Файл: Нигматулин И.Н. Тепловые двигатели учеб. пособие.pdf

няется G m i n .

Глава 1-6.

РЕГУЛИРОВАНИЕ, З А Щ И Т А , МАСЛОСНАБЖЕНИЕ

ИКОНСТРУКЦИЯ К О Н Д Е Н С А Ц И О Н Н Ы Х ТУРБИН

§ 1-24. Регулирование турбин

Механическая работа вращения вала турбины превращается в электрическую энергию в генераторе и от его зажимов передается потребителю. Таким образом, изменению нагрузки на зажимах гене­ ратора должно соответствовать определенное изменение механичес­ кой работы на валу турбины.

Турбина должна устойчиво работать на всем диапазоне изменения нагрузок от холостого хода до максимальной мощности. Так как между любой мощностью на валу турбины и расходом пара устанавливается вполне определенное соотношение, то изменение нагрузки на валу должно вызывать соответствующее изменение расхода пара через тур­ бину при сохранении его расчетных параметров. При установившейся нагрузке турбины между расходом и вращающим моментом на валу поддерживается постоянное соотношение. При изменении нагрузки турбины возникает несоответствие между вращающим моментом и расходом пара, что приводит к изменению числа оборотов ротора. Число оборотов турбины будет изменяться до тех пор, пока не придут в действие органы регулирования, изменяющие расход пара через турбину, и пока не установится нужное соответствие нагрузки и вра­ щающего момента.

Общий вид уравнения моментов для роторов турбогенератора мож­ но записать в таком виде:

где Ме— вращающий момент на муфте турбины, Н-м; Мэ— электри­ ческий момент на зажимах генератора, Н-м; Мп— тормозящий момент из-за потерь в подшипниках и тепловых потерь в генераторе, Н-м; Ут , / г — моменты инерции роторов соответственно турбины и генера­ тора, Н-м-с2 ; da/dt— угловое ускорение роторов (da — бесконечно малое приращение угловой скорости), 1/с2.

При установившемся режиме работы турбины (постоянное число

83

где Ne— эффективная мощность на муфте турбины, кВт; N3 — элек­ трическая полезная мощность, снимаемая с зажимов генератора, кВт; N„— потери мощности в подшипниках и тепловые потери в генера­ торе, кВт.

Вал турбины

ротов турбогенератора растет. Таким образом, любое изменение внеш­ ней нагрузки сопровождается изменением числа оборотов турбины (скорости вращения роторов). Задачей скоростного регулирования является автоматическое восстановление равенства (1-155) при любых изменениях нагрузки N3.

В турбинах с автоматическим регулированием органы парораспре­ деления связаны с регулятором числа оборотов турбины, т. е. с регу­ лятором скорости. Передача импульса от изменения числа оборотов турбины к распределительным органам осуществляется различными способами. Управление органами парораспределения обычно осуще­ ствляется регулятором числа оборотов, действие которого основано на

84

увеличении числа оборотов турбины грузы т регулятора под действи­ ем центробежных сил расходятся, перемещаясь по дуге радиуса АО на расстояние zt . Муфта регулятора при этом перемещается вверх из точки с в точку Ci на величину z. При понижении числа оборотов, на­ оборот, грузы регулятора сближаются и муфта опускается вниз. Пе­ ремещение муфты центробежного регулятора используется для изме­ нения количества поступающего в турбину пара, т. е. для изменения мощности турбины.

Регулятор числа оборотов приводится в движение от вала турбины зубчатой передачей. Импульс от этого регулятора к регулирую­ щим клапанам может передаваться при помощи механических связей (системы рычагов) или посредством гидравлического воздействия (дав­ лением масла). Принцип действия гидродинамических регуляторов, уже получивших значительное распространение, основан на пропор­ циональности давления масла, которое нагнетается центробежным насосом, расположенным на валу, квадрату числа оборотов турбины.

При установившемся режиме работы турбины поршень 8 сервомотора 7 находится в среднем положении. Диски 2 и 3 золотника перекрывают полости поршня, соединяющие его корпус с полостями сервомотора 7. Регулирующий клапан 9 при этом условии находится в фиксирован­ ном положении. Перемещение муфты 5 центробежного регулятора 6 вызывает перемещение дисков 2 и 3. В зависимости от их перемещения

и ее мощность. Одновременно масло из полости Ki стекает через зо­ лотник на слив. Поступление масла в полость Ki вызывает открытие клапана 9 , увеличение расхода пара и повышение мощности турбины,

в средней камере золотника Ко- Перестановочная сила для открытия клапана 9 будет зависеть от размеров поршня 8 сервомотора 7 и дав­ ления масла. Давление масла в системе регулирования принимается обычно 4-=-8 бар. В современных турбинах применяют и более вы­ сокое давление, достигающее 12 4- 20 бар.

Рассмотрим пример действия схемы регулирования при пониже­ нии нагрузки турбины. При уменьшении нагрузки число оборотов вала турбины возрастает. Грузы регулятора, приводимые во вращение через передачу 1, расходятся, и муфта 5 поднимается вверх, переме-

85

щая вверх шарнир Ь, связанный с поршнем золотника, относительно неподвижного в этот момент шарнира с рычага ас. Полость К серво­ мотора соединяется с камерой золотника Ко- Масло под давлением поступает в полость К, и клапан 9 начинает прикрываться. Масло из полости Ki через нижний канал идет на слив. При этом шарнир с рычага ас опускается вниз теперь уже относительно неподвижного

Гайка для регу­ лирования натя­ жения пружины

шарнира а, увлекая за собой поршень золотника. Как только диски 2 и 3 снова займут среднее положение, поступление масла в полость К прекратится и регулирующий клапан 9 займет новое положение. Рас­ ход пара через турбину, а соответственно и мощность уменьшатся. Число оборотов вала турбины несколько возрастет. Рычаг ас на­ зывается рычагом обратной связи, так как с его помощью всегда вос­ станавливается среднее положение поршня золотника.

86

Схема регулирования с поворотным сервомотором. В турбинах с сопловым регулированием часто применяются поворотные серво­ моторы. Схема регулирования с поворотным сервомотором представ­ лена на рис. 1-41. Масло по выходе из масляного зубчатого насоса разветвляется на два потока: под давлением 4,9 бар (маслопровод / ) оно поступает в систему регулирования через золотник сервомотора,

Рис . 1-42. Схема регулирования с гидравличес­ кими связями

а через редукционный клапан, понижающий давление до 1,36 бар, по маслопроводу 2 направляется к подшипникам. При поступлении масла к сервомотору крыльчатый поршень совершает вращательное движение относительно оси сервомотора. На валу сервомотора за­ креплен специально спрофилированный кулачок, поворот которого и обеспечивает открытие или закрытие регулирующего (группового) клапана. Поршень сервомотора поворачивается под давлением масла, распределяемого золотником. Возвращается золотник в среднее положение по окончании процесса регулирования при помощи кулач­ ковой улитки, действующей на рычаг регулятора через рычажную обратную связь.

Закрепление на валу сервомотора нескольких кулачков со спе­ циальными профилями по числу регулирующих клапанов дает воз­ можность обеспечить нужную последовательность их открытия при возрастании нагрузки и закрытия при понижении нагрузки турбины.

87

Схема регулирования с гидравлической передачей. В схемах ре­ гулирования с гидравлической передачей отсутствуют рычажные связи (рис. 1-42). С муфтой центробежного регулятора 5, приводимого в движение через передачу 4, жестко связан золотник 8 с косым или прямым срезом. При изменении числа оборотов турбины золотник 8 перемещается вниз или вверх, увеличивая или уменьшая сечение окна в буксе 7 для слива масла через трубку 6. В связи с этим давление масла под поршнем 10 сервомотора с проточным золотником понижает­ ся или возрастает, а регулирующий клапан 12 соответственно прикры­ вается или открывается. Масло к зубчатому насосу 3 поступает из бака 2 через сетку и приемный маслопровод 1. По выходе из насоса 3 масло поступает в систему регулирования через установочный кла­ пан И, а в систему смазки —через ограничительную диафрагму 14. Масло, поступающее в систему регулирования, разветвляется на два потока: один поступает на слив через окно в буксе 7, а другой — под поршень сервомотора, сливаясь затем через второй установочный клапан П. Положение обоих установочных клапанов 11 фиксируется при настройке работы регулирования. На нагнетательном маслопро­ воде установлен предохранительный клапан 13, стравливающий часть масла на слив к подшипникам через дроссель 14 при избыточном дав­ лении. Пружина 9 регулирующего клапана 12 находится в сжатом положении и всегда стремится закрыть его. Открывается клапан 12 под давлением масла, преодолевающего силу сжатия пружины. Дав­ ление масла под поршнем 10изменяется при изменении нагрузки, числа оборотов турбины, что и обеспечивает работу регулирующего клапана.

Рассмотрим действие системы регулирования при увеличении на­ грузки турбины. В этом случае муфта центробежного регулятора и золотник 8 переместятся вверх. Сечение для слива масла в буксе 7 уменьшится. Давление масла под поршнем 10 возрастет и клапан 12 приоткроется. Расход пара через турбину и ее мощность увеличатся.

Такая схема регулирования применяется фирмой «Броун-Бовери».

можно осуществлять, устанавливая соответствующее число регули­ рующих клапанов, на поршни которых действуют пружины с различ­ ной жесткостью. Жесткость пружин рассчитывается так, чтобы при изменении нагрузки обеспечить последовательное открытие или за­ крытие регулирующих клапанов. Основным преимуществом регу­ лирования турбин с гидравлическими связями является отсутствие рычажных сочленений, а значит и трения, ухудшающего работу ре­ гулирования.

Схема гидродинамического регулирования конденсационных тур­ бин КТЗ. На переднем конце ротора турбины закреплен главный центробежный масляный насос 4, который одновременно является насосом и регулятором (рис. 1-43). Из масляного бака 3 инжектором 2 масло подается в систему смазки подшипников, к которым посту­ пает масло и из системы регулирования по сливной линии 9. Из слив­ ной линии 9 оно может поступать к насосу-регулятору 4. Верхняя

88