ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

МЕРОПРИЯТИЯ ПО УСКОРЕНИЮ ПУСКА ТУРБИН ВЫСОКОГО ДАВЛЕ­НИЯ

Увеличение времени пуска Мощ­ных турбин высокого давления привело к известным трудностям в их эксплуатации. В связи с этим сразу же после начала серийного производства этих агрегатов стали разрабатываться мероприятия по ускорению их пуска.

Наиболее эффективным меро­приятием такого рода является обо­грев фланцев и шпилек цилиндров высокого и среднего давления тур­бин.

Как было указано в § 2-1, основ­ным моментом, увеличивающим время пуска, является появление при нагружении турбины значитель­ной разности температур по ширине фланцев, а также возникновение большого относительного удлинения ротора. И то и другое является следствием неравномерности про­грева отдельных узлов турбоагрега­та при пуске.

Дополнительный обогрев флан­цевых соединений снаружи позволя­ет резко сократить разность темпе­ратур по ширине фланцев, между стенкой и фланцем, уменьшить от­носительное удлинение ротора ЦВД и ускорить пуск турбины. Что каса­ется обогрева фланцев ЦСД, то в ряде конструкций, где корпус ци­линдра оказывается менее массив­ным, чем ротор, обогрев фланцев может увеличить относительное со­кращение ротора ЦСД. Однако та­кое сокращение невелико и имеет место не на всех турбинах, в то время как внешний обогрев флан­цев позволяет существенно умень­шить разность температур по ши­рине фланцев ЦСД, которая в ряде случаев может достигнуть величины порядке 160—200°С.

Применение обогрева фланцевых соединений вызывает необходимость дополнительного обогрева шпилек, чтобы избежать значительной раз­ницы в температурах фланца и шпильки. Дополнительный обогрев фланцев и шпилек может быть про­изведен как паром, так и с по­мощью электрических обогревате­лей. Последний метод не нашел распространения, и в настоящее время на турбинах отечественного производства применяется только паровой обогрев. Обогрев осуще­ствляется с помощью коробов, при­варенных к наружной поверхности фланцев, по которым движется гре­ющий пар. Подвод пара к шпиль­кам на турбинах J1M3 производит­ся через углубление в плоскости го­ризонтального разъема фланцев.

На турбинах ХТГЗ и ТМЗ при­меняется несколько иная схема обо­грева. Здесь шпильки прогреваются не снаружи, а изнутри, путем по­дачи пара через центральные свер­ления, как это показано на рис. 2-15.

И тот и другой, методы имеют ряд преимуществ и недостатков. Обогрев шпи­лек снаружи приводит к одновременному местному обогреву фланцев, что благо­приятно сказывается на распределении тем-
/ — фланцы корпуса; 2 —шпилька; 3 — колпачко - вая гайка; 4 — короба для парового обогрева фланцев.

Ператур по ширине фланца и уменьшает относительное удлинение ротора ЦВД. С другой стороны, применение наружного обогрева шпилек, когда шпильки ввернуты в нижнюю половину фланца, приводит к появлению разности температур верхне­го и нижнего фланцев, вызывающей тепло­вой прогиб корпуса турбины и соответст­вующее уменьшение нижних радиальных зазоров.

При прогреве шпильки изнутри разность температур между верхним и нижним фланцем отсутствует, но при этом умень­шается эффективность прогрева фланца и появляется необходимость в более тща­тельном регулировании подачи пара на обо­грев шпилек во избежание сильного пере­грева их по сравнению с фланцами.

Проведение экспериментальных пусков с обогревом фланцевого соединения выяви­ло ряд недостатков этой системы, работаю­щей на свежем паре.

Подача свежего пара даже при самой тщательной регулировке приводит к тепло­вому удару на внешней поверхности флан­ца и прогреву его с недопустимо высокими скоростями. Кроме того, ввиду неравно­мерности прогрева корпуса изнутри по дли­не фланца наблюдается значительный тем­пературный перекос. Если в области регу­лирующей ступени по ширине фланца со­храняется положительная разность темпе­ратур (температура внутренней поверхно­сти выше температуры наружной), то в местах, плохо обогреваемых изнутри, на­пример в области переднего концевого уплотнения, имеет место значительная об­ратная разность температур, достигающая 100—1і10°С. По этой же причине резко ме­няется температурная разность между фланцем и шпилькой по длине корпуса. На участках, недостаточно обогреваемых изнутри, температура шпильки может пре­высить температуру фланца, что может привести к ослаблению затяжки шпилек и пропариванию горизонтального разъема.

В 'настоящее время разработаны мето­ды реконструкции схемы обогрева фланце­вого соединения. Прежде всего это касает­ся способа подачи греющего пара.

Вместо дросселированного свежего па­ра предлагается подавать пар из камеры регулирующей ступени или из пространст­ва между внутренним и внешним корпуса­ми ЦВД. Такое решение вопроса исключа­ет появление тепловых ударов, уменьшает температурный перекос по длине фланца, устраняет возможность перегрева фланца или шпильки. 'Кроме того, такая система обладает свойством саморегулирования: по мере увеличения нагрузки температура греющего пара и его расход автоматически увеличиваются, что находится в полном соответствии с режимом обогрева. При хо­рошо отрегулированной системе подачи па­ра на обогрев отдельных узлов действия персонала могут быть ограничены лишь включением и отключением обогрева.

Для уменьшения температурных пере­косов рекомендуется последовательное сое­динение каналов обогрева фланцев и шпи­лек, чтобы участки, находящиеся в слабо обогреваемой зоне, обогревались более хо­лодным паром. В турбинах с промперегре - вом при наличии обогрева фланцев и шпи­лек ЦСД пар для обогрева этих узлов ре­комендуется брать из линии промперегре­ва, чтобы обогрев фланцевого соединения как изнутри, так и снаружи производился паром одной температуры.

При хорошо отрегулированной системе обогрева фланцевого соеди­нения и наличии достаточного опы­та ее эксплуатации время пуска турбины из различных тепловых со­стояний за счет включения обогре­ва может быть существенно сокра­щено. Кроме того, несмотря на вы­сокую скорость прогрева и пуска турбины, разность температур по ширине фланцев при их обогреве существенно уменьшается, что практически исключает коробление

Фланцев в течение длительного сро­ка службы турбоагрегата.

На рис. 2-16 приводятся графики распределения температуры по ши­рине фланца при пусках с обогре­вом и без обогрева в загисимостн от времени [55].

При использовании систем паро­вого обогрева фланцевых соедине­ний необходимо соблюдать сле­дующие рекомендации по эксплуа­тации этого устройства:

А) допустимая разность темпе­ратур по ширине фланца не долж­на превышать 50°С;

Б) разность температур между фланцем и шпилькой допускается не больше 20°С;

В) включение обогрева фланце­вого соединения должно произво­диться при относительном удлине­нии ротора высокого давления не менее 1,0 мм. Включение обогрева при меньших значениях относитель­ного удлинения ротора недопустимо, поскольку это может привести к уменьшению входных зазоров в проточной части турбины и ак­сиальным задеваниям дисков рото­ра о диафрагмы.

Наиболее современным способом ускорения пуска мощных турбоаг­регатов является применение управ­ляющих машин и автоматов пуска.

При ручном управлении, даже при наличии большого опыта рабо­ты, обслуживающий персонал не в состоянии обеспечить пуск турбины с максимально допустимыми разно­стями температур и скоростями прогрева. Обычно из опасения пре­взойти допустимые параметры пу­ска прогрев ведется в замедленном темпе, что, впрочем, не исключает в отдельные моменты времени пре­вышения допустимых скоростей прогрева.

При автоматическом пуске все пусковые операции удается осущест­вить с максимально допустимыми скоростями прогрева и нагружения, что, естественно, сокращает время пуска.

Устройства для программирован­ного пуска турбоагрегата входят составной частью в схему современ­ных информационных и управляю­щих вычислительных машин типа «Комплекс», «М-7» и др. Все эти машины весьма дороги и недоста­точно отработаны, вследствие чего как в отечественной практике, так и за рубежом широкое распростране­ние получают всевозможные автома­ты пуска, выполняющие весьма ограниченную задачу: пуск турбо­агрегата по заранее заданной про­грамме.

Программа пуска включает в себя:

1) прогрев паропроводов, пере­пускных труб и. клапанов автомати­ческого затвора;

2) толчок ротора турбины паром и выдержка на определенных числах оборотов;

3) разворот до номинального' числа оборотов с выполнением усло­вий быстрого прохождения критиче­ских зон;

4) синхронизацию и включение генератора в сеть;

5) подъем нагрузки по заданной программе.

В процессе проведения всех опе­раций производится непрерывный контроль за температурой пара и металла в ряде точек. Эти данные обрабатываются счетно-решающим устройством автомата, которое срав­нивает полученные результаты с ве­личинами, заложенными в памяти машины. Такими величинами явля­ются допустимые разности темпера­тур и скорости повышения темпера­туры. Для определения последней величины счетно-решающее устрой­ство имеет дифференцирующий эле­мент, вычисляющий производную изменения температуры по времени.

Автомат может пускать турбину не только из холодного, но и из лю­бого горячего состояния. Для этого в памяти машины имеется необходи­мый набор программ.

Системы автоматизации пуско­вых операциії, как правило, выпол­няются по простой схеме с использо­ванием стандартных теплоизмери - тельных приборов в качестве пер­вичных датчиков. Дублирование це­пей и датчиков не предусматрива­ется. В случае выхода из строя од­ного или нескольких элементов си­стемы выполнение последующих операций по пуску задерживается и на табло - выдается световой сигнал. В этом случае можно перейти на ручное управление рядом операций с последующим подключением авто­мата. В случае необходимости мож­но полностью перейти па ручное ди­станционное управление.

Применение автоматики пускм также не исключает действия защит турбоагрегата. Опыт эксплуатации показывает, что применение систем автоматического пуска сокращает на 20—25% время пусковых опера­ций.

Для турбин неблочного типа, ра­ботающих от общей паровой маги­страли, эффективным мероприятием по ускорению пуска является пуск но блочному принципу на скользя­щих начальных параметрах пара. Для осуществления такого пуска не­обходимо, чтобы главный паропро­вод состоял из двух ниток, из кото­рых каждая имела - бы соединение со всеми - котлами и турбинами. Путем обеспаривания одной из ниток и подключения к пей пускающихся турбины и котла можно осуществить разворот турбоагрегата на скользя­щих параметрах пара. Для обеспе­чения сброса излишков пара в кон­денсатор устанавливается сбросная магистраль с охладителем пара. Подвод пара к эжекторам и на. кон­цевые уплотнения осуществляется от соседних агрегатов.