Balakovskaya - Турбина, ТПН, маслосистема

161

Оба типа уплотнений конструктивно напоминают подшипник и турбоагрегата, соответственно упорные и опорные, посколь ку имеют вкладыши с баббитовой заливкой, опирающиеся на вращающий ся вал через масляный слой. В подшипниках образование маслян ого клина при вращении вала делает масляный слой несущим. Отличие уплотнений от подшипников, несмотря на конструктивное сх одство, состоит прежде всего в назначении уплотнений: предотвращ ение выхода водорода, а не создание опоры для вала. Поэтому глав ное в уплотнении - это запирающий масляный слой между неподвижн ым вкладышем и подвижным валом, давление масла в котором выш е, чем давление водорода. Это статическое давление создаетс я при помощи насосов и регулирующей арматуры системы маслоснабжения уплотнений.

Условия работы уплотнений

Поток масла в сторону водорода составляет всего лишь неск олько процентов от общего расхода масла в уплотнении. Поэтому внутренний кольцевой уплотняющий поясок вкладыша, котор ый омывается этим потоком, для любого типа уплотнений являет ся самой нагретой зоной. Улучшать охлаждение пояска за счет увеличения расхода масла в сторону водорода нецелесообр азно, так как это приводит к ускоренному загрязнению водорода в ген ераторе воздухом, выделяющимся из масла, а иногда к попаданию масл а в корпус генератора. Поэтому охлаждение внутреннего пояск а, как и остальной части вкладыша уплотнения, обеспечивается осн овным потоком масла, сливающимся в сторону воздуха (путем тепло отдачи от пояска к остальной части вкладыша). Однако чрезмерное увеличение основного потока масла в уплотнении также нежелательно, так как обычно приводит к попаданию водород а в картеры подшипников турбоагрегата вследствие эжектиров ания. Это обстоятельство не позволяет увеличивать толщину маслян ой пленки между вкладышем и валом. В аварийной ситуации, когда наруш ается подача масла от основного источника и снижается давление масла на уплотнениях, водород прорывает масляный слой и способс твует нарушению нормальной смазки рабочей поверхности баббит а.

Таким образом, уплотнения вала турбогенератора работают в более тяжелых условиях, чем подшипники турбоагрегатов, хотя и “ несут” меньшую нагрузку, так как необходимость обеспечения газо плотности накладывает жесткие ограничения на давление и расходы ма сла в уплотнении, на толщину масляного слоя между вкладышем и в алом и на его непрерывность.

По этой причине надежность масляных уплотнений пока недостаточно высока. Отказы и неисправности этого узла со ставляют существенную долю (20...30%) отказов и неисправностей турбогенератора в целом. Особенно это относится к торцевы м уплотнениям. Цилиндрические уплотнения обладают более в ысокой эксплуатационной надежностью.

Режимы работы уплотнений

Надежность уплотнений проявляется прежде всего в сохран ении работоспособности при таких изменениях режима, неизбежн ых в процессе эксплуатации, как:

кратковременный или длительный перерыв маслоснабжения уплотнений; перемещение вала ротора;

изменение частоты вращения ротора - при пуске, останове, режиме валоповорота.

случайное нарушение маслоснабжения уплотнений.

Цилиндрические уплотнения, как правило, не повреждаются п ри нарушениях маслоснабжения. Дело в том, что вкладыш, оседаю щий на вращающийся вал при нарушении масляного клина, может соприкасаться с валом лишь на незначительной площади и ба ббит не так быстро перегревается. Возобновление нормального маслоснабжения восстанавливает работоспособность цилиндрических уплотнений. Однако выход водорода в карте р подшипника при нарушении маслоснабжения может быть весь ма интенсивным.

162

Перемещения вала ротора могут быть двух типов: вибрация вала;

осевые перемещения вала относительно корпуса генератор а вследствие теплового расширения. Такие перемещения возникают при пусках, остановах, изменениях нагрузки.

Вибрация вала не опасна для уплотнений, если амплитуда ви брации не превышает толщины масляного слоя между вкладышем и вал ом. Осевые перемещения вала никак не влияют на работу цилиндрических уплотнений.

Режим с пониженной частотой вращения вала (выбег и остано в турбоагрегата, длительное вращение вала механизмом вало поворота) не грозит износом для цилиндрического уплотнения. Вклады ш к валу не прижат, зазор сохраняется и, хотя расход масла уменьшае тся, трение будет жидкостным, а не полусухим.

Износ баббита в цилиндрическом уплотнении, возникающий, в основном, под действием загрязнения масла и вибрации, при водит не к повышению, а к понижению температуры баббита из-за увели чения расхода масла через увеличивающийся зазор. Увеличение ра схода масла в сторону водорода приводит к увеличению расхода во дорода на продувки и к попаданию масла в генератор.

Значительный износ баббита в цилиндрических уплотнения х, увеличение зазора между вкладышем и валом, неравномернос ть этого зазора, увеличенный расход масла в сторону воздуха могут явиться причиной пропусков водорода через уплотнения.

Требования к работе уплотнений и систем маслоснабжения

Решающую роль в обеспечении надежности работы уплотнени й играет система маслоснабжения. Опыт эксплуатации показа л, что основное требование, предъявляемое к системам маслоснаб жения уплотнений турбогенератора, заключается в автоматизаци и процессов:

регулирования давления масла в зависимости от давления водорода в корпусе генератора; резервирования подачи масла при отказе основного источника маслоснабжения; слива масла, соприкасающегося с водородом, и

предотвращения попадания водорода под давлением в систему маслоснабжения основных подшипников турбоагрегата, с которой связана система маслоснабжения уплотнений.

Единственный источник попадания воздуха в корпус генера тора, находящийся под избыточным давлением водорода - масло, соприкасающееся с водородом. Уплотняющее масло содержит воздуха до 10% своего объема. Масло распыляется вращающимся валом, и при этом из масла выделяется растворенный в нем воздух. Сливающееся масло уносит в систему маслоснабжения до 7% водорода. Воздух смешивается с водородом, вследствие чего чистота водорода постепенно снижается. Чистота водорода оценива ется процентным содержанием водорода в корпусе генератора. Дл я турбогенераторов Балаковской АЭС чистота водорода долж на поддерживаться на уровне не ниже 98%. Снижение чистоты водор ода приводит к росту потерь мощности в генераторе - вентиляци онных потерь.

Восстанавливается и поддерживается чистота водорода пу тем продувки генератора чистым водородом. При этом расход вод орода будет тем больше, чем больше расход масла в сторону водоро да и чем выше требования к чистоте водорода. Газовая система г енератора требует регулярных подпиток водородом для восполнения естественных утечек. Расход водорода на подпитку и продув ку нормируется: максимальный суточный расход водорода, необходимый для поддержания нормативных значений давле ния и чистоты водорода в корпусе и газомасляной системе, не дол жен превышать 10% общего количества водорода в корпусе генерат ора, а суточная утечка водорода из генератора не должна превыша ть 5% общего объема водорода в корпусе генератора.

Признак

неисправности

Повышенная температура баббита вкладыша и масла, сливающегося в сторону водорода, при нормальной температуре входящего масла

Пониженная температура баббита вкладыша и масла, сливающегося в сторону водорода

Повышенный расход масла в сторону водорода

Большая разница температур по диаметрально расположенным термодатчикам

Пропуск водорода через уплотнения. Содержание водорода в картерах возрастает при повышении давления водорода и не зависит от давления масла

Содержание водорода в картерах возрастает при увеличении давления масла и не зависит от давления водорода

163

Наиболее экономичным режимом эксплуатации является так ой, при котором восполнение естественных утечек, то есть подпитк а генератора водородом, одновременно поддерживает и чисто ту водорода в генераторе на требуемом уровне, так что продув ки не требуется. Для этого должно выдерживаться определенное соотношение между расходом водорода и расходом масла в ст орону водорода. Приближенно это соотношение может быть выражен о следующим образом: расход масла (л/мин) должен быть пример но в 7 раз меньше суточного расхода водорода (м3/сут) для предельной чистоты водорода 98%.

Общие технические требования к работе уплотнений и систе м маслоснабжения:

отсутствие пропусков водорода через уплотнения; обеспечение заданной чистоты водорода при заданном его расходе; предотвращение попадания масла в корпус генератора;

обеспечение температуры баббита вкладышей уплотнений; сохранность деталей уплотнений и вала при нарушениях маслоснабжения и возврат к нормальному режиму после восстановления маслоснабжения; обеспечение срока службы (ресурса) вкладыша не менее периода между ремонтами;

предотвращение прорыва водорода вдоль вала при нарушении маслоснабжения.

Характерные неисправности в работе цилиндрических уплотнений

Вероятная причина

164

Состав системы, описание работы

Система маслоснабжения уплотнений тесно связаны с масло системой турбоагрегата - используются один и тот же главный маслоб ак и общая система слива.

Масло из чистого отсека главного масляного бака (1) турбин ы в уплотнения вала подается тремя масляными насосами (2) ЦНСМ -38- 132: рабочим, резервным и аварийным. Для охлаждения масла предусмотрены два маслоохладителя (3) МОВ-3, один из которых находится в работе, другой - в резерве. Масло проходит очист ку на двух механических (4) ФМ-10 и двух магнитных (5) УФМ-36 фильтрах. Механические фильтры работают поочередно, магн итные - постоянно.

Охлажденное и отфильтрованное масло поступает к регулят орам перепада давления (6) РПД-14. Регуляторы перепада давления в системе маслоснабжения уплотнений вала обеспечивают необходимый перепад между давлением водорода в корпусе генератора и давлением уплотняющего масла.

1-главный маслобак

2-насос

3-маслоохладитель

4-механический фильтр

5-магнитный фильтр

6-регулятор перепада давления

7-уплотнение вала генератора

8-маслоконтрольный патрубок

9-гидравлический затвор ЗГ-500

10-водородоотделительный бачок

11,13-эксгаустер

12-гидрозатвор ЗГ-1

14-маслоуловитель

15-обратный клапан

16-демпферный бак

17-смотровой патрубок

18-сигнализаторы уровня

Схема системы маслоснабжения.

166

520

Центробежный вентилятор.

385

2400

Гидропетля между водородоотделительным бачком и гидрозатвором ЗГ-1 разделяет их газовые объемы, что дает возможность с помощью центробежного вентилятора создав ать в

водородоотделительном бачке вакууметрическое давление до 1,5 кПа. Разрежение способствует более полному выделению водоро да из масла.

Масло, проходя через уплотнения, способно поглощать возду х и водород, соприкасаясь с ними, а потом выделять эти газы в сл ивных маслопроводах. (Большое сечение сливных трубопроводов и масляного коллектора способствует выделению водорода и воздуха из масла.) Если не принять мер к удалению водорода, он будет постепенно скапливаться в верхних частях маслопроводов и главного маслобака турбины. Смесь его с воздухом станет взрывоопасной и от случайной искры может взорваться. Поэт ому в системе имеются еще два таких же центробежных вентилятор а (13)

для вентиляции газовых объемов сливного коллектора подш ипников генератора со стороны турбины и стороны возбудителя.

Помимо водорода и воздуха вентиляторы удаляют из маслоси стемы пары масла. Если не создать хотя бы небольшое разрежение в сливных маслопроводах и картерах подшипников, то пары мас ла будут выходить в зазор между маслоуловителями подшипник ов генератора и валом ротора, какими бы минимальными эти заз оры ни были. Выход же паров масла из подшипника со стороны возбудителя приведет к замасливанию и загрязнению щеточ ного аппарата и к искрению щеток.

Трубопроводы, соединяющие вентиляторы с главным маслоба ком турбины и сливными маслопроводами, должны иметь на всем

Маслоуловитель.

Обратный клапан.

167

протяжении уклон в сторону маслобака и сливных маслопров одов для свободного слива масла. В противном случае могут обра зоваться гидрозатворы, отделяющие вентиляторы от маслосистемы.

Разрежение, создаваемое вентилятором, должно быть таким, чтобы масло в предохранительном гидрозатворе не поднялось до п олного перекрытия сливного маслопровода, так как в этом случае с ливные камеры подшипников и уплотнений окажутся отделенными от вентиляторов.

На всасывающих трубопроводах эксгаустеров установлены маслоуловители (14). Маслоуловитель представляет собой бач ок, внутри которого встроены поперечные конусообразные пер егородки. Пары масла оседают на перегородках, масло собирается в ни жней части маслоуловителя и через дренажный кран сливается на ружу.

1346

Выделившийся из масла газ отводится в атмосферу через выт яжные трубопроводы Ду 150, выведенные на крышу машинного зала. На вытяжных трубопроводах установлены обратные клапаны (15). Клапан предотвращает возможность циркуляции газа из вытяжной т рубы в сливной коллектор в зону разрежения вентиляторов.

ô720

5030

Демпферный бак.

295

Смотровой патрубок.

168

При наличии водорода в корпусе генератора все три вентиля тора должны находиться в работе постоянно во избежание скопле ния взрывоопасной газовой смеси в любом из газовых объемов.

Когда прекращается подача масла на уплотнения вала генер атора от насосов (например, при переключениях насосов или из-за неисправности регулятора давления), масло на уплотнения автоматически подается из двух демпферных баков (16). Давле ние масла при этом определяется высотой установки демпферны х баков и давлением газа в корпусе генератора. Один демпферный ба к обеспечивает маслом уплотнения вала со стороны турбины, д ругой - со стороны возбудителя. Объем каждого демпферного бака - 2,0 м3, масса - 1447 кг.

1020

1385

На байпасных трубопроводах каждого демпферного бака для контроля уровня масла в нем установлены по два смотровых патрубка (17) и по четыре указателя жидкости (18) УЖ. Сигнализаторы УЖ используются также в схеме технологиче ской защиты, обеспечивающей автоматический останов турбоген ератора при снижении уровня масла в демпферных баках до аварийног о предела. Останов турбоагрегата при этом производится со с рывом вакуума.

320

Защита по уровню масла в демпферных баках выполняется с использованием четырех сигнализаторов уровня. Первая ус тавка, фиксирующая понижение уровня масла в демпферном баке, является предупредительной, вторая - аварийной. Оба сигна ла поступают на блочный щит управления.

Объем демпферных баков рассчитан на работу уплотнений в т ечение 2 минут при отказе всех электронасосов, и обеспечения безн асосного останова турбоагрегата со срывом вакуума при срабатыван ии защиты по уровню масла в демпферном баке.

При нормальной работе системы, когда перепад давления “уплотняющее масло - газ” находится в заданных пределах, у ровень масла находится в трубах над демпферными баками. На этих ж е трубопроводах установлены специальные клапаны, исключа ющие возможность возникновения сифона при переливах масла из демпферных баков в поплавковый гидрозатвор ЗГ-500 в случае повышения перепада давления “уплотняющее масло - газ” выш е допустимого предела.

169

Основное оборудование системы

Уплотнения вала турбогенератора

1-корпус

2-вкладыши

3-стопоры

4-уплотнительное кольцо

5-маслоотражатель

6-маслоуловитель

7-прокладки

Уплотнение вала турбогенератора.

170

Технические характеристики

Устройство и работа

Уплотнение вала состоит из двух корпусов (1), образующих дв е камеры, в которых размещены два вкладыша (2). Вкладыш, расположенный со стороны водорода, является уплотняющим .

Вкладыши висят на валу свободно. От проворачивания вклады ши удерживаются горизонтальными стопорными винтами (3), от ос евого перемещения - стенками камер. Осевое перемещение ротора н а работу уплотнений не влияет.

Камеры уплотнены резиновыми шнурами, заложенными в кольц евых канавках на торцевых поверхностях вкладышей.

Уплотняющее масло под давлением, превышающим давление водорода в генераторе, подается в напорную камеру, из кото рой через радиальные отверстия - в кольцевую канавку вкладыша, раст екаясь в обе стороны вдоль оси вала по кольцевому зазору между вкладышем и валом.

Масло, проходящее в сторону водорода, препятствует его вы ходу из корпуса статора.

Для защиты внутренней полости статора от попадания масла между сливной камерой уплотнений и корпусом генератора предус мотрены маслоуловители (6) с латунными ножами.

Сливающееся из уплотнений масло поступает в главный масл обак турбины: масло, сливающееся на водородную сторону - через гидрозатвор; масло, сливающееся на воздушную сторону - чер ез картер опорного подшипника.

Уплотнения вала - это один из узлов генератора, подвергающ ийся наиболее частым сборкам и разборкам, поэтому качество и надежность работы уплотнения зависит не только от качест ва изготовления его деталей, но и в значительной степени от к ачества сборки.

Тщательное выполнение сборочных операций - обязательное условие надежной и качественной работы уплотнения и, соответстве нно, всего генератора в целом.

После сборки узлов уплотнений вала должны быть выдержаны следующие размеры:

зазоры между стенками камер корпусов уплотнения и вкладышами (осевой зазор) - 0,4...0,7 мм; зазоры между уплотнительными вкладышами и валом ротора (радиальный зазор) - 0,2...0,35 мм;

сжатие уплотнительного резинового щнура - 0,3...0,5 мм.

Для обеспечения указанных зазоров производят механичес кую обработку вкладышей или корпусов уплотнений.

При повышенном зазоре между вкладышем и валом выполняют наплавку баббита с последующей расточкой вкладыша.

Требуемый натяг шнура обеспечивают путем проточки канав ки во вкладыше (при мелкой канавке) или приклеиванием на дно канавки полуколец из прессшпана (при глубокой канавке).