Науково-технічні засади підтримки конкурентоспроможності турбогенераторів і забезпечення їхньої ефективної роботи при тривалій експлуатації
Creators: name: Володимирівна, Шевченко Валентина
Publisher: name: Zenodo
Year: 2020
Subjects: турбогенератор
електроенергетика
циклічність розвитку
тривала експлуатація
конкурентоспроможність
енерго- і ресурсозбереження
енергоефективна технологія
система контролю і діагностики
підвищення потужності
масогабаритні показники
екологічна безпека
людський фактор
электроэнергетика
цикличность развития
длительная эксплуатация
конкурентоспособность
энерго- и ресурсосбережение
энергоэффективная технология
система контроля и диагностики
повышение мощности
массогабаритные показатели
экологическая безопасность
человеческий фактор
turbogenerator (TG)
electric power industry
cyclical development
long-term operation
competitiveness
energy and resource saving
energy efficient technology
monitoring and diagnostic system
power increase
weight and size indicators
ecological safety
human factor

description: <strong>Українською:</strong> [Шевченко В.В. Науково-технічні засади підтримки конкурентоспроможності турбогенераторів і забезпечення їхньої ефективної роботи при тривалій експлуатації. Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук. Спеціальність 05.09.01 – Електричні машини і апарати. Кафедра електричних машин Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2020. 44 с. https://doi.org/10.5281/zenodo.4116340] Дисертація присвячена науково-прикладної проблеми забезпечення надійної роботи сучасних ТГ на блоках ТЕС і АЕС, дослідженню особливостей роботи ТГ, які протягом тривалого часу перебувають в експлуатації, продовженню термінів їх експлуатації, підвищенню конкурентоспроможності нових ТГ на світовому ринку. Розроблені наукові концепції, що підтверджують перспективність виконання робіт з вдосконалення ТГ з урахуванням загальносвітових екологічних проблем, активного розвитку і значною державної підтримки відновлюваних джерел енергії. З використанням теорії циклічного розвитку встановлено, що для України є перспективним стабілізаційнестагнаційний сценарій, який передбачає подальше вдосконалення і розвиток теплової електроенергетики (ТЕС і АЕС), вдосконалення і підвищення потужності ТГ. Проведено комплекс досліджень щодо вдосконалення ТГ: підвищення потужності в одиниці виконання, зниження їх масогабаритних показників, вдосконалення систем охолодження, використання нових технологій і матеріалів. Складена структурно-логічна схема виконання робіт з підтримки науково-технічної конкурентоспроможності вітчизняних ТГ з урахуванням технічного рівня заводу-виробника і технічних можливостей супутніх галузей в напрямках зменшення питомої маси ТГ, заміни водневої системи охолодження на повітряну, збільшення потужності нових ТГ в одиниці виконання і потужності ТГ, що вже працюють на блоках електростанцій, без зміни габаритів. Доведена необхідність під час визначення черговості включення ТГ в енергосистему враховувати не тільки собівартість електроенергії, але і дані їх стану, а також те, що підтримувати номінальні параметри енергосистеми України доцільно турбогенераторами потужністю 200-300 МВт, встановленими на ТЕС, і використання для такого регулювання турбогенераторів АЕС неприпустимо. Виконано порівняння і показано наскільки і чому вітчизняні ТГ поступаються за питомою масою ТГ провідних світових фірм, чому вони важче зарубіжних аналогів. Вирішення цих питань дозволяє підвищити надійність ТГ, які тривалий час в експлуатації, і дозволяє впроваджувати перспективні рішення для підтримки конкурентоспроможності вітчизняних ТГ на світовому ринку. Запропонована методика комплексного системного контролю стану ТГ в період тривалої експлуатації з урахуванням особливостей режимів роботи енергетичних мереж і переході до проведення ремонтів по фактичному стану, а не за графіком плановопопереджувальних ремонтів. Запропоновані і обґрунтовані напрями зниження масогабаритних показників ТГ шляхом використання більш перспективних технологій, стандартних профілів і нових матеріалів при проведенні робіт з вдосконалення їх неактивної зони. Проаналізоване розвиток, стан і перспективи підвищення надійності систем охолодження, запропоновані напрями створення і діагностики сучасних охолоджувачів. Розроблено та науково обґрунтований метод контролю стану ТГ в режимі on-line, запропоновано вважати найбільш інформативним показником рівень вібрації, що скорочує необхідну додаткову кількість каналів контролю і знижує навантаження на операторів блоків електростанцій. Отримані в роботі наукові результати базуються на експериментальних даних, що були отримані при сервісному обслуговуванні і проведенні ремонтів ТГ на блоках електростанцій України та інших країн. Розглянуті проблеми і запропоновані напрямки поліпшення професійної підготовки робітників ТЕС і АЕС, визначені шляхи підвищення їхньої економічної зацікавленості для утримання в національній електроенергетиці. <strong>Ключові слова: </strong>турбогенератор, електроенергетика, циклічність розвитку, тривала експлуатація, конкурентоспроможність, енерго- і ресурсозбереження, енергоефективна технологія, система контролю і діагностики, підвищення потужності, масогабаритні показники, екологічна безпека, людський фактор.<br> <strong>На русском:</strong> [Шевченко В.В. Научно-технические основы поддержания конкурентоспособности турбогенераторов и обеспечение их эффективной работы при длительной эксплуатации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Специальность 05.09.01 – Электрические машины и аппараты. Кафедра электрических машин Национального технического университета «Харьковский политехнический институт», Харьков, 2020. 44 с. https://doi.org/10.5281/zenodo.4116340] Диссертация посвящена научно-прикладной проблеме обеспечения надежной работы современных ТГ на блоках ТЭС и АЭС, исследованиям особенностей работы ТГ, которые долго находятся в эксплуатации, продлению сроков их эксплуатации, повышению конкурентоспособности новых ТГ на мировом рынке. Разработаны технические и технологические мероприятий по повышению энергоэффективности новых ТГ и ТГ, которые длительное время находятся в эксплуатации, обеспечению их эффективной работы при длительной эксплуатации с учетом особенностей работы на современную энергосистему, по поддержке научно-технической конкурентоспособности новых ТГ. Разработаны научные концепции, подтверждающие перспективность выполнения работ по совершенствованию ТГ с учетом общемировых экологических проблем, активного развития и значительной государственной поддержки возобновляемых источников энергии. С использованием теории циклического развития установлено, что для Украины возможен и перспективен стабилизационно-стагнационный сценарий, при котором предполагается дальнейшее совершенствования и развитие тепловой электроэнергетики (ТЭС и АЭС), совершенствование и повышение мощности ТГ. Дано обоснованное подтверждение перспективности исследований ТГ, как основных источников электроэнергии в отечественной энергосистеме в настоящее время и еще достаточно долго в будущем. Установлено, что необходимость проведения работ по совершенствованию ТГ повышается с развитием рыночных отношений в электроэнергетике. Проведен комплекс исследований по совершенствованию ТГ: повышение мощности в единице исполнения, снижение их массогабаритных показателей, совершенствование систем охлаждения, использование новых технологий и материалов. Составлена структурно-логическая схема выполнения работ по поддержке научно-технической конкурентоспособности отечественных ТГ с учетом технического уровня заводаизготовителя и технических возможностей сопутствующих отраслей в направлениях уменьшения удельной массы ТГ, замены водородной системы охлаждения на воздушную, увеличение мощности новых ТГ в единице исполнения и мощности ТГ, уже работающих на блоках электростанций, без изменения габаритов. Доказана необходимость при определении очередности включения ТГ в энергосистему учитывать не только себестоимость электроэнергии, но и данные по их состояния, а также то, что поддерживать номинальные параметры энергосистемы Украины целесообразно турбогенераторами мощностью 200-300 МВт, установленными на ТЭС, и использование для такого регулирования турбогенераторов АЭС недопустимо. Выполнено сравнение и показанонасколько и почему отечественные ТГ уступают по удельной массе ТГ ведущих мировых фирм, почему они тяжелее зарубежных аналогов. Предложено для уменьшения этого показателя использовать максимально возможную унификацию элементов и узлов ТГ, стандартные профили, современные материалы и технологии. Сделан вывод, что при выполнении работ по уменьшению удельной массы отдельных элементов ТГ, наиболее перспективным является геометрическое моделирование с использованием возможностей современных компьютерных технологий и системного подхода. Предложено, как показатель технического совершенства производства ТГ, использовать общий коэффициент технологической оснащенности и частичные КТО из разных видов технологической оснастки. Доказано, что значение КТО является показателем, позволяющим сравнивать технический уровень отечественных предприятий турбогенераторобудування с предприятиями других стран, предложена методика расчета показателей динамики прироста комплексного показателя унификации, подтверждающий действенность выполненных приемов по снижению удельной массы ТГ. Предложены и обоснованы направления снижения массогабаритных показателей ТГ за счет совершенствования их неактивной зоны путем использования более перспективных технологий, стандартных профилей и новых материалов. Выполнено сравнение массовых показателей корпусов ТГ с водородным и воздушным охлаждением, предложенные изменения в конструкции неактивной зоны ТГ при переходе к воздушному охлаждению. Составлена схема проектирования ТГ с воздушным охлаждением при обеспечении требования снижения массогабаритных параметров ТГ по четырем основным направлениям: техническое, управленческоекадровое, материально-снабженческое и технологическое, - которые следует учитывать при снижении массогабаритных показателей ТГ. Предложена методика механического расчета элементов и узлов ТГ, для которых планируются изменения при снижении удельного веса. С использованием этой методики проведения выбор рациональных форм стандартных профилей для элементов конструкции ТГ при сложных нагрузках. Предложено считать критерием допустимого снижения сечений элементов конструкций неактивной зоны ТГ удельный момент сопротивления при воздействии нормальных и касательных напряжений (при расчетах использовалась гипотеза плоских сечений Бернулли и теория естественно закрученных стержней Кирхгофа-Клебша). Предложено использовать для нагруженных элементов неактивной зоны ТГ композиционные материалы. Показана возможность повышения мощности ТГ от 300 до 500 МВт без изменения габаритов; установлено на сколько суммарные масса, стоимость и потери мощности нескольких ТГ больше массы, стоимости и потерь мощности одного ТГ той же суммарной мощности (в 4 m , где m – количество ТГ меньшей мощности). Без создания физической модели, с помощью моделирования с использованием компьютерных программ получены данные теплового и механического состояния модернизированных элементов ТГ; проведено исследование влияния скорости изменения нагрузки на степень деформации стержней обмоток и на состояние изоляции установлена допустимая скорость повышения нагрузки ТГ. Рассчитан перепад температуры по толщине изоляции ТГ, определено влияние этого перепада на надежность изоляции. Это позволило утверждать, что увеличение мощности ТГ за счет повышения напряжения более, чем до 27 кВ, при использовании современных видов изоляции бесперспективно. Предложена методика расчета дополнительных сил, действующих между листами шихтованного сердечника статора. Сделан вывод, что эти дополнительные силы могут объяснить разрушениях не только торцевых, но и центральных пакетов сердечника. Исследовано влияние состояния шихтованными сердечников, схемы их сборки, уровня и качества опрессовки на эксплуатационную надежность и долговечность ТГ; предложена методика вычисления относительного скольжения листов, оценки влияния износостойкости лакового покрытия на длительность эксплуатации. Составлена программа проведения диагностики и ремонта газоохладителей на блоках ТЭС и причины отказа новых охладителей. Предложена методика расчета распределения температуры по теплообменной поверхности трубок охладителя и интенсивности теплоотвода в зависимости от количества трубок, их вида, компоновки и количества ходов. Предложена методика комплексного системного контроля состояния ТГ в период длительной эксплуатации с учетом особенностей режимов работы энергетических сетей и при переходе к проведению ремонтов по фактическому состоянию, а не по графику плановопредупредительных ремонтов. Проанализировано развитие, состояние и перспективы повышения надежности систем охлаждения, предложены направления создания и диагностики современных охладителей. Разработан и научно обоснован метод контроля состояния ТГ в режиме on-line, предложено считать наиболее информативным показателем уровень вибрации, что сокращает необходимое дополнительное количество каналов контроля и снижает нагрузку на операторов блоков электростанций, что наиболее важно в период перехода к обслуживанию по фактическому состоянию. Полученные в работе научные результаты базируются на экспериментальных данных, полученных при сервисном обслуживании и проведении ремонтов ТГ на блоках электростанций Украины и других стран. Проведены исследования влияния «человеческого фактора» на надежность работы ТГ. Доказана необходимость расширения программы профессиональной подготовки и переподготовки персонала станций, определены пути повышения их экономической заинтересованности для удержания в национальной электроэнергетике. Показано, что к причинам отставания от зарубежных фирм, кроме устаревших технологий, следует отнести отсутствие финансирования исследований новой техники и поддержки научных проектов; низкий уровень финансирования и профессиональной направленности образовательных программ.<br> <strong>Ключевые слова: </strong>турбогенератор, электроэнергетика, цикличность развития, длительная эксплуатация, конкурентоспособность, энерго- и ресурсосбережение, энергоэффективная технология, система контроля и диагностики, повышение мощности, массогабаритные показатели, экологическая безопасность, человеческий фактор. <strong>In English: </strong>[Shevchenko V.V. Scientific and Technical Fundamentals of Maintaining the Competitiveness of Turbogenerators and Ensuring their Efficiency During Long-term Operation. Abstract of the thesis is submitted for the academic degree of doctor of technical sciences. Specialty 05.09.01 – Electrical machines and apparatuses. Department of Electrical Machines of National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkov, 2020. 44 p. https://doi.org/10.5281/zenodo.4116340] The dissertation is devoted to the scientific and applied problem of ensuring reliable operation of modern turbogenerators (TG) at thermal and nuclear power plants (TPP and NPP) units, research of TG features, which are in operation for a long time, extension of their operation, increasing the competitiveness of new TG on the world market. Scientific concepts have been developed that confirm the prospects for the implementation of work to improve TG, taking into account global environmental problems, active development and significant government support for renewable energy sources. Using the theory of cyclical development, it is established that for Ukraine is a promising stabilization and stagnation scenario, which provides for further improvement and development of thermal power plants (TPP and NPP), improvement and increase of TG capacity. A set of studies was carried out to improve the TG: increase of capacity in unit of execution, decrease in their mass and size indicators, improvement of cooling systems, use of new technologies and materials. Taking into account the technical level of the manufacturer and the technical capabilities of related industries, a structural and logical scheme of work to maintain scientific and technical competitiveness of domestic TGs was drawn up. The research was performed to reduce the specific weight of TG, to replace the hydrogen cooling system with air, to increase the capacity of new TG and TG already operating at power plants. At the same time there was a requirement to preserve the dimensions.<br> Proven need to take into account not only the cost of electricity, but also data on their condition in determining the order of inclusion of TG in the power system. It is proved that it is expedient to maintain the nominal parameters of the power system of Ukraine with turbogenerators with a capacity of 200-300 MW, which are installed at thermal power plants. The use of NPP turbogenerators for such regulation is unacceptable. A comparison is made and it is shown to what extent and why domestic turbogenerators are inferior in specific weight to TGs of the world's leading companies, why they are heavier than foreign counterparts. The decision of these questions allows to increase TG reliability which are in operation for a long time, allows to implement perspective decisions for maintenance of competitiveness of domestic TGs in the world market. A method of complex system monitoring of turbogenerators, which have been operating at power plants for a long time, was proposed. The method took into account the peculiarities of the turbogenerators on the modern power grid and the transition to repairs on the actual condition, rather than on the schedule of planned and preventive repairs. The directions of reduction of mass-dimensional indicators of turbogenerators by means of improvement of their inactive zone are offered and proved. To do this, it is proposed to use more promising technologies, standard profiles and new materials. The development, condition and prospects of increase of reliability of cooling systems are analyzed; the directions of creation and diagnostics of modern coolers are offered. Developed and scientifically substantiated method of monitoring the state of TG in the on-line mode; it is proposed to consider the level of vibration as the most informative indicator; this reduces the required additional number of control channels and reduces the load on power plant operators. The scientific results obtained in this work are based on experimental data obtained during service and repairs of turbogenerators at power plants in Ukraine and other countries. Problems are considered and directions of improvement of professional training of workers of TPP and NPP are offered, ways of increase of their economic interest for maintenance in the national electric power industry are defined. <strong>Keywords:</strong> turbogenerator, electric power industry, cyclical development, long-term operation, competitiveness, energy and resource saving, energy efficient technology, monitoring and diagnostic system, power increase, weight and size indicators, ecological safety, human factor.