книги из ГПНТБ / Вайсман М.Д. Режимы и способы пуска блоков сверхкритического давления учеб. пособие

Полученные значения интегралов подставим в (24); будем иметь:

Отсюда после приведения подобных членов получаем фор­ мулу, описывающую в условиях принятых предпосылок рас­ пределение радиальных напряжений в стенке цилиндра:

В соответствии с ранее отмеченными граничными условиями из формулы (51) следует, что на внутренней и наружной по­ верхностях цилиндра радиальные напряжения отсутствуют. Действительно, так как Vt (цТІ) = 2яр„, то при r = RB выра­ жение, заключенное в квадратные скобки, равно пулю. При

Л ~ 1

\Jr ІН»»0

П= 1JA (н-л«) —Л2 (Ил)

Врезультате простейших алгебраических операций приходим

кследующей формуле:

50

(

будут ли тангенциальные напряжения на внутренней и на­ ружной поверхностях цилиндра растягивающими или сжи­ мающими, так как У0 и' /і являются периодическими функция­ ми и, вообще говоря, при различных значениях р„ функция /о(Цв) может оказаться и больше и меньше /і(ц 71т ) ; различ­ ные знаки может иметь и Ѵа(\іппг).

Однако из представления о физической картине процесса можно заключить, что при охлаждении полости цилиндра тангенциальные напряжения на внутренней поверхности рас­ тягивающие, так как материал, расположенный на радиусах, больших внутреннего, и находящийся при более высокой температуре, препятствует сокращению внутренней поверхно­ сти. Под действием сокращающихся в размерах относительно более холодных слоев на "наружной поверхности стенки воз­ никают напряжения сжатия. По этим же причинам на радиу­ сах RB< r < R Hпри охлаждении имеют место растягивающие радиальные напряжения. При разогреве внутренней полости знаки напряжений на граничных поверхностях изменяются: на ^внутренней возникают тангенциальные напряжения сжа­ тия, на наружной — растяжения; меняют знак и радиальные

так как в этом случае тангенциальные термические напряже­ ния на внутренней поверхности складываются с наибольши­ ми в этом месте тангенциальными напряжениями от внутрен­ него давления.

Для суждения о величине термических напряжений и ха­ рактере их распределения в стенке цилиндра на рис. 12, 13 и 14 приведены значения напряжений материала паропровода высокого давления, в котором ранее были рассчитаны тем­ пературные поля, при мгновенном снижении температуры внутренней поверхности.

Рис. 12. Изменения ни времени ішігеіщіиілыіых на­ пряжении

На рис. 12 нанесены кривые тангенциальных напряжений на различных радиусах в функции времени. По ординатам отложены напряжения, отнесенные к одному градусу началь- *ной избыточной температуры, ст//ѲоКак видно из графика, наибольшие растягивающие напряжения имеют место на внутренней поверхности; наибольшие сжимающие (смещен­ ные по времени) — на наружной.

Растягивающие напряжения возникают в слоях, располо­ женных ближе к внутренней поверхности; в более глубоких слоях (в сторону возрастающих радиусов) действуют напряі жения сжатия. Местом локализации максимальных танген­ циальных напряжений служит внутренняя поверхность ци­ линдра.

Распределение по радиусу удельных тангенциальных на­

в ходе процесса с изменением температурного поля на неко­ торых радиусах изменяется знак тангенциальных напряже­ ний. Например, на относительном радиусе r/RB= 1,2 при

52

Рис. 13. Распределение тангенциальных напря­ жении по радиусу

Рис. 14, Распределение по радиусу радиальных напряжений

F o ^ l- 1 0 - 2 действуют напряжения сжатия, которые в после­ дующем (при F o ^ l ■ІО-1) переходят в растягивающие. В на­ чальной стадии процесса при F o = 1• 10~3 напряжение на ра­ диусе r/RВ«Л,16 падает до нуля; в этот момент напряжения

радиальных напряжений а,/Ѳ0 при различных значениях кри­ терия Fo. С течением времени местоположение максимумов радиальных напряжений смещается в сторону наружной по­ верхности.

Из сопоставления величин, приведенных на рис. 11 —13, следует, что в наиболее опасных зонах — вблизи внутренней поверхности — радиальные' напряжения в совпадающие от­ резки времени примерно на порядок меньше напряжений тан­ генциальных.

Напряжения вдоль продольной оси az простейшим обра­ зом определяются из (31) как сумма тангенциальных и ра­ диальных напряжений.

В наиболее напряженном месте, на внутренней поверхно­ сти, где сгл — О, напряжение (а2)Лп= (а()яв.

Имея в виду соотношение между-местными значениями о,- и от,, а также совпадение максимальных стг и о,, обычно в практических расчетах на прочность ограничиваются опре­ делением тангенциальных напряжений.

При охлаждении и прогреве тангенциальные напряжения, в особенности на внутренней поверхности, могут достигать весьма больших значений, которые превышают предел упру­ гости материала цилиндра. Из кривых на рис. 12 и 13 сле- 'дует, что в условиях идеального теплового удара, при скачке температуры внутренней поверхности всего на 50° С, местные тангенциальные напряжения при Fo = 1• 10~3 достигают при­ мерно 16 кгс/мм2. Для сравнения укажем, что на той же внутренней поверхности паропровода расчетные тангенциаль­

занные величины напряжений, не следует, однако, упускать из вида, что напряжения от внутреннего давления вызывают­ ся паром с температурой 560—570° С. Термическим же на­ пряжениям, возникающим в нормальных условиях при про­ греве или охлаждении паропровода, отвечают меньшие зна­

полости эпюры напряжений располагаются зеркально отно­ сительно оси абсцисс.

54

Очевидно, что в условиях идеального теплового удара, которому отвечает Ві -^-оо, термические напряжения дости­ гают, при прочих равных условиях, наибольших значений.

Рис. 15. Диаграмма для определения безразмерного тангенциального напряжения при тепловом ударе

а) 'напряжения у наружной поверхности стенки трубы; 6) напряжения у внутренней поверх­

ности. В числителе дробных чисел у каждой кривой указано значение критерия Био, в зна­ менателе —отношение радиусов трубы ,

Представление об идеальном тепловом ударе, как и всякая идеализация, уводит от действительного развития процесса. В реальных условиях, даже при ударном нагреве или охлаж-

55

деиин, критерий Ві есть величина конечная. Значения танген­ циальных термических напряжений в интервале чисел Ві = = 54-80 на внутренней и наружной поверхности труб с отно­ шением радиусов R J R B— 1,24-2,0 содержатся в [18]. Заим­ ствованный оттуда график, характеризующий изменение тер­ мических напряжений во времени, приведен на рис. 15. Дроб­ ные числа, проставленные у каждой кривой, означают: над чертой — значение Ві, под чертой — отношение RJRn• Кри­ вые на рис. 15 относятся к случаю нагрева со стороны внут­ ренней полости; они позволяют определять напряжения в тру­ бах, изготовленных из любых материалов; с этой целью по ординатам отложены значения безразмерных напряжений,

выражаемых соотношением а/ — - £Р «О ■

Г л а в а III

ПРЕДПУСКОВЫЕ ОПЕРАЦИИ

§ 7. Перечень подготовительных операций. Проверка оборудования, защит и блокировок

Подготовительные операции к пуску блока после его вре­ менной остановки охватывают работы, предшествующие роз­ жигу пусковых горелочных устройств. В число этих работ входит:

1.Осмотр основного и вспомогательного оборудования блока.

2.Проверка действия технологических защит, блокировок

исигнализации.

3.Опробование дистанционного управления клапанами, задвижками и шиберами парогенератора, турбины, системы регенерации, БРОУ, конденсационной установки.

4.Проверка исправности работы основного, резервного и аварийного насосов системы смазки турбины; насосов си­ стемы регулирования; конденсатных насосов; эксгаустера, который отсасывает из бака пары огнестойкой жидкости, заполняющей систему регулирования. Одновременно прове­ ряется плотность маслопроводов, давление масла перед под-

5. Сборка схем: водопарового и газовоздушного трактов парогенератора, конденсационной установки, системы регене­ рации, коммуникационных линий блока.

6. Подготовка топливного фронта парогенератора и систе­ мы топливоподачи.

56

7.Заполнение парогенератора деаэрированной водой; вы­ теснение воздуха из полостей трубной системы, прокачивание воды по потокам парогенератора и проверка качества сбра­ сываемой воды.

8.Включение подачи охлаждающей воды к течкам и раз­ брасывателям дробечистки и воды к линиям пожаротушения; включение дымососа, дутьевого іг рециркуляционного венти­ ляторов; включение РВП и подготовка топливного фронта котла к розжигу горелок.

Во время осмотра оборудования проверяется отсутствие таких, визуально обнаруживаемых нарушений исправного со­ стояния агрегатов и систем, препятствующих пуску и нор­ мальной работе блока. К ним, в частности, относятся: свищи в доступных обозрению поверхностях нагрева парогенерато­ ра, в сварных стыках коллекторов, паропроводов, питательных трубопроводов; значительные отложения сажи на поверхно­ стях нагрева котла; серьезные дефекты и отставание от ме­ талла изоляции высокотемпературных узлов и деталей; за­ хламленность рабочих мест и отсутствие свободного подхода к элементам оборудования; неисправность водоуказательных стекол, недостаточная освещенность рабочих мест и контроль­ но-измерительных приборов и т. д.

Одновременно проверяются: плотность закрытия люков и лазов, уровень конденсата в конденсатосборнике, масла в масляном баке, огнестойкой жидкости в баке системы регу­ лирования, а также отсутствие отстоя воды в масляном баке и на поверхности огнестойкой жидкости.

Для повышения долговечности станционных агрегатов и обеспечения безопасности персонала первостепенное значе­ ние имеет своевременная остановка блока в случаях возник­ новения каких-либо аварийных ситуаций.

Поэтому перед пуском блока обязательна проверка со­ стояния защитных устройств. При неисправности любой из защит, действие которой вызывает остановку парогенерато­ ра, его растопка запрещается. Запрещается и п-уск турбины при неисправности защит, сигнализации и приборов тепло­ вого контроля.

В состав технологических защит входят: группа защит, непосредственно действующих на остановку всего блока, и группы, вызывающие остановку отдельных агрегатов.

Импульсами, включающими общие защиты блока,-''служат:

а) Увеличенный против предельно разрешенного заво- до'м-изготовителем осевой сдвиг ротора турбины, как в сто­ рону ЦВД, так и ЦСД. Превышение осевого сдвига над до­ пускаемым сопряжено с опасностью задевания и среза гребней уплотнений н может свидетельствовать о поврежде­ нии колодок упорного подшипника. При увеличении сдвига

57

сверх установленной величины защита выключает блок не­ медленно, без выдержки времени.

б) Снижение давления масла, поступающего к подшипни­ кам турбины, ниже уровня, предписанного заводом-изгото- внтелем. Недостаточное поступление масла »угрожает пере­ гревом подшипников, выплавлением антифрикционной за­ ливки вкладышей и колодок и задиром шеек вала и упорного гребня. Так как давление масла может снизиться и по какимлибо случайным, быстро ликвидируемым причинам, то защи­ та срабатывает и останавливает блок с выдержкой времени, обычно, до 3—5 секунд.

в) Снижение вакуума в конденсаторе до величины, мень­ шей чем предписанный заводом минимум. Падение вакуума, а следовательно повышение давления и температуры отрабо­ тавшего пара, вызывает дополнительные температурные де: формации части низкого, давления и выхлопных патрубков, вследствие чего возможно нарушение центровки системы. Кроме того, с повышением температуры возникает опасность ререгрева трубной системы конденсатора. Причинами паде­ ния вакуума могут быть нарушения плотности конденсатора, а также работы эжекторов либо циркуляционных насосов. При этом органы защиты выключают блок без выдержки вре­ мени.

г) Отключение генератора вследствие внутренних или внешних повреждений. В этих случаях защита также выклю­ чает блок немедленно, без выдержки времени.

• д) Повышение уровня конденсата греющего пара в какомлибо ПВД до так называемого «второго предела». Оно сви­ детельствует о неполадках в регуляторе уровня или в конденсатоотводчиках. Во избежание переполнения ПВД и за­ броса влаги в турбину при снижении давления в • камере отбора, защита выключает блок без выдержки времени.

е) Отключение парогенератора; а у блоков с двухкорпус­ ными парогенераторами — любого из работающих корпусов. Защита срабатывает немедленно, без выдержки времени.

ж) Посадка стопорных клапанов турбины. При этом пре­ кращается поступление пара в турбину и немедленно выклю­ чается парогенератор и ряд вспомогательных агрегатов блока.

Индивидуальные защиты отдельных агрегатов необходи­ мы для предотвращения аварии самого защищаемого объек­ та, а также для его остановки в тех случаях, когда наруше­ ние нормальной работы агрегата ставит под угрозу другие элементы установки.

Защитными устройствами оборудуют агрегаты, поврежде­ ния которых либо несвоевременная остановка могут вызвать тяжелые последствия; к таким агрегатам относятся: корпуса

58

парогенератора, турбина, питательные насосы (ПТН и ПЭН), дымососы.

Защиты парогенератора должны предохранить от пере­ грева рабочие поверхности каждого корпуса. Поэтому корпус отключается при падении ниже предельного уровня расхода питательной воды, прекращении расхода пара через проме­ жуточный перегреватель и превышении сверх допустимой температуры свежего пара и пара после промперегрева. За­ метим, что превышение температур пара опасно и для тур­ бины, в связи с чем в составе ее защит предусматриваются устройства, отключающие в этих условиях турбину.

При сжигании многих разновидностей топлив внезапное погасание факела в топке парогенератора (когда поступле­ ние топлива через горелки продолжается), а также отключе­ ние дутьевого вентилятора и дымососа создают взрывоопасную обстановку в газовом тракте; в таких случаях защита отклю­ чает корпус. Защита останавливает корпус при повышении и понижении давления перед ВЗ сверх заданных пределов*.

Корпус выводится из работы также при разрыве труб водяного экономайзера, уменьшении подачи топлива ниже уровня, отвечающего устойчивой работе котла, и отключении группы РВП. Кроме того, в связи с опасностью, возникающей для других агрегатов блока, защита выключает корпус паро­ генератора при превышении температуры в пароприемных устройствах конденсатора во время сброса в них пара и при понижении против заданного значения температуры свежего па|эа.

Защиты турбины, как и защиты ПТН, ПЭН и дымосо­ сов, должны предохранить от повреждений подшипники; поэтому одним из импульсов, вызывающих остановку агрега­ та, служит падение давления масла, подаваемого к подшип­ никам... Отключается турбина также при ^снижении уровня масла в баке и отключении масляных насосов. Самостоятель­ ные защиты выключают турбину, ПТН и ПЭН при увеличе­ нии осевого сдвига ротора.

Наряду с отмеченными ранее защитами турбины от чрез­ мерного повышения температур свежего пара и поеніе пром­ перегрева, предусматриваются также устройства, останавли­ вающие турбину при уменьшении ниже допустимого уровня температур пара перед ЦВД и ЦСД. Значительное снижение температуры пара вызывает быстрое охлаждение клапанов, корпусов и ротора турбины, а следовательно, увеличение тер­ мических деформаций и напряжений; возникает также угроза

* Перевод блока на скользящее давление влечет за собой существен­ ное снижение против ныне принятого нижнего значения допустимого дав­ ления перед ВЗ.

59