Файл: Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.07.2024
Просмотров: 133
Скачиваний: 0
вызвать коробление горизонтального разъема корпуса, нару шение его плотности и пропаривание.
Рекомендуется вести прогрев с такой скоростью, чтобы температурные градиенты по ширине фланца не превы шали 60° С.
В современных мощных турбинах высокого давления пре дусмотрен паровой обогрев фланцев и шпилек, выравниваю щий температуру по ширине фланца и позволяющий ускорить прогрев машины.
Градиент в 60° С при паровом подогреве фланцев эквива лентен перепаду в 160—180°С при отсутствии такого подо грева. Так как температурный перепад пропорционален ско рости повышения температуры, это означает, что введение па рового обогрева фланцев ускоряет прогрев корпуса турбины почти втрое.
Поскольку обогрев фланцев является очень эффективным средством, быстро изменяющим их температуру и одновремен но влияющим на относительное удлинение ротора, следует пользоваться им очень осторожно, чтобы при неправильном обогреве не вызвать задеваний в уплотнениях, недопустимых напряжений в шпильках и даже коробления горизонтального разъема машины.
Шпильки. Отставание прогрева шпилек от фланцев вызы вает растягивающие напряжения в шпильках, которые накла дываются на напряжения холодной затяжки и могут привести к их обрыву.
Допускаемый температурный перепад между фланцами и шпильками зависит от их конструкции и материала и колеб лется для большинства типов турбин между 25 и 40° С.
Паровой обогрев фланцев и шпилек помогает удержать температурный перепад шпилька — фланец в этих безопасных пределах при ускоренном прогреве турбины.
Для парового обогрева фланцев и шпилек применяются самые различные способы. Наибольшее распространение среди других получил способ внутреннего парового обогрева, при котором греющий пар, отбираемый из камеры регулирую щей ступени, подается в каналы, высверленные в толще флан цев и огибающие шпильки. Сброс пара производится в кон денсатор турбины. Регулируя количество греющего пара, управляют нагревом фланцев так, чтобы температурные гра диенты по их ширине не превосходили допускаемых значе ний.
Корпус ЦСД. Температурные напряжения в корпусе ЦСД невелики и не превосходят 10 кгс/мм2. Исключение составляет зона перехода от торообразной паровпускной части к ци линдрической, где не только при пусках, но и при установив-
70
щихся режимах напряжения могут превышать предел теку чести стали.
Разность температур Д^фл по ширине фланца ЦСД явля ется одним из основных критериев, ограничивающих скорость нагружения турбины при пуске из холодного состояния. Пре дельная разность Д/фл может быть определена из выражения
°фл = = ~ 2 ~ е^^^ ф Л 1
если задаться осевым температурным напряжением на внут ренней поверхности фланца
_ |
__ |
атек |
• |
с фл |
— |
] 5 |
|
В этом случае |
|
|
|
w |
|
= |
100° c - |
Разность средних температур стенки корпуса ЦСД и флан ца в 100° С вызывает дополнительные меридиональные напря
жения сжатия в торообразной |
паровпускной части ЦСД в |
10 кгс/мм2. В других зонах эти |
дополнительные напряжения |
значительно ниже. |
|
Вышеприведенное показывает, что возможность появления |
|
пластических деформаций во фланцах ЦСД при пусках тур |
бины вполне реальна. В действительности напряжения могут быть еще выше из-за защемления фланца стенкой корпуса, что и объясняет многочисленные случаи коробления корпусов паровых турбин при пусках, вызывающие затем пропаривание горизонтального разъема цилиндров, в некоторых случаях сквозное.
Выгиб цилиндра турбины вверх объясняется теми же причи нами, что и выгиб барабана котла в период его растопки: не одинаковыми температурами верха и низа цилиндра из-за разных условий их охлаждения. Выгиб цилиндра турбины опасен тем, что при этом могут быть «выбраны» радиальные зазоры и начнется задевание вращающихся частей о непо движные.
Наибольшие разности температур верха и низа цилиндра имеют место при охлаждении турбины при ее остановке. Во время пускового прогрева эти разности, а следовательно, и эксцентриситет оси цилиндра меньше.
На рис. 51 приведены диаграммы изменения температуры верха и низа одной турбины при ее остановке и последующем пуске и нагружении. Как можно видеть, максимальная раз ность температур верха и низа корпуса турбины наступила в этом случае приблизительно через 5 часов после ее оста новки.
71
Так как каждые 10° С разности температур верха и низа соответствуют эксцентриситету оси цилиндра в 0,1 мм, а мини мальный радиальный зазор в лабиринтных уплотнениях равен 0,8 мм, то очевидно, что предельно допускаемая разность тем ператур верха и низа цилиндра не. должна превышать 50—60° С. Для предварительной приближенной оценки до пускаемой разности температур верха и низа цилиндра суще-
Праги5 фланцеЬ 8 точках 1-8
0,8
0,6
0,6
0,2
0
- 0,2
%
Р*
400
300
200
°С
Рис. 51
ствуют эмпирические формулы. Одну из них [9] мы приводим ниже:
Здесь d — диаметр цилиндра турбины, мм; L — длина ци линдра турбины, мм; е — коэффициент теплового расширения
стали, мм/мм ■град; |
Н — минимальный |
радиальный |
зазор в |
|
лабиринтном уплотнении первой ступени давления, мм. |
||||
Для |
выравнивания .условий нагрева и охлаждения во время |
|||
пуска в |
современных |
мощных турбинах |
применяется |
паровой |
обогрев корпуса паром из лабиринтных уплотнений (рис. 52), а во время остановки — медленное вращение ротора валоповоротным устройством. При работе валоповоротного устрой ства, имеющего скорость вращения 30—60 об/мин, значитель но улучшаются условия конвективного теплообмена внутри цилиндра из-за интенсивного перемешивания воздуха и темпе ратурные разности верха и низа остаются в допустимых гра ницах.
72
Говоря о температурных напряжениях и деформациях в корпусах турбин при пусках, следует упомянуть также о пове дении цилиндра низкого давления и выхлопной горловины турбины. При длительной работе турбины на холостом ходу во время пуска температура пара из-за больших потерь в про точной части повышается и выхлопная часть турбины сильноперегревается. Это приводит к ослаблению посадки дисков ЦНД, расцентровке турбины и возникновению вибраций. При последующем наборе нагрузки температура хвостовой части резко падает, что может привести к появлению трещин в диа фрагмах последних ступеней.
Во избежание перегрева выхлопной горловины и исключе ния указанных выше аварийных явлений в некоторых случаях производят впрыск конденсата в выхлопную часть машины при ее пуске.
Тепловой прогиб ротора. Прогиб оси ротора при прогреве турбины или при ее охлаждении опасен тем, что центр тяжести ротора смещается с оси вращения и возникает неуравнове шенная центробежная сила, пропорциональная эксцентриси тету оси. Этот прогиб возникает вследствие неодинаковых условий охлаждения верха и низа ротора и появления темпе ратурного градиента по его диаметру.
Если величина неуравновешенной центробежной силы сравняется с весом ротора, возникнет сильная вибрация. Так как скорость вращения турбин очень велика (3000 об/мин), то достаточно ничтожного смещения центра тяжести, чтобы по лучить эти аварийные условия. Например, достаточно центру тяжести ротора весом 4—6 т и длиной около 3 м (турбина
73-
ВТ-25) сместиться на 0,1 мм, чтобы |
центробежная |
сила при |
|
3000 об/мин достигла веса ротора. |
диаметру в |
1,7° С сме |
|
Так как |
разность температур по |
||
щает центр |
тяжести ротора на 0,025 мм, то разность темпе |
ратур в 7° С уже окажется критической и турбина не сможет нормально работать.
Предельным эксцентриситетом ротора, при котором еще разрешается пуск турбины, считают 0,05 мм, что соответствует температурному градиенту по диаметру 3,5° С.
При остановке машины, не имеющей валоповоротного
устройства, |
эксцентриситет ротора изменяется по мере охлаж |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
дения турбины. |
В первые |
|||||
мм |
I |
|
! |
|
|
|
6—8 часов он растет, так |
||||||
0,20J |
! |
А |
^ |
|
|
|
как тепловой прогиб ро |
||||||
|
|
|
|
|
|
тора |
сначала увеличива |
||||||
|
|
|
-ооиод -к |
|
ется. |
Затем |
с |
пониже |
|||||
5 ------ -i, |
|
|
|
нием температуры прогиб |
|||||||||
/ \ |
|
у - |
|
ротора |
начинает |
умень |
|||||||
|
! |
|
шаться, |
пока |
ось |
его не |
|||||||
|
Удлиненный |
|
К |
|
примет |
горизонтальное |
|||||||
" I |
\— |
|
прогреб |
|
|
||||||||
|
|
|
положение (рис. 53). |
|
|||||||||
5 Ж |
|
|
|
|
|
не |
|||||||
|
| |
|
| |
I |
1ж |
|
Повторный |
|
пуск |
||||
|
|
|
|
|
полностью охлажденной |
||||||||
|
|
|
12 |
|
v 30 |
||||||||
|
|
|
16 20 26 |
машины |
(горячий |
пуск) |
|||||||
|
|
|
Рис. |
53 |
|
|
допускается |
без |
всяких |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ограничений |
только |
в |
те периоды остывания, когда эксцентриситет ротора не превос ходит 0,05 мм. При эксцентриситете, находящемся в пределах 0,05—0,15 мм, пуск разрешается только при условии удлинен ного прогрева, а при эксцентриситете, превышающем 0,15 мм, машину пускать вообще нельзя. Этот период остывания назы вают мертвым периодом.
Машины, снабженные валоповоротным устройством, не имеют мертвого периода, так как при вращении вала этим устройством условия охлаждения верха и низа ротора вырав ниваются, и поэтому горячий пуск таких машин возможен всегда.
Тепловой прогиб может возникнуть не только при остыва нии, но и при прогреве ротора, т. е. при пуске турбины, не смотря на то что ротор при этом вращается. Причиной этого может явиться ослабление посадки дисков из-за слишком быстрого прогрева машины и неравномерное соприкосновение по окружности втулки с валом, а следовательно, неодинако вый нагрев вала по диаметру.
Вообще, рекомендуется удерживать разность температур между втулкой и валом в пределах 40—60° С, так как при
7 4
большей разности исчезнет исходный натяг втулки и диски окажутся не закрепленными на валу.
На рис. 54 показаны диаграммы повышения температуры втулки переднего уплотнения и вала при пуске турбины ВТ-25. При повышении скорости вращения от нуля до нормальной разности между этими температурами почти не существуют, но они резко возрастают сразу после включения машины в сеть и набора нагрузки. В отдельные моменты эти разности достигают совершенно недопустимых значений в 100—105° С.
Рис. 54 Рис. 55
Как показал опыт эксплуатации, этого можно избежать, если после синхронизации нагрузить генератор минимально до пустимой по техническим условиям нагрузкой в 2—3 МВт и поработать на этой нагрузке полтора-два часа.
Относительное удлинение ротора. Из-за значительной раз ницы в массах тепловое расширение ротора опережает расши рение корпуса. Это приводит к уменьшению осевых зазоров в проточной части в уплотнениях, вследствие чего могут воз никнуть задевания и вибрации. В особенности быстро проис ходит относительное удлинение ротора в период первоначаль ного нагружения машины (рис. 55).
При пуске горячей турбины пар может иметь иногда более низкую температуру, чем корпус и ротор. При этом ротор охлаждается быстрей корпуса и, сокращаясь по длине, умень
75
шает входные зазоры в проточной части. Так как эти зазоры значительно меньше выходных, то задевание может наступить гораздо раньше, чем при расширении ротора, в связи с чем такой режим пуска следует считать более опасным.
§ 21. Пуск паровой турбины
Пусковой график паровой турбины показывает изменение температуры металла турбины и удлинение ее ротора и ста тора в зависимости от времени. По графику пуска можно также проследить за изменением давления греющего пара,, режимом повышения скорости вращения и характером изме нения нагрузки в период нагружения турбины.
Пуск машины делится на три периода.
В первом периоде турбина стоит и ведется прогрев ее головной части, включая паровую .коробку и U-образные трубы. Некоторые заводы за рубежом рекомендуют прогре вать в неподвижном состоянии и цилиндр высокого давления. В этом случае пар в ЦВД должен подаваться со стороны вы хлопного патрубка, а его давление поддерживаться на уровне 15—20% номинального. Основное внимание следует обратить на температурный перепад в стенке цилиндра, который не должен превышать критических 100—120° С и который как раз в этот период пуска приближается к опасным значениям.
Длительность первого периода пуска зависит от конструк ции, мощности и номинального давления машины и может со
ставлять от 2 до 12 часов. |
|
|
со скоростью в |
|
Во втором периоде |
турбина вращается |
|||
15 — 20% номинальной, |
и только |
в |
самом |
конце периода, |
когда турбина достаточно прогрета |
и |
уже достигнуто доста |
точно большое удлинение ротора, скорость вращения плавно и быстро повышается до номинальной, машина синхронизиру ется и включается в сеть.
Во втором периоде пуска следят не только за температур ными перепадами в стенках цилиндра, который уменьшается до минимума, но главным образом за удлинением ротора и статора турбины.
Давление пара в самом начале вращения машины подни мается толчком до 70—80% номинального и далее плавно по вышается с таким расчетом, чтобы к концу второго периода довести его до номинального значения.
Втретьем периоде производят первое нагружение турбины
иосновное внимание обращают на относительное удлинение ротора турбины.
Второй и третий периоды пуска по времени наиболее про должительны. В зависимости от мощности, параметров и кон-
76