Паровые турбины

Для уменьшения протечек жидкости из камер с более высоким давлением  в камеры с более низким давлением  на первых образцах импульсных насосов  в корпусе установлены плавающие уплотнительные кольца 4, 7, 9, 14, которые затем заменены на неподвижные уплотнения с зазорами, достаточными для исключения выработки уплотнений при существующих пульсациях ротора насоса. Плавающие уплотнительные кольца первоначально изготовлялись из бронзы, что оправдывало себя на масляных насосах, изготовлявшихся заводом.

Однако в связи с  недостаточной вязкостью воды (в 30 раз меньшей, чем у масла) поддерживающая   сила, которая   должна удерживать кольца в соосном положении относительно вращающегося ротора, оказалась недостаточной, и кольца под действием собственного веса опускались на ротор, что приводило к их интенсивной выработке и увеличению зазора. Замена бронзовых колец на текстолитовые (с меньшим удельным весом) существенно улучшила работу уплотнений, но не решила проблему полностью.

Рис. 5.1. Датчик угловой скорости:

1 — обойма; 2 — уплотнение; 3 — хвостовик; 4, 7,    9,    14 — кольца   уплотнительные;   5 — колесо  импульсное;  в— вал;    8 —шпонка; 10—втулка дистанционная; 11 —колесо импульсное; 12 — направляющий   аппарат;   13 — корпус;  15 — автомат безопасности

Выполнение неподвижных  уплотнительных колец при отсутствии существенной пульсации ротора обеспечивает надежную работу уплотнений при соблюдении требований по допустимому бою ротора насоса в пределах до 0,2 мм и требований по центровке корпуса насоса относительно ротора.

Для осмотра и замены уплотнительных колец предусмотрена возможность  демонтажа и последующей установки  всех насадных частей на вал без  отсоединения вала насоса от ротора турбины. Для этого в дистанционной втулке 10, установленной между дисками насоса, выполнен шпоночный паз, а втулка и колеса насаживаются на вал на одной шпонке 8.

Для замены уплотнительных колец вскрывается верхняя крышка насоса и удаляются болты крепления насоса к опоре подшипника. Корпус насоса вместе с дисками и уплотнительными кольцами смещается после удаления проставки между корпусом и опорой подшипника по оси в сторону регулятора до полного освобождения колец. Сборка производится в обратном порядке.

Выбор импульсного насоса в качестве датчика угловой скорости определился его достоинством, выражающимся в независимости характеристик  насоса от аксиальных перемещений ротора турбины, которые в районе первого  подшипника достигают 9 мм. Установка импульсного насоса в качестве датчика угловой скорости создала возможность его размещения на консоли ротора турбины без дополнительных опорных и упорных подшипников и специальных редукционных передач.

К центробежному насосу, работающему в качестве датчика  угловой скорости, предъявляются  три дополнительных  требования:

1. Независимость давления,   развиваемого насосом, от давления источника, снабжающего датчик рабочей жидкостью.
2. Относительная независимость развиваемого давления    от расхода жидкости после 
   насоса.
3. Отсутствие пульсации, вызывающей перемещения    элементов    парораспределения и приводящей к износу распределительных органов и качаниям нагрузки.

Первое требование удовлетворено  за счет установки подпорного бачка, обеспечивающего постоянство подпора  на всасе, независимо от давления в силовой линии, из которой этот бачок питается.

Второе требование (независимость  давления, развиваемого    импульсным    насосом от расхода) характеризуется расходной характеристикой Q=H. Идеальной была ба характеристика, представляющая горизонтальную линию, параллельную оси Q, получение которой возможно за счет соответствующей профилировки каналов рабочих колес. Удовлетворительное приближение к «идеальной» характеристике при достаточной технологичности изготовления обеспечивает радиальный профиль лопаток рабочих колес, который и выполнен на импульсном насосе.

Для уменьшения пульсации  давления выполнены следующие мероприятия, позволившие получить приемлемые результаты:

• исключение возмущающих поток местных сопротивлений (например, уступов литья в сочленениях верхней и нижней половин корпуса насоса);
• удаление воздуха из камер насоса через воздушники;
• обеспечение необходимого подпора на всасе насоса за счет высоты установки подпорного бачка и обеспечения необходимых проходных сечений от бачка к насосу;
• установка дополнительного направляющего аппарата на выходе из ступени, выполненного в виде кольца 12 с множеством мелких отверстий.

 

5.2. РЕГУЛЯТОР   СКОРОСТИ   С   ОГРАНИЧИТЕЛЕМ МОЩНОСТИ

 

Регулятор скорости предназначен для автоматического поддержания  частоты вращения ротора в пределах заданной степени неравномерности. Принцип работы регулятора скорости заключается в том, что при изменении частоты вращения ротора турбины и соответственно давления, развиваемого импульсным насосом, смещается золотник регулятора и изменяет давление в линии первого усиления, что приводит, как было показано раньше, к смещению клапанов турбины.

Регулятор скорости позволяет  осуществить синхронизацию турбоагрегата, установку заданной нагрузки на турбогенераторе при его работе в общую сеть или изменение частоты вращения при индивидуальной работе, перевод турбины на холостой ход при сбросе электрической нагрузки.

Для повышения чувствительности регулятор выполнен со следящим устройством, позволяющим усилить сигнал на смещение золотника, поступающий от импульсного насоса. Обычно применявшийся для масляных систем в качестве регулятора скорости поршневой измеритель, состоящий из подпружиненного дифференциального золотника, находящегося в равновесии под действием давлений, развиваемого импульсным насосов, и усилия пружины, оказался неприемлемым для использования в водяных системах регулирования. Незначительные перестановочные усилия, развиваемые импульсным насосом в пределах неравномерности, и существующие перекашивающие усилия от действия пружин создают повышенную нечувствительность регулятора. Недостаточная вязкость воды и трудность осуществления вращающегося золотника, работающего в воде, отсутствие смазки в подшипнике между золотником и пружиной привели к необходимости применения других решений для обеспечения требуемой чувствительности регулятора. Основным решением являлось применение следящей системы со значительным коэффициентом усиления.

Особенностями примененной  следящей системы являются:

отсутствие элементов  с трением в подвижных деталях следящей системы, где шток сильфона 7 с клапаном 5 центрируется относительно золотника на специальных мембранах 3 и 12, допускающих его продольное перемещение  и  ограничивающих  поперечное;

постоянство зазора в клапане  следящей системы в равновесных  статических положениях и соответственно неизменная длина сильфона, что практически означает отсутствие его деформации и приводит к существенному повышению долговечности его работы;

значительное повышение  перестановочных усилий на золотнике, т. е. в камере Б, по сравнению с усилиями в импульсной линии (в камере А). На выполненной конструкции это усиление составляет 10—15 раз. Регулятор скорости изображен на рис. 5.2.

Основными рабочими элементами регулятора скорости являются дифференциальный золотник 8, сильфон 9, двухседельный разгруженный клапан следящего устройства 5, пружина 2, подвижная 16 и неподвижная 14 буксы. В нижней части подвижной буксы расположены вставки 15 с окнами, к которым подводится вода из линии первого усиления. Верхняя (регулирующая) кромка золотника прикрывает окна, и золотник при своем перемещении регулирует слив из линии первого усиления.

Давление от импульсного  насоса, установленного на валу турбины, подается к сильфону 9 в камеру А. Усилие на верхний торец сильфона уравновешивается пружиной сжатия 2. Изменение натяжения пружины в процессе настройки осуществляется регулировочным винтом 1.

В камеру В подается силовая вода от насосов системы регулирования, в камеру Б силовая вода подается через дроссель 26. Слив воды из камеры Б осуществляется через двухседельный клапан 5. Давление в камере Б определяется открытием дросселя 26 и клапана 5. При перемещении верхнего торца сильфона 9 клапан 5 смещается и происходит изменение слива из камеры Б под золотником.

Золотник находится в  равновесии при определенных давлениях в камерах А, Б, В, зависящих от соотношения площадей золотника.

Работу регулятора рассмотрим на примере повышения частоты вращения ротора турбины. При повышении импульсного давления увеличивается усилие на верхний торец сильфона 9, смещение которого вызывает открытие клапана 5 и понижение давления в камере Б. Верхний торец сильфона опускается до тех пор, пока давление в Б не восстановится за счет прикрытия клапана 5 вследствие изменения положения золотника. Новому значению импульсного давления будет соответствовать определенное сжатие пружины 2 и соответствующее положение клапана следящей системы, за которым следит золотник.

При смещении вниз золотника регулирующая его кромка открывает слив из линии 1-го усиления, что приводит к прикрытию клапана турбины и соответствующему снижению частоты вращения ротора. Для возможности изменения зависимости слива из линии 1-го усиления от хода золотника в буксу 16 вмонтированы вставки 15, в которых выполняется необходимый профиль окна. Для уменьшения перекашивающего воздействия на золотник от действия пружины 2 соединение пружины со штоком сильфона 7 выполнено через тарелки, со сферическими опорами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 11.2. Регулятор скорости:

1 — винт регулировочный; 2 — пружи¬на; 3, 12 — мембраны; 4, 10, И — коль¬ца дистанционные; 5 — клапан; 6 — рукоятка; 7 — шток сильфона; 8, 27 — золотники; 9 — сильфон; 13 — крышка; 14 — букса неподвижная; 15 — вставка; 16 — букса подвижная; 17 — шток огра¬ничителя;     18 — шток   сигнальный;   19, — колеса       червячные;       20 — винт; 22 — крышка    верхняя;    23 — диск;   24, 25 — микропереключатели;       26 — дрос¬сель;     28 — букса;    29 — шпонка;   30 — золотник  взведения

 

 

 

Для  увеличения  чувствительности золотника на его поверхности проточены кольцевые канавки для разгрузки золотника от несимметричных радиальных   усилий,   которые   могут   возникнуть   в   процессе эксплуатации.

Подвижная букса 16 с регулирующим окном является синхронизатором и позволяет изменять положение клапанов при изменении положения буксы относительно регулирующей кромки золотника. Для ее перемещения предусмотрен электрический привад для дистанционного управления и маховик ручного местного привода. От проворачивания подвижная букса удерживается шпонками, выполненными на неподвижной буксе 14. Золотник страгивается с упора при давлении в импульсной линии, соответствующем 47,5 с^-1. При изменении частоты вращения ротора турбины на 5% золотник совершает ход 6 мм. При достижении ротором частоты вращения 50,5—51,25 с^-1 золотник начинает открывать дополнительные прямоугольные окна в неподвижной буксе, увеличивая слив из линии первого усиления и обеспечивая ускорение процесса закрытия клапанов турбины. С регулятором скорости сблокирован ограничитель, мощности. Шток ограничителя 17 перемещается вместе с подвижной буксой 16 при воздействии червячной передачи 19. Кроме того, положение штока может изменяться и относительно подвижней буксы при воздействии червячной передачи 21. При этом шток может быть установлен на требуемом расстоянии от верхнего торца штока 7 следящей системы и препятствовать его перемещению вверх при падении частоты вращения ротора и, следовательно, открытию клапанов.

Нагрузить турбину воздействием на привод синхронизатора при этом также невозможно, так как шток ограничителя мощности, двигаясь вместе с подвижной буксой, отжимает через шток сильфона золотник регулятора, сохраняя тем самым относительное положение золотника и буксы и, следовательно, неизменное открытие регулирующих клапанов турбины.

Внутри штока ограничителя мощности проходит сигнальный шток 18, который является указателем положения золотника. Диск 23, установленный на верхней части штока указателя, замыкает контакт микропереключателя 24 и подает сигнал на, щит управления при вступлении ограничителя мощности в работу. Ограничитель мощности может быть использован для расхаживания золотника регулятора скорости и для определения зазора в следящей системе регулятора.

При нормальной настройке  регулятора зазор по клапану следящей системы должен составлять 0,25—0,35 мм. Зазор устанавливается изменением положения дросселя 26, увеличиваясь при открытии дросселя. Увеличение зазора приводит к уменьшению коэффициента усиления. При изменении зазора от 0,25 до 0,5 мм коэффициент усиления изменяется примерно от 15 до 10. Контроль зазора производится на остановленной турбине при отсутствии давления в импульсной линии от датчика регулятора скорости.

Для определения зазора по следящей системе необходимо:

1. Перемещая шток ограничителя, зафиксировать    по индикатору    его положение в момент касания штока сильфона    (при этом начинает уменьшаться давление в камере Б).
2. Перемещая дальше шток ограничителя 
   и соответственно шток сильфона, зафиксировать положение ограничителя,    при котором давление    в камере    Б достигнет    давления страгивания золотника    регулятора с упора.

При отсутствии нечувствительности золотника разность этих двух замеров характеризует зазор по следящей системе, который при наличии давления 0,8 МПа (8,15 кгс/см²) в импульсной камере будет примерно на 0,05 мм больше замеренного.

В корпусе регулятора расположено  разгонное устройство, предназначенное для испытания автоматов безопасности турбины разгоном ротора.

Положение золотника разгонного устройства может изменяться рукояткой 6, перемещающейся в профильном пазу крышки 13. В нейтральном положении золотника 27 вода от импульсного насоса (датчика) через окна в буксе 28 поступает в камеру А в золотнике регулятора скорости.

Для разгона турбины рукоятку 6 медленно поворачивают по часовой стрелке. Подвод импульсной воды к сильфону регулятора перекрывается, и открывается слив из камеры А в дренаж (положение 1, сечение Б-Б). Золотник 8 перемещается вверх, повышая давление в линии первого усиления, вызывает открытие клапанов и обеспечивает разгон ротора турбины до срабатывания автоматов безопасности. При повороте рукоятки 6 в противоположную сторону от нейтрального положения на 90° открывается слив из линии первого усиления в дренаж (положение II, сечение В-В) и регулирующие клапаны закрываются. При этом присоединенный к золотнику разгона золотник взведения 30 подает масло на взведение исполнительного механизма автоматов безопасности. Таким образом, открытие слива из линии 1-го усиления в дренаж обеспечивает автоматическую блокировку: импульс на открытие стопорных клапанов подается только при полностью закрытых регулирующих клапанах. Медленный возврат рукоятки разгонного устройства в среднее положение после открытия стопорных-клапанов приводит к открытию регулирующих клапанов и выводу турбины на обороты холостого хода, которые были до начала испытания автоматов безопасности.