3. Эксплуатация подпятников и подшипников гидрогенераторов.

Гидрогенераторы, в большинстве своем вертикальные, снабжены подпятниками (ПП) и направляющими подшипниками (НП). ПП воспринимает вертикальную нагрузку - вес вращающихся частей гидрогенератора, гидротурбины и усилие осевой реакции воды на лопастях рабочего колеса гидротурбины. Гидрогенератор имеет один или два НП, зачастую второй НП находится в турбине. На рис.23 представлены две классические компоновки гидроагрегатов. Зонтичный гидроагрегат имеет один верхний НП. Второй НП находится в гидротурбине. ПП расположен год ротором Р гидрогенератора и опирается или на специальную нижнюю крестовину, или на конусообразную

Рис.23. Компоновки гидрогенераторов

опору, поставленную на крышку гидротурбины. При подвесной компоновке гидроагрегата ПП расположен над ротором Р генератора. Такой генератор имеет обычно отдельный нижний НП и верхний НП, объединенный с ПП.

НП и ПП располагаются в масляных ваннах с естественной циркуляцией масла, снабженных водяными маслоохладителями. При эксплуатации периодически, один раз в смену, проверяется уровень масла в ванне, его температура и мутность, за которой можно следить через специальное окно в маслованне. Мутность масла может быть вызвана вспениванием или попаданием в него воды, например из-за течи в маслоохладителях. Наличие воды в ванне НП и ПП периодически проверяют открыванием крана, расположенного в нижней точке ванны. Оттуда может потечь скопившаяся в ванне вода. Она ухудшает смазывающие свойства масла и, что самое опасное, приводит к коррозии зеркала подпятника и шейки вала. Содержание влаги в масле проверяют не только визуально, но и химическим анализом.

При эксплуатации наиболее уязвимым элементом гадроагрегата является его ПП, состоящий из ступицы ПП, укрепленной на валу

Рис.24. Сегменты подпятника

гидрогенератора, нижняя часть которой снабжена диском с полированной поверхностью – зеркалом ПП. Вся вертикальная нагрузка передается через зеркало ПП на сегменты ПП (рис.24). Сегменты ПП расположены в один или два ряда на стуле ПП, воспринимающем нагрузку ПП Стальной сегмент (рис.25) состоит из тела сегмента 2 и подушки 1,

Рис.25. Сегмент подпятника гидрогенератора

покрытой слоем антифрикционного материала - баббита или фторопласта. Для облегчения пуска у мощных гидроагрегатов иногда предусматривают центральное отверстие в сегменте, из которого под зеркало в момент пуска гидроагрегата подается масло под высоким давлением -около 29 МПа (300 кгс/см²), т.н. «клизма». Поступающее масло создает слой между сегментом и зеркалом, обеспечивающий «всплытие» ПП. Тем самым значительно повышается надежность ПП, 90% всех повреждений которого происходит именно в момент пуска агрегата.

В некоторых конструкциях ПП (рис.25) предусмотрено внутреннее охлаждение сегмента - на рисунке видны трубки, по которым циркулирует вода. Усложнение конструкции сегмента и всего ПП окупается повышением надежности ПП. Дело в том, что сегмент нагревается потерями на трение, возникающими на его верхней поверхности. Это приводит к тому, что верхняя часть сегмента всегда горячее нижней. Такой неравномерный нагрев неизбежно приводит к тепловой деформации сегмента: его центральная часть выпячивается, а края опускаются. Таким образом, центральная часть сегмента оказывается более нагруженной, баббит там перегревается и быстрее изнашивается. Внутреннее охлаждение сегмента предотвращает его выгибание.

Большое значение для надежной эксплуатации ПП имеет равномерное распределение нагрузки ПП на все сегменты. Каждый сегмент С (рис.26) с баббитовым слоем Б, нагруженный зеркалом 3

Рис.26. Подпятник на регулируемых винтовых опорах подпятника,

установлен на винтовой опоре О, стоящей на стуле СТ опоры ПП. Гайкой винтовой опоры регулируется сегмент по высоте для обеспечения равномерной нагрузки всех сегментов. Нагрузка сегмента контролируется по его прогибу. Однако при этом способе равномерность нагрузки сегментов находится в пределах 20-25%, что не обеспечивает необходимую надежность работы ПП. Распределение нагрузки на сегменты с точностью 5% позволило произвести внедрение тензометрии, сократившее трудоемкость балансировки ПП в 6-7 раз, а аварийность ПП -в пять раз.

Ж

Рис.27. Подпятник на гидравлической опоре

есткость винтовой опоры сегмента ПП является существенным недостатком этой конструкции. Его удалось преодолеть в конструкции ПП на гидростатической опоре. В ней (рис.27) сегмент опирается на мощный стальной сильфон - упругий сосуд, наполненный маслом. Сильфоны всех сегментов связаны между собой трубопроводами, обеспечивающими одинаковое давление во всех сильфонах и тем самым - одинаковую нагрузку всех сегментов.

Для контроля теплового режима ПП в каждый сегмент ПП вставлены термометры сопротивления. Они погружены в холодное масло, поступающее в зазор между сегментом, и в горячее масло, выходящее из зазора. Температура ПП периодически (несколько раз в смену, а также во время пуска и остановки агрегата) проверяют по логометру или автоматически установкой термоконтроля СТК-200. СТК-200 может опрашивать с заданной периодичностью до 200 термометров сопротивления и печатать результаты измерений. При недопустимом нагревании установка подает предупредительный и аварийный сигналы.

В процессе ремонта ПП и НП промываются, а их сегменты вынимаются и осматриваются. При наличии местных потертостей шабрится баббитовый слой. При большом износе баббитового слоя производится замена всех сегментов. Производится новая балансировка ПП на жестких опорах, однако ПП на гидравлических опорах в ней не нуждается. Опытная эксплуатация ПП с антифрикционным покрытием из фторопласта показала значительно большую их долговечность и износостойкость.

4.4. Эксплуатация системы возбуждения генераторов. Современные турбо- и гидрогенераторы имеют следующие системы возбуждения: 1) машинная с электромашинными возбудителями; 2) высокочастотная с возбудителем (генератором) переменного тока повышенной частоты 200-500 Гц и полупроводниковыми неуправляемыми выпрямителями; 3) выпрямительная с управляемыми полупроводниковыми выпрямителями, питаемыми от вспомогательного генератора переменного тока (независимая система) или шунтовых и сериесных трансформаторов, включенных на шины генератора (система самовозбуждения).

При эксплуатации машинных систем возбуждения особое внимание уделяется состоянию скользящих контактов – токосъемных колец ротора и коллекторов машин постоянного тока. Основной признак неисправности коллектора и колец - искрение щеток. Существенное значение имеет величина давления под щеткой, например, для щеток марки ЭГ-4 давление должно-быть 1,765  10% Н/см² (180 10% гс/см² ). При размере торца щетки 22x30 мм среднее усилие прижима щетки должно быть около 11,27Н (1,15 кгс). Усилие прижима щетки проверяется пружинным динамометром. Причиной искрения щеток может быть плохое прилегание щеток к коллектору. Новые щетки перед установкой на машину необходимо притирать по макету коллектора - цилиндру одного с ним диаметра.

Подгар рабочих поверхностей коллектора и контактных колец может также привести к искрению щеток. Подгар вызывается износом и нарушением цилиндричности поверхности коллектора и колец, а также попаданием масла на контактную поверхность. Загрязненный коллектор можно прошлифовать наждачной шкуркой, при большом износе коллектор и кольца шлифуются во время ремонта генератора шлифовальной машинкой.

Во время работы генератора дежурный персонал раз в смену проверяет состояние коммутационного аппарата- возбудителя визуально, а также путем «продергивания» поводков-проводников щеток. Таким образом определяют подвижность щетки (она может зависнуть или заклиниться) и ее относительную нагрузку. Поводки-проводники всех щеток нагреты до определенной температуры. Обнаружение щетки с холодным проводником покажет, что данная щетка не нагружена, дефектна.

Состояние коллектора возбудителя работающего генератора проверяют освещением его стробоскопической лампой. При подсинхронной частоте вспышек стробоскопической лампы можно наблюдать как бы остановленный или медленно вращающийся коллектор и выявить все его дефекты.

Выпрямительные системы возбуждения содержат различного вида выпрямители: ионные (игнитроны), диодные и тиристорные. При этом источником тока служит или генератор переменного тока частотой 500, 200 или 50 Гц, именуемый также вспомогательным генератором, или трансформатор, включенный на шины генератора.

В настоящее время ионные выпрямители - игнитроны, содержащие ртуть, повсеместно заменяют на управляемые полупроводниковые выпрямители - тиристоры. Тиристорные мосты состоят из большого числа последовательно-параллельно включенных тиристоров на номинальные параметры 300-600 В и 200-600 А каждый. Мощные тиристорные блоки имеют, как правило, принудительное охлаждение, как воздушное, так и водяное.

В эксплуатации тиристорные выпрямители весьма надежны. В течение первых месяцев эксплуатации выходит из строя до 10% всех тиристоров, однако затем выпрямитель годами работает без сбоев. Главное внимание в процессе эксплуатации необходимо уделять надежности охлаждения тиристоров. Теплоемкость тиристоров с принудительным охлаждением мала и при нарушении охлаждения система возбуждения должна немедленно отключиться, а следовательно, отключается и генератор. Недостатком воздушной системы охлаждения тиристоров является возможность попадания пыли на радиаторы тиристоров, что ухудшает теплосъем, уменьшает расход воздуха, возникают предпосылки к перекрытию изоляции. Поэтому при работе с воздушноохлаждаемыми тиристорами следует периодически очищать, продувать весь тракт охлаждающего воздуха.

Более надежны в работе водоохлаждаемые установки. Они охлаждаются дистиллятом, требования к которому аналогичны требованию к дистилляту водоохлаждаемого генератора. Как правило, выпрямитель системы возбуждения имеет свою отдельную водяную систему с двумя охладителями воды, рабочим и резервным насосами. Качество охлаждающей воды проверяется, как правило, один раз в смену специальным прибором. Температурный режим зависит от класса и типа тиристоров и задается заводской инструкцией.

Работающая тиристорная выпрямительная установка является источником мощных высокочастотных электромагнитных полей, возникающих в момент переходного процесса отпирания и запирания тиристоров, их частота 85-500 кГц, Измерения, выполненные на Красноярской и Чиркейской ГЭС, показали, что напряженность электромагнитных полей достигает 50-70% допустимой, с точки зрения безопасности персонала, нормы. Поэтому нельзя долго находиться вблизи (на расстоянии нескольких метров) от работающей выпрямительной установки и тем более - открывать металлические дверцы шкафов с выпрямительными элементами.