3.Реверсирование и защита паровых турбин

Главный турбозубчатый агрегат обеспечивает создание упора гребного винта, который и дает судну возможность поступательного движения. ГТЗА обеспечивает также маневрирование судна. Движение судна характеризуется скоростью хода, которая с достаточной точностью определяется частотой вращения ВФШ. В этом случае при одинаковых условиях плавания (загрузка судна, сила и направление ветра и т. д.) скорость хода изменяется прямо пропорционально частоте вращения гребного винта.

На рис. 19 приведены характеристики турбины - зависимости крутящего момента Мкр от частоты вращения гребного винта при постоянном количестве подводимого пара, т. е. при постоянной величине открытия маневрового клапана (линии 1, 2 и З). Одновременно на рисунке даны характеристики гребного винта - зависимости момента сопротивления МС вращению гребного винта от его частоты вращения. При определенной загрузке судна характеристика винта является кривой, близкой к квадратичной параболе (кривая А). При увеличении загрузки происходит увеличение момента Мс и уменьшение частоты вращения винта (кривая С), а при уменьшении загрузки - уменьшение момента Мс и увеличение частоты вращения винта (кривая В).

Рисунок наглядно показывает, что при изменении загрузки судна и неизменном открытии маневрового клапана (кривые 1, 2, 3) изменение частоты вращения гребного винта за счет самовыравнивания происходит по характеристике турбины.

Как во всяком регулирующем механизме, в системе автоматического регулирования турбины имеется измеритель регулируемого параметра (частоты вращения), сервомотор, регулирующий орган и обратная связь. В качестве измерителя частоты вращения может быть применен центробежный регулятор. Ход его муфты пропор­ционален частоте вращения. Однако центробежный регулятор неудобен из-за большого числа шарнирных соединений, рычагов, трущихся частей. Поэтому

в настоящее время центробежные - Рис. 19. Характеристики ГТЗА,

регуляторы в судовых паровых турбинах работающего на ВФШ

не применяют.

Современные системы регулирования судовых паровых турбин являются гидродинамическими. Измерителем частоты вращения в них является центробежный или шестеренный масляный насос. Давление, создаваемое насосом, является функцией частоты вращения. Масло, подаваемое этим насосом, называется импульсным, а масло, действующее в сервомоторе, силовым.

Всережимные регуляторы ГТЗА неизбежно имеют довольно сложные схемы. Это объясняется в первую очередь тем, что, как видно из рис. 19, различные режимы характеризуются различной крутизной характеристик гребного винта. Регулятор должен действовать на маневровые клапаны переднего и заднего хода (при работе ГТЗА на ВФШ). Измеритель частоты вращения должен иметь линейную характеристику, обеспечивающую достаточную точность поддержания частоты вращения при любых режимах эксплуатации.

На рис. 20 представлена схема всережимного регулятора ГТЗА серийных танкеров отечественной постройки. Маневровые клапаны турбин переднего хода (ТПХ) и заднего хода состоят из клапанов с подпружиненными однополостными сервомоторами 6 и золотниками 5. Под золотники подводится импульсное масло от измерителя частоты вращения. При увеличении частоты вращения турбины давление импульсного масла повышается и золотник под действием пружины перемещается вверх из среднего положения, соединяя полость сервомотора со сливом. Тогда поршень вместе со штоком клапана движется вверх и уменьшает доступ пара в турбину. Перемещение клапана происходит до тех пор, пока рычаг не вернет золотник 5 в среднее положение, при котором полость сервомотора будет разобщена от силового масла и от слива. Следовательно, каждому значению давления импульсного масла, подводимого под золотник 5, соответствует определенное открытие, маневрового клапана, при котором достигается заданный режим работы ГТЗА.

Рис. 20. Всережимный регулятор ГТЗА

Измерителем частоты вращения является шестеренный насос 2, обеспечивающий работу регулятора как при переднем, так и при заднем ходе ГТЗА. При работе гребного винта на задний ход изменяется направление движения импульсного масла. В связи с этим на всасывании и нагнетании насоса 2 предусмотрены невозвратные клапаны 1, пропускающие масло только в одном направлении. Давление масла, подводимого к регулятору 9 давления, возрастает с увеличением частоты вращения независимо от направления вращения гребного винта. Поэтому необходимы специальные отсечные золотники, обеспечивающие подвод импульсного масла к соответствующему маневровому клапану.

Для управления ГТЗА служит задатчик частоты вращения 8. На верху задатчика видна рукоятка 3. Ее вращение приводит к перемещению золотника, верхний поясок которого в среднем положении перекрывает профильные окна и изменяет их проходные сечения при отклонении от среднего положения. Это приводит к уменьшению давления масла в напорной линии импульсного масляного насоса и перемещению подпружиненного золотника 9 регулятора скорости вниз. Соответственно изменяется давление масла в линии маслопроводов, подводящих масло от регулятора частоты вращения к золотникам маневровых клапанов переднего 4 и заднего 7 хода, в. зависимости от положения золотника задат­чика частоты вращения. Измене­ние давления импульсного мас­ла под золотниками 5 маневро­вых клапанов вызывает переме­щение сервомоторов 6 клапанов. Таким образом, изменяется расход пара, а следовательно, и частота вращения ГТЗА

При среднем положении золотника задатчика должно обеспечиваться полное закрытие маневровых клапанов. Для этого к напорной магистрали импульсного масляного насоса подводится масло от напорной магистрали через дроссельную шайбу 10, что обеспечивает при среднем положении задатчика давление под золотником 9, равное 1,2—1,3 МПа. Золотник 9 поднимает­ся, что вызывает уменьшение давления масла в полости золотни­ка и закрытие маневровых клапанов.

Действие всерёжимного регулятора частоты вращения происходит в указанной ниже последовательности. При изменении момента сопротивления М_с (см. рис. 20) изменяется частота вращения ГТЗА и жестко связанного с ним измерителя - импульсного масляного насоса. Изменение частоты вращения насоса вызывает изменение давления в его напорной магистрали и смещение золотника всерёжимного регулятора. После этого давление между его дроссельными окнами и степень открытия маневрового клапана переднего или заднего хода также изменяются.

В эксплуатации возможны аварийные ситуации, когда полностью нагруженная турбина внезапно остается без нагрузки (поломка гребного вала, потеря винта, аварийное состояние электрогенератора). В таких условиях турбина может пойти вразнос. Поэтому в каждой турбине должен быть, помимо обычного регулятора, предельный регулятор (рис; 21), автоматически прекращающий доступ пара в турбину при увеличении частоты вращения на 10-12% выше номинальной.

5 4

Рис. 21. Предельный регулятор

В ал 3 турбины имеет в концевой части отверстие, где находится палец 1, центр тяжести которого не совпадает с осью вала. При вращении вала под действием центробежной силы палец стремится выдвинуться наружу, но его удерживает пружина 2. Натяжение пружины устанавливается так, чтобы центробежная сила преодолевала его при частоте вращения на 10-12% превышающей номинальную. При этой частоте вращения палец выступает из отверстия и его головка ударяет по рычагу 5, который отбрасывает и освобождает собачку 4. Собачка связана системой рычагов с БЗК, который под действием пружины закрывается и немедленно прекращает доступ пара в турбину.

В настоящее время стали применяться предельные регуляторы гидродинамического типа. Чувствительным элементом здесь является центробежный насос. При достижении давления масла, соответствующего частоте вращения, на 10—12% превышающей номинальную, происходит перемещение поршня сервомотора БЗК и он закрывается, прекращая доступ пара в турбину. Защиту от чрезмерного повышения частоты вращения должны иметь все турбины независимо от их мощности. Предельные регуляторы ГТЗА по устройству в принципе не отличаются от предельного регулятора, показанного на рис. 80. В ГТЗА применяют также защиту по давлению масла в системе смазки подшипников, так как при недостаточном давлении все подшипники турбины неизбежно выходят из строя. Так как масло под давлением используется и в системе регулирования, то недостаточное давление может вызвать нарушение работы этой системы, что также представляет серьезную опасность для турбины.

Очень важна в мощных турбинах защита от осевого сдвига ротора. Безопасная работа турбины может быть только при нормальном положении ротора. Для фиксации положения ротора в осевом направлении каждая турбина имеет упорный подшипник. При недостаточном поступлении масла в упорный подшипник могут, произойти выплавление бабитовой заливки сегментов подшипника и сдвиг ротора. Осевой сдвиг ротора может привести к задеванию рабочих лопаток за неподвижные части и вызвать серьезную аварию турбины. Для предотвращения этого служит реле осевого сдвига. При смещении ротора реле воздействует на сервомотор БЗК и закрывает его, прекращая доступ пара в турбину.

Обычно абсолютное давление в конденсаторах судовых турбин поддерживается в пределах 0,004-0,007 МПа. Снижение вакуума, т.е. повышение давления в конденсаторе, вызывает изменение температурного режима работы турбины. Из-за этого может произойти деформация корпуса и ротора. Особенно опасно искривление ротора, так как оно может привести к задеванию вращающихся частей турбины за неподвижные. Поэтому ГТЗА снабжены вакуумными реле. При повышении абсолютного давления в конденсаторе примерно до 0,05 МПа вакуумное реле воздействует на сервомотор БЗК и прекращает поступление пара в турбину.

ГТЗА должны иметь защиту от доступа пара из паропрово­дов отбора. Для обеспечения действия механизмов и аппаратов при остановке ГТЗА к паропроводам отборов подводят свежий дросселированный пар, который может попасть в турбину. По­этому на паропроводах отборов ставят невозвратные клапаны, автоматически открывающиеся при повышении давления пара в точках отбора и закрывающиеся при' падении давления ниже установленной величины.

К элементам защиты следует также отнести блокирование пуска турбины (открытия БЗК) при включенном валоповоротном механизме.

В настоящее время все чаще применяют безвахтенное обслуживание паротурбинных установок. В этих условиях необходимо предусматривать звуковую сигнализацию, предупреждающую о ненормальном увеличении или уменьшении важнейших парамет­ров работы установки.