmieniająca się w długim okresie eksploatacji, sprawność wewnętrzna KNC 29

Original Manufacturer lista referencyjna modernizacje KNC turbiny ZAMECH 13K215 wykonane w Polsce IT CUSTOMER UNIT # Original Manufacturer IMPLEMENTATION DATE 1. Rybnik 4 ZAMECH 1995 2. 7 1996 3. 8 1997 4. 1 5. Jaworzno 5 6. Kozienice 7. 2 1998 8. 6 1999 9. 3 10. 2000 11. Ostroleka 12. 2002 TOTAL: 12 LP MODERNIZATIONS PERFORMED

Dziękuję za Państwa uwagę!