книги из ГПНТБ / Глебов, И. А. Научные проблемы турбогенераторостроения

Выявление перегрева сверх заданной уставки осуществляется

в магнитном модуляторе Ф, выполненном на ферритовом сердеч­ нике из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Обмотка управления модулятора W5 включена в диагональ моста через фильтр (Дрі, С2, Др2, СЗ).

Предупредительная уставка формируется с помощью сопро­

тивлений R17, RÍ3, RlO и К9 (контакты 1—2 замкнуты). При пере­ греве, когда температура превышает заданную предупредитель­ ную уставку, ток в обмотке W5 изменяется с отрицательного на положительное направление. При этом происходит перемагни­

чивание сердечника модулятора под воздействием импульса питающего напряжения, на выходной обмотке модулятора W3

появляется напряжение, оно усиливается транзистором Т, в ре­ зультате чего реле П срабатывает, самоблокируется контактом

5—6, включает предупредительный световой сигнал ЛП, данного канала с помощью контакта 7—8, переводит выход усилителя на групповое реле с помощью контакта 3—4 и перестраивает мост контроля на аварийную уставку размыканием контакта 1—2.

Кроме того, через диоды Д1 и Д2 подаются импульсы на включе­ ние реле групповой сигнализации и на включение реле сигнали­ зации панели.

Конденсатор Cl сглаживает напряжение на обмотке реле П.

Отрицательный ток обмотки W3 замыкается через сопротивле­ ние Ri и диод ДЗ. Диоды Д4 и Д5 отделяют цепь самоблокировки

реле П от цепи аварийного группового реле. После размыкания контакта 1—2 в 3-м плече вводятся сопротивления К14, в резуль­

тате чего уставка моста изменяется на аварийную.

Диоды Д6 и Д7 разделяют цепи моста для контроля от цепей,

для измерения и для регистрации. Сопротивления RO и Kll пре­

дусмотрены для изменения уставок (предупредительной и аварий­ ной одновременно) в процессе эксплуатации, сопротивление Кб — подстроечное и используется во время наладки.

Импульсное питание моста Un (однополярные импульсы дли­ тельностью 240 мсек.) позволяет, с одной стороны, уменьшить мощность, выделяемую в термометре сопротивления при прохож­ дении контрольного тока, а с другой стороны, повысить чувстви­ тельность моста за счет большего сигнала. Питание магнитного модулятора (обмотка W2) производится так же импульсным на­ пряжением длительностью 80 мсек.

Двухзвенный фильтр (Дрі, <72, Др2, СЗ) исключает влияние помех.

221

Обмотка W4 — обмотка смещения для компенсации влияния ширины гистерезисной петли сердечника на работу ячейки срав­ нения. Обмотка Wi используется в схеме профилактического контроля системы. Параметры ячейки сравнения выбраны таким образом, чтобы обрыв в термометре сопротивления или кабель­ ной линии связи не вызывали ложных сигналов.

10 ячеек сравнения, предупредительное и аварийное груп­ повые реле, а также переключатель для выбора каналов измере­ ния образуют отдельный блок контроля, который соединяется

со схемой панели штепсельным разъемом. Каждым 5 блокам кон­ троля соответствуют блоки питания импульсных напряжений мостов ячеек сравнения и их индивидуальных магнитных модуля­

торов.

В CTK имеется блок управления (на триггерах), который последовательно подает напряжение 50 Гц на блоки питания.

В результате получение данных в режиме контроля происходит

втечение 40 сек. Кроме того, имеется блок регистрации и измере­ ния. Регистрация (запись) температур производится в соответствии с приведенными выше условиями с помощью двух тяговых искате­ лей и автоматического потенциометра. Для стабилизации напря­ жения питания переменного тока в CTK имеется стабилизатор напряжения. Вся световая сигнализация CTK выведена на один

блок.

145. - КАМЕРА-ИНДИКАТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПЕРЕГРЕВА СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА

Специалисты фирмы «Дженерал Электрик» (США) разра­ ботали прибор для контроля температурного состояния сердеч­ ника статора. Описание этого прибора было дано в докладе на

В1969 г. этот прибор был установлен на одном из генераторов

всвязи с аварией двухполюсного турбогенератора мощностью

770 MBA из-за подгара стали сердечника статора.

Новый прибор — камера-индикатор ионов получил назва­

ние «устройство контроля сердечника». Чувствительное, практи­

чески мгновенно действующее устройство было разработано для выявления перегревов в электрических машинах с газовым ох­ лаждением до наступления серьезного повреждения. Испытания показали, что очень малые частицы, порядка ядер конденсации

(около 0.001 до 0.1 мкм), образующиеся в результате термичес­ кого распада покровных или изоляционных органических материа­

лов, могут быть обнаружены камерой-индикатором ионов, вы­ дающей определенный сигнал от горячего пятна таких малых

размеров, как один квадратный дюйм (^-6.2 см2) в большом турбо­ генераторе с водородным охлаждением. Температура, при кото­

222

рой возникает сигнал о перегреве, может изменяться в зависи­

мости от применения покровных материалов различной тепло­ стойкости. Хотя устройство было впервые разработано для турбогенераторов с водородным охлаждением, оно может быть применено для выявления перегрева элементов любой системы, которое сопровождается выделением малых частиц в результате термораспада. Индикатор ядер конденсации может быть также

применен для обнаружения частиц, и его следует предпочесть

в тех случаях, когда контроль осуществляется в открытой атмос­ фере.

Местный нагрев в сердечнике статора крупных генераторов случается редко. Однако повреждение сердечника из-за перегрева может привести к длительному простою машины и дорогостоя­ щим работам по ее ремонту. Одной из возможных причин воз­ никновения перегрева является повреждение поверхности зубца, в результате чего происходит электрический контакт между лис­ тами, который приводит к протеканию электрического тока и тепловыделению при наличии магнитного потока у генератора. В некоторых случаях перегрев происходит в результате попада­ ния посторонних металлических предметов в зону сердечника

генератора. Местный перегрев такого происхождения может выделить достаточное количество тепла, чтобы расплавить крем­ нистую сталь, из которой изготовлены листы сердечника. Пере­ гревы в других частях генератора тоже возможны, но они менее вероятны.

Принцип, лежащий в основе устройства прибора, заключа­ ется в том, что тепловое разложение небольшого количества органи­ ческих материалов (эпоксидные краски, лаки для покрытия листо­ вой стали и изоляционные материалы), используемых в турбо­ генераторе, вызывает выделение большого количества малых частиц с размерами ядер конденсации. Присутствие этих частиц в циркулирующем водороде обнаруживается в камере-индика­ торе ионов, в которой величина ионного потока уменьшается в связи с присутствием частиц. Степень, до которой уменьша­ ется поток, является мерой величины перегрева. Вначале замысел этого прибора заключался в обнаружении газообразных про­ дуктов термического разложения (при низких температурах) специально приготовленных покрытий. При этом требовалась достаточная чувствительность для определения термического разложения такого покрытия на верхней части отдельного зуба с площадью, обычно равной приблизительно 5×7.5 см2. Из-за

большого газового пространства крупного турбогенератора это приводило к очень низкой концентрации (порядка 0.1 ■IO-6) газообразных продуктов распада, которая тем не менее должна

была быть обнаружена вполне надежно. В этом заключалось не­

малое препятствие для возможности использования существую­

щих устройств, особенно если учесть, что прибор предполагалось

223

сделать простым в обращении, фактически не требующим ухода

иприемлемым по стоимости.

Влабораторных исследованиях было найдено, что тепловой распад (как в воздухе, так и в водороде) лаковых изолирующих пленок шихтованного сердечника дает большое число ядер кон­ денсации (рис. 14-4). Последующие опыты показали, что тепло­

вое разложение других материалов, таких как эпоксидные по­ крытия и различные полимеры, также дают большое число кон­

денсационных частиц как в воздухе, так и в водороде. Далее,

было найдено, что значительная эмиссия ядер начинается при ха­ рактерных температурах. Таким образом, появилась возмож­

чеством ядер конденсации обнаружение перегрева в генерато­ рах возможно при использовании такой малой поверхности, как поверхность головки одного зубца.

Удовлетворительная индикация ядер конденсации впервые была осуществлена с помощью детектора ядер конденсации.

Этому прибору до настоящего времени отдается предпочтение в не­ которых случаях, например для контроля перегревов в машинах

с разомкнутой системой вентиляции. Однако камера-индикатор ионов, которая была разработана позднее для осуществления тех

же целей, является более чувствительной, удобной и экономич­ ной для турбогенераторов с водородным охлаждением. Следует заметить, что оба вида приборов дают одинаковые результаты, регистрируя перегрев с одинаковым быстродействием. Принцип

Th232. Этот изотоп испускает а-частицы, обладающие энергией

3.99 млн эВ и имеет полупериод распада 1.32 IO10 лет. Бомбар-

224

дировка создает большое число ионизированных пар в водород­

ном газе камеры, объем которой рассчитан таким образом, чтобы иметь достаточно большое количество пар. Как ионизирован­

ный, так и неионизированный водород попадает в относительно небольшое пространство с собирающим электродом, представ­ ляющим собой положительно заряженный цилиндр (полярность его может быть изменена на обратную). Отрицательные ионы притягиваются к положительному электроду и создают ток.

Отрицательно заряженный латунный электрод в виде стержня

Рис. 14-5. Схема ионизационной камеры для обнаружения частиц при тепло­ вом распаде органических материалов.

1 — источник радиоактивного излучения; 2 — смесительная камера; з — пикоамперметр; 4 — электрод; 5 — изолятор; в — напряжение постоянного тока; 7 — выход водорода; 8 — тефлон; я — вход водорода.

в центре цилиндра усиливает движение отрицательных. ионов

к собирающему электроду. Поток ионов измеряется электрометри­ ческим усилителем или пикоамперметром. Пока поток и давление водорода постоянны, ионный ток остается постоянным. Если мелкие частицы типа ядер конденсации попадают в смесительную

камеру вместе с водородом, то происходит уменьшение ионного тока. Это уменьшение пропорционально числу частиц ядер кон­ денсации, а следовательно, и степени перегрева. Механизм этого процесса следующий: при столкновении с частицей ион присое­ диняется к ней. Поскольку теперь он находится на относительно тяжелой движущей частице, электрический заряд, скорее, про­ летит мимо собирающего электрода, чем будет им захвачен.

Из приведенного выше описания следует, что в устройстве нет движущихся частей. В сочетании с полупроводниковой тех-, никой аппаратура фактически не требует никакого ухода.

Для первых испытаний с камерой-индикатором ионов для вы­ явления перегреваний в большом турбогенераторе на 10 полос

были нанесены различные покрытия. Затем йолосы индивидуаль­ но нагревали до термического разложения покрытия и получе­ ния сигнала от камеры. —Полосы были помещены в верхней части турбогенератора вблизи вен­ тилятора со стороны контакт­

который был получен при термическом распаде обычного покры­ тия (эпоксидная краска на лаке) листов сердечника статора на верхней части зуба с площадью около 40 см2.

226

Заметна более высокая чувствительность камеры-индикатора

ионов в качестве детектора перегревов в турбогенераторах с водо­ родным охлаждением по сравнению с индикатором ядер кон­ денсации. В последней серии опытов это может быть объяснено тем, что камера-индикатор ионов достаточно чувствительна

к продуктам термического разложения, на которые индикатор

ядер конденсации не реагирует возможно потому, что частицы были меньших размеров, чем ядра конденсации. Чувствительность

камеры-индикатора ионов такова, что термический распад любого покрытия на площади около 6 см2 достаточен для четкого сигнала.

Рис. 14-7. Зависимость ионного тока I камеры-индикатора ионов (I) и кон­ центрации п ядер конденсации (2) при тепловом распаде различных по­ крытий.

а — лак на листовой стали; б — эпоксидный материал; в — эпоксидный материал поверх лака листовой стали; г — связующее для адгезии лака.

Представляет значительный интерес хотя бы приблизительно

определить продолжительность сигнала, полученного от камеры-

индикатора ионов, в зависимости от размера перегретой площади (табл. 14-1, рис. 14-8). При этом принимается, что перегреваемые

поверхности покрыты эпоксидной краской по лаку листовой стали сердечника крупного турбогенератора. Перегрев осущест­ вляется за короткий промежуток времени, порядка 1 мин., кроме того, перегретая площадь обдувается турбулентным потоком

газа таким образом, что создается практически мгновенное раз­ бавление продуктов термического распада.

В камере-индикаторе ионов требуемое значение потока водо­

рода, входящего в камеру, устанавливается специальным из-

228

мерителем. Поток должен быть отрегулирован таким образом, чтобы основной ионный ток был равен 95% от всей шкалы, обычно ток будет порядка 0.3 ×10~12 А по электрометрическому усилй-

S¡дм2

Рис. 14-8. Зависимости показаний камеры-индика­ тора ионов и длительности сигнала от площади по­

крытия.

1 — показание прибора; 2 — длительность сигнала.

гелю. Перепад давления в вентиляторе обеспечивает достаточ­ ный поток около 170—280 л/час. Кроме того, в камере преду­ смотрена система предупредительной сигнализации с регулируе­

няется неизменной. Фильтрацией удаляются специфические

продукты теплового распада. Если прибор работает правильно, то ионный ток должен увеличиться и достигнуть первоначаль­ ного значения. После отпускания кнопки и прохождения газа по прежнему пути непосредственно в камеру при правильной ра­

229

боте прибора снова должен появиться сигнал. Указанная про­ верка прибора может быть автоматизирована для сокращения времени контроля. ⅛v

Приблизительно раз в месяц после установки прибора следует убедиться, что прибор контроля сердечника исправен и способен выявить перегрев с удовлетворительной чувствительностью. Для

этого предусмотрена профилактическая система контроля. Нить,

покрытая органическим полимерным материалом, нагревается

до температуры термического распада материала. В результате создаются частицы типа ядер конденсации, что приводит к умень­

шению ионного тока на величину, достаточную для появления предупредительного сигнала. Таким образом контролируется

не только чувствительность прибора, но также и цепи предупре­ дительной сигнализации. Если во время нагревания нити фильтр будет включен, то прибор контроля сердечника не даст никакого

показания о перегреве.

Американские специалисты Кэрсон, Эчеверриа и Бартон сравнили способы контроля путем введения продуктов теплового

распада (от перегретого органического покрытия) как в машину,

так и в линию отвода газа. Могут применяться оба способа, но по­ следний значительно удобнее. Они также изучали влияние длины линии отбора газа и нашли, что она может изменяться вплоть до 300 м без изменения интенсивности сигнала.

146. - ПРИБОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ

G 1969 г. на всех турбогенераторах фирмы «Дженерал Электрик»

[49] предусматривается место для такого прибора, установка которого производится по требдванию заказчика. В случае от­ сутствия на генераторе такого устройства заказчик может вы­ звать для проверки ротора представителя фирмы с необходимой аппаратурой.

Межвитковые короткие замыкания в обмотках круглых рото­ ров паровых турбогенераторов редко создают затруднения в экс­

плуатации. Однако исследования и ремонты в некоторых редких случаях в прошлом показали, что ранее принятая практика об­ наружения и установления места короткозамкнутых витков не­ достаточно чувствительна. Это особенно верно при определении числа и нахождения места короткозамкнутых витков при нормаль­ ной скорости вращения, когда к межвитковой изоляции прило­ жены центробежные силы катушек и короткое замыкание пре­ кращается при остановке ротора.

Прибор выдает сведения о номинальной скорости для уста­

новления места катушки или катушек, которые имеют коротко­

230