1 1.2. Основные причины нарушения нормальной работы системы тепловых расширений

Как показывает анализ опыта эксплуатации турбин, представленный в информационном письме Центрэнерго № 31-4-1-751 от 24.05.2000 года, по мере увеличения срока службы турбин все чаще наблюдается нарушение процесса нормального теплового расширения цилиндров. Нарушения нормальной работы систем тепловых расширений паровых турбин проявляются в деформациях и скачкообразных перемещениях корпусов подшипников, кручении ригелей поперечных рам фундамента, невозвращении корпусов подшипников в исходное положение после остывания цилиндров [7, 100...103]. В результате наблюдаются: повышение вибрации и утечки пара и масла, повреждения подшипников и муфт, задержки пусков (из-за достижения предельных относительных расширений роторов).

При возникновении значительных по величине сил, препятствующих продвижению корпусов подшипников по фундаментным рамам, происходит:

а) прогиб ригелей фундамента в горизонтальной плоскости;

б) закручивание ригелей в вертикальной плоскости.

При этом на статорные детали турбины (корпуса подшипников и цилиндры) будут действовать силы сжатия, деформирующие их вследствие податливости торцевых стенок. В результате возникает:

а) повышенное удлинение ротора, свободно расширяющегося от упорного подшипника, относительно статора;

б) нарушение взаимного радиального расположения деталей турбины относительно друг друга.

Эти нарушения препятствуют быстрому пуску турбины и, как следствие, приводят к перерасходу топлива.

При разгружении турбины и ее останове картина будет аналогичной, но обратной: сокращающиеся корпуса турбины будут тянуть за собой и изгибать ригели в горизонтальной плоскости в обратном направлении (к фикспункту); кроме того, сами корпуса будут находиться в растянутом состоянии. В результате турбина может не вернуться к своему первоначальному положению.

Наибольшую опасность для нормальной работы турбины представляет кручение ригелей. Под действием продольных сил R, приложенных к поперечным шпонкам лап, весь ригель, например, средней опоры поворачивается (скручивается); в результате опорная поверхность фундаментной рамы приобретет уклон и изменяются высотные положения вкладышей подшипников (происходит расцентровка подшипников).

Если, например, в корпусе подшипника расположены два опорных вкладыша, то при пуске турбины ригель под действием продольных сил может повернуться против часовой стрелки, при этом подшипники изменят свое пространственное положение относительно друг друга (подшипник стороны регулятора опустится, а подшипник со стороны генератора поднимется). В результате этого изменятся опорные реакции валопровода, а при жестком соединении роторов в случае поворота ригеля на предельно-допустимую величину (по [77] допускается изменение уклона опоры до 0,5 мм/м) шейка ротора со стороны регулятора всплывет над опорной поверхностью, выбрав верхний зазор по баббиту подшипника; при этом пара роторов окажется защемленной между двумя соседними вкладышами. В этом случае происходит:

а) изменение опорных реакций валопровода;

б) ускоренный износ баббита опорных вкладышей;

в) изменение радиальных зазоров в концевых уплотнениях цилиндров;

г) изменение вибрационных характеристик опор, что может привести к появлению повышенной вибрации турбоагрегата.

Основными причинами нарушения нормальной работы систем тепловых расширений принято считать:

• большие силы трения между подошвой корпуса подшипника и фундаментной рамой;

• защемление шпоночного соединения корпус подшипника — продольная шпонка под воздействием поперечных сил.

Сила трения F_тр (рис. 11.6) между подошвой корпуса подшипника и фундаментной рамой определяется соотношением

F_тр = kP_* + F_{тр шп},

где k — коэффициент трения;

Р _* — вертикальные силы, прижимающие корпуса подшипников к фундаментным рамам.

Прижимающая сила Р_* имеет следующие составляющие:

• вес ротора и статора Q, включая вес корпуса подшипника и цилиндра турбины;

• силу трения F_{тр шп}, в продольном шпоночном соединении;

• вертикальные составляющие усилий от паропроводов, присоединенных к корпусам турбины.

Силы веса ротора и статора определяются их массами, и они постоянны во времени.

Силы от присоединенных паропроводов возникают вследствие невозможности свободных расширений паропроводов между корпусом турбины и жестко закрепленными на фундаменте массивными элементами арматуры (например, стопорными клапанами) или теплообменниками системы регенерации. Силы, действующие на корпус турбины, зависят от взаимного положения корпусов турбины, арматуры, теплообменников и температуры связывающих их паропроводов, а также правильности настройки опорно-подвесной системы трубопроводов. Ввиду этого усилия от паропроводов могут быть различными при различных режимах работы турбоустановки.

При затрудненных перемещениях корпусов подшипников и кручении ригелей тепловые расширения турбины часто носят скачкообразный характер. Это связано с периодическим преодолением активной силой R силы трения покоя F_тр.

Кроме повышенных сил трения на подошве корпусов подшипников причиной затрудненных тепловых перемещений корпусов подшипников является возникновение повышенных сил трения на продольной шпонке в результате заклинивания и закусывания. Заклинивание в этом шпоночном соединении возникает вследствие приложения к корпусу подшипника поперечных усилий, прижимающих его к боковым поверхностям продольных шпонок и не дающих перемещаться корпусу вдоль них.

Главными причинами возникновения поперечных усилий считаются [7]:

• возникновение реактивного момента от работы турбины;

• горизонтальные составляющие усилии от паропроводов, присоединенных к корпусам турбины

• неодинаковость тепловых расширений лап корпуса турбины в продольном направлении или неодинаковость тепловых зазоров в поперечных шпонках лап;

• заклинивание продольного шпоночного соединения в результате загрязнения или перекосов в соединении;

• заклинивание шпоночного соединения одной из лап корпуса в результате загрязнения или перекосов в соединении.

В

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рис. 11.7. Возникновение усилия на корпусе подшипника от действия реактивного момента: 1 — вал ротора; 2 — диафрагма; 3 — корпус турбины; 4 — поперечные шпонки лап; 5 — корпус подшипника; 6 — прижимная скоба; 7 — продольная шпонка

озникновение силы от реактивного момента поясняется схемой, представленной на рис. 11.7. Вследствие разворота струи пара в каналах соплового аппарата диафрагмы от осевого направления к окружному на диафрагму будет действовать реактивный момент М_р, направленный противоположно вращению ротора. С отдельных диафрагм крутящие реактивные моменты передаются на корпус турбины. Их суммарное действие эквивалентно двум парам сил Р_р.м, приложенным к лапам корпуса турбины. В результате действия реактивного момента одна из лап (в данном случае — левая) прижимается к корпусу подшипника, а вторая стремится оторваться от него. Силы, вызванные реактивным моментом, зависят от мощности турбины: с ростом мощности они растут, при этом происходит перераспределение нагрузок на лапы цилиндра и, как следствие, возникает разность между силами трения в правых и левых консольных шпонках.

В результате появления неравномерного теплового расширения лап (рис. 11.8, a) одна из них входит в контакт со своей поперечной шпонкой 4 раньше, чем вторая и, в результате сила F_ос поворачивает корпус подшипника, прижимая его к боковым поверхностям шпонок, привинченных к фундаментным рамам. Из-за большого плеча силы F_ос контактное давление оказывается очень большим и, как следствие, большой оказывается и сила F_тр, затрудняющая продвижение корпуса подшипника по фундаментной раме.

Во втором случае (рис. 11.8, 5) заклинивание одной из поперечных шпонок лап приводит к поперечному несимметричному смещению оси корпуса и выборке зазора в вертикальной шпонке. В результате защемления участка корпуса турбины между заклиненной лапой и вертикальной шпонкой возникает сила R, поворачивающая корпус подшипника на фундаментной раме, что и приводит к заклиниванию корпуса подшипников на продольных шпонках.