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

В системах централизованного маслоснабжения (рис. 1) турбинного оборудования мощных энергобло­ ков главный масляный насос системы смазки обычно имеет привод от автономного электродвигателя пере­ менного тока и резервируется аналогичным же насосом [Л. 117]. Эти насосы поочередно используются при пуске турбины, ее нагружении, длительной эксплуатации и плановом останове. При потере собственных нужд пода­ ча масла к подшипникам останавливаемой турбины производится от одного или двух аварийных масляных насосов с приводом от электродвигателей постоянного тока, запитанных от аккумуляторной батареи. Самостоя­ тельно этот резерв недостаточно надежен, так как дви­ гатель не может быть пущен мгновенно и, кроме того, быстрое включение большой нагрузки на аккумулятор­ ную батарею часто приводит к посадке напряжения на ее шинах, что в свою очередь снижает надежность ра­ боты как самого АМН, так и других ответственных по­ требителей постоянного тока (устройств АВР, реле за­ щит, сигнализации, аварийного освещения). Из-за ма­ лых маховых моментов масляных насосов с автоном­ ным электроприводом скорость падения давления в си­ стеме смазки после исчезновения напряжения перемен­ ного тока настолько велика (до 0,5-105 П а/с), что под­ шипники почти сразу же (через 2—3 с) остаются без масла, и запоздалое включение АМН уже не предотвра­ тит аварийного разрушения опор скольжения [Л. 16, 103].

Скорость падения давления масла в системе смазки после исчезновения напряжения переменного тока мо­ жет быть существенно (в 7— 15 раз) снижена за счет установки дополнительных маховиков на валу насосно­ го агрегата. В течение 30—40 с после отключения элект­ родвигателя ротор насоса будет вращаться по инерции и продолжать подавать в систему смазки масло. За это время может включиться в работу АМН и создать не­ обходимое давление в системе. Однако маховики не ре­ шают проблему аварийного маслоснабжения полностью, так как при любых неисправностях с АМН подшипники будут разрушены [Л. 16, 103, 108].

Задача резервирования надежно решается примене­ нием аварийных емкостей в крышках подшипников тур­ боагрегата, предложенных ВТИ [Л. 16] и реализованных всеми отечественными турбостроительными заводами на

89

агрегатах большой мощности. Правильно выбранный объем аварийного бачка и надлежащим образом рас­ считанное дозирующее устройство обеспечивают подачу масла при переключениях главного насоса на резервный и позволяют осуществить безаварийный останов турби­ ны даже без работающих маслонасосов1, в том числе и АМН. Естественно, что сочетание работы АМН и ава­ рийных бачков только повышает надежность маслоснабжения при отключении основных насосов. В этом слу­ чае уже нет нужды в мгновенном включении АМН после

аварийным бачком. За указанное же время закончится процесс включения устройств АВР, реле защит и авто­ матики, предъявляющих наиболее жесткие требования к уровню напряжения на шинах аккумуляторных бата­ рей.

Аварийная обстановка на электростанции, требую­ щая включения в длительную работу АМН, встречается не так уже и часто. Поэтому нет особой нужды уста­ навливать АМН с такой же подачей и напором, как и у основных насосов. Необоснованное завышение пода­ чи и напора аварийных насосов приводит к увеличению мощности их электропривода, усложнению схемы пуска двигателей, увеличению времени его разворота, возра­ станию емкости аккумуляторных батарей [Л. 103]. Же­ лательно применять для привода АМН электродвигате­ ли мощностью 14— 19 кВт и менее, для которых легко осуществима схема прямого пуска с постоянно вклю­ ченным сопротивлением в цепь якоря и с незначитель­ ным ослаблением потока возбуждения [Л. 98].

Для определения минимально допустимых расходов масла на подшипники турбины на стенде УралВТИ про­ ведены специальные исследования [Л. 58]. Установлено, что опорные подшипники обладают определенным на­ сосным эффектом. Например, при подводе масла по схе­

90

вращения вала составляла величину 3 000 мин-1). Тем­ пература баббитовой заливки при этом возросла на 5—■ 8°С. Минимальная толщина смазочного слоя была не менее 100 мкм. При давлении р ниже нуля возникли пульсации давления в масляном слое, подшипник завиб­ рировал, хотя температура баббитовой заливки и не до­ стигла предельных величин. Значительного уменьшения расхода масла за счет снижения давления р удалось до­ стичь на том же подшипнике при подводе масла в на­ чало образования клина (рис. 1-2,а). Подшипник удо­ влетворительно работал при расходе масла Q= 1,25 кг/с (т. е. в 5 раз меньшем, чем при расчетных режимах). Вибрации подшипника не наблюдалось. Максимальная температура баббитового слоя достигла 100— 103 °С (при частоте вращения вала 3 000 мин-1). Опорный под­ шипник длительное время работал даже тогда, когда в Аварийных емкостях искусственно создавалось разре­ жение до 9,8 кПа. Температура баббита при этом не превышала 105 °С, что вполне допустимо при кратковре­ менной аварийной обстановке. Лишь при разрежении 14,7 кПа происходил срыв подачи масла в подшипник.

С уменьшением расхода масла происходит характер­ ный рост общего нагрева масла Ы (рис. 1-7). Высокие температуры отработанного масла (70—75°С) недопу­ стимы при длительной работе подшипника, но вполне могут быть оправданы при кратковременной работе во время аварийного выбега ротора турбины.

Упорные подшипники также допускают определенное уменьшение расхода масла через них при соответствую­ щем увеличении температуры баббитовой заливки упор­ ных колодок (рис. 1-44). Однако в отличие от опорных упорные подшипники не обладают самовсасыванием. Наоборот, при повышении частоты вращения вала рас­ ход масла не только возрастает, но даже уменьшается. При нулевом избыточном давлении подводимой смазки расход масла через упорный подшипник прекращается. Таким образом, минимально допустимое давление мас­ ла на упорный подшипник оказывается значительно вы­ ше, чем на опорные.

Возможность работы подшипников при пониженных расходах масла и одновременно повышенной температу­ ре (до 55 °С за охладителями) была подтверждена при промышленных испытаниях турбины К-300-240 на одной из ГРЭС. Для того чтобы при сниженном давлении мас­

91

ла (0,3• 105 Па) удовлетворительно работали и опорные, и упорные подшипники, в камеру с упорными колодка­ ми было подведено дополнительное количество масла по специальной линии 9 (рис. 2-4), байпасирующей ос­ новной маслораздаточный коллектор. Эта линия содер­ жала дозирующую диафрагму 8, рассчитанную на уве­ личенный расход масла при пониженном давлении. При нормальном маслоснабжении, когда работает основной насос 1, расход масла по байпасирующей линии отсутст­ вует, так как этому способствует обратный клапан 10, установленный на перемычке между основным и аварий­ ным подводами масла (Л. 61].

Известны и другие схемы подключения АМН к си­ стеме смазки с целью снижения мощности электропри­ вода постоянного тока. Например, • широко применяется схема подключения АМН помимо маслоохладителей (рис. 1) [Л. 117]. Аварийная остановка турбоагрегата нередко связана с потерей напряжения переменного то­ ка в'системе собственных нужд. В этих условиях будет прекращен доступ воды к маслоохладителям. Поэтому нет необходимости включать АМН через маслоохлади­ тели, так как это приводит к дополнительным потерям напора, развиваемого АМН. Подшипники же останав­ ливаемой турбомашины могут работать и на горячем масле. Следует отметить, что в рассматриваемом случае выигрыш в уменьшении мощности привода АМН будет тем значительнее, чем меньше потери напора, в -перемыч­

ра) потери напора окажутся выше, чем в маслоохлади­ телях, и тогда байпасирование последних окажется бес­ смысленным.

Подача АМН может быть снижена за счет отключе­ ния ряда потребителей масла, которые не нуждаются в масле в случае остановки блока (гидромуфта пита­ тельного электронасоса, резервный возбудитель, неответ­ ственные механизмы и др.). Указанное ограничение рас­ хода масла, подаваемого АМН, достигается включением этих потребителей 2 за обратным клапаном 3 (рис. 2-4).

Значительное снижение потребляемой мощности АМН достигается при подключении насоса не к масля­ ному баку, а к сливному коллектору турбины, располо­

92

смотря на меньшее количество, успешно справится

сохлаждением.

Вподавляющем большинстве случаев АМН находят­ ся в состоянии автоматического резерва, однако извест­ ны варианты с постоянно работающими, но не загружен­

ными аварийными насосами [Л. 177]. При отключении основного насоса аварийный насос будет практически мгновенно нагружен, предотвратив глубокие провалы давления масла. Известны так же схемы аварийного маслоснабжения с АМН, установленным на валу турби­ ны [Л. 176]. Эти насосы забирают масло из сливных тру­ бопроводов и подают его по специальным напорным тру­ бопроводам непосредственно в масляный клин подшип­ ника (рис. 1-2,а). Для привода АМН, кроме электродви­ гателя постоянного тока, применяют паровые, газовые и гидравлические турбинки, двигатели внутреннего сго­ рания и др., не нашедшие широкого распространения

[Л. 163, 177].

Наиболее часто встречающимся недостатком центра­ лизованных систем смазки, базирующихся на масляных насосах с автономным приводом, является перерыв в подаче масла на подшипники не только в аварийных ситуациях, но и при нормальных пусках и остановах на­ сосов.

Впоследнее время стали усиленно работать над

созданием независимых систем смазки без примене­ ния автономных главных и вспомогательных насосов. Концепция индивидуализированной системы смазки предполагает, что каждый подшипник снабжается всеми основными функциональными элементами (насосом, ба­ ком, фильтром, охладителем), которые находятся в не­ посредственной его близости, например в стуле подшип­ ника, и поэтому не требует внешних маслопроводов и общего масляного бака. Одна из таких систем смазки показана на рис. 2-1,ж. Масляный дисковый насос заби­ рает масло из ванны, расположенной в стуле подшипни­ ка, подает его со скребкового устройства в маслоохла­ дитель и далее к подшипнику. Простота вязкостного дискового насоса, его высокая надежность и способ­ ность обеспечить нужное количество масла при любой частоте вращения вала позволяет отказаться от резерв­ ных источников смазки и тем самым упростить систему смазки [Л. 170]. Такие системы наиболее перспективны при использовании для смазки огнестойких масел.

94

Известны и другие решения индивидуализированных систем смазки, например, с использованием' вместо на­ соса самого опорного подшипника1, обладающего, как это было показано в § 1-2, большим насосным эффек­ том.

2-2. АВАРИЙНЫЕ БАЧКИ

Первая ступень резервирования главных масляных на­

нием аварийных емкостей, расположенных над подшип­ никами. Предложено и реализовано много схем подклю­ чения таких емкостей и к подшипникам, и к масляным насосам. На рис. 2-5,а показана схема маслопроводов паровой турбины со вспомогательным верхним баком не­ проточного типа, который заполняется маслом перед пуском турбины и затем отсекается от системы краном. При аварийной обстановке поворот крана обеспечивает подвод холодного масла в общий распределительный маслопровод, а из него в подшипники агрегата [Л. 151]. По схеме, изображенной на рис. 2-5,6, через аварийный бак проходит все масло, требующееся, для смазки под­ шипников. При отключении насосов масло самотеком будет поступать к подшипникам без производства ка­ ких-либо операций по переключениям в схеме масло-

с подшипниками агрегата. Через него постоянно проте­ кает масло по переливной линии, вследствие чего в баке поддерживается необходимая температура мас­ ла. При аварийной обстановке масло из бака будет по­ ступать через распределительный коллектор на смазку подшипников ]Л. 108].

Схемы с одним аварийным баком обладают сущест­ венным недостатком: они увеличивают пожарную опас­ ность. Действительно, при случайном повреждении бака масло'с большой высоты (4— ГО м) будет орошать тур­ боустановку, включая горячие детали и трубопроводы, и содействовать развитию пожара. Более целесообразно встраивать индивидуальные аварийные бачки в крыш­ ках подшипников, расположив все сливные трубы и ка-

1 Самовсасывающие подшипники разработаны ВТИ.

95