Файл: Казанский, В. Н. Системы смазки паровых турбин.pdf

Гидромуфта состоит из двух зависимых между собой колес: ведомого и ведущего, смонтированных в общем кожухе, заполнен­ ном маслом. Ведомое колесо связано с валом двигателя, ведущее — с ведомым валом редукторной передачи. Каждое колесо гидромуфты имеет форму чашеобразных дисков, снабженных прямыми или на­ клонными лопатками. Для уравновешивания осевых сил в гидро­ муфте конструкция ее выполняется симметричной: и ведомый ро­ тор, и ведущий состоят из сдвоенных рабочих колес.

Энергия от ведущего ротора передается ведомому путем гидро­ динамического взаимодействия потока и лопастных систем рабочих

Рис. 1-22. Жиклерная (а) и черпательная (б) гидромуфты.

колес. Такая передача энергии происходит с определенными поте­

гулирования. Наибольшее распространение получило регулирование гидромуфт изменением степени заполнения проточной части гидро­

зи с этим различают черпательные и жиклерные гидромуфты. Принцип регулирования черпательной муфты заключается в сле­

дующем (рис. 1-22,6). В пространстве дополнительного объема А, образованного наружной стенкой колеса 11 и вращающимся наруж­ ным кожухом 9, установлена скользящая черпательная трубка 8. Пространство А сообщается с проточной частью гидромуфты посред-

.ством каналов 10 большого сечения. Под действием статического напора, создаваемого насосным колесом, масло из проточной части протекает через каналы 10 в дополнительный объем и заполняет его. В результате вращения гидромуфты в дополнительном объеме

по трубопроводу 13. В масляное кольцо объема А вводится черпа­ тельная трубка 8. Она загнута против вращения гидромуфты и, используя скоростной напор жидкости, прокачивает ее через внешний маслопровод в бак. Черпательная трубка установлена в специаль-

78

ных направляющих и может передвигаться при помощи колонки, управляемой автоматически.

Если трубка оттянута к валу, то весь дополнительный объем и вся проточная часть гидромуфты заполнены маслом; если трубка выдвинута на периферию, она полностью «вычерпывает» масло из дополнительного объема, а следовательно, и проточной части. Про­ межуточные положения трубки дают и промежуточные значения за­ полнения проточной части. С уменьшением заполнения проточной части уменьшается частота вращения ведомого вала 12 при посто­ янной частоте вращения вала электродвигателя 7, и, наоборот, с увеличением заполнения гидромуфты частота вращения ведомого

ра 5 (при неизменной частоте вращения ротора 2) регулируется изменением количества подводимого к ней масла. При установив­ шемся режиме расход подведенного по трубе 1 масла равен его сливу 3 из гидромуфты через жиклеры 4. Расход масла через жик­ леры определяется давлением масла перед ними, причем это дав­ ление зависит только от уровня масла 6 в гидромуфте, т. е. от сте­ пени ее заполнения. При изменении расхода масл? изменяется и уровень масла, и расход через жиклеры. С изменением степени за­ полнения меняется и скольжение ведомого ротора 5 гидромуфты.

При работе гидромуфт происходит интенсивная аэрация масла; В ряде случаев концентрация воздуха в масле, сливающемся из гидромуфты, достигает 35—45% {Л. 136— 138].

В черпательной гидромуфте наибольшая аэрация масла воз­ никает в пространстве дополнительного объема А (рис. 1-22,6). Испытаниями установлено [Л. 70, 137, 138], что входная часть чер­ пательной трубки 8 работает неполным сечением, вследствие чего создаются условия для свободного поступления воздуха в черпательную камеру. Ввод входного сечения черпака под слой масла существенно уменьшает аэрацию масла, однако этот прием приме­ няется очень редко, так как он сопровождается дополнительными потерями энергии. Правильный выбор формы профиля и размеров заборной части черпательной трубки, а также создание необходи­ мого подпора на сливе масла из нее позволяют снизить аэрацию масла. Определенная часть воздуха поступает в гидромуфту под влиянием эжектирующего воздействия струй масла, вводимого по трубе 13 (рис. 1-22,6). Поэтому все мероприятия, направленные на герметизацию полостей гидромуфты, являются эффективными средствами устранения аэрации масла. При этом одновременно сле­ дует избегать и повышенного разрежения в гидромуфте, связанного с выделением растворенного воздуха из масла и появлением обиль­ ного пенного слоя.

В жиклерной гидромуфте аэрация масла происходит вследствие подсоса воздуха струями масла, истекающего с большими скоро­ стями из жиклеров. Кроме того, з жиклерной гидромуфте при ча­ стичном ее заполнении образуется устойчивое разрежение, обуслов­ ливающее подсос воздуха в рабочие полости. Для предотвращения образования вакуума в колесах гидромуфты выполняют наклонные сверления, соединяющие рабочие камеры g воздушной полостью

корпуса гидромуфты1.

1 Есть мнение о целесообразности ликвидации этих отверстий

]Л. 136].

79

Г Л А ВА В ТО РАЯ

СИСТЕМА ПОДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАСЛА

2-1. МАСЛЯНЫЕ НАСОСЫ

а) Главные масляные насосы

Надежность маслоснабжения в большой мере определя­ ет надежность паротурбинной установки. Значение этой проблемы состоит прежде всего в том, что прекращение подачи смазки при номинальной частоте вращения вала за несколько секунд приводит к расплавлению баббита в наиболее нагруженных подшипниках, а это вызывает задевание вала об уплотнения и может привести к рас­ трескиванию шейки вала и повреждению проточной ча­ сти. Тяжелые последствия такой аварии требуют осо­ бенно надежного обеспечения подачи масла в подшип­ ники.

По статистике в США половина всех остановок паро­ вых турбин вызвана неполадками в системе смазки,

. а продолжительность простоев по этой причине в 1.5 раза больше простоев по всем другим причинам [Л. 108].

Существует большое разнообразие схем маслоснаб­ жения, отличающихся типом применяемых насосов (зуб­ чатые, винтовые, центробежные, струйные), приводом насосов (от вала главной турбины через понижающий редуктор или без редуктора, от автономного электриче­ ского или турбинного двигателя), степенью централиза­ ции (совмещенная система регулирования агрегата,- смазки подшипников и уплотнения вала генератора; вы­ деление системы регулирования из общей схемы масло­ снабжения; индивидуальная система смазки каждого подшипника) [Л. 16, 155, 170].

На рис. 2-1,а показана схема маслоснабжения с глав­ ным насосом объемного типа, соединенным с валом тур­ бины редукторной передачей [Л. 16]. Насос подсасывает масло из бака, повышает давление до величины р0 и по­ дает его в систему автоматического регулирования (САР). Для поддержания постоянного давления р0 при перемещениях поршней сервомоторов и других элемен­ тов регулирования на напорной магистрали установлен редукционный клапан (РК), который перепускает масло

80

в систему смазки (СС) подшипников. Во время переход­ ных процессов регулирования, когда большие расходы масла направляются для перемещения поршней сервомо­ торов, редукционный клапан прикрывается, а недостаю­ щий расход масла на подшипники восполняется сливом масла из полостей сервомоторов. Для поддержания не­ обходимого давления масла на смазку подшипников

Рис. 2-1. Схемы маслоснабжения.

1 — картер подшипника; 2 — вал турбины; 3 — дисковый вязкостный насос; 4 — маслоохладитель; 5 — вкладыш.

устанавливается маслосбрасывающий клапан (МСК). У насосов объемного типа напорная полость разобщает­ ся со всасывающей механическим образом (зацеплением зубьев), что обеспечивает надежное всасывание масла из бака даже при неблагоприятных условиях: при низкой частоте вращения вала турбины, при скоплении воздуха во всасывающих магистралях, при неудовлетворительной деаэрации масла в баке.

В насосах объемного типа возможно возникновение кавитационных явлений, вызывающих шум, местную эрозию деталей, снижение подачи. Быстроходность таких

насосов ограничена. Чем больше подача насоса и свя­ занные с ней радиальные его размеры, тем меньше до­ пустимая по условиям кавитации частота вращения на­ соса. При больших расходах масла, применяемых в со­ временных турбинах (10—30 л/с и более), приходится понижать частоту вращения насосов объемного типа до 700—1 500 мин-1 и соединять их с валом турбины через понижающий редуктор. Такая передача усложняет кон­ струкцию блока переднего подшипника, где обычно раз­ мещается насос, и понижает надежность маслоснабжения из-за аварийного разрушения редуктора, нередко наблюдаемого на практике (Л. 108, 155].

Если недавно подавляющее большинство паровых турбин поставлялось с объемными масляными насосами, то в настоящее время широкое распространение получи­ ла схема маслоснабжения с центробежными насосами. Давление, развиваемое центробежным насосом, пропор­ ционально плотности перекачиваемой жидкости и квад­ рату окружной скорости. При запуске, когда во всасы­ вающей полости находится воздух, насос не в состоянии сам подсосать масло из бака на высоту более 100— 150 мм. Поэтому центробежные насосы должны быть всегда заполнены маслом, что достигается установкой маслоструйного инжектора (рис. 2-1,6—г), погруженного под уровень масла в баке, или установкой предвключенного насоса объемного типа [Л. 16].

Большим преимуществом центробежного масляного насоса для маслоснабжения паровых турбин является возможность его расположения непосредственно на валу турбины, т. е. без применения редукторной передачи. Кроме того, для повышения быстродействия системы ре­ гулирования очень полезным является свойство центро­ бежного насоса перегружаться по подаче во время пере­ ходных процессов [Л. 16, 155].

В системах маслоснабжения с центробежными насо­ сами масло в систему смазки подшипников и на уплот­ нив вала генератора обычно подается основным или до­ полнительным инжекторами. Рабочей жидкостью для ин­ жекторов служит масло высокого давления, подводимое к соплу от центробежного насоса. Всасывающая камера дополнительного инжектора соединяется при этом либо с объемом масла в баке, либо с нагнетательной камерой основного инжектора, обеспечивающей лишь небольшое избыточное давление во всасывающей линии центробеж­

S 2

ного насоса. Двухинжекторные схемы, в особенности двухступенчатая схема (рис. 2-1,г), обладают высокой экономичностью по сравнению с одноинжекторными

[Л. 16].

Внекоторых системах маслоснабжения ЛМЗ масло

кцентробежному насосу системы регулирования и на смазку подшипников подводится предвключенным винто­ вым насосом, имеющим редукторный привод (рис. 2-1,<3). В турбинах фирмы Дженерал Электрик для повышения

надежности работы центробежного насоса, установлен­ ного на валу турбины, применяют предвключенный цен­ тробежный насос, расположенный в масляном баке и приводимый во вращение масляной турбинкой, которая питается маслом от главного центробежного насоса и направляет затем это масло пониженного давления на смазку (рис. 2-1,е). Схема с винтовым предвключенным насосом обеспечивает весьма надежную работу главного масляного насоса центробежного типа и, кроме того, снижает расход энергии, так*как коэффициент полезного действия винтового насоса значительно выше к. п-. д. инжектора. Но применение винтового насоса требует редукторной передачи, что снижает надежность насосной группы в целом. Схема с предвключенным центробеж­ ным маслонасосом и масляной турбинкой мало уступает по экономичности схеме с предвключенным винтовым насосом, но по надежности она уступает всем вышеопи­ санным схемам, в частности инжекторным. Инжектор, в котором нет ни одной подвижной детали, всегда на­ дежнее турбомасляного агрегата с постоянно вращаю­ щимися роторами [Л. 16].

Все отечественные турбины мощностью до 200 МВт изготовлялись с главными масляными насосами, приво­ дящимися от вала основного агрегата. Надежность та­ кого привода подтверждена мировым опытом эксплуата­ ции турбин различных типов и мощностей. Однако при

нием масляного насоса в блоке переднего подшипника [Л. 103, 108] и трассировкой к переднему стулу масло­ проводов с достаточной самокомпенсацией его больших перемещений. Требовалось применять повышенное дав­ ление масла в системе регулирования (20-105 Па и бо­ лее), а размещение насосных дисков непосредственно на валу мощной турбины нередко оказывалось конструк­