книги из ГПНТБ / Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций

вызвать коробление горизонтального разъема корпуса, нару­ шение его плотности и пропаривание.

Рекомендуется вести прогрев с такой скоростью, чтобы температурные градиенты по ширине фланца не превы­ шали 60° С.

В современных мощных турбинах высокого давления пре­ дусмотрен паровой обогрев фланцев и шпилек, выравниваю­ щий температуру по ширине фланца и позволяющий ускорить прогрев машины.

Градиент в 60° С при паровом подогреве фланцев эквива­ лентен перепаду в 160—180°С при отсутствии такого подо­ грева. Так как температурный перепад пропорционален ско­ рости повышения температуры, это означает, что введение па­ рового обогрева фланцев ускоряет прогрев корпуса турбины почти втрое.

Поскольку обогрев фланцев является очень эффективным средством, быстро изменяющим их температуру и одновремен­ но влияющим на относительное удлинение ротора, следует пользоваться им очень осторожно, чтобы при неправильном обогреве не вызвать задеваний в уплотнениях, недопустимых напряжений в шпильках и даже коробления горизонтального разъема машины.

Шпильки. Отставание прогрева шпилек от фланцев вызы­ вает растягивающие напряжения в шпильках, которые накла­ дываются на напряжения холодной затяжки и могут привести к их обрыву.

Допускаемый температурный перепад между фланцами и шпильками зависит от их конструкции и материала и колеб­ лется для большинства типов турбин между 25 и 40° С.

Паровой обогрев фланцев и шпилек помогает удержать температурный перепад шпилька — фланец в этих безопасных пределах при ускоренном прогреве турбины.

Для парового обогрева фланцев и шпилек применяются самые различные способы. Наибольшее распространение среди других получил способ внутреннего парового обогрева, при котором греющий пар, отбираемый из камеры регулирую­ щей ступени, подается в каналы, высверленные в толще флан­ цев и огибающие шпильки. Сброс пара производится в кон­ денсатор турбины. Регулируя количество греющего пара, управляют нагревом фланцев так, чтобы температурные гра­ диенты по их ширине не превосходили допускаемых значе­ ний.

Корпус ЦСД. Температурные напряжения в корпусе ЦСД невелики и не превосходят 10 кгс/мм2. Исключение составляет зона перехода от торообразной паровпускной части к ци­ линдрической, где не только при пусках, но и при установив-

70

щихся режимах напряжения могут превышать предел теку­ чести стали.

Разность температур Д^фл по ширине фланца ЦСД явля­ ется одним из основных критериев, ограничивающих скорость нагружения турбины при пуске из холодного состояния. Пре­ дельная разность Д/фл может быть определена из выражения

°фл = = ~ 2 ~ е^^^ ф Л 1

если задаться осевым температурным напряжением на внут­ ренней поверхности фланца

Разность средних температур стенки корпуса ЦСД и флан­ ца в 100° С вызывает дополнительные меридиональные напря­

бины вполне реальна. В действительности напряжения могут быть еще выше из-за защемления фланца стенкой корпуса, что и объясняет многочисленные случаи коробления корпусов паровых турбин при пусках, вызывающие затем пропаривание горизонтального разъема цилиндров, в некоторых случаях сквозное.

Выгиб цилиндра турбины вверх объясняется теми же причи­ нами, что и выгиб барабана котла в период его растопки: не­ одинаковыми температурами верха и низа цилиндра из-за разных условий их охлаждения. Выгиб цилиндра турбины опасен тем, что при этом могут быть «выбраны» радиальные зазоры и начнется задевание вращающихся частей о непо­ движные.

Наибольшие разности температур верха и низа цилиндра имеют место при охлаждении турбины при ее остановке. Во время пускового прогрева эти разности, а следовательно, и эксцентриситет оси цилиндра меньше.

На рис. 51 приведены диаграммы изменения температуры верха и низа одной турбины при ее остановке и последующем пуске и нагружении. Как можно видеть, максимальная раз­ ность температур верха и низа корпуса турбины наступила в этом случае приблизительно через 5 часов после ее оста­ новки.

71

Так как каждые 10° С разности температур верха и низа соответствуют эксцентриситету оси цилиндра в 0,1 мм, а мини­ мальный радиальный зазор в лабиринтных уплотнениях равен 0,8 мм, то очевидно, что предельно допускаемая разность тем­ ператур верха и низа цилиндра не. должна превышать 50—60° С. Для предварительной приближенной оценки до­ пускаемой разности температур верха и низа цилиндра суще-

Праги5 фланцеЬ 8 точках 1-8

0,8

0,6

0,6

0,2

0

- 0,2

%

Р*

400

300

200

°С

Рис. 51

ствуют эмпирические формулы. Одну из них [9] мы приводим ниже:

Здесь d — диаметр цилиндра турбины, мм; L — длина ци­ линдра турбины, мм; е — коэффициент теплового расширения

обогрев корпуса паром из лабиринтных уплотнений (рис. 52), а во время остановки — медленное вращение ротора валоповоротным устройством. При работе валоповоротного устрой­ ства, имеющего скорость вращения 30—60 об/мин, значитель­ но улучшаются условия конвективного теплообмена внутри цилиндра из-за интенсивного перемешивания воздуха и темпе­ ратурные разности верха и низа остаются в допустимых гра­ ницах.

72

Говоря о температурных напряжениях и деформациях в корпусах турбин при пусках, следует упомянуть также о пове­ дении цилиндра низкого давления и выхлопной горловины турбины. При длительной работе турбины на холостом ходу во время пуска температура пара из-за больших потерь в про­ точной части повышается и выхлопная часть турбины сильноперегревается. Это приводит к ослаблению посадки дисков ЦНД, расцентровке турбины и возникновению вибраций. При последующем наборе нагрузки температура хвостовой части резко падает, что может привести к появлению трещин в диа­ фрагмах последних ступеней.

Во избежание перегрева выхлопной горловины и исключе­ ния указанных выше аварийных явлений в некоторых случаях производят впрыск конденсата в выхлопную часть машины при ее пуске.

Тепловой прогиб ротора. Прогиб оси ротора при прогреве турбины или при ее охлаждении опасен тем, что центр тяжести ротора смещается с оси вращения и возникает неуравнове­ шенная центробежная сила, пропорциональная эксцентриси­ тету оси. Этот прогиб возникает вследствие неодинаковых условий охлаждения верха и низа ротора и появления темпе­ ратурного градиента по его диаметру.

Если величина неуравновешенной центробежной силы сравняется с весом ротора, возникнет сильная вибрация. Так как скорость вращения турбин очень велика (3000 об/мин), то достаточно ничтожного смещения центра тяжести, чтобы по­ лучить эти аварийные условия. Например, достаточно центру тяжести ротора весом 4—6 т и длиной около 3 м (турбина

73-

ратур в 7° С уже окажется критической и турбина не сможет нормально работать.

Предельным эксцентриситетом ротора, при котором еще разрешается пуск турбины, считают 0,05 мм, что соответствует температурному градиенту по диаметру 3,5° С.

При остановке машины, не имеющей валоповоротного

те периоды остывания, когда эксцентриситет ротора не превос­ ходит 0,05 мм. При эксцентриситете, находящемся в пределах 0,05—0,15 мм, пуск разрешается только при условии удлинен­ ного прогрева, а при эксцентриситете, превышающем 0,15 мм, машину пускать вообще нельзя. Этот период остывания назы­ вают мертвым периодом.

Машины, снабженные валоповоротным устройством, не имеют мертвого периода, так как при вращении вала этим устройством условия охлаждения верха и низа ротора вырав­ ниваются, и поэтому горячий пуск таких машин возможен всегда.

Тепловой прогиб может возникнуть не только при остыва­ нии, но и при прогреве ротора, т. е. при пуске турбины, не­ смотря на то что ротор при этом вращается. Причиной этого может явиться ослабление посадки дисков из-за слишком быстрого прогрева машины и неравномерное соприкосновение по окружности втулки с валом, а следовательно, неодинако­ вый нагрев вала по диаметру.

Вообще, рекомендуется удерживать разность температур между втулкой и валом в пределах 40—60° С, так как при

7 4

большей разности исчезнет исходный натяг втулки и диски окажутся не закрепленными на валу.

На рис. 54 показаны диаграммы повышения температуры втулки переднего уплотнения и вала при пуске турбины ВТ-25. При повышении скорости вращения от нуля до нормальной разности между этими температурами почти не существуют, но они резко возрастают сразу после включения машины в сеть и набора нагрузки. В отдельные моменты эти разности достигают совершенно недопустимых значений в 100—105° С.

Рис. 54 Рис. 55

Как показал опыт эксплуатации, этого можно избежать, если после синхронизации нагрузить генератор минимально до­ пустимой по техническим условиям нагрузкой в 2—3 МВт и поработать на этой нагрузке полтора-два часа.

Относительное удлинение ротора. Из-за значительной раз­ ницы в массах тепловое расширение ротора опережает расши­ рение корпуса. Это приводит к уменьшению осевых зазоров в проточной части в уплотнениях, вследствие чего могут воз­ никнуть задевания и вибрации. В особенности быстро проис­ ходит относительное удлинение ротора в период первоначаль­ ного нагружения машины (рис. 55).

При пуске горячей турбины пар может иметь иногда более низкую температуру, чем корпус и ротор. При этом ротор охлаждается быстрей корпуса и, сокращаясь по длине, умень­

75

шает входные зазоры в проточной части. Так как эти зазоры значительно меньше выходных, то задевание может наступить гораздо раньше, чем при расширении ротора, в связи с чем такой режим пуска следует считать более опасным.

§ 21. Пуск паровой турбины

Пусковой график паровой турбины показывает изменение температуры металла турбины и удлинение ее ротора и ста­ тора в зависимости от времени. По графику пуска можно также проследить за изменением давления греющего пара,, режимом повышения скорости вращения и характером изме­ нения нагрузки в период нагружения турбины.

Пуск машины делится на три периода.

В первом периоде турбина стоит и ведется прогрев ее головной части, включая паровую .коробку и U-образные трубы. Некоторые заводы за рубежом рекомендуют прогре­ вать в неподвижном состоянии и цилиндр высокого давления. В этом случае пар в ЦВД должен подаваться со стороны вы­ хлопного патрубка, а его давление поддерживаться на уровне 15—20% номинального. Основное внимание следует обратить на температурный перепад в стенке цилиндра, который не должен превышать критических 100—120° С и который как раз в этот период пуска приближается к опасным значениям.

Длительность первого периода пуска зависит от конструк­ ции, мощности и номинального давления машины и может со­

точно большое удлинение ротора, скорость вращения плавно и быстро повышается до номинальной, машина синхронизиру­ ется и включается в сеть.

Во втором периоде пуска следят не только за температур­ ными перепадами в стенках цилиндра, который уменьшается до минимума, но главным образом за удлинением ротора и статора турбины.

Давление пара в самом начале вращения машины подни­ мается толчком до 70—80% номинального и далее плавно по­ вышается с таким расчетом, чтобы к концу второго периода довести его до номинального значения.

Втретьем периоде производят первое нагружение турбины

иосновное внимание обращают на относительное удлинение ротора турбины.

Второй и третий периоды пуска по времени наиболее про­ должительны. В зависимости от мощности, параметров и кон-

76

струкции турбины длительность этих периодов может состав­ лять от 4 до 60 часов.

тора высокого давления непол­ ностью передается на подшип­ ники, так как масса его относи­

тельно невелика. Поэтому в дополнение к измерениям вибра­ ций опор рекомендуется непосредственно измерять вибрации ротора.

Очень существенны также измерения зазоров внутри тур­ бины и контроль прогиба корпуса машины. Зазоры между не­ подвижными и вращающимися частями машины контролиру­ ются с помощью или пароструйного метода, разработанного

77

ВТИ им. Дзержинского, или метода радиоактивных изотопов,, предложенного за рубежом. В некоторых случаях применяется и метод индуктивных датчиков, хотя надежность их работы в области высоких температур в паровой среде невысока.

Прогиб корпуса контролируют или при помощи механиче­ ских индикаторов-реперов или оптическим методом, при кото­ ром смещение, реперов, размещенных на корпусе турбины, на­ блюдается через точный оптический прибор типа нивелира..

§ 22. Блочный (совмещенный) пуск турбины и котла

Пуск блока, при котором параметры пара доводятся до. номинальных значений последовательно в каждом отдельном элементе блока (котле, турбине, паропроводе), носит названиепоследовательного пуска. Такой способ пуска требует большой.

V

Рис. 57

затраты времени, вследствие того что продолжительности прогрева и приведения в рабочее состояние отдельных звеньев блока суммируются.

В последнее время начали широко практиковать совмеще­ ние пусковых операций на котле, паропроводе и турбине. Такой метод называют пуском на скользящих параметрах или совмещенным пуском блока (рис. 57).

При этом методе пар на прогрев паропровода и турбины подают через 15—20 минут после начала растопки котла, когда его давление еще мало отличается от атмосферного, а

78

удельные объемы очень велики. Таким образом, прогрев паро­ провода и турбины идет параллельно с растопкой котла и по­ степенным повышением параметров пара.

Метод совмещенного пуска имеет следующие преимуще­ ства:

1)значительно сокращается общее время пуска благодаря совмещению операций;

2)повышаются скорости пара в проточной части турбины из-за больших удельных объемов пара в начале пуска, что благоприятно отражается на равномерности и быстроте про­ грева отдельных элементов блока;

3)прогрев производится сначала насыщенным, а затем слабо перегретым паром, вследствие чего коэффициент тепло­ отдачи от пара к металлу имеет наивысшее значение;

4)максимальные перепады температуры в металле котла, паропровода и турбины меньше, чем при последовательном пуске, и возникают при относительно невысоких температу­

рах и низких давлениях пара, когда прочность металла выше расчетной;

5)в начальный период совмещенного пуска давления пара практически еще нет, вследствие чего не происходит наложе­ ния механических напряжений в металле от давления на теп­ ловые напряжения, возникающие от температурных перепа­ дов. Поэтому молено допустить большие разности температур

иускорить прогрев;

6)легко поддерживать оптимальную разность температур между металлом и греющим паром, что также ускоряет про­ грев и делает его более безопасным;

7)генератор синхронизируется, включается в сеть и нагру­ жается, когда турбина работает еще на очень низких парамет­ рах пара (4—5 кге/см2). Это сильно сокращает продолжи­ тельность пуска, так как прогрев турбины заканчивается при работающем на систему блоке;

8)потери тепла значительно меньше, потому что нет необ­ ходимости сбрасывать пар, идущий на продувку пароперегре­

вателя и на прогрев паропровода и турбины, так как уже в самом начале пуска этот пар совершает полезную работу.

Блочный пуск прямоточных котлов с турбинами аналоги­ чен совмещенному пуску блоков с барабанными котлами. При­ менение этого метода позволяет ускорить пуск в 4—5 раз по сравнению с последовательным пуском.

Представляет интерес пуск блока 300 МВт с прямоточным котлом на закритические параметры пара. Как правило, такие блоки пускаются по совмещенному режиму, для обеспечения чего широко применяется пусковая схема с встроенным сепа­ ратором (см. рис. 42).

79