Файл: Смирнов, О. Р. Надежность судовых энергетических установок.pdf

вдвое (до 450—500° С). Следует также указать, что одним из серьез­ ных вопросов, возникающих при конвертации авиационных ГТУ для работы на судах, является их перевод с керосина на дизельное топливо.

ГТУ с СПГГ* ГТУ с СПГГ являются комбинированными уста­ новками, сочетающими два вида двигателей — поршневые генера­ торы газа, расходующие всю мощность на работу компрессоров, и независимую пропульсивную турбину. На рис. 26, а приведена упрощенная принципиальная схема такой установки, состоящей из четырех СПГГ — 5, 6, 7, 8, аккумулятора газа 4, турбины 3, рабо-

Рис. 26. Схемы ГТУ с СПГГ: а — принципиальная упрощен­ ная; б — функциональная.

тающей через передачу 2 на движитель 1. Функциональная схема этой установки показана на рис. 26, б.

Маневрирование судна может осуществляться посредством ВРШ, турбины заднего хода или посредством реверсредуктора. Установки такого типа обладают высокой надежностью относительно отказов, которые могут вызвать необходимость остановки судна в море. Такая надежность обеспечивается параллельной работой нескольких СПГГ (рис. 26, б), питающих через аккумулятор газа независимую про­ пульсивную турбину. При отказе одного или даже нескольких СПГГ судно может продолжить эксплуатацию при пониженной скорости хода. Кроме того, сравнительно низкие параметры газа перед тур­ биной (Рт = 0,4-т-0,5 МПа, tr = 400-е450° С) не требуют приме­ нения высоколегированных сталей и охлаждения проточной части, что упрощает установку и способствует повышению ее надежности.

Опыт эксплуатации серии лесовозов типа «Павлин Виноградов» отечественной постройки с ГТУ с СПГГ, поставленных французской фирмой СИГМА, показал их хорошую эксплуатационную надежность.

90

Следует, однако, отметить, что эти установки ввиду наличия не­ скольких пар трения в каждом СПГГ требуют тщательного соблюде­ ния инструкций по их техническому обслуживанию. Особое внима­ ние должно быть уделено смазке цилиндропоршневой группы, охлаждению, виду топлива и его подготовке.. Отказы дизельных цилиндров СПГГ имеют много общего с отказами этих элементов у двухтактных дизелей.

Ввиду высокого уровня шума в МО, главным образом аэродина­ мического происхождения от приема воздуха несколькими СПГГ и от работы дизель-генераторов судовой электростанции, должны быть предусмотрены звукоизолированные посты управления.

§9. НАДЕЖНОСТЬ ПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

В области больших мощностей (N lCT^ 20 000 кВт) ПТУ имеют широкое применение на пассажирских лайнерах, танкерах, больше­ грузных контейнеровозах, баржевозах и других транспортных судах морского флота. В связи с быстрым развитием атомной энергетики, в которой широко используется в качестве рабочего тела водяной пар, ПТУ получили новый импульс для своего развития.

Длительный опыт проектирования, постройки и эксплуатации ПТУ в стационарной технике и на судах позволил достигнуть высо­ кой степени их совершенства во многих областях, в том числе и по надежности. Так, например, если по Правилам классификационных обществ на морских судах требуется установка не менее двух глав­ ных паровых котлов, то в настоящее время на ряде проектов до­ пускается установка одного главного котла (ПТУ японской постройки типа MWZ и др.), который обладает высокой надежностью по отно­ шению к отказам, требующим остановки судна в море.

Паротурбинные установки большинства транспортных судов, находящиеся в эксплуатации, по своим параметрам и комплектации отличаются от установок проектируемых.и находящихся в постройке для новых судов. Поэтому для рассмотрения вопросов надежности

межуточным перегревом пара в котле с развитой регенерацией (4—5 отборов).

ПТУ судов, находящихся в эксплуатации* На рис. 27, а и б показана упрощенная принципиальная схема ПТУ первой группы и ее функциональная, схема. Установка состоит из двух главных кот­ лов 5, питающих двухкорпусную турбину 3, 4, которая через пере­ дачу 2 работает на движитель 1. Конденсатор 10 прокачивается за­ бортной водой с помощью циркуляционных насосов 11, из которых один резервный. Таким насосом может быть любой насос общесудо­ вого назначения (балластный, пожарный и др.) соответствующей

91

производительности, включаемый по схеме замещения. По такой же схеме могут быть включены резервный конденсатный насос 9 и пита­ тельный насос высокого давления 7. Отборы пара используются в деа­ эраторе 8 и подогревателе питательной воды 6 для работы эжекторов (на схеме не показаны) и других потребителей.

Как видно их схемы (рис. 2, б) оба котла 5 включены параллельно (постоянно включенный резерв) и в случае отказа одного из котлов

установка сможет продолжить работу с другим. Реверс осущест­ вляется ТЗХ, встроенной в ТНД (на схеме ТЗХ не показана).

Опыт эксплуатации судов с ПТУ рассматриваемой группы, на­ пример сухогрузов типа «Ленинский комсомол», показывает их хоро­ шую надежность [88 ]. Из 20 судов этого типа за средний срок службы судна, равный 6,4 года, на восстановление утраченной работоспо­ собности ПТУ с вынужденной остановкой в море было затрачено лишь 0,3% ходового времени. Наибольшая интенсивность отказов приходится на период приработки элементов установки, который

92

продолжается 2—2,5 года с момента вступления судна в эксплуата­ цию. В этот период устраняются конструктивные и технологические недостатки и команда осваивает установку. Следует отметить, что продолжительность периода приработки и освоения установки во многом зависит от подготовленности команды и организации обслу­ живания. При соответствующей квалификации и хорошей организа­ ции этот период может быть значительно сокращен. После оконча­ ния периода приработки и освоения -наступает период нормальной эксплуатации установки, и число отказов резко падает (в 10——20 раз). В этот период большинство работ по восстановлению и профилакти­ ческие осмотры проводятся во время стоянок судов. Во время хода судна выполняются в основном мелкие работы по набивке уплотне­ ний, переборке резервных насосов, фильтров и т. п.

Трудоемкость (в процентах от общих затрат без винто-рулевого комплекса) по восстановлению работоспособности элементов ПТУ в процессе эксплуатации характеризуется следующими данными [88 ]

Как видно, наибольшая трудоемкость приходится на восстановле­ ние систем установки, включая механизмы, теплообменные аппараты, фильтры и другое оборудование; сюда же относятся уборочно-покра­ сочные работы по МКО. На втором месте по трудоемкости находятся котлы с обслуживающими их механизмами. Общая трудоемкость по профилактике и ремонту главных турбин, зубчатой передачи и дру­ гих элементов ГТЗА составляет менее 10% всей трудоемкости. Опыт эксплуатации рассматриваемых ПТУ показал, что периодичность

Следует указать, что вывод этих судов из эксплуатации в основном происходил не из-за отказов ПТУ, а винторулёвого комплекса. Средний эксплуатационный период этих установок довольно высок и составляет Т э = 344 сут/год.

Ниже рассмотрены наиболее распространенные отказы основных элементов ПТУ.

Отказы парогенераторов. Применение наиболее дешевых сер­ нистых мазутов (содержание серы до 3,5%, золы до 0,2%) приводит к интенсивному загрязнению поверхностей нагрева и нарушению теплообмена. По данным работы [58], слой отложений на трубках пароперегревателей парогенераторов КВГ-25 одного из сухогрузов достиг 10— 12 мм. Это привело к разрушению трубок и необходимости их замены. Загрязнение поверхностей нагрева приводит к местному увеличению скорости газа и перегреву металла, что способствует развитию ванадиевой коррозии, которая интенсивно развивается при температуре более 500° С. Иногда высокотемпературная коррозия пароперегревателя вызываетсяТналичием в золе, кроме ванадия, также солей натрия и кальция? Отказы пароперегревателей вслед­

93

ствие коррозионного разрушения трубок и балок, поддерживающих трубки, встречаются часто. На одном из парогенераторов КВГ-34, после того как он проработал 18 090 ч, произошел разрыв трубки петли пароперегревателя, что повлекло за собой прогиб и провисание ряда петель соседних пучков трубок и отрыв нескольких болтов, крепящих разделительные щитки коллектора. После заглушки разорванных трубок, подвальцовки ослабевших труб, закрепления щитков и опрессовки парогенератора он был введен в эксплуатацию. Восстановление парогенератора было произведено силами команды

впроцессе эксплуатации судна на втором котле.

Вэкономайзерах и пароперегревателях причиной многих отказов являются разрушения нагревательных элементов, вызванные низко­ температурной сернистой коррозией. Эта коррозия возникает в ре­

зультате конденсации на поверхности нагрева смеси Н 20 + H 2S04. С понижением температуры газов ниже точки росы интенсивность коррозии резко возрастает. Ниже приведены данные [58] скорости сернистой коррозии в зависимости от температуры труб воздухо­ подогревателя.

Низкотемпературная коррозия возникает не только на хвостовых поверхностях нагрева парогенераторов, но и в других элементах, на которых возможны сернистые отложения, например при розжиге котла, когда температуры поверхностей низки.

Повышение надежности парогенераторов в отношении отказов, вызванных зольными отложениями и газовой коррозией, достигается:

—своевременной очисткой нагревательных поверхностей с при­ менением автоматизированных сажеобдувочных устройств;

—добавкой в топливо антинагарных и антикоррозионных при­

садок;

— предварительным нагревом воздуха перед подачей в котел

впаровом воздухоподогревателе;

—правильным выбором материала для изготовления нагрева­ тельных поверхностей;

—разделением нагревательной поверхностей на доступные для осмотра и очистки секции, вынесением сварных соединений за пре­ делы газового тракта и другими конструктивными мероприятиями.

Кроме указанных, в котлах бывают опасными отказы, вызванные концентрацией в топке смеси топливо—воздух; такая концентрация может возникнуть, например, при неправильном дожигании топлива после отключения его подачи, при срыве факела пламени и т. п. Это приводит иногда к взрыву в топке и серьезным разрушениям паро­ генератора. Повышение надежности в отношении этих отказов дости­ гается соответствующей вентиляцией топки и строгим выполнением инструкции по обслуживанию.

Ряд отказов может возникнуть в связи с засолением питательной воды в результате неплотностей в конденсаторе, разрушением кир-

94

Яичной кладки и несвоевременным ее восстановлением, упуском воды из парогенератора, нарушением циркуляции парогенератора и про­ явлением скрытых дефектов материала и др.

Ряд перечисленных отказов происходит в результате нарушения Правил технического обслуживания. Так, например, на котле КВГ-34 одного из танкеров спустя 54 ч после розжига парогенератора в результате упуска воды и нарушения циркуляции вышел из строя ряд водогрейных трубок. В результате этой аварии танкер имел дли­ тельный простой, вызванный восстановлением котла на судоремонт­ ном заводе, и пароходство понесло значительные убытки.

Как видно, одним из путей повышения эксплуатационной надеж­ ности котлов и установок в целом является тщательное соблюдение Правил технического обслуживания.

При выявлении ранее скрытых дефектов металла необходимо в процессе эксплуатации вести наблюдение за элементами, имеющими такие дефекты, до их замены. Например, на одном из парогенера­ торов КВГ-34 при вскрытии пароводяного коллектора были обна­ ружены единичные оспины глубиной до 1 мм. Так как указанные дефекты не представляют непосредственной опасности, эксплуата­ ция парогенератора была продолжена, однако за указанным коллек­ тором при каждом вскрытии велось особое наблюдение.

Отказы турбин. Турбины являются одними из наиболее надеж­ ных элементов ПТУ. Однако в процессе эксплуатации все же имеют место отказы, вызванные недостатками конструкции, дефектами материала, ошибками в изготовлении и обслуживании и другими причинами. Следует отметить, что в связи с быстроходностью турбин любое нарушение в их работе может привести к тяжелым послед­ ствиям.

Для предупреждения опасных отказов весьма важным является проведение регламентированных вскрытий, осмотров и профилакти­ ческих работ. Например, на 28 агрегатах ТС-2 за 10 лет их эксплу­ атации при очередных вскрытиях для предъявления Регистру СССР

в двух случаях выявилась необходимость в ремонте проточной части; на одном из агрегатов было проведено перелопачивание девятой ступени ротора ТНД, на другом агрегате была осуществлена правка ротора ТВД и перелопачивание на двух дисках ТЗХ. После выпол­ нения этих работ агрегаты были введены в эксплуатацию. Так, были предупреждены отказы, которые могли иметь серьезные последствия.

Довольно распространенными видами отказов являются задева­ ния в уплотнениях. При одностороннем задевании уплотнений может произойти значительный нагрев вала и его погиб. При круговых заде­ ваниях износ и нагрев происходят более равномерно. Для предот­ вращения погибов вала от задевания уплотнений рекомендуется при­ менять радиальные уплотнения, у которых уплотнительные кольца всегда работают без непосредственного контакта с валом или его облицовкой. Для этого между кольцами и валом в холодном состоя­ нии турбины необходимо принять такой радиальный зазор, который гарантирует отсутствие задевания в рабочем состоянии. Этот зазор в зависимости от длины уплотнения для различных колец, в соответ-

95

ствйи с изменениями температуры вала, имеет различные значе­ ния [91].

Весьма сложными с точки зрения предупреждения являются отказы турбин, вызванные температурными деформациями ответ­ ственных деталей, например, корпусов, роторов и дисков. Исследо­ вание таких отказов затрудняется сложной формой этих деталей, различными свойствами применяемых металлов и различными усло­ виями изменения температуры при прогревании турбин, их пуске и во время маневров. Использование пара повышенной температуры в сравнении с расчетной, превышение частоты вращения и вибрация могут привести к явлениям ползучести металла ротора и термиче­ ской усталости.

Известное предупреждение подобных отказов достигается плав­ ным повышением частоты вращения ротора турбин при пуске, при­ менением охлажденного пара в ТЗХ, ограничением времени работы на задний ход и рядом других условий, которые зависят от конструк­

с работой подшипников. Часто такие отказы наступают в резуль­ тате засорения трубопроводов или других элементов системы смазки. Например, на одном турбогенераторе произошло выплавление вкла­

подачи масла к подшипникам вследствие загрязнения масляного фильтра. Восстановление агрегата было осуществлено путем замены дефектных вкладышей новыми, взятыми из ЗИП, и очистки системы смазки.

Особенно опасны для подшипников турбин режимы пуска, оста­ новки и маневрирования. На этих режимах необходимо вести наблю­ дение за скоростью повышения температуры масла. При ее резком повышении агрегат должен быть немедленно остановлен.

Иногда бывают отказы турбин, вызванные ложным срабатыванием систем управления и защиты.

Отказы редукторов. Редукторы являются весьма сложными эле-. ментами ГТЗА и их отказы иногда приводят к длительному выводу судна из эксплуатации. В некоторых редукторах наблюдается питтингование зубьев, выражающееся в выкрашивании контактируемых поверхностей. Питтинг может быть обнаружен при регуляр­ ных осмотрах зацепления через смотровые отверстия и по наличию металла на магнитных фильтрах. Во избежание прогрессирования питтинга, который может привести к поломке зубьев, необходимо сразу же при его обнаружении произвести тщательную зачистку поврежденных поверхностей, проверить правильность контакта зубьев и вести систематическое наблюдение за редуктором до пре­ кращения явления питтингования.

Иногда отказы редукторов происходят в результате проявления скрытых дефектов спустя некоторый период эксплуатации. Напри­ мер, на одном из ГТЗА произошла авария редуктора при нахожде­

96