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

шаетсяещеи потому, что при сокращении расхода масла в подшипниках увеличивается их подсасывающее дейст­ вие. Это также способствует увеличению подачи масла от одного работающего насоса.

При работе блока на турбопитательном насосе коли­ чество масла, потребляемое установкой, составляет около 70% полного расхода. В этом случае переход на маслоснабжение от одного насоса половинной произво­ дительности уменьшит подачу масла в систему на 15%. Снижение давления масла в системе при этом будет не более 30%, что вызовет только срабатывание РЛДС и пуск резервного насоса. Подобная схема была провере­ на на блоке мощностью 300 Мет (Л. 7]. Во время испыта­ ний маслоснабжение блока на холостом ходу обес­ печивали два ГМН, каждый из которых задвижкой на выходе разгружался до половинной производительности. После остановки одного насоса давление масла в систе­ ме снизилось с 1,75 до 1,14 кгс/см2. Оставшийся в работе насос с поджатым выходом вполне удовлетворительно обеспечивал маслом все подшипники агрегата.

Надежность снабжения маслом подшипников турбо­ агрегата от АМН с двигателями постоянного тока может быть повышена не только средствами автоматики, но также и путем правильного выбора мощности электро­ привода и более рациональным включением АМН в мас­ ляную схему. Как известно, АМН с двигателями постоямного тока предназначены для обеспечения маслом под­ шипников только на период остановки агрегата, когда нет иных источников питания электронасосов, кроме аккумуляторной батареи. Поэтому защитные функции АМН должны в первую очередь отвечать требованиям безотказности и быстродействия. В этом отношении сни­ жение АМН потребляемой мощности до 15 кет сущест­ венно ускоряет и упрощает пуск электродвигателя, так как отпадает надобность в ступенчатости пусковой опера­ ции. Производительности такого насоса вполне достаточ­ но для удовлетворительного обеспечения смазкой всех подшипников турбоагрегата. Кроме того, имеется второй АМН, пуск которого с целью предохранения аккумулятор­ ной батареи от перегрузки пусковыми токами происходит после трехсекундной выдержки.

Уменьшению потребляемой АМН мощности способст­ вует направление подачи масла только в линию смазки турбоагрегата, в обход маслоохладителей. При остановке

20

турбоагрегата в аварийных условиях важно, чтобы подача масла в систему смазки была достаточной для рав­ номерного распределения между всеми его подшипни­ ками, а то, что температура масла будет несколько выше принятой в эксплуатации, решающего значения не имеет. Уменьшению мощности АМН способствует в данной схеме отсутствие подачи масла к гидромуфте питатель­ ного электронасоса. Такая схема выполнена ЛМЗ иа турбоагрегатах К-300-240.

5. РЕЗЕРВНЫЕ ЕМКОСТИ В КРЫШКАХ КОРПУСОВ ПОДШИПНИКОВ

Перечисленные выше средства, (несмотря на их непре­ рывное совершенствование, не могут полностью компен­ сировать снижение надежности маслсснабжепия электро­

ния безаварийных оста­ новок турбоагрегатов тре­ буются устройства, у ко­ торых полностью отсут­ ствуют ненадежные эле­ менты.

Аварийное маслоснабжение подшипников наи­ более целесообразно осу­ ществлять при помощи индивидуального смазоч­ ного устройства, которое без всяких средств авто­ матики вступает в дейст­ вие в момент прекраще­ ния поступления в под­ шипник масла из общей системы маслоснабжения. Независимость инди­ видуальных смазочных устройств от насосов и источников энергии обес­ печивает безаварийную остановку агрегата.

Выдвинутым требованиям отвечают небольшие объе­ мы масла, размещаемые в крышках подшипников [Л. 7, 8] (подобные устройства ранее применялись фирмой

21

Юигстрем для турбин малой мощности). Каждый резерв­ ный объем при работе любого масляного насоса системы смазки находится :в заполненном состоянии. Подача масла к подшипнику из резервного объема осуществля­ ется по трубе 5 (рис. 4) с момента прекращения поступ­ ления смазки в подшипник из общей системы 7. Авто­ матизм вступления резервного объема в действие постро­ ен на принципе сообщающихся сосудов —в подшипниках жидкостного трения давление масла в верхнем зазоре зависит от количества подаваемой смазки. Величина резервного объема должна полностью обеспечить без­ аварийную работу подшипника в течение всего выбега. Вполне естественно, что такой способ может заменить подачу масла от насосов только на время вращения ротора по инерции, т. е. когда требуется создание несу­ щего слоя. После остановки ротора для предотвращения выплавления баббита от тепла, поступающего по валу, потребуется подача масла в значительно большем коли­ честве, так как при этом устанавливается непосредствен­ ный контакт между горячей шейкой вала и баббитом вкладыша. Если за короткое время нормальная схема подачи масла не будет восстановлена, то может произой­ ти подплавление баббитовых заливок у подшипников ЦВД турбины. Но это повреждение безусловно будет ме­ нее ощутимым, чем повреждение при вращении ротора.

Опыт эксплутации блоков мощностью 300 Мет по­ казывает, что резервные объемы, масла полностью оправдывают свое назначение. Помимо произвольных переходов с работающих ГМН на резервные, было не­ сколько вынужденных остановок турбоагрегатов при маслосиабжепии только из резервных объемов, после которых не произошло повреждений подшипников.

Большое значение в повышении надежности маслоспабжения турбоагрегатов от электронасосов имеют мероприятия по совершенствованию маслобаков и мето­ дов деаэрации масла.

6. НАСЫЩЕНИЕ МАСЛОСИСТЕМЫ ВОЗДУХОМ И СПОСОБЫ ДЕАЭРАЦИИ МАСЛА

Маслобаки турбоагрегатов предназначены для хранения, сбора и очистки используемого масла. От качества масла во многом за­ висит надежность работы систем маслоснабжения, особенно системы регулирования. Попадание твердых частиц в зазоры подвижных эле­ ментов регулирования может вызвать заедания. Сильное влияние на работу регулирования оказывает содержащийся в масле воздух,

22

который увеличивает сжимаемость Масла, что отрицательно сказы­ вается на устойчивости системы регулирования.

Однако основной расход масла из бака идет на смазку, в силу чего конструкция маслобака в первую очередь должна удовлетворять требованиям системы смазки.

У турбоагрегатов на закритическис параметры в системах регу­ лирования и смазки используются разные жидкости. Поэтому масло­ бак таких агрегатов полностью предназначен для обеспечения маслом подшипников и группы питательных насосов.

В процессе работы масло насыщается воздухом, обводняется и загрязняется. Увеличение содержания воздуха в масле отрицательно сказывается на работе масляных насосов, снижает их производитель­ ность и напор, вызывает пульсацию давления, ухудшает пусковые характеристики находящихся в резерве масляных насосов. Опытами, проведенными УралВТИ на блоке мощностью 300 Мет, установлено, что время подъема давления при пуске резервного масляного насоса на деаэрированном масле составляет 0,5—0,7 сек. При наличии же во всасывающей полости насоса выделившегося из масла воздуха время подъема давления увеличивается до 5— 10 сек (Л. 9]. Насы­ щение воздухом масла происходит как внутри самих подшипников, где может возникать разрежение и воздух подсасывается nepea^a- зор, так и при сливе масла через торцы вкладышей и из корпусов подшипников. Например, по данным проведенных УралВТИ испыта­ ний на турбоагрегате К-300-240 сливающееся из подшипников масло в сливных маслопроводах эжектирует до 700—1 000 м3 воздуха в час. Как показывают взятые пробы, количество воздуха в масле, посту­ пающем в маслобак, может доходить до 10—20%. а в выходящем из бака масле — до 3,5—6%.

Помимо отмеченного, присутствие воздуха в масле способствует его окислению, а занесенные с воздухом влага и другие примеси обводняют и засоряют его. Окисленное масло более агрессивно по отношению к металлам, в нем интенсивнее образуется шлам. В про­ цессе эксплуатации постоянно ведется контроль за кислотным состоя­ нием масла и в целях снижения его окисляемости применяются специальные присадки. Но самым эффективным средством продления срока службы масла является максимально -возможное удаление из него воздуха. Для того чтобы воздух и другие примеси полностью выделились из масла, необходимо, чтобы масло находилось в баке определенное время; продолжительность этого периода определяется высотой слоя масла и его температурой. Все это учитывается при проектировании маслобака, когда принимается величина кратности циркуляции масла. Обычно кратность циркуляции выбирается в пре­

в баке 50 °С такого времени достаточно для почти полного удаления воздуха из масла. Однако недостаточная деаэрация масла на прак­ тике объясняется несоответствием между фактическим временем пребывания и расчетным. Исследованиями В. Н. Казанского {Л. 10] установлено, что не весь объем маслобака полезно используется. Внутри бака образуются застойные зоны, которые в 2—2,5 раза увеличивают действительную кратность циркуляции, а следовательно, во столько же раз уменьшают фактическое время пребывания в нем циркулирующей части масла.

Для снижения концентрации воздуха в масле, помимо уменьше­ ния смешения масла с воздухом в подшипниках, гидромуфте и эле-

23

ментах системы, необходимо интенсифицировать процесс деаэрации масла в баках. Решить эту проблему только применением антипенных присадок, вводимых в масло, полностью не удается. Известные типы присадок позволяют лишь временно снизить содержание возду­ ха в масле на 1%. По истечении срока их действия содержание воздуха в масле может возрасти до величины, большей, чем до вве­ дения присадки.

С. Г. Смельницким и В. Н. Казанским [Л. 11] разработан высоко­ эффективный способ удаления воздуха из масла. Принцип данного

Удаление Воздуха

Рис. 5. Схема работы пакета наклонных перегородок в маслобаке.

способа построен на искусственном уменьшении глубины слоя масла путем установки в баке многоярусного пакета наклонных перего­ родок (рис. 5). В таком пакете пузырьки воздуха при всплытии про? ходят только слой масла Н, ограниченный каждой парой пластин. У наклонных стенок пузырьки интенсивно объединяются, образуя пузырьки больших размеров. Время удаления воздуха уменьшается пропорционально уменьшению толщины слоя масла и увеличению диаметра пузырьков. К тому же скорость подъема пузырьков возду­ ха возрастает еще и потому, что сопротивление их движению вдоль наклонной стенки меньше, чем при прохождении через масло.

Нисходящее направление потока масла в каналах между на­ клонными пластинами, как показывают проведенные исследования,

24

также способствует повышению эффективности удаления воздуха. Находящиеся в масле примеси осаждаются на поверхность пластин и сползают в грязевой отсек бака. Для удаления из масла мель­ чайших примесей поперек бака устанавливаются перегородки из се­ ток с мелкими ячейками, которые в процессе работы поочередно вынимаются и очищаются. Применение многоярусных пакетов в су­ ществующих маслобаках позволяет снизить содержание воздуха в масле с 4,5 до 0,5%.

Г л а в а в т о р а я

РЕЗЕРВНЫЕ ЕМКОСТИ МАСЛА ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ, МЕТОДЫ РАСЧЕТА

7.РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ

ВУСТАНОВИВШЕМСЯ РЕЖИМЕ РАБОТЫ

Основным условием нормальной работы подшипника жидкостного трения является наличие клиновидного пространства между трущимися поверхностями, запол­ ненного смазкой, у которой коэффициент трения о металл значительно больше, чем между ее слоями. Когда, на­ пример, цапфа придет во вращение, то благодаря хоро­ шему прилипанию смазки к ее поверхности в клиновид­ ном зазоре будет возрастать гидродинамическое давление, под действием которого цапфа начнет приподниматься. По достижении определенной окружной скорости прои­ зойдет полное разделение трущихся поверхностей масля­ ной пленкой, сопротивление трения сведется к сопротив­ лению сдвига слоев смазки, т. е. наступит режим совершенной, чисто жидкостной смазки. Дальнейшее повышение скорости вращения способствует увеличению несущей способности смазочного слоя и его толщины.

Для практических целей расчет подшипников сводит­ ся к определению основных параметров, характеризую­ щих размеры подшипников и режим работы. В литерату­ ре по гидродинамической теории смазки приведен ряд методов расчета подшипников. Рассмотрим методику М. И. Яновского (Л. 12], имеющую наименьшее число допущений. Определенные по этой методике величины, особенно расходы смазки, ближе всего согласуются с опытными данным. В методике Яновского приняты следующие допущения: 1) входная граница смазочного слоя устанавливается на кромке несущей дуги вкладыша,

25

выходная граница — в положении минимального сечения смазочного слоя; 2) вязкость смазки в несущем слое постоянна и равна среднему арифметическому из зна­ чений во входном и наиболее узком сечениях слоя; 3) смазка — несжимаемая жидкость и вязкость ее не зави­ сит от давления; 4) поверхности шипа и вкладыша идеальной формы и чистоты.

Наиболее общими для подшипников жидкостного трения являются следующие параметры.

Угол охвата шейки вкладышем 0 — центральный угол, па величину которого расточка вкладыша выполнена по радиусу, соответствующему принятому зазору /? = г-|-б/2, где г — радиус шейки вала; б — диаметральный зазор. Подшипники турбоагрегатов изготавливаются с углом охвата шейки вкладышем 0= 60^-120°.

Относительный зазор ф —отношение диаметрального зазора к диаметру шейки вала: ф = b/d. У подшипников турбоагрегатов ф выполняется в пределах 0,002—0,004. Отношение диаметра шейки вала к рабочей длине под­ шипника в = djL. Для подшипников турбины е обычно принимается в пределах 1,25— 1,5; для подшипников генератора е = 1.

Диаметры шеек вала у турбоагрегата определяются, исходя из условий необходимой жесткости вала, а рабо­ чая длина вкладышей—из допустимой удельной нагруз­ ки. Последняя характеризует отношение нагрузки к площади проекции шейки вала. У подшипников турби­

вызывает уменьшение коэффициента трения и расхода смазки, но увеличивает нагрев в смазочном слое. Такой характер влияния угла охвата в дальнейшем будет использован для организации аварийного маслоснабження подшипников.

Уменьшение рабочей длины подшипника (при прочих неизменных условиях) сопровождается увеличением утечек масла из нагруженной части в торцы. Это приво­ дит к тому, что к минимальному сечению зазора доходит значительно меньшее количество масла. Из условия устойчивости и неразрывности потока смазки в сужи­

26