Огурцов А.П. Паровые турбины ЛМЗ сверхкритических параметров

Подождите немного. Документ загружается.

111

элементов энергоблока. В новом промежуточном золотнике излом ха-

рактеристики Ру-h

п.з.

при нагрузках ниже 15% достается не изменением

передаточного отношения в обратной связи, а выведением одной из

пружин сервомотора. Это улучшило его динамические характеристики.

Как и в ЭГП, отработка конструкции привела к введению дополнитель-

ного усиления, что стабилизировало работу узла и увеличило быстро-

действие. С другой стороны, запаздывание из-за дополнительной сту-

пени усиления оказалось практически несущественным.

4. Сервомоторы регулирующих клапанов. Усилия пружин, за-

крывающих сервомоторы, выбираются так, чтобы в нижнем положении

(почти полном закрытии сервомотора) преодолеть с известным запасом

выталкивающую силу штока, предполагая, что давление за клапаном не

успело измениться и близко к номинальному. При таком подходе ско-

рость закрытия сервомотора не зависит от времени истечения пара из

объема за клапаном и быстродействие привода максимальное. На-

пряжения в пружинах выбирают относительно низкими

(Тмакс<450 Н/мм

для стали 60С2А), что, как показал длительный

опыт, исключает поломки и сохраняет постоянство геометрических

характеристик пружин за время эксплуатации. В сервомоторах с раз-

ным ходом применяется ряд типовых комплектов, состоящих из двух-

трех пружин, работающих параллельно. Для уменьшения объемов сер-

вомоторов применялись конструкции парораспределения с различными

схемами разгрузки. В турбине К-300-240 первоначально на каждую

сопловую коробку ЦВД устанавливались два клапана диаметром 75 и

120 мм, открывавшихся последовательно. Общий объем сервомоторов

ЦВД и ЦСД составлял 20,7л. В дальнейшем на каждую сопловую ко-

робку устанавливалось по одному клапану разгруженного типа и все

сервомоторы стали выполняться с телескопическим поршнем (рис. 8.9).

После 30% хода поршень 1 встает на упор и клапан дальше от-

крывается усилием поршня 2, имеющего вдвое меньшую площадь, чем

суммарная площадь поршней 1 и 2. Энергия соударения поршней при

закрытии сервомотора гасится гидравлическим демпфером. На

рис. 8.10. показаны результаты осциллографирования сервомоторов

ЦСД с телескопическим и с обычным поршнями. Применение телеско-

пических поршней существенно уменьшило объем сервомоторов. Он

составляет 32 л. для турбины 800 МВт (18,5л в зоне эффективной рабо-

ты клапанов). Можно отметить еще одно важное качество телескопиче-

ских поршней. Если при полном открытии клапана выполняется запи-

рание протечек по штоку, телескопический поршень не создает боль-

ших усилий на шток клапана, опасных по условиям длительной проч-

ности и возможной свариваемости штока с буксой. Без этого требова-

лись бы специальные меры для уменьшения этих усилий (например,

тарельчатые пружины в конце открытия сервомотора (см. рис. 8.1.)).

Рисунок 8.9. Сервомотор регулирующего клапана:

1-поршень; 2-поршень со штоком; 3-подвижная букса; 4-пружина силового

замыкания; 5-пружина золотника; 6-кулачок обратной связи; 7-золотник огра-

ничения расхода; 8-золотник сервомотора; I-управляющая линия;

II-напорное масло; III-слив.

Кинематическая обратная связь в сервомоторе (см. рис. 8.9.) дей-

ствует на подвижную буксу с пружиной силового замыкания. Усилие

пружины выбирается со значительным запасом по сравнению с силой

трения подвижной буксы. Золотник сервомотора перемешается управ-

ляющим давлением Ру. Его характеристика изменяется при изменении

натяжения пружины золотника. Нелинейная зависимость хода серво-

мотора от Ру задается профилем кулачка обратной связи сервомотора.

Наличие нелинейной обратной связи усложняет конструкцию и дина-

мику сервомотора, но позволяет непосредственно соединить сервомо-

112

тор со штоком клапана без применения силовой кулачковой передачи.

Этим уменьшается требуемое усилие сервомотора, повышается надеж-

ность. Соединение со штоком клапана выполняется с помощью шар-

нирных подшипников типа ШС или шаровыми опорами для сохране-

ния минимальных зазоров в соединении.

Золотник сервомотора имеет одно направление и помещен внут-

ри подвижной буксы. Нечувствительность золотника не выше 0,02—

0,03 МПа, т.е. 1,5—2% диапазона регулирования. Снижению нечувст-

вительности способствуют канавки на поверхности золотника, которые

выравнивают давление по окружности и предотвращают гидравличе-

ское прижатие золотника. Нечувствительность сервомотора по давле-

нию под поршнем 0,05—0,1 МПа. Нечувствительность из-за силы тре-

ния в поршневых кольцах чаши клапана существенно больше, но, по-

скольку отсечная характеристика золотника близка к линейной (коэф-

фициент наклона зависимости «давление под поршнем—ход золотни-

ка» при заторможенном поршне равен примерно 5 МПа/мм при ходе

золотника 5—12 мм), требуемое для перемещения клапана под нагруз-

кой давление под поршнем практически не отражается на зависимости

хода сервомотора от давления Ру.

Рисунок 8.10. Осцилограммы испытаний

сервомоторов;

1-с обычным поршнем;

2-с телескопическим поршнем.

Напорное масло к сервомотору подводится через специальный

золотник, который после хода сервомотора, соответствующего эффек-

тивной работе клапана, ограничивает подвод масла шайбой диаметром

5 мм. При этом максимальное давление под поршнем отличается от

напорного не более чем на 0,3 МПа.

Принципиальная схема канала защиты. На рис. 8.11. изображены

две схемы, реализованные на турбинах СКД. Автомат безопасности

(АБ), состоящий из двух центробежных выключателей бойкового типа,

воздействует на золотники автомата безопасности через рычаги. Сраба-

тывание золотников АБ приводит к падению давления в линии управ-

ления сервомоторами стопорных клапанов и к их закрытию, а также к

перемещению буксы промежуточного золотника (поз. 4 на рис. 8.1) на

закрытие регулирующих клапанов. Срабатывание золотников является

необратимым. Для их взведения и подготовки к работе нужно перемес-

113

Рисунок 8.11. Схемы канала защиты:

а-турбина К-300-240-1; б-турбина К-800-240-5; 1-АБ; 2-бойки АБ;

3-золотник АБ; 4-рычаги АБ; 5-золотник МУТ; 6-шайба дополнительной защи-

ты с фильтрами; 7-окна дополнительной защиты золотника регулятора частоты

вращения; 8-золотник ЭМВ; 9-золотник ПЗ; 10-золотник испытания ЭМВ;

11-кран испытания АБ подачей масла; 12-маслоприемник АБ.

тить золотник механизма управления в начальное положение (на левый

114

упор), после чего посредством МУТ можно вновь начать открывать в

заданной последовательности стопорные и регулирующие клапаны.

Срабатывание золотников АБ происходит также в результате падения

давления в линии дополнительной защиты, масло в которую поступает

через шайбу диаметром 4 мм с фильтром. Срабатывание золотников

может происходить при сливе масла через окна 7 в золотнике регулято-

ра частоты вращения при достижении частоты, превышающей номи-

нальную на 14%, и окна в золотнике электромагнитного выключателя

при действии на него электрических защит турбины или вручную. В

схеме на рис. 8.11,б на слив из линии дополнительной защиты воздей-

ствуют бойки АБ.

В схеме на рис. 8.11, б имеется специальный золотник предвари-

тельной защиты, на электромагнитный привод которого подается сиг-

нал из ЭЧСР. При срабатывании предварительной защиты закрываются

все стопорные и регулирующие клапаны, однако эта защита выполнена

обратимой. При исчезновении факторов, вызвавших ее работу, золот-

ник возвращается в исходное положение. Для повышения надежности

действия электрических защит турбины устанавливается два электро-

магнитных выключателя (ЭМВ). Надежность повышается не только за

счет дублирования самого ЭМВ, а в основном за счет возможности вы-

полнения «двухканальной» системы защиты. Она предусматривает два

независимых канала защиты (со своими датчиками, усилителями и

т.п.), действующих каждый на свой ЭМВ. При этом каждый канал мо-

жет быть испытан под нагрузкой полностью, включая свой ЭМВ, для

чего установлен специальный золотник, отключающий соответствую-

щий ЭМВ от гидросистемы на время испытаний. Рисунок 8.12. иллю-

стрирует достигаемое при этом увеличение вероятности безотказной

работы защиты G(t) от продолжительности периода между испытания-

ми каналов защиты К (в долях от года). При этом кривая 3 соответству-

ет применявшейся ранее одноканальной схеме с единичным защитным

устройством, кривая 2—одноканальной схеме с включением защитных

устройств по схеме «два из трех». Кривая 1 соответствует схеме защи-

ты с включением в каждом канале защитных устройств по схеме «два

из двух».

Рисунок 8.12. Зависимость веро-

ятности безаварийной работы от

продолжительности периода

между испытаниями защиты.

115

116

В обеих схемах, показанных на рис. 8.11, предусматривается

проведение испытаний бойков РБ на холостом ходу и под нагрузкой

путем подачи масла краном 11. В схеме рис. 8.11 одновременно со сра-

батыванием какого-либо бойка производится проверка подвижности

его золотника путем перемещения золотника на часть хода. Для уп-

рощения конструкции в этой схеме боек воздействует только на свой

золотник ЗРБ. В схеме на рис. 8.11,б каждый боек воздействует одно-

временно на оба золотника, но при опробовании бойка он от них от-

ключается. Опыт показал, что при достаточных силовых запасах в зо-

лотниках АБ вторая схема является более предпочтительной. Схема,

показанная на рис. 8.11.а, применена на большей части турбин К-300-

240-1. На последующих турбинах СКД применяется с некоторыми мо-

дификациями схема рис. 8.11.б.

Конструкция узлов защиты.

1. Регуляторы безопасности. Они одинаковы для всех турбин

ЛМЗ, выпускаемых после 1955 г. Масса бойков вместе с приведенной

массой пружин—0,55 кг, эксцентриситет приведенной массы около

3 мм. Боек настраивается на срабатывание при частоте 3345±15 мин

-1

поворотом гайки, изменяющей положение натяжной бронзовой втулки.

Поворот на 10° соответствует изменению уставки на 20 мин

-1

. Для ис-

пытания бойка без повышения частоты вращения масло подается в

маслоприемник 12 автомата (рис. 8.11), откуда поступает в полость

бойка.

Размеры торца бойка подобраны так, что при получающихся

эпюрах распределения давления масла по радиусу боек срабатывает

при 2875 мин

-1

на огнестойком масле и 2970 мин

-1

при работе на мине-

ральном масле. Благодаря дренажным отверстиям в торцевых камерах

бойков и камерах маслоприемников боек возвращается в исходное по-

ложение при прекращении подачи масла.

2. Золотники автомата безопасности. Конструкция золотников

турбин К-300-240-1 показана на рис. 8.13. Взвод ЗРБ осуществляется

подводом масла в нулевом положении золотника МУТ под нижний

торец каждого золотника 1. При движении МУТ на увеличение нагруз-

ки подвод масла на взвод прекращается, золотник под действием пру-

жины 2 перемещается вниз, трехплечий рычаг 3 зацепляется за рычаг 4,

ЗРБ готов к работе. При ударе бойка 5 о трехплечий рычаг 3 или дейст-

вии масляного выключателя 6 в случае падения давления в линии до-

полнительной защиты рычаг 4 освобождается и золотник усилием пру-

жины перемещается вниз. Одновременно со сливом масла из линии

управления буксой промежуточного золотника и сервомоторами сто-

порных клапанов запирается также подвод масла к этим сервомоторам

от механизма управления. При испытании бойка при работе турбины

его золотник 1 также перемещается вниз настолько, насколько позволя-

ет упор 7 для рычага золотника в механизме испытаний 8. Перемеще-

ние золотника фиксируется сигнальным устройством 9.

Рисунок 8.13. Золотники АБ турбины К-300-240-1:

А-линия от золотника регулятора частоты вращения; Б-линия к СК;

В-линия к блоку золотника регулятора частоты вращения; Г-линия от

промежуточного золотника; Д-линия взвода золотника;

Е-от линии дополнительной защиты.

117

Рисунок 8.14. Золотники АБ турбины К-800-240-5;

А-линия к золотнику регулятора вращения; Б-линия взвода от золотника

регулятора частоты вращения; В-от линии дополнительной защиты; Г-линия к

сервомоторам СК; Д-линия управления буксой промежуточного золотника.

Конструкция ЗРБ для турбины К-800-240-5 показана на рис. 8.14.

Во взведенном положении золотник 1 удерживается гидравлическим

прижатием вверх разницей давления в линии дополнительной защиты и

в линии взвода. При нормальной работе турбины давления в этих ли-

ниях одинаковы и равны напорному. При падении давления в линии

дополнительной защиты из-за срабатывания бойка 2 или ЭМВ АБ и

перемещения вниз импульсного золотника 3 рычагом 4 золотник 1

смещается вниз.

Давление в линии взвода начинает действовать на верхний торец

золотника 1, включая площадь, давление на которую было равно нулю

из-за слива масла через шайбу 5, когда золотник был прижат к верхне-

му упору. В результате золотник астатически перемещается вниз и по-

дает сигнал на срабатывание исполнительных органов защиты. Взво-

дится золотник 1 понижением давления в линии взвода. Подача масла в

верхнюю полость над золотником в ряде конструкции производится от

двух линий—линии взвода, упоминавшейся ранее, и линии управления

сервомоторами стопорных клапанов с установкой обратных клапанов

на каждом подводе масла. Это обеспечивает безотказность работы ЗРБ

даже в условиях разрушения какого либо из маслопроводов. Сигналь-

ное устройство 6 фиксирует только срабатывание бойков.

3. Сервомоторы стопорных клапанов. Конструкция этих серво-

моторов в основном аналогична конструкции сервомоторов регули-

рующих клапанов. Некоторые особенности связаны с особенностями

118

конструкции клапанов. Для повышения надежности все стопорные

клапаны выполняются без поршневых колец и являются практически

разгруженными только при закрытых регулирующих клапанах, когда

при открытии разгрузочного клапана давления до и после стопорного

клапана выравниваются. Для ограничения размеров сервомотора его

усилия выбирают только для преодоления выталкивающей силы штока

и поддержания клапана в открытом положении при небольшом перепа-

де на нем, который может возникнуть, например, при полном закрытии

другого параллельно работающего стопорного клапана во время испы-

таний.

Рисунок 8.15. Сервомотор СК турбины К-800-240-5.

Если стопорный клапан будет закрываться при открытом регули-

рующем, то на его штоке может возникнуть чрезмерно большое усилие,

которое приведет к повышению давления под поршнем и поломке сер-

вомотора. Поэтому между штоком клапана и сервомотором устанавли-

вается гибкий элемент в виде пакета тарельчатых пружин, сжатых

больше, чем выталкивающая сила штока. Он же служит для ограниче-

119

ния напряжений в штоке клапана при полном открытии клапана и за-

пирании протечек пара по штоку. Если последняя задача решается с

помощью телескопической конструкции поршня, чрезмерное повыше-

ние давления предотвращается с помощью предохранительного клапа-

на на 6 МПа, встроенного в поршень (рис. 8.15).

Рисунок 8.16. Золотник предварительной защиты:

1-электромагнит предварительной защиты; 2-золотник электромагнита;

3-исполнительный золотник; 4-демпфер; А-линия к сервомоторам; Б-линия от

блока золотника регулятора частоты вращения; В-линия от золотника регуля-

тора частоты; Г-напорная линия.

4. Электромагнитные выключатели. На разных турбинах ЭМВ

различаются используемыми магнитами. Первоначально применялись

магниты КМП-2 с ходом 30 мм. Благодаря рычажной передаче дости-

галась сила, требуемая для перемещения золотника. В последующем

120