Схемы маслоснабжения
Масло в турбоустановках применяется в качестве рабочего тела в гидравлических системах регулирования, в подшипниках валопровода турбоагрегата, в уплотнениях генератора и в гидромуфтах питательных электронасосов. До 1980 года основным маслом для турбин ТЭС являлось турбинное масло Тп-22 (цифра означает кинематическую вязкость, сCт (сантиСтокс), при температуре 500С, индекс «п» – с присадками, улучшающими эксплуатационные свойства масла). В настоящее время на ТЭС и АЭС поставляется в основном дистиллятное масло Тп-22С селективной очистки (с уменьшенным содержанием сернистых соединений). Такие масла легко воспламеняются при соприкосновении с поверхностями, температура которых около 370…380 0С. Поэтому нашли широкое применение огнестойкие масла иввиоль-3 и ОМТИ (нетоксичное), представляющие собой эфиры фосфорной кислоты, получаемые путем синтеза фенольных изомеров и соединений фосфора. Их температура самовоспламенения около 7200С. Вязкостно-плотностные свойства огнестойкого масла вызывают особенности в работе подшипников: эпюры давления получаются более сглаженными, растет толщина смазочного слоя и его несущая способность. Но снижается запас по вибрационной надежности, растут потери мощности на трение при использовании более вязкого ОМТИ и, соответственно, выше нагрев отработанного масла. В большинстве случаев эти особенности удается компенсировать посредством наладки системы маслоснабжения.
В турбинах на докритические параметры пара мощностью до 200 МВТ включительно масло является рабочей жидкостью как в системе смазки, так и в системе регулирования. С ростом мощности и начальных параметров возникает необходимость повышения давления в системе регулирования, что увеличивает опасность разрыва маслопроводов и возникновения пожара. Поэтому в системах смазки в большинстве случаев по-прежнему продолжают применять органическое турбинное масло, а в системах регулирования - негорючие синтетические масла.
В ряде турбин в их системах регулирования рабочей средой является вода (конденсат особо высокой очистки). В этих системах трубопроводы и узлы регулирования выполняют из нержавеющей стали.
По уровню давления масляные системы делят на две группы: низкого давления (для смазки с р £0,295 МПа, для уплотнения генератора с р £0,392 МПа) и высокого давления (для САР с р =0,49…0,98 МПа и выше в турбинах большой мощности с целью ограничения размеров сервомоторов).
При использовании ОМТИ система регулирования полностью отделяется от системы смазки. Если в САР применяется органическое масло, то в системе ее маслоснабжения и смазки подшипников масляный бак, насосы и трубопроводы едины. На рис. 21.1, а представлена такая система с главным масляным насосом объемного типа. Зубчатый или винтовой насос 1 через редуктор 2 соединен с валом турбины и подсасывает масло из бака 3. В установившемся режиме работы турбины расход масла в САР 4 мал и редуктор 5 перепускает масло в систему обеспечения подшипников 13. Во время переходных режимов редукционный клапан 5 прикрывается и больший расход масла направляется для перемещения поршней сервомоторов. Масло на подшипники в основном поступает из сливной линии системы регулирования. Клапаны 6 и 7 являются предохранительными и устанавливают необходимый уровень давления в напорной линии и в линии смазки (рис. 21.1, а). Маслоохладители 8 поверхностного типа снижают температуру масла перед подшипниками до 45…50 0С. Для предотвращения обводнения масла давление масла в охладителях выше, чем давление охлаждающей воды. К подшипникам 13 масло подается через шайбы, дозирующие расход. При пусках и остановах турбины масло к подшипникам подает турбонасос 9 через обратный затвор 10. Вспомогательный насос 11 низкого давления с приводом от двигателя постоянного тока 12 подает масло только в систему смазки в случаях отказа насосов 1 и 9 (рис. 21.1, а).
А) б)
Рис. 21.1. Схемы маслоснабжения турбины с насосом объемного типа (а) и центробежным насосом (б)
1 – главный масляный насос (в схеме а – зубчатый или винтовой с приводом через редуктор 2 от вала турбины, в схеме б – насос центробежного типа с непосредственным приводом от вала турбины); 3 – масляный бак; 4 – система регулирования турбоагрегатом; 5 – в схеме а – редуктор, в схеме б – инжекторы 1-й и 2-й ступеней; 6, 7 – в схеме а – предохранительные клапаны в напорной линии и линии смазки, в схеме б – 6, 7 – обратные затворы главного насоса и на линии подачи масла к подшипникам; 8 – маслоохладитель; 9 – вспомогательный масляный насос с турбоприводом; 10 – обратный затвор; 11 – аварийный масляный насос с электроприводом; 12 – электродвигатель постоянного тока; 13 – масло к подшипникам турбоагрегата
Применение насосов объемного типа во многом обусловлено тем, что они обладают ценным свойством самовсасывания и для них неопасно попадание воздуха в линию всасывания. Подача насоса объемного типа пропорциональна частоте вращения, и он не срывает маслоснабжение даже при очень низкой частоте вращения. Благодаря этому возможен безаварийный останов турбины при отказе всех вспомогательных масляных насосов. Наряду с достоинствами насосы объемного типа имеют и существенные недостатки. При требуемых расходах масла по условиям кавитации насос приходится выполнять с пониженной частотой вращения вала и соединять с ротором турбины с помощью редукторной передачи. Это приводит к усложнению конструкции и снижению надежности.
Перечисленные и некоторые другие недостатки насосов объемного типа привели к тому, что в настоящее время в основном используются центробежные насосы. Центробежный насос легко может быть выполнен быстроходным и поэтому соединяется непосредственно с валом турбины (см. рис. 21.1, б). Однако центробежный насос 1 не обладает свойством самовсасывания, и перед пуском должен быть заполнен перекачиваемой жидкостью. С этой целью во всасывающей линии поддерживается небольшое избыточное давление с помощью инжектора 2 – струйного насоса.
Представленные схемы маслоснабжения установлены на турбинах мощностью до 200 МВт включительно. Для турбин большой мощности в целях повышения надежности устанавливают несколько насосов: главные с двигателями переменного тока (два или три) и аварийные с двигателями постоянного тока (два или три). Работают только часть главных насосов, а остальные находятся в резерве. Кроме того, устанавливают вспомогательные насосы небольшой подачи с напором 9,8…11,8 МПа, обеспечивающие в режиме работы валоповоротного устройства всплытие ротора в подшипниках (гидроподъем роторов).
Пример схемы маслоснабжения турбоагрегата Т-250/300-23,5 ТМЗ показан на рис. 21.2.
Рис. 21.2. Схема маслоснабжения турбины Т-250/300-23,5 ТМЗ:
1- масляный бак; 2 - основные насосы переменного тока; 3, 4 - на смазку питательных турбо- и электронасосов; 5 - маслоохладители; 6 - аварийные насосы постоянного тока; 7 - слив масла из бака; 8 - сепаратор; 9 - эксгаустер; 10 - аварийные емкости; 11 - реле давления:
12 - пеноотделитель; 13 - сливные клапаны; 14 - 16 - слив масла от питательного насоса,
насосов смазки и гидромуфты
Конструкции основных элементов системы маслоснабжения
Конструкция винтового масляного насоса ЛМЗ представлена на рис.21.3. Масло из полости всасывания А перегоняется посредством винтов в полость нагнетания Б. Пример насосной группы центробежного типа ТМЗ показан на рис. 21.4.
Рис. 21.3. Винтовой масляный насос ЛМЗ
Рис. 21.4. Насосная группа центробежного типа турбин ТМЗ
На рис. 21.5 показана инжекторная группа для системы маслоснабжения с главным масляным насосом центробежного типа. Инжектор первой ступени служит для создания избыточного давления на всасе насоса, а инжектор второй ступени для подачи масла через маслоохладитель к подшипникам турбины и генератора.
Рис. 21.5. Инжекторы первой и второй ступеней
Для централизованной системы смазки предусмотрено тройное резервирование, где первой ступенью являются резервные насосы с приводом переменного тока, второй ступенью – насосы с приводом постоянного тока, а третьей – аварийные емкости, из которых масло самотеком подается в подшипники при выходе из строя предыдущих насосов. Обычно аварийные бачки встраиваются в крышки подшипников (рис. 21.6). При нормальной работе системы маслоснабжения бачки заполняются маслом от насоса. В аварийном режиме масло подается в зазор между шейкой вала и цапфой подшипника через дозирующую трубку 5. Для исключения переизбытка масла в бачке предусмотрена сливная трубка 3. Представленный рис.21.6 показывает и основные элементы подшипника валопровода турбины и его корпуса.
Рис. 21.6. Схема установки аварийной емкости на крышках корпусов подшипников:
1 – шейка вала; 2 – верхняя половина вкладыша подшипника; 3 – воздушник; 4 – корпус аварийного масляного бачка; 5 – аварийный подвод масла; 6 – установочные колодки; 7 – корпус подшипника; 8 – центровочные прокладки; 9 – подача масла из напорного коллектора; 10 – баббитовая заливка
Масляный бак (рис. 21.7) предназначен не только для хранения масла, но и для выделения из него воздуха, шлама, воды. Степень очистки зависит от времени пребывания масла в баке. Кроме отстоя очистка масла от примесей осуществляется с помощью сеток фильтра 4. В итоге формируются чистый 1 и грязный 2 отсеки.
Рис. 21.7. Конструкция масляного бака
1 – чистый отсек; 2 – грязный отсек; 3 – указатель уровня масла; 4 – фильтрующие сетки
На крышке маслобака располагают вспомогательные насосы, указатели уровня и эксгаустеры (вытяжные вентиляторы), удаляющие масляные пары. Такая вентиляция необходима, так как масло из системы уплотнения электрического генератора с водородным охлаждением, несмотря на предшествующую вакуумную обработку с целью удаления водорода, содержит некоторую его дозу. Поэтому возможно образование взрывоопасной смеси воздуха и водорода (гремучего газа). Масло из подшипников сливают в бак по трубке на поверхность масла, а из узлов САР, где аэрация масла мала, сливают под уровень (рис. 21.7). Масло подвергается тщательному и систематическому контролю качества (цеховой контроль – 1 раз в сутки и лабораторный сокращенный 1 раз в 2 месяца). Проверяются внешний вид масла, содержание шлама, определяется кислотное число, реакция водной вытяжки, вязкость, температура вспышки, наличие воды. В результате эксплуатации масло подвергается старению с потерей первоначальных свойств. Поэтому периодически масло подвергается регенерации с использованием физических и химических методов. Используются специальные адсорбенты для удаления органических кислот, смол и других примесей.
Применение различных рабочих сред в системах регулирования и смазки подшипников, например ОМТИ и нефтяного масла, требует разделения их маслоснабжения на две независимые системы. На рис. 21.8 показана маслонапорная станция для систем регулирования и защиты мощных турбин ЛМЗ с приводом двух насосов 9 от электродвигателей переменного тока, располагаемых на масляном баке 2. Обычно в работе находится один насос, а второй (резервный) включается в работу автоматически при падении давления масла в системе регулирования с 4,7 МПа до 3,5 МПа.
Рис. 21.8. Маслонапорная станция систем регулирования и защиты турбин ЛМЗ
На их линии нагнетания установлены обратные клапаны. Система снабжена патронным фильтром тонкой очистки 1 и сетчатым фильтром 4 грубой очистки масла. В баке установлен маслоохладитель 3. Для уменьшения провала давления масла при переключении насосов предусмотрен масляный аккумулятор пружинно-грузового типа 11. Позицией 7 на рис. 21.8 представлен маслоотделитель, а 8 – эксгаустер.