книги из ГПНТБ / Плаксионов Н.П. Судовые турбинные установки учебник

Для управления мощностью турбины заднего хода применяют каче­ ственное регулирование, так как работа судна на задний ход происхо­ дит лишь на маневрах в течение короткого промежутка времени. По­ этому здесь важна не столько экономичность работы ТЗХ, сколько про­ стота управления.

Обычно маневровые клапаны переднего и заднего ходов компонуют для удобства управления вместе или рядом и устанавливают возле ГТЗА, а сопловые клапаны — на ТВД.

На судах типа «Сергей Боткин» маневровый клапан как таковой отсутствует; мощность турбины регулируют сопловыми клапанами (производят дросселирование пара, т. е. обеспечивают смешанное ре­ гулирование).

Рис. 101. Ручное H автоматическое регулирование

Управление главными судовыми турбинами до недавнего времени осуществлялось ручным воздействием на систему парораспределения сопловых и маневровых клапанов. В настоящее время ручное воздей­ ствие заменено дистанционным, с помощью электрических или гидрав­ лических следящих систем, включенных между рукояткой управления и клапанными системами.

Для автоматического поддержания задаваемой частоты вращения и быстрейшего изменения ее в переходном процессе от одного режима к другому применяют всережимный регулятор скорости.

На схеме ручного управления (рис. 101, а) показаны маневровые клапаны 2 переднего хода, подающие пар на турбину 3 переднего хода и маневровый клапан / заднего хода, подающий пар на турбину 4 заднего хода. Далее турбина через редуктор 5 передает вращение на винт 6.

При автоматическом управлении (рис. 101, б) пар на турбину по­ ступает через систему автоматического регулирования (САР) 7 и от турбины по трубопроводу 8 отводится к указателю частоты вращения.

При работе всережимного регулятора скорости возможно объеди­ нение процессов управления турбинной и котельной установками, исключающее вышеуказанную непрерывную ручную корректировку работы маневрового устройства. Это позволяет сократить численность необходимого персонала машинно-котельного отделения. Существенным достоинством является упрощение процесса управления турбиной при ходе в узкостях, швартовании, а также при реверсах.

Следует отметить, что впервые в мире применение всережимных регуляторов скорости осуществлено в СССР (начиная с 1963 г.) на

110

танкерах типа «София». Результаты эксплуатации этой системы ди­ станционного управления ГТЗА показали весьма качественную работу последней, устойчивость при всех режимах по скорости, гибкость

иудобство управления.

§31. БЫСТРОЗЛПОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Во время работы турбин могут возникнуть различные неисправности: оголение винта (во время шторма), поломка лопасти или потеря винта; падение вакуума в конденсаторе; понижение давле­ ния масла в масляной системе или повышение его температуры; сдвиг одного из роторов; пуск ГТЗА при включенном валоповоротном уст­ ройстве; отключение генератора в результате его неисправности у тур* боэлектрической установки. Все это может привести к аварии турбины, поэтому турбоагрегаты снабжают быстрозапорными автоматическими защитными устройствами, отключающими поступление пара в турбину.

Быстрозапорные устройства (БЗУ) подразделяют на механические

выключателя предельной частоты вращения, быстрозапорного кла­ пана (БЗК) и рычажной передачи от выключателя к клапану.

Устройство бойкового центробежного предельного выключателя ударного действия показано на рис. 102, а. В поперечном отверстии, просверленном в конце вала турбины, помещен цилиндрический боек. Центр тяжести бойка смещен от оси вращения, вследствие чего масса бойка при вращении создает центробежную силу, которая стремится> выдвинуть боек из отверстия наружу, но пружина удерживает его на месте.

При увеличении частоты вращения на 12—15% против нормальной центробежная сила становится больше сопротивления пружины, боек выступает из отверстия и через передачу оказывает нужное воздейст­ вие на БЗК.

Принципиальная схема быстрозапорного устройства механического типа показана на рис. 102, б. Боек./ при срабатывании центробежного выключателя смещается от опорной гайки 3 и ударяет по левому плечу рычага 2, который при этом поворачивается и, расцепляя замок 4, позволяет повернуться рычагу 5, находящемуся под воздействием пру­ жины 6.. Пружина переместит тягу 7, рычаг 11 и повернет защелку 10. В результате освобождается втулка 8, и пружина 9, перемещая ее, за­ кроет клапан. Для открытия БЗК нужно вращать маховик в сторону его закрытия (по часовой стрелке), а затем в сторону открытия.

Следует учесть, что длительное бездействие механического БЗУ приводит к заеданиям, прикипаниям и другим неисправностям. По­ этому при эксплуатации турбины необходимо периодически проверять устройство. Действие БЗК проверяют путем его ручного сброса. Для проверки действия предельного центробежного выключателя нужно довести частоту вращения турбины до предельной.

БЗУ механического типа применяют исключительно у вспомогательных турбин, где расстояние от вала турбины до БЗК небольшое.

ш

У турбинных установок ТС-1 и ТС-2 , установленных на судах типа «Ленинский комсомол» и «Варшава», применяют г и д р а в л и ч е ­ с к и е БЗУ (у ТВД — гидромеханического типа, у ТНД — гидроди­ намического). У таких установок — БЗК с гидравлическим и ручным

закрытием, при котором самопроизвольный сброс от ударов и сотрясений исключается.

БЗК (рис. 103) представляет собой двухседельчатый уравновешенный клапан 1, соединенный с составным штоком 2. Шток уплотняется набором стальных колец. Для избежания утечек пара уплотнение снаб­ жено фонарем 3, оттуда паровоздушная смесь отсасывается эжектором концевых уплотнений. Шток 2 соединен с поршнем сервомотора 5, находящегося под дейст­ вием пружин 6 и 7. Винтовой шпиндель 10 соединен с поршнем 5 проставкой 9, вхо­ дящей в упорный подшипник 8. Шпин­ дель 10 входит на резьбе во втулку 12 и на

Вал

турбины

>j7\ Рис. 102. Механическое бы-

строзапорное устройство

'В турбину

своем нижнем конце имеет шестерню 17 на скользящей посадке. Шестерня находится в зацеплении с шестерней 13 валика маховика 14 ручного управления.

Нижний конец шпинделя снабжен двухрядным шариковым подшип­ ником. Перемещение шпинделя вниз ограничивается стопором 15. При ручном управлении стопор 15 отвертывают до упора, отчего между торцом стопора и шпинделя образуется зазор. Вращение маховика против часовой стрелки заставляет шпиндель, имеющий противополож­ ное направление вращения, перемещаться вниз во втулке благодаря наличию левой резьбы. Вместе со шпинделем перемещаются, сжимая

112

Б ЗК может откры­ ваться и под действием силового масла, посту­ пающего от масляного насоса в полость А над поршнем 5 через золот­ ник 4. Под давлением масла поршень переме­ щается вниз вместе с проставкой 9, выбирая зазор между проставкой и шпинделем 10.

Обязательным усло­ вием автоматического открытия клапана яв­ ляется закрытие уско­ рительного клапана 18, которым управляет си­ стема защиты ГТЗА. Если под воздействием системы защиты ускори­ тельный золотник от­ кроется, масло из поло­ сти А сливается в сточ­ ную цистерну и БЗК за­ кроется. Повторное от­ крытие БЗК возможно по прекращении слива масла (после устране­ ния причин, вызвавших срабатывание системы защиты).

Втулка 12 установ­ лена в корпусе клапана на скользящей посадке и зафиксирована пово­ ротным валиком 11. Поэтому, если валик вы­ вести из зацепления со втулкой, под воздейст­ вием пружины произой­ дет перемещение вверх поршня, штока и кла­ пана, проставки, шпин­ деля и навернутой на

Рис. 103. Быстрозапорный клапан с гидравли­ ческим устройством

113

Повторному открытию клапана должно предшествовать возвраще­ ние в исходное положение и фиксация валиком 11 втулки 12 для того, чтобы при необходимости клапан был готов к быстрому закрытию. С этой целью вращение маховика по часовой стрелке (на закрытие клапана) обеспечивает вращение шпинделя, поступательному движению которо­ го вверх препятствует ограничительная втулка 16. Поэтому вращение шпинделя приводит к смещению вдоль его оси вниз втулки 12. Переме­ щаясь, втулка входит в зацепление с валиком 11, сопровождающееся щелчком и изменением положения рычага аварийного закрытия. Вра­

нии он может регулировать подачу пара в турбоагрегат в соответствии с нагрузкой, поддерживая частоту вращения вала 103—108 об/мин. Для этого на подводе масла в БЗК установлен золотник 4, при переме­ щении которого изменяется подача масла в полость А и, следовательно, степень открытия клапана /. Золотник 4 перемещается под воздейст­ вием масла, поступающего от регулятора скорости. При включенной системе автоматического регулирования и защиты невозможно закрыть БЗК вручную, так же как невозможно его автоматическое закрытие при ручном управлении.

Если система регулирования и защиты введена в действие, то БЗК закрывается автоматически при включении валоповоротного устрой­ ства. При ручном управлении БЗК включению валоповоротного уст­ ройства должно предшествовать ручное закрытие клапана.

В качестве рабочей среды в системах автоматики служит масло под давлением 4 ахи, которое также используют для смазки турбины после дросселирования в редукционном клапане.

На рис. 104 приведена блок-схема регулирования и защиты ГТЗА ТС-1 и ТС-2. Для остановки турбины ускорительный золотник под­ нимается и открывает слив масла из верхней полости сервомотора 6 БЗК в сливную магистраль (показана на схеме пунктиром) и далее в сточную цистерну.

При нормальной работе ТЗА регулирующий золотник 5 БЗК отжат своей пружиной вниз до упора и не препятствует поступлению сило­ вого масла по магистрали в верхнюю полость сервомотора. Б З К 3 при этом полностью открыт. Регулировочный золотник будет перекрывать окна, à следовательно, и доступ масла в сервомотор в том случае, когда повысится давление импульсного масла, идущего от измерителя ско­ рости (импеллера) 18 в нижнюю часть золотника. Это может произой­ ти при увеличении частоты вращения турбины до 105%. При этом поршень сервомотора БЗК будет подниматься под действием своих пру­ жин до тех пор, пока рычажная обратная связь не вернет регулирующий золотник в среднее положение, при котором прекращается вытекание масла из БЗК.

114

Для управления системой служит масляный выключатель 20, пред­ ставляющий собой ряд подпружиненных золотников, заключенных в корпус с несколькими каналами для прохода масла.

Масляный выключатель (рис. 105) снабжен рукояткой / для оста­ новки турбины в экстренных случаях, не связанных со срабатыванием

Рис. 104. Схема регулирования и защиты ГТЗА танкера типа «Варшава»:

защиты. На оси рукоятки насажена вилка, конец которой входит в вы точку на верхней части золотника 3. При перемещении рукоятки вниз вилка смещает золотник также вниз, преодолевая давление масла из системы смазки. Показанное на схеме стрелками поступление силово­ го (напорного) масла под золотник 2 прекращается, а по каналу q масло поступает в верхнюю полость золотника 2 и перемещает его вниз, в ре-

115

зультате чего полость ускорительного золотника соединяется со слив­ ной и быстро опорожняется.

Отключение турбины при понижении давления масла в распреде­ лительном коллекторе. При понижении давления масла до 0,75 кгс/см2,

становится недостаточным для поддержания золотника в верхнем по­ ложении. Под действием пружины и собственного веса он опустится, вследствие чего прекратится подача силового масла под нижний торец

золотника и откроется подача к его верхнему торцу. В результате золотник сместится вниз, соединив полость ускорительного клапана 8 (см. рис. 104) со сливом, что приведет к опорожнению этой полости, т. е. к срабатыванию БЗК-

Остановка турбины при осевом сдвиге роторов ТВД и ТНД. Для наблюдения за осевым положением ротора паровой турбины и преду­ преждения аварий при недопустимых смещениях служит реле осевого сдвига 15 (см. рис. 104). Принципиальная схема такого реле со сле­ дящим золотником показана на рис. 106.

Масло при постоянном давлении подводится через шайбу 1 в ка­ меру А, откуда через шайбу 7 идет на слив. Масло, подводимое в каме­

в конструкции предусмотрена пружина 16, отжимающая в этом слу­ чае золотник вверх.

116

Если нет сдвига ротора 12 турбины, золотник находится в равнове­ сии, чему соответствует определенная величина щели с. При смещении ротора влево размер щели с увеличивается и давление в полости В падает. Золотник под действием избыточной силы от давления в каме­ ре А перемещается вдоль своей оси вниз, следуя за ротором и умень­ шая щель с до прежней ве­ личины. Одновременно стрелка 5, кинематически связанная с золотником, рычагом 3 отклоняется также влево и показывает на шкале 4 величину сме­ щения ротора.

Вслучае аварийного

дается на шкалу увеличенным в 20 раз. Это дает возможность полу­ чить высокую точность отсчета.

Для удобства настройки реле предусмотрена подвижная букса 9, с которой жестко связана шкала. Перемещение буксы производится винтом 2. При совпадении кромки золотника 13 с торцом буксы 14 (это достигается пригонкой толкателя 6) стрелка находится на нулевом делении.

На показания и работу золотникового устройства переменное давле­ ние масла не влияет. Это объясняется тем, что величина щели с прак­ тически не зависит от начального давления.

Остановка турбины при превышении предельной частоты вращения ТВД. Увеличение частоты вращения ТВД на 13—15% сверх полной

117

боек 1, преодолевая натяжение пружины 2, перемещается по втулке 10 и гайке 4 и ударяет по двуплечему рычагу 5, который поворачивается и освобождает защелку. Под действием пружины 7 золотник 6 выклю­

провод III (см. рис. 104), откуда масло начнет вытекать. Давление в масляном выключателе (см. рис. 105) упадет, приводя к сливу масла из магистрали I I (см. рис. 104) и падению давления масла над ускори-

Силобое масло от насоса

'•ßbiK/ночение - от руки

тельным клапаном БЗК. Ускорительный клапан под действием пру­ жины приподнимется вверх и соединит верхнюю полость сервомотора БЗК со сливной магистралью; БЗК под действием пружин закроется. Упадет давление и у сервомоторов клапанов отбора и они также за­ кроются.

Клапаны отбора должны закрываться для того, чтобы при падении давления в турбине пар из магистрали подогрева питательной воды не мог проникнуть в турбину и препятствовать ее остановке, а следователь­ но, не мог способствовать аварии.

Помимо автоматического действия регулятора безопасности, в вы­ ключающем устройстве предусмотрена возможность остановки тур­ бины вручную при помощи кнопки 8 (см. рис. 107).

Остановка турбины при превышении предельной частоты вращения ТНВ. На конусе ротора ТНД прикреплен импеллер 4 (рис. 108), к вса­ сывающей части (к центру) которого подводится масло от напорной цистерны. Давление, создаваемое импеллером, пропорционально квад­ рату величины частоты вращения турбины. Это давление передается через окно а по трубопроводу V (см. рис. 104) под золотник масляного выключателя. Натяжение пружины этого золотника (см. рис. 105)

118

отрегулировано так, что при повышении давления масла до давления, соответствующего 113—115% номинальной частоты вращения, золот­ ник перемещается вверх. В результате прекратится поступление сливного масла из трубы V (см. рис. 104) и магистраль 77 со-

ускорительного клапана (см. рис. 96) и закрытию БЗК и клапанов от­ бора.

Остановка турбины при понижении вакуума в главном конденса­ торе. Остановка турбины осуществляется взаимодействием вакуумреле и масляного выключателя (см. рис. 104).

В вакуум-реле (рис. 109) при нормальном вакууме в конденсаторе пружина 4 отжимает мембрану 2 вверх до ее упора в ограничитель хода с регулировочной гайкой 1 (на рисунке 5 — стакан; 6 — стопор). В этом случае пружины 3 и 10 поднимают золотник 9, перемещающий­ ся в гильзе 8, с иглой 7 вверх. Поднятый золотник отключает линию

119