Файл: Жаров, А. П. Предупреждение аварий подшипников паровых турбин.pdf

у турбин высокого давления. В систему смазки турбо­ агрегата масло поступает через редукционный клапан 1, в котором давление масла снижается до 0,55—0,7 кгс/см2. Сливной пружинный клапан на маслопроводе системы смазки 2 и предохранительный клапан на маслопроводе системы регулирования 3 предназначены для поддержа­ ния заданных давлений в каждой из систем.

Однако ГМН вытеснения присущи 'серьезные недостат­ ки, что ограничило их применение для более мощных турбоагрегатов. При возрастании мощности турбоагрега­ тов и повышении параметров пара значительно увели­ чиваются расходы масла в системах регулирования и смазки для удовлетворения которых понадобились бо­ лее мощные насосы. Зубчатые и винтовые масляные на­ сосы обычно не изготавливаются с частотой вращения выше, чем 1 500 об/мин (с увеличением быстроходности резко снижается к. п. д., кроме того, значительно (Повы­ шаются требования к технологии изготовления насосов).

Существен и другой недостаток насосов вытеснения. Рабочая характеристика таких насосов не обеспечивает необходимого быстродействия регулирования турбо­ агрегатов. Подача жидкости у всех насосов вытеснения не меняется при изменении внешнего сопротивления и находится в зависимости только от окорости вращения. Поэтому во время динамических процессов необходимое увеличение подачи масла в систему регулирования воз­ можно только за счет соответствующего уменьшения подачи масла в подшипники. Как уже отмечалось, рез­ кое уменьшение подачи масла в подшипники недопусти­ мо из соображений безопасности работы последних. По­ этому комплексную задачу маслоснабжения систем регу­ лирования и смазки турбоагрегата можно решить, применяя центробежный масляный насос.

2. МАСЛОСНАБЖЕНИЕ ОТ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА, ПРИВОДИМОГО ВАЛОМ ТУРБИНЫ

По сравнению с ГМН вытеснения центробежные ГМН имеют ряд преимуществ. Центробежный насос может быть выполнен без трущихся элементов и установлен непосредственно на валу турбины, что резко увеличивает надежность работы насоса. Кроме того, производитель­ ность центробежного насоса зависит от сопротивления на выходе. Такая своеобразная аккумулирующая способ­ ность центробежного насоса используется в системах

10

между всеми подшипниками турбоагрегата. Специально повышать давления на выходе у инжектора подпора до требуемого в системе смазки уровня нецелесообразно из-за низкого к. п. д. инжектора. Нецелесообразно также подавать масло в систему смазки непосредственно от ГМН, пропустив его предварительно через пружинный редукционный клапан. Поэтому с целью полезного использования перепада между давлением на выходе ГМН и давлением в системе смазки устанавливают второй инжектор, который подает масло только в систе­ му смазки. Такая схема без снижения надежности позво­ ляет экономить до 25% расходуемой энергии на маслоснабжение. Двухпнжекторная схема маслоснабжения имеет две разновидности. В одной масло инжектором смазки подсасывается непосредственно из маслобака, в другой — из напорной линии инжектора подпора.

Выше отмечалось, что подача масла зубчатыми п винтовыми ГМН сохраняется при низких оборотах рото­ ра турбоагрегата, что имеет большое значение для его безаварийной остановки. В [Л. 4] дан метод определения угловой скорости вращения ротора, при которой центро­ бежный ГМН прекращает подачу масла. Для варианта ГМН без специальных уплотнений, согласно расчету, это происходит при скорости вращения ротора агрегата, рав­ ной 1900 об!мин. Вполне естественно, что прекращение подачи масла в подшипники при таком уровне угловой скорости сопряжено с тяжелыми последствиями. Это не­ однократно подтверждалось на турбинах К-160-130.

В целях сохранения работоспособности центробеж­ ных ГМН до более низких значений угловой скорости в [Л. 4] рассмотрены примеры использования гидрозатво­ ра в уплотнении со всасывающей стороны. Применение такого устройства позволяет работать с разрежением во всасывающей камере насоса, достигающим 100 мм рт. ст. и более. Расход масла на гидрозатвор составляет 3—5% производительности насоса. По расчетам ГМН с уплот­ нением-гидрозатвором будет подавать масло в подшип­ ники до частоты -вращения примерно 1000. об/мин. В ре­ альных условиях предельная угловая скорость оказыва­ ется несколько ниже (800—600 об/мин) [Л. 5]. Отме­ ченные свойства центробежных ГМН позволяют созда­ вать 1Высо1Коэкономич'ные -системы маслоснабжения мощ­ ных турбоагрегатов. Однако необходим дальнейший поиск резервов повышения их надежности.

12

з. Резерв и ро в а н и е м а с л о с н а б ж ен и я н а с о с а м и

с п о сто р о н н и м п ри во д о м

Кроме отмеченных способов повышения надежности маслоснабжения, остановимся еще на одном, на резер­ вировании.

Без вспомогательных масляных насосов не могут осу­ ществляться пуск и остановка турбоагрегата. Поэтому для проведения всех необходимых пусковых операций ГМН нужен полноценный резерв с независимым от ос­ новного агрегата приводом. Как отмечалось, пусковые масляные насосы (ПМН) раньше выпускались с турбо­ приводом, от которого в дальнейшем по известным при­ чинам отказались. В настоящее время ПМН применяются исключительно с электроприводом. Потребляемая мощ­ ность современных ПМН, которые часто выбираются со 100 %-ным резервом по развиваемому напору для гидра­ влических испытаний системы, измеряется сотнями кило­ ватт. Пуск такого насоса сопряжен с определенными трудностями, и по этой причине ПМН не используется как резерв для обеспечения безаварийной остановки аг­ регата.

с электродвигателями переменного и постоянного тока. Оперативность запуска обеспечивается специальной ав­ томатикой, реагирующей на понижение давления в систе­ ме смазки. Однако ввиду того что исполнительные орга­ ны системы автоматов все рабочее время находятся в не­ подвижном состоянии, нет 100%-ной гарантии в их безотказности.

Опыт эксплуатации и результаты испытаний систем маслоснабжения указывают на неудовлетворительное положение с быстродействием автоматических запусков АМН. Так, на одном из действующих турбоагрегатов РПДС (реле падения давления в линии смазки) срабо­ тало через 1 сек после того, как в системе смазки про­ изошло снижение давления масла почти до нуля. АМН с двигателем постоянного тока развил полное давление после получения импульса от реле только через 1,9 сек. Таким образом, глубокий провал давления в системе смазки продолжался около 2,5 сек. При проверке пуска АМН с двигателем переменного тока РПДС сработало на 2 сек раньше, чем в опыте с пуском АМН постоян­

13

ного тока. Электродвигатель включился через 0,4 сек после сигнала реле. Разворот двигателя продолжался 1 сек, а нормальное давление в системе смазки турбоаг­ регата восстановилось через 1,2 сек. Падение давления было до 0,12 кгс/см2 и продолжалось 1,5 сек [Л. 5].

Специально следует остановиться на рассмотрении момента перехода в маслоснабжении турбоагрегата с пус­ кового насоса на главный. Такая операция проводится при каждом пуске турбины и, как показывает опыт экс­ плуатации, в отдельных случаях чревата серьезными последствиями. Переход с ПМН на ГМН производится по достижении частоты вращения ротора турбины 2800-- 2900 об)мин, когда давление на выходе ГМН становится близким к установленному уровню давления в системе регулирования. Если ПМН выбран без запаса по разви­ ваемому давлению, то перестановка клапана, отсекающе­ го выход масла от ГМН, происходит автоматически или когда обслуживающий персонал начинает прикрывать задвижку на напорной линии ПМН. Такой метод перехо­ да является достаточно надежным, так как в случае сры­ ва начавшего работать ГМН снабжение маслом турбо­ агрегата будет производиться от ПМН без вмешательст­ ва персонала. По указанному принципу работают турбины К-200-130 ЛМЗ, и в многолетней практике экс­ плуатации не было аварий из-за отказа маслоснабжения.

Сложнее обстоит дело, когда ПМН выбран с двукрат­ ным запасом по развиваемому напору. В этом случае установление необходимого давления в системе регули­ рования и последующее понижение его для осуществле­ ния перехода на ГМН производятся с помощью задвиж­ ки на напорной линии, которую приходится значительно прикрывать. Срыв ГМН в этом случае потребует опера­ тивных действий персонала для возобновления масло­ снабжения от ПМН. Такая схема принята на турбоагре­ гатах Т-100-130, и на одном из них с целью детального рассмотрения переходных процессов в системе масло­ снабжения были -проведены специальные испытания {Л. 5]. Для защиты подшипников и агрегата в случае срыва ГМН система маслоснабжения подшипников на время испыта­ ний была соответствующим образом реконструирована (рис. 2). Это позволило в реальной схеме выделить учас­ ток, моделирующий систему смазки от ГМН, а подачу масла в подшипники турбоагрегата осуществлять от АМН. С помощью такого приема оказалось возможным испы-

14

тывать все элементы системы маслоснабжения в полной безопасности. Имитация нормального расхода масла че­ рез моделирующую систему осуществлялась с помощью двух дополнительных задвижек.

В ходе испытаний выявлено неудовлетворительное положение с удалением воздуха из ГМН и инжекторной группы. Воздушник на ГМН имел отверстие диаметром 1 мм и мог легко засориться. У инжекторной группы воздушник выполнен в виде обратного клапана такой

Рис. 2. Схема реконструированной для испытаний системы масло­ снабжения турбины Т-100-130.

/ — инжектор подпора; 2 — инжектор смазки; 3 — моделирующая система.

конструкции, что допускается его неправильная сборка, от чего может закрываться выход воздуха из инжектора.

Были проведены также опыты по проверке работы ГМН при выбеге ротора турбоагрегата. Если правильно собран воздушник инжекторной группы, чем предотвра­ щается попадание воздуха на всас насоса, то подача мас­ ла от ГМН продолжается до 400 об/мин. Попадание воз­ духа на всас работающего при низких оборотах с разре­ жением ГМН через неправильно собранный воздушник ведет к прекращению подачи масла насосом уже при 780 об/мин. Во время опыта с нормальной схемой масло­ снабжения ГМН прекратил подачу при 750 об/мин. При­ веденные результаты испытаний подтверждают надеж--

15

задача решена следующим образом. Впервые в практике отечественного турбостроения ведущие турбинные заводы применили различные жидкости в системах регулирова­ ния и смазки. Причем ЛМЗ использует в системах регу­ лирования синтетическое огнестойкое турбинное масло «Иввиоль», а ХТГЗ и ТМЗ — воду [Л. 6]. В системах смазки осталось обычное турбинное масло. Главные на­ сосы, подающие жидкости в системы, оснащены электро­ приводами.

По сравнению с приводом ГМН от вала турбины дан­ ное решение в принципе снизило надежность маслоснабжения, особенно в системе смазки. Малая инерционность электронасосов при отключении их питания ставит безо­ пасность турбоагрегата в зависимость от автоматов пус­ ка АМН с двигателями постоянного тока.

Вместе с тем удаление масляного бака от горячих частей турбины, снижение давления масла, а также воз­ можность быстрого прекращения подачи масла в случае его загорания путем отключения электронасоса практи­ чески устранили пожароопасность турбоагрегатов. По­ путно решен вопрос о включении в единое масляное хозяйство маслосистемы питательных насосов.

Для повышения надежности маслоонабжения систем смазки турбоагрегатов от электронасосов на каждом агрегате установлено по четыре насоса: два с двигателя­ ми переменного тока (ГМН) и два с двигателями по­ стоянного тока (АМН).

Производительность и напор каждого ГМН выбраны с расчетом полного обеспечения блока маслом с задан­ ным давлением. ЛМЗ в качестве ГМН для К-300-240 использует вертикальные насосы типа 12КМ-15, уста­ навливаемые на маслобаке. Производительность такого насоса 450 м3/ч, а развиваемый напор 30 м вод. ст. При­ водом служит асинхронный электродвигатель А-92-4ВЗ мощностью 160 кет.

ХТГЗ для аналогичных турбин использует горизон­ тальные насосы типа 8НДв-60, производительность кото­ рых 400 м3/ч, а развиваемый напор 42 м вод. ст. Приво­ дом служит асинхронный электродвигатель типа А-101/6М

мощностью 100 кет.

АМН выбраны на меньшую производительность и на­ пор, так как они предназначены только для безаварий­ ной остановки агрегата и снижение потребдяемо.й от

----------------------------------- --- — ----------

шлет быстродействие и надежность их пуска. ЛМЗ ис­ пользует для К-300-240 в качестве АМН насосы типа 12КМ-20 производительностью по 430 м3/ч и развиваемым напором 18 м вод. ст. Мощность электродвигателя посто­ янного тока типа П-82-ВЗ 55 кет. На блоках мощностью 300 Мет ХТГЗ применяются АМН типа 5НДв произво­ дительностью 180 м3/ч и развиваемым напором 31 м вод. ст. Приводом служит электродвигатель типа ПН-205 мощностью 34 кет.

Разработана система защиты турбоагрегата от паде­ ния давления масла в системе смазки. Действие ее пост­ роено по следующему принципу. В случае отключения работающего ГМН автоматически от блок-контактов включается один АМН и по импульсу от РПДС — резерв­ ный ГМН. Второй АМН включается только от РПДС, которое настроено на более низкий уровень снижения давления масла в системе смазки, чем РПДС резервного ГМН. По достижении установленного предела пониже­ ния давления масла в системе смазки защита после трех­ секундной выдержки отключает турбину и генератор.

Важным мероприятием по повышению надежности эксплуатации турбоагрегата является повышение быстро­ действия автоматического ввода резервных масляных насосов (АВР). Как показывают результаты испытаний, при существующих схемах АВР происходят большие запаздывания, в результате чего автоматический переход с работающего насоса на резервный происходит с прова­ лом давления в системе до уровня срабатывания защиты. Чтобы в таких случаях без крайней необходимости не происходили отключения блоков, защита имеет трехсе­ кундную выдержку. При наличии резервных объемов масла кратковременный глубокий провал давления в си­ стеме смазки не опасен.

Эффективным средством повышения надежности маслоснабжения подшипников турбоагрегатов от электро­ насосов должна стать схема с использованием двух парал­ лельно работающих насосов половинной или несколько большей производительности при условии их электро­ питания от разных источников [Л. 4]. Третий такой же насос находится в резерве. Благодаря подключению работающих насосов к разным источникам энергии в слу­ чае произвольного отключения одного из них второй будет продолжать снабжать систему маслом. Этим достигается главное преимущество данной схемы — постоянное дейст-

18

вие резерва. Весьма важным обстоятельством в данной схеме является и то, что безопасность работы агрегата не зависит от действия автоматики. При совместной работе двух одинаковых насосов на общую сеть равно­ весие системы определяется давлением в коллекторе. Гидравлическое ■сопротивление'системы h пропорциональ­ но квадрату скоростей и, следовательно, квадрату расхо­ дов:

h = $qz,

где |3 — постоянный коэффициент пропорциональности. На рис. 3 представлены характеристики q—Я одного и двух одинаковых насосов, совместно работающих на

общую систему.

Из графика видно, что суммарная подача при совмест­ ной работе двух насосов меньше суммы подач при их раздельной работе на ту же сеть:

Ч\ + Я\<4х + 92-

Индексом «с» отмечены подачи при совместной ра­ боте насосов.

В рассматриваемой схеме при остановке одного из на­ сосов подача масла другим насосом возрастает пропор­ ционально корню квадрат­ ному из разности гидравли­ ческих сопротивлений сети в этих режимах. Объясняет­ ся это тем, что при умень­ шении подачи сопротивле­ ние сети уменьшается, одно­ временно уменьшается и на­

одного насоса увеличение подачи оставшегося в работе насоса может составлять 20—30% его нормальной про­ изводительности при совместной работе. Сопротивление системы при переходе на работу с одним насосом умень-