ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Масляная система является эле­ментом турбоустановки, в основном определяющим ее надежную и без­аварийную работу. Значительное число аварий с турбоагрегатами (пожары, выплавление подшипни­ков, отказ в работе систем регули­рования и защиты) происходит из - за неудовлетворительной эксплуата­ции и конструктивного несовершен­ства элементов маслосистемы. Имен­но поэтому вся маслосистема в це­лом и ее отдельные элементы непре­рывно совершенствуются.

Масло в паротурбинной установ­ке участвует в системе смазки и в системе регулирования турбоагре­гата. В мощных агрегатах блочного типа масло к тому же является и смазкой для питательных насосов, и рабочей жидкостью для их гидро­муфт. В турбогенераторах с водо­родным охлаждением масло также служит для уплотнения водородной системы.

Все маслопроводы турбоагрегата можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся маслопроводы низкого давления. Это в первую очередь маслопроводы системы смазки турбоагрегата и по­дачи масла к гидромуфте питатель­ного электронасоса. К этой группе также можно отнести маслопроводы системы уплотнения генератора с водородным охлаждением. Давле­ние масла в системе смазки турбо­агрегатов не превышает 0,295 МПа (З кгс/см2), а в системе уплотнения генератора 0,392 МПа (4 кгс/см2).

Ко второй группе относятся мас­лопроводы системы регулирования и защиты турбоагрегата. В этой си­стеме масло является средой, пере­дающей регулирующий импульс, а также рабочей жидкостью гидравли­ческих сервомоторов. Максимальное давление в этой системе (без учета повышения давления при гидроуда­рах, возникающих во время динами­ческих процессов) определяется напором, создаваемым главным мас­ляным насосом. Это давление зави­сит от мощности, параметров и кон­структивных особенностей турбо­агрегата. У турбин малой и средней мощности давление главного масло - насоса составляет величину 0,49— 0,98 МПа (5—10 кгс/см2). По мере роста мощности турбоагрегата и на­чального давления пара требуется повышать давление силового масла. Это необходимо для ограничения
размеров сервомоторов и повышения быстродействия системы регулиро­вания./

В масляную систему турбоагре­гата йходят: а) система смазки; б) система регулирования и защи­ты; в) главные и вспомогательные маслонасосы; г) масляный бак; д) система охлаждения масла; е) си­стема уплотнения генератора с во­дородным охлаждением; ж) элемен­ты защиты, блокировки и контроля маслосистемы.

А) Система смазки

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-І. Схема маслоснабжения турбины с главным насосом объемного тим

/ — главный масляный иасос; 2 — редукторная передача; 3 — масляный бак; 4 — система регулирования; 5 —пружинный редуктор; 6 — маслосбрасывающнй клапан высокого давления; 7 — маслосбрасываю­щнй; клепан низкого давления; 8 — маслоохладитель; 9 — вспомогательный турбомасляный насос; 10 — обратный клапан; И — аварийный электромасляный насосг 12 - электродвигатель постоянного тока; 13 - масло к подшипникам.

При использовании в системе ре­гулирования масла система смазки снабжается маслом от главного на­соса, предварительно пропущен­ным через редукционный клапан. Регулируя натяжение пружины ре­дукционного клапана, можно менять в широких пределах давление мас­ла, поступающего на смазку. При нормальной работе турбоагрегата это давление должно поддерживать­ся на уровне, рекомендованном за­водом-изготовителем.

Система смазки имеет общую на­порную и сливную линии. Из на­порной линии масло индивидуально подводится к каждому подшипнику. Количество масла, подаваемого в подшипник, определяется темпера­турным режимом работы последнего и регулируется специальной дози­рующей шайбой, установленной на входе.

В некоторых конструкциях упор­ных подшипников дозирующие шай­бы ставят в сливных окнах вклады­ша, чтобы обеспечить )В нем избы­точное давление смазки и избежать тем самым появления вакуумных зон, снижающих несущую способ­ность подшипника. Сливные линии всех подшипников образуют общую магистраль, по которой масло само­теком сливается в грязный отсек маслобака. Такую схему смазки обычно имеют турбоагрегаты с ше­стеренчатыми или винтовыми глав­ными маслонасосами (рис. 5-1).

В системах с главными маслона­сосами центробежного типа, уста­новленными на валу турбины, пода­ча масла в подшипники производит­
ся с помощью специального инжек­тора смазки (рис. 5-2). В этих же системах маслоснабжения для соз­дания избыточного давления іво вса­сывающем патрубке главного мас - лонасоса устанавливают инжектор подпора. Оба инжектора работают от линии силового масла главного насоса. Системы смазки, подобные представленной на рис. 5-2, приме­няются для турбин мощностью до 200 МВт.

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-2. Схема маслоснабжения турбины с центробежным главным насосом.

1 — система регулирования; 2— главный масляный насос; 3 — двухпознцнонный клапан-переключатель; 4— маслоохладители; і — сливной клапан; в — реле давления масла; 7— масляный бак; 8 — инжектор системы смазки; 9 — инжектор главного масляного насоса; Ю— насос системы смазки с электродвига­телем постоянного тока; 11 — насос системы смазки с электродвигателем переменного тока; 12 — пуско­вой масляный насос.

І

Для современных мощных тур - боблоков отечественного производ­ства, у которых в системах регули­рования используются негорючие жидкости, системы смазки выполня­ются иным образом (рис. 5-3). У этих агрегатов масло в подшип­ники подается специальным центро­бежным насосом низкого давления. Этот насос снят с вала турбины и установлен возле маслобака, кото­рый в свою очередь в целях пожаро­безопасное™ отнесен к нулевой от­метке машинного зала, на достаточ­ное расстояние от турбины.

В последнее время в практике турбостроения для режима враще­ния роторов валоповоротным уст­ройством (ВПУ) находит примене­ние принцип гидростатической смаз­ки подшипников. Как известно, мас­ляный клин между шейкой вала и подшипником образуется при окруж­ной скорости не менее 1 м/с, что соответствует частоте вращения ро­тора, равной 40—50 об/мин. При меньших значениях частоты враще­ния шейка вала имеет непосред­ственный контакт с баббитовой за­ливкой вкладыша, что приводит к интенсивному износу подшипника. Для создания в подшипниках ис­кусственного смазочного слоя уста­навливаются специальные высоко­напорные вспомогательные маслона - сосы малой производительности, соз­дающие давление масла, равное 9,8—11,8 МПа (100—120 кгс/см2). При подаче масла такого давления в подшипники турбины под шейки ротор даже в неподвижном со­стоянии «всплывает», что позволяет
применять и быстроходные валопо - воротные устройства и предотвра­щать износ баббитовой заливки под­шипников при тихоходных ВПУ. При достижении ротором частоты вра­щения, при которой создается мас­ляный клин, насосы высокого давле­ния могут быть отключены.

Б) Система регулирования и защиты

Система регулирования и защи­ты образуется из узлов регулирова­ния и соответствующих маслопрово­дов. Эти элементы весьма специфич­ны для различных турбоагрегатов и отличаются большим разнообразием.

Маслопроводы этой системы в свою очередь подразделяются на силовые и импульсные.

Id

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-3. Схема маслоснабжения турбины К-300-240 JIM3.

1 — главный бак; 2— насосы смазки переменного тока; 3— насосы смазки постоянного тока; 4 — турби­на питательного насоса; 5 — питательный турбонасос; 6 — питательный электронасос; 7 — редуктор; 8 — гидромуфта; 9— электродвигатель питательного насоса; 10— доливочный бак; И — эксгаустеры; 12 — адсорберы; 13 — к центрифуге; 14 — валоповоротное устройство; 15 — аварийные емкости масла; 16 — маслоохладитель ПЭН; 17 — основные маслоохладители; 18 — ЦВД турбины; 19 — ЦСД турбины; 20 — ЦНД турбины; 21 — генератор; 22 — возбудитель; 23— регулятор подачи масла нэ гидромуфту; 24 — на всасывание маслонасосов уплотнений генератора; 25 — в бак аварийного слива; 26 — в аппаратную; 27 — от центрифуги.

Масло в силовых линиях имеет давление, равное давлению, разви­ваемому главным маслонасосом. Это давление практически постоян­но при всех режимах работы турби­ны, за исключением переходных процессов, вызванных изменением нагрузки, когда за счет кратковре­менного увеличения расхода давле­ние силового масла снижается.

Давление масла в импульсных линиях системы, регулирования пе­ременно и зависит от нагрузки и ре­жима работы паровой турбины. Это давление может меняться как авто­матически за счет работы системы регулирования, так и с помощью органов ручного управления. Все органы ручного управления имеют электрический дистанционный при­вод на главный и блочный щиты управления.

Давление в импульсных линиях системы защиты при всех рабочих режимах турбины постоянно. Изме­нение этого давления происходит только в случаях срабатывания эле­ментов защиты турбоагрегата. И эти линии имеют органы ручного управ­ления для остановки турбины.

В современных турбинах широ­кое распространение получили уст­ройства для опробования бойков автомата безопасности и периодиче­ского расхаживания их в процессе эксплуатации.

Маслопроводы этих узлов также относятся к системе защиты турбо­агрегата.

Требования, предъявляемые к си­стемам регулирования и защиты, а также вопросы эксплуатации этих систем выделены в специальную главу.

В) Главные и вспомогательные ма­сляные насосы

Главные и вспомогательные на­сосы системы регулирования и смазки турбоагрегата являются наи­более ответственными элементами маслосистемы и поэтому требуют особо тщательного контроля и на­блюдения.

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-4. Масляный бай турбины ТМЗ.

1 — маслоохладитель; 2 — переключающий «рай иижиий; 3 —обратный клапан; 4 — переключающий крав верхний; 5 — механизм переключения маслоохладителей; 6—инжекторная группа; 7— маслоуказатель. второго отсека; 8 — маслоуказатель первого отсека; 9— сетки основной очистки масла; 10— нижний до­пустимый уровень; 11 — верхний допустимый уровень; 12 — сетки предварительной очистки; 13—корпус бака; 14 — опорная балка; 15 — спускной вентиль.

Рассмотрим сначала системы с приводом главного масляного на­соса от вала турбины. Такую систе­му маслоснабжения имеют и блоч­ные установки мощностью до 200 МВт включительно. У этих агрегатов в качестве главного мас­ляного насоса могут быть примене­ны насосы как объемного, так и центробежного типа. Как показы­вает опыт эксплуатации огромного количества турбин в СССР и за ру­
бежом, такой привод главных мас­ляных насосов является наиболее надежным, так как позволяет ис­пользовать запас кинетической энер­гии в роторах агрегатов для снаб­жения подшипников маслом во вре­мя вращения по инерции.

■ Маслонасосы объемного типа (шестеренчатые и винтовые) имеют редуктор, снижающий частоту вра­щения до 700—1500 об/мин. Необхо­димость установки редуктора объяс­няется тем, что эти насосы являются тихоходными и не могут работать с частотой вращения, равной рабо­чей для современных турбин. Нали­чие редуктора уменьшает надеж­ность привода главного маслонасо­са, усложняет эксплуатацию и ремонт. Существен и другой недо­статок таких насосов. Рабочая ха­рактеристика насосов объемного ти­па такова, что подача жидкости у них не меняется при изменении внешнего сопротивления и зависит только от частоты вращения. По­добная характеристика главных масляных насосов не может обес­печивать необходимого быстродей­ствия регулирования турбин. Во время динамических процессов не­обходимое увеличение подачи масла в исполнительные органы регули­рования возможно только за счет соответствующего уменьшения по­дачи масла в подшипники. Все это и послужило причиной повсемест­ного отказа от подобных конструкций насосов в современном турбострое­нии. Единственным положительным качеством насосов объемного типа является то, что они могут подсасы­вать не только несжимаемую жид­кость (масло), но и способны соз­давать разрежение во всасывающей линии и в том случае, когда в ней находится воздух. Таким образом, насос объемного типа способен при низкой частоте вращения ротора подсасывать масло из бака и не тре­бует предварительной заливки вса­сывающей линии.

Следует отметить, что и КПД на­сосов объемного типа несколько вы­ше, чем у центробежных, однако все эти качества не позволяют этим на­сосам успешно конкурировать с бы­строходными насосами центробеж­ного типа.

Центробежный масляный насос на валу турбины может быть выпол­нен без трущихся элементов, что резко увеличивает надежность рабо­ты насоса, а следовательно, и си­стемы маслоснабжения. Кроме того, производительность центробежного насоса зависит от сопротивления на выходе, что используется в системах регулирования. Вступление в дей­ствие регулирования уменьшает ги­дравлическое сопротивление систе­мы, благодаря чему автоматически возрастает подача насоса. При этом поступление масла в систему омазки практически не снижается. На таком принципе решен вопрос быстродей­ствия гидродинамических систем ре­гулирования паровых турбин [18].

Однако у центробежных насосов, расположенных на валу турбины, явление «самовсасывания» отсут­ствует, поэтому для создания избы­точного давления во всасывающей трубе устанавливается масляный инжектор подпора, питающийся от напорной линии главного масляного насоса. Избыточное давление масла, создаваемое инжектором, препят­ствует проникновению воздуха в ме­стах выхода вала насоса из корпуса и тем самым устраняет опасность «срыва» работы насоса.

Главные масляные насосы цен­тробежного типа выполняются как одностороннего, так и двустороннего всасывания.

Насосы одностороннего всасыва­ния наиболее просты в конструктив­ном выполнении. В этом случае они выполняют функции как силового маслонасоса, так и импульсного органа (импеллера).

У мощных турбоагрегатов сило­вой маслонасос и импульсный мас - лонасос (импеллер), как правило, разделены. В крупных установках даже при наличии иного импульсно­го органа главный масляный насос выполнен двустороннего всасыва­ния. Это делается для уравновеши­вания осевых усилий маслонасоса, что очень важно при применении подвижного соединения вала насоса с валом турбины. В схемах с глав­ным маслонасосом на валу турбины питание маслом системы смазки осуществляется от главного масло­насоса через редукционный клапан или инжектор смазки.

Наряду с главным насосом в си­стеме маслоснабжения имеются вспомогательные насосы, которые включаются в работу при пусках и остановах агрегата, а также при аварии главного маслонасоса или других элементов маслоснабжения. Эти вспомогательные насосы спро­ектированы на разные давления и производительности в зависимости от того, какую функцию они выпол­няют.

Пусковой маслонасос имеет мак­симальную производительность и напор из всех вспомогательных мас­ляных насосов. В моменты пусков, когда частота вращения ротора тур­бины, а следовательно, и главного маслонасоса мала, он должен заме­щать главный масляный насос. Раз­виваемый пусковым маслонасосом напор "обычно значительно выше, чем у главного маслонасоса, так как этот насос используется для гидро­испытаний системы после монтажа или капитального ремонта.

В старых конструкциях наряду с. электрическим приводом пусковые насосы имели и паровой привод от однодисковой турбины. В более со­временных турбоустановках от паро­вого привода отказались, поскольку увеличение надежности энергоси­стем и энергоснабжения собствен­ных нужд позволяют обходиться электрическим приводом пусковых насосов.

Кроме пусковых насосов, имеют­ся аварийные насосы смазки с элек­трическим приводом, причем один из них питается от шин трансформато­ра собственных нужд, а другой имеет двигатель постоянного тока и питается от аккумуляторных бата­рей, которые постоянно находятся под зарядкой. Эти насосы включа­ются автоматически от реле давле­ния масла в системе смазки и пред­назначены для безаварийной оста­новки турбоагрегата в случае резко­го снижения давления масла, посту­пающего на смазку. Электронасос, работающий от аккумуляторных ба­тарей, позволяет 'безаварийно оста­новить турбину іпри потере напря­жения собственных нужд. Естествен­но, что этот насос должен иметь минимальную мощность, если учи­тывать малую емкость имеющихся на станции аккумуляторных батарей постоянного тока.

В турбоагрегатах отечественного производства мощностью 300 МВт и выше, как известно, главный масля­ный насос снят с вала турбины и за­менен системой насосов регулирова­ния и насосов смазки с электриче­ским приводом. Такое решение тес­но связано с расположением масля­ного бака на нулевой отметке, вдали от горячих .поверхностей турбины и паропроводов. О преимуществах та­кой компоновки более подробно бу­дет изложено в разделе, посвящен­ном масляным бакам. В данном раз­деле следует отметить, что такое ре­шение сокращает длину турбоагре­гата, что в свою очередь уменьшает пролет турбинного цеха. Кроме того, в случае разрывов маслопроводов смазки и при возникновении по этой причине пожара можно остановить электрический насос смазки и быст­ро прекратить тем самым подачу масла к месту пожара. Безаварий­ный останов турбины в этом случае осуществляется за счет аварийных емкостей масла, размещенных в крышках подшипников. При нали­чии главного масляного насоса, установленного на валу турбины, прекратить подачу масла в систему трубопроводов смазки невозможно. Перенос всех масляных насосов на нулевую отметку позволяет обеспе­чить работу каждого насоса «под заливом». Это устраняет необходи­мость в инжекторе 'подпора для цен­тробежных насосов и полностью ис­ключает возможность срыва насоса из-за подсоса воздуха.

Для большей надежности масло­снабжения блоков от масляных элек­тронасосов на каждом агрегате устанавливается по четыре насоса: два главных с двигателями пере­менного тока и два аварийных с дви­гателями постоянного тока. ЛМЗ для турбины К-300-240 в качестве главных масляных насосов исполь­зует вертикальные насосы типа 12КМ-15. Производительность каж­дого такого насоса 450 м3/4. а напор

30 м вод. ст. Приводом служит асинхронный электродвигатель А-92-4ВЗ мощностью 160 кВт. ХТГЗ для турбин К-300-240 и К-500-240 использует горизонтальные насосы типа 8НДв с производительностью по 400 м3/ч и развиваемым напором 42 м вод. ст.

Приводом к этим иасосам слу­жит асинхронный электродвигатель А-101/6М мощностью 100 кВт. В ка­честве аварийных насосов ЛМЗ ис­пользует насосы типа 12КМ-20 про­изводительностью 430 м3/ч и разви­ваемым напором 18 м вод. ст. Мощ­ность электродвигателя постоянного тока типа П-82-ВЗ 55 кВт. ХТГЗ для аналогичных турбин применяет аварийные масляные насосы типа 5НДв производительностью по 180 м3/ч и развиваемым напором

31 м вод. ст. Мощность электропри­вода типа ПН-205 34 кВт.

Для одновальных турбоагрегатов К-800-240 ЛМЗ применяет те же главные масляные насосы, что и для К-300-240, но устанавливает их по три на блок.

В работе одновременно находят­ся два насоса. Такая схема при условии, что электродвигатели рабо­тающих насосов питаются энер­гией от разных источников, более надежна.

В случае отключения одного из работающих насосов подача масла в подшипники не прекращается, а только уменьшается.

В таком случае получается схе­ма маслоснабжения с постоянно действующим резервом, где безопас­ность агрегата не зависит от авто­матики.

При параллельной работе на одну систему двух одинаковых цен­тробежных насосов суммарная пода­ча масла будет определяться сопро­тивлением сети, и она меньше сум­мы подач при раздельной работе каждого насоса иа ту же систему. В случае остановки одного из насо­сов сопротивление сети уменьшится, одновременно с этим уменьшится и напор оставшегося в работе насоса, что вызовет увеличение его подачи. В зависимости от рабочей характе­ристики насоса увеличение подачи может доходить до 30% нормаль­ной.

Если учитывать, что производи­тельность одного масляного насоса типа 12КМ-15 составляет 60—70% нормальной потребности в масле блока К-800-240, то при остановке одного насоса уменьшение подачи масла в подшипники произойдет не более чем на 20%. Это вызовет лишь понижение давления масла в системе до уровня срабатывания реле пуска резервного насоса.

Подобная схема маслоснабже­ния была проверена на блоке мощ­ностью 300 МВт [49].

Однако наряду со всеми положи­тельными свойствами электрическо­го привода масляных насосов имеет­ся и целый ряд недостатков такой компоновки, о которых обслуживаю­щий персонал должен иметь пред­ставление.

Прежде всего надежность масло­снабжения агрегата безусловно по­нижается ввиду наличия электриче­ского двигателя с его пусковыми и защитными устройствами. Потеря собственных нужд, резкие падения напряжения при коротких замыка­ниях в системе могут вызвать нару­шение нормального маслоснабжения турбоагрегата.

Недостатком является и то, что для обеспечения быстродействия во время переходных процессов необхо­димо устанавливать насос регулиро­вания с завышенной мощностью электродвигателя.

Г) Масляный бак

Масляный бак турбогенератора выполняет целый ряд функций. Яв­ляясь емкостью, необходимой для обеспечения нормальной работы си­стем регулирования и смазки, он в то же «время служит отстойником, где происходит отделение от масла воды и шлама, а также выделение находящегося в масле воздуха.

Размеры масляного бака зави­сят от типа и мощности турбоагре­гата. У мощных турбин емкость масляного бака достигает 70 м3.

Обычно емкость масляного бака связывается с производительностью главного масляного насоса. Ориен­тировочно емкость бака можно при­нять равной 4—8 мин производи­тельности главного масляного насо­са.

Емкость масляного бака опреде­ляет также кратность циркуляции масла в маслосистеме. Под кратно­стью циркуляции понимается отно­шение объемной производительности главного масляного насоса к емко­сти масляного бака.

В баках турбин более раннего выпуска кратность циркуляции не превышает 6—8, что обеспечивает достаточную длительность пребыва­ния масла в баке для его отстоя и деаэрации. В новых мощных турбо­агрегатах для уменьшения емкости масляного бака приходится идти на увеличение кратности циркуляции до 12—15. Это требует применения особых устройств и мероприятий по уменьшению обводнения и аэрации масла, о чем подробно изложено в § 5-4.

Масляные баки сравнительно не­большой емкости размещаются под полом машинного зала вблизи пе­реднего стула турбины. Такое рас­положение баков характерно для

Турбоагрегатов, имеющих главный масляный насос на валу турбины.

В масляных баках обычно раз­мещается различное оборудование маслосиегем: инжекторы подпора главных масляных насосов, инжек­торы смазки, предохранительные и редукционные клапаны, элементы защиты маслосистемы.

В ряде конструкций на крышке масляного бака располагаются вспо­могательные насосы вертикального типа и эксгаустеры, удаляющие из бака масляные пары.

Для тур бобл оков мощностью 300 МВт и выше у нас и частично за рубежом принята независимая схе­ма привода главного масляного на­соса от основного вала. При этом масляный бак выносится на нуле-

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-5. Маслоохладитель МБР-І30-165.

/ — кран-воздушник; 2 — верхняя водяная камера; 3 — фланец; 4 — мембрана; 5 —корпус; 6 — труб­ная система; 7 — гильза термометра; 8 — иижияя водяная камера: Я — прокладки; 10 — пробка; II, 12 — прокладки; А, Б — патрубки входа и вы­хода масла: В, Г — водяные патрубки.

Вую отметку машинного зала и устанавливается на некотором рас­стоянии от турбины.

При таком расположении масля­ного бака уменьшается пожароопас - ность турбоагрегата, улучшаются условия эксплуатации и ревизии ба­ка, облегчается компоновка регене­ративной схемы и трубопроводов, фундамент турбины разгружается от массы наполненного маслом ба­ка. Масляный бак находится в более благоприятных температурных усло­виях.

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-6. Схема маслоснабжения уплотнений водорода турбогенератора ТВВ-320-2. 1 — масляный бак: 2 — насос с электродвигателем постоянного тока; 3 — насосы с электродвигателями переменного тока; 4 — маслоохладитель; 5 — выход воды; в —вход воды; 7 — гидравлический затвор; 8 — регулятор давления уплотняющего масла; 9 — масло от возбудителя; 10 — сторона возбудителя; 11 — под­шипник генератора (задний); 12—регулятор давления прижимного масла; 13 — демпферный бак; 14 ~ указатель уровня масла; 15 — уплотняющие подшипники; IS — подшнпник генератора (передний); 17 — подшипник турбины; 18 — сторона турбины; /9 — центробежный вентилятор; 20 — атмосферная линия.

Новые турбины Уральского тур - бомоторного завода имеют масля­ные баки с встроенными маслоохла­дителями. Масляный бак такого ти­па изображен на рис. 5-4.

Д) Система охлаждения масла

Система охлаждения масла включает в себя маслоохладители и соответствующие трубопроводы с не­обходимой контрольно-измеритель­ной аппаратурой. Через маслоохла­дители пропускается лишь масло низкого давления, идущее на смаз­ку турбоагрегата. Это позволяет сделать маслоохладитель более про­стым по конструкции, увеличивает плотность и надежность работы си­стемы охлаждения. Давление масла всегда должно быть выше давления охлаждающей воды, чтобы исклю­чить проникновение воды в масл^> при возникновении трещин в труб­ках маслоохладителя или при нару­
шении плотности вальцовочного сое­динения трубок с трубной доской. Попадание в масло воды в больших количествах может резко ухудшить условия смазки и привести к по­вреждению подшипников.

Попадание масла в воду являет­ся меньшим злом, и оно может быть обнаружено по уменьшению уровня масла в маслобаке. В этом случае поврежденный маслоохладитель должен быть отключен и вместо не­го введен в эксплуатацию резерв­ный. Конструкция типового масло­охладителя представлена на рис. 5-5.

Е) Система уплотнения генератора с водородным охлаждением

В практике отечественного энер­гомашиностроения водородное ох­лаждение генераторов впервые бы­ло внедрено на турбогенераторах серии ТВ мощностью 100 МВт, вы­пускаемых ленинградским заводом «Электросила».

Водород в качестве агента, охлаждающего обмотки ротора и статора генератора, имеет целый ряд преимуществ по сравнению с возду­хом. Теплоемкость водорода почти в 10 раз больше, чем у воздуха, а удельный вес водорода значительно меньше.

Первое обстоятельство суще­ственно улучшает охлаждение обмо­ток ротора и статора генератора, второе — уменьшает расход мощно­сти на вентиляцию электрического генератора. Замена воздуха водоро­дом позволяет при всех прочих рав­ных условиях на 15—20% увеличить мощность генератора. Только приме­нение новых методов охлаждения (водородного, водородно-форсиро - ванного, водородно-водяного и чисто водяного) позволило создать к на­стоящему времени электрические генераторы мощностью от 200 до 1200 МВт в одном агрегате.

Однако применение водорода для охлаждения генераторов привело к значительному усложнению мас­лосистемы и ее эксплуатации. Смесь в определенных соЬтношениях (3,3—81,5%) водорода с воздухом является взрывоопасной и пожаро­опасной. Поэтому проникновение воздуха їв водородную систему или утечка водорода в атмосферу недо­пустимы. Контакт воздуха с водоро­дом возможен только в местах вы­хода вала генератора из корпуса.

Для герметизации корпуса гене­ратора применяется масляное уплот­нение. Масло, подаваемое с опреде­ленным давлением в кольцевой за­зор на концах вала генератора, слу­жит средой, изолирующей воздух от водорода. При этом масло насыща­ется воздухом и водородом. Насы­щение масла водородом особенно опасно, поскольку водород может выделяться из масла и скапливать­ся в застойных отсеках маслобака и маслосистемы. Это может приве­сти к взрывам, что уже неоднократ­но имело место в практике эксплуа­тации систем водородного охлажде­ния. Насыщение масла воздухом ме­нее опасно, но это приводит к за­грязнению водорода, что ухудшает его свойства как теплоносителя.

Поэтому в системе маслоснабже­ния уплотнений генератора обычно предусматривается система для очи­щения масла от растворенного в нем воздуха и водорода. Очистка произ­водится путем вакуумной обработки масла. Применение очистки улуч­шает качество масла и позволяет поддерживать в пределах 98—99% высокую чистоту водорода в корпу­се генератора, однако значительно усложняет всю маслосистему. По­этому в последних моделях мощных турбогенераторов стремятся за счет модернизации самих уплотнений уменьшить насыщение масла газа­ми, в особенности водородом, и от­казаться, таким образом, от масло­очистки. Подобная схема представ­лена на рис. 5-6.

Масляные уплотнения по устройству и распределению масла разделяются на два основных типа: кольцевые (осевые) и тор­цевые (радиальные). Первые наиболее про­сты в конструктивном отношении и рассчи­таны на небольшое давление водорода.

____ Z3-5

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-7. Схема уплотнения водорода коль­цевого типа.

1 — вкладыш уплотнения; 2 — корпус уплотнения; 3. 4 — кольцевые маслоподводящие каналы; 5 — вал ротора; 6 — уплотннтельный поясок; 7— коль­цевая канавка.

Рассмотрим схему кольцевого уплотне­ния. приведенную на рис. 5-7.

Вкладыш уплотнения 1 может свобод­но перемещаться в радиальном направлении в пределах зазора между вкладышем и шейкой вала. Масло, поступающее через кольцевые каналы 3 и 4 уплотняет ради-

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Альный зазор и смазывает одновременно баббитовую поверхность вкладыша. Необхо­димым условием работы масляных уплотне­ний является превышение давления уплот­няющего масла на определенную величину (0,049—0,078 МПа, или 0,5—0,8 кгс/см[1]) над давлением водорода. Под действием этой разности давлений масло сливается по ва­лу как в сторону воздуха, так и в сторону водорода.

Преимуществами уплотнений кольцево­го тнпа являются конструктивная простота, большая надежность, нечувствительность к кратковременному изменению давления масла. Однако уплотнения этого типа уме­ют большой расход масла в сторону водо­рода, что приводит к значительному насы­щению масла водородом. Кроме того, эти уплотнения не могут работать при значи­тельном давлении водорода. Применение уплотнений такого типа, как правило, тре­бует установки для дегазации масла.

В этом отношении более удачной кон­струкцией являются уплотнения торцевого типа (рис. 5-8). В этих конструкциях упор­ный вкладыш 2 прижимается пружинами 5 к выступу 4 вала. Масло, как и в предыду­щем случае, подается в середину вклады­ша, однако утечка масла в сторону водо­рода сократится за счет действия центро­бежных сил в масляной пленке, стремящих­ся направить поток масла в обратную сто­рону. Благодаря этому утечка масла в сто­рону водорода в таких конструкциях не превышает 3—4 л в минуту. В этнх же конструкциях можно без существенного увеличения утечки масла в сторону водо­рода увеличить давление масла в масляном клине и перейти на повышенное давление водорода, что еще более увеличивает ин­тенсивность охлаждения обмоток генера­тора.

Дальнейшим развитием масляных уплотнений водорода в генераторах являет­ся двухлоточная конструкция (рнс. 5-9), в которой масло, поступающее на уплотне­ние делится. на уплотняющее н прижимное

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Поточного типа.

/—сторона водорода; 2 — сторона воздуха; 3 — нейтральная зона; 4 — двухпоточный уплотняю­щий вкладыш.

Давление этих потоков масла различно и поддерживается на постоянном уровне спе­циальными регуляторами (рнс. 5-10).

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рнс. 5-Ю. Схема маслоснабжения уплотне­ния водорода двухпоточного типа.

I — регулятор давления масла на водушпой сто­роне уплотнения; 2 — расширительный бак; 3, 11 — масляные насосы воздушной стороны уплотнения; 4 — уллотннтельное кольцо; 5 — урав­нительный регулирующий клапан; 6 — масляный насос водородной стороны уплотнения-, 7 — кор­пус статора; 8 — поплавковый затвор; 9 — регуля­тор уровня воздушной стороны уплотнения; 10 — регулятор уровня водородной стороны уплот­нения.

Таблица-5-1

Давление, МПа (кгс/сма)

Допустимая утечка газа, м3/сут

Тнп турЗогшератора

Номинальное водо­рода

Уплотняющего масла

Прижимающе­го масла

ТГВ-25

0,098(1,0)

0,137-

-0,147(1,4-

-1,5)

0,0785 (0,8)

1,5

 

TBC-30

0,098(1,0)

0,137-

-0,147(1,4-

-1.5)

0,0785(0,8)

1,5

 

TB2-30-2

0,098(1,0)

0,137-

-0,147(1,4-

-1,5)

0,0785(0,8)

1,5

 

TB-50-2

0,098(1,0)

0,147(1,5)

0,147(1,5)

2,0

 

TB-60-2

0,196 (2,0)

0,245 (2,5)

0,157(1,6)

2,0

 

ТВФ-100-2

0,196(2,0)

0,245(2,5)

2,5

 

TB2-100-2

0,098(1,0)

0,167 (1,7)

0,108(1,1)

4,0

 

TB2-150-2

0,196 (2,0)

0,255-

-0,265 (2,6-

-2,7)

0,226(2,3)

5,0

 

TBB-165-2

0,294 (3,0)

0,353(3,6)

4,0

 

TBB-200-2

0,294(3,0)

0,353(3,6)

4,0

 

ТГВ-200

0,294(3,0)

0,373-

-0,383(3,8-

-3,9)

5,0

 

ТГВ-300

0,294 (3,0)

0,373

—0,383 (3>8—

-3,9)

6,0

 

ТВВ-320-2

0,294(3,0)

0,363 (3,7)

0,098(1,С)

4,0

 

Эти системы считаются более совершен­ными, поскольку здесь давление в масля­ном клине не зависит от частоты вращения, как в уплотнениях торцевого типа, и может поддерживаться на любом уровне в зави­симости от давления водорода. Примером такой системы может служить схема масля­ного уплотнения турбогенератора ТВВ-320-2.

Применение современных схем масля­ных уплотнений водорода в генераторах уже не требует специальной маслоочистки, однако н эти системы остаются достаточно сложными. Они включают в себя собствен­ные масляные насосы, регуляторы давления, имеют свою защиту и автоматику. Основной задачей последней является поддержание на заданном уровне давления масла.

В табл. 5-1 приводятся рекомендуемые величины давлений уплотняющего и при­жимающего масла в зависимости от типа генератора н давления водорода [1].

Приведенные в табл. 5-1 данные ха­рактерны как для новых турбогенераторов, так н для старых с реконструированной си­стемой уплотнений водорода.

Ж) Элементы защиты, блокировки и контроля маслосистемы

Поскольку от нормальной работы маслосистемы в первую очередь за­висит безопасность турбоагрегата, эта система имеет свою автоматиза­цию и защиту.

К средствам автоматизации прежде всего относится блокировка масляных насосов. Ввиду того, что даже кратковременный перерыв в снабжении маслом системы смазки может вызвать выплавление под­шипников, маслонасосы смазки сблокированы таким образом, чтобы включение резервного насоса произ­водилось автоматически. Импуль­сом для включения насоса является
падение давления масла в системе смазки. Импульсным органом в дан­ном случае является реле давления (РПДС).

Задача защиты систем смазки турбоагрегатов с маслоснабжением от масляных насосов с электропри­водом стоит более остро, чем для агрегатов с главным масляным на­сосом, приводимым непосредствен­но от вала турбины.

Объясняется такое положение малой инерционностью роторов мас­ляных насосов с независимым при­водом. После отключения электро­насоса падение давления масла в системе смазки происходит за 1 — 2 с. Если учесть, что реле, реаги­рующее на снижение давления, имеет определенное время срабаты­вания, а включенный в работу ре­зервный насос к тому же должен затратить некоторое время для раз­гона ротора, то может произойти перебой їв маслоснабжении под­шипников, который приведет к ава­рии. Для предотвращения этого заводами — изготовителями турбо­агрегатов разработаны системы уставок, которыми определены уровни снижения давления масла в системах смазки отдельно для включения резервных и аварийных масляных насосов, а также и для аварийного отключения агрегата.

Кроме того, дополнительно к реле давления применяются токо­вые реле, включающие в работу ре-

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-11. Схема установки аварийной емко­сти в крышке подшипника, /—подача масла в нормальны* условиях; 2 — дознрующая трубка; 3—аварийная емкость; 4 — перелив.

Зервные или аварийные маслонасосы при исчезновении тока в обмотках электродвигателей работающих мас­лонасосов. В этом случае резервные маслонасосы включаются раньше, чем срабатывает реле давления.

Для обеспечения надежной ра­боты автоматических устройств включения маслонасосов они долж­ны систематически опробоваться. Согласно ПТЭ такое опробование должно производиться 2 раза в 'Ме­сяц на работающей турбине и пе­ред каждым пуском и остановом турбоагрегата.

Однако и эти мероприятия не могут считаться достаточными для защиты "подшипников от выплавле­ния при аварийных отключениях маслонасосов системы смазки, по­скольку эти устройства в нормаль­ных условиях эксплуатации нахо­дятся в неподвижном состоянии. Отказ в их работе можно обнару­жить только в момент их вступле­ния в работу, т. е. в аварийных ре­жимах или при специальных про­верках. Систематическое опробова­ние систем защит хотя и уменьша­ет вероятность отказа в работе, но полностью исключить его не может, поэтому безаварийный останов крупной турбины при отказе в рабо­те маслонасосов является пробле­мой первостепенной важности.

У современных крупных турбо­агрегатов эта проблема решается применением дополнительных мас­ляных емкостей, из которых масло самотеком подается в подшипники при выходе из строя насосов. Эти ем­кости должны быть расположены выше оси турбоагрегата и иметь до­статочное количество масла для снабжения подшипников на все вре­мя выбега ротора машины. Чаще всего эти емкости располагаются в крышках подшипников. На рис. 5-11 приводится схема такого подшипни­ка. Количество масла, поступающе­го в подшипники при останове, должно меняться с изменением ча­стоты вращения, уменьшаясь к кон­цу выбега. Снижение уровня в ем­кости уменьшает расход масла, что примерно соответствует изменению числа оборотов, однако полного соответствия расхода и потребности масла не наблюдается.

Для устранения этого недостатка ВТИ [49] 'предложен простой спо­соб регулирования вытекающего масла. Масло из резервного объема подается в подшипник через тру­бу 2, имеющую сверления по высоте (рис. 5-11). В первый момент вре­мени, когда начинается слив масла из аварийной емкости, масло по­дается через все отверстия. По мере понижения уровня в емкости 3 ко­личество отверстий, через которое вытекает масло, уменьшается и при одновременном снижении напора расход масла сокращается. При этом за счет изменения диаметра и расположения отверстий может быть выполнен любой закон опо­рожнения емкости.

Пробные остановы турбины при выключенных насосах смазки пока­зали достоточную надежность этой системы.

На рис. 5-12 [17] приведены результаты опыта останова одной из турбин при подаче масла в под­шипники только из резервных ем­костей. В процессе останова турби­ны при подаче масла только из аварийных емкостей замерялись температуры баббитовой заливки вкладышей подшипников, измене­ние количества масла в аварийных емкостях, вакуум в конденсаторе и частота вращения ротора турбины. Как видно из графика, некоторое повышение температуры баббита вкладышей кратковременно и не превосходит допустимых величин. В отдельных случаях аварийные ем­кости размещены не в крышках подшипников, а в специальных мас­ляных бачках, расположенных на выхлопных патрубках ЦНД тур­бины. Это позволяет иметь бачки большей емкости, но приводит к появлению дополнительных масло­проводов, что усложняет конструк­цию и ее монтаж.

ЭЛЕМЕНТЫ МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОАГРЕГАТА

Рис. 5-12. Результаты опыта останова тур­бины при подаче масла в подшипники толь­ко из резервных емкостей.

Іуи ~ температура колодки упорного подшипника;

H, із, U, fs — температура баббнта опорных подшипников турбины; п — частота вращении ро­тора.

Как показывает опыт эксплуа­тации блочных турбоагрегатов К-300-240, применение резервных емкостей масла позволяет решать еще одну важную задачу по обес­печению надежной эксплуатации этих агрегатов, имеющих масляные насосы с электроприводом. Резерв­ные бачки обеспечивают безопас­ность подшипников и в момент ав­томатического переключения насо­сов смазки, даже в том случае, если переключение сопровождается глубоким провалом давления масла в системе смазки.

Весьма ответственным узлом масляной системы являются масля­ные уплотнения водородного охлаж­дения генератора. Согласно ПТЭ турбина должна быть остановлена при понижении перепада давлений «водород—масло>> ниже предельной величины. Это понижение может быть вызвано неисправностью ре­гулятора перепада давлений «во­дород— масло», а также отключе­нием или выходом из строя масло - насоса системы уплотнения генера­тора. В таком случае включается резервный маслонасос и действует аварийная сигнализация.

Для турбогенераторов мощно­стью 300 МВт и выше с целью по­вышения надежности маслоснабже­ния уплотнений генератора допол­нительно применены масляные баки, которые установлены под крановыми путями на высоте 10 м от оси машины. Этим обеспечивает­ся необходимый перепад давления «масло — водород», так как к верх­ней точке каждого бака подведена линия водорода из системы охлаж­дения генератора. Запас масла в баке рассчитан на снабжение уплот­нений в течение времени выбега ротора.

В качестве защитных органов маслосистемы следует также на­звать предохранительные клапаны, защищающие маслопроводы от рез­кого повышения давления. Это осо­бенно касается маслосистем с глав­ными насосами объемного типа, которые при отсутствии слива мо­гут создать давление практически неограниченной величины и разор­вать напорные маслопроводы.

Контроль за уровнем масла в масляном баке осуществляется с ■помощью ноплавкового указателя уровня. Последний устанавливается в маслозаборной камере и имеет звуковую и световую сигнализацию. Эта сигнализация включается при понижении уровня масла до мини­мальной отметки.

У турбогенераторов с водород­ным охлаждением генератора осо­бое внимание следует обращать на возможность проникновения водо­рода в масляный бак. Водород, скапливаясь в верхней части бака, может создать взрывоопасную смесь. В этом случае достаточно искры, чтобы произошел взрыв. Искру может вызвать замыкание электрических контактов маслоука - зательного устройства. Для предот­вращения подобных явлений необ­ходимо тщательно вентилировать маслобак с помощью эксгаустера, кроме того, необходимо все сигна­лизирующие устройства выполнить без контактов.

В современных блочных установ­ках все приборы контроля за ра­ботой маслосистемы и система управления устанавливаются на блочном щите управления, с кото­рого и осуществляется все опера­тивное управление работой масло­системы.

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

РАБОТА ТУРБИН В БЕСПАРОВОМ РЕЖИМЕ

Беспаровым режимом называет­ся работа турбоагрегата с включен­ным в сеть генератором при закры­тых стопорных и регулирующих клапанах, т. е. без пропуска пара через турбину. В этом случае гене­ратор работает в моторном …

ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Б. Э. Капелович Эксплуатация современных паротурбинных установок требует от обслуживающего персонала тщательного изучения их устройства, глу­боких знаний тех процессов, которые протекают в их отдельных узлах и элементах. Предлагаемая книга является …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.