Вспомогательные (пусковые) и аварийные масляные насосы

Вспомогательный масляный насос предназначается для смазки подшипников и для подачи масла в систему регулирования во время пуска, остановки турбины и вращения роторов валоповоротным устройством, когда главный масляный насос не создает необходимого давления и производительности из-замалых оборотов турбины. При отсутствии специального аварийного масляного электронасоса, обеспечивающего подачу масла в систему при аварийном падении в ней давления, эту функцию также выполняет вспомогательный масляный насос. Для указанных целей применяются вспомогательные масляные насосы вертикального и горизонтального типов с паротурбинным приводом или с приводом от моторов постоянного и переменного тока.

В настоящее время у турбин новых типов в качестве вспомогательных масляных насосов устанавливаются только центробежные электронасосы с моторами переменного тока и в качестве аварийных — центробежные электронасосы с моторами постоянного тока. В случаях неисправности вспомогательного масляного электронасоса с мотором переменного тока или при потере электростанцией напряжения смазка подшипников при останове турбины будет обеспечена аварийным насосом смазки; эти насосы имеют устройства для автоматического запуска при падении давления масла в системе смазки ниже минимально допустимого.

Масляный паротурбинный насос вертикального типа (рис. 20.4, а), устанавливаемый непосредственно на крышке масляного бака, имеет одновенечную паровую турбинку, работающую на выхлоп в атмосферу и находящуюся над баком, и центробежный одноступенчатый насос, который находится под постоянным заливом, так как погружен непосредственно в масло. При ремонте турбонасоса разболчивается фланец, крепящий насос к баку, после чего турбонасос снимается целиком и ремонтируется на свободной монтажной площадке.

Вспомогательный насос должен быть безусловно надежным агрегатом, готовым к работе в любой момент эксплуатации; поэтому при разборке, помимо чистки деталей, необходимо произвести тщательный контрольный осмотр их состояния. Проверка разработки уплотнений на валу турбинки на стороне, сообщающейся с маслом, а также состояния пароотбойного кольца, должна установить невозможность попадания пара через масляный насос в масляный бак. Зазоры на диаметр между валом и втулкой парового уплотнения должны быть в пределах 0,1—0,2мм, а между валом и втулкой масляной части 0,08—0,15 мм.

Выработка направляющих подшипников турбонасоса должна быть устранена соответствующим ремонтом или сменой на новые, так как указанный дефект, если учесть большое число оборотов, при котором работает турбонасос (до 4000 об/мин}, может вызвать значительную вибрацию вала, его искривление, задевание во вращающихся деталях и выход турбонасоса из строя. Вместе с тем следует помнить, что при установке новой бронзовой втулки недостаточность зазора может вызвать заедание вала в работе.

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

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.

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 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.

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-

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.

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.

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-

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

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).

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.

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-

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.

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.

Date: 2016-02-19; view: 3579; Нарушение авторских прав