Трухний А.Д. Паротурбинная установка блоков Балаковской АЭС

Подождите немного. Документ загружается.

§ 4,5) СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА ТУРБОГЕНЕРАТОРА 159_

4.5. Система уплотнения вала

турбогенератора

Турбогенераторы с водородным охла-

ждением снабжают масляными уплотне-

ниями для предотвращения утечки водорода из

корпуса генератора по валу ротора. Уплотнение дает

возможность поддержать в корпусе генератора дос-

таточно высокое избыточное давление водорода,

номинальное значение которого по условиям охлаж-

дения в современных турбогенераторах большой

мощности достигает 0,3—0,5 МПа (3,0—5,0 кгс/см

)

(на энергоблоках Балаковской АЭС принято (0,5 ±

± 0,02) МПа [(5,0 ± 0,2) кгс/см

]).

Рис. 4.11. Маслосбрасывающее устройство:

1,5 — седла; 2 — мембрана; 3 — кнопка; 4 — электромагнит; б — клапан

160 СИСТЕМА МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОАГРЕГАТА [Гл 4

Принцип работы уплотнения заключается в сле-

дующем. В узкий зазор между вращающимся валом

и неподвижным вкладышем уплотнения подводится

масло с давлением, превышающим давление водо-

рода на 0,03—0,09 МПа (0,3—0,9 кгс/см

) [на энер-

гоблоках Балаковской АЭС на 0,06—0,08 МПа

(0,6—0,8 кгс/см

)]. Под действием перепада давле-

ний возникает непрерывный поток масла навстречу

водороду, препятствующий выходу его в зазор между

валом и вкладышем.

Разнообразные конструкции масляных уплотне-

ний можно разделить на два основных типа: тор-

цевые и цилиндрические уплотнения

(рис. 4.12). В турбогенераторах Балаковской АЭС

применены цилиндрические уплотнения, более на-

дежные в эксплуатации.

Из общего расхода масла в уплотнении лишь

малая часть (менее 5%) направляется в сторону во-

дорода. Омываемый этим потоком масла внутрен-

ний кольцевой уплотняющий поясок вкладыша ока-

зывается наиболее нагретым. Улучшить его охлаж-

дение можно увеличением расхода масла, но это

приведет к ускоренному загрязнению водорода в ге-

нераторе воздухом, выделяющимся из масла, или да-

же к попаданию масла в корпус генератора. Поэто-

му охлаждение всего вкладыша уплотнения, вклю-

чая внутренний поясок, обеспечивается основным

потоком масла, сливающегося в сторону воздуха.

Однако существенное увеличение этого потока мас-

ла в уплотнении также нежелательно, так как вслед-

ствие эжектирования может привести к попаданию

водорода в картеры подшипников генератора, что

не позволяет увеличить толщину масляной пленки

между валом и вкладышем.

Газоплотность уплотнения должна быть обеспе-

чена не только при номинальной частоте вращения

ротора, но и при ее изменении (пуск, останов,

режим валоповорота), при перемещениях вала из-за

Рис. 4.12. Основные типы масляных уплотнений генератора:

а — торцевое уплотнение, 6 — цилиндрическое уплотнение,

/ — вкладыш уплотнения, 2 — вал, 3 — поток масла, 4 — баб-

битовая заливка, F — усилие, прижимающее вкладыш к валу

вибрации и вследствие теплового расширения,

а также при нарушении маслоснабжения уплотнений.

Большим достоинством цилиндрических уплот-

нений является то, что они не изнашиваются при

работе с пониженной частотой вращения и, как пра-

вило, не повреждаются при нарушениях маслоснаб-

жения. На их работу не влияет осевое перемещение

вала, не опасна и вибрация, если ее амплитуда не

превышает толщины масляного слоя между валом

и вкладышем.

Баббит в уплотнении изнашивается в основном

под действием механических примесей загрязнен-

ного масла и при значительной вибрации. Темпера-

тура баббита в этом случае даже снижается из-за

увеличения расхода масла через возросший зазор

в уплотнении. Увеличение расхода масла в сторону

водорода потребует большего расхода водорода на

продувку, а также, как уже отмечалось, может при-

вести к попаданию масла в генератор.

Нарушение маслоснабжения уплотнения опасно

прежде всего выходом водорода в картер подшип-

ника, который при прорыве масляного слоя может

быть весьма интенсивным.

Объемное содержание воздуха, растворенного

в уплотняющем масле, может достигать 10%. При

распылении масла вращающимся валом воздух

из него выделяется и смешивается с водородом,

чистота которого постепенно снижается, что приво-

дит к росту вентиляционных потерь и снижению

мощности генератора. Чистота водорода, которая

оценивается процентным содержанием его в кор-

пусе генератора, должна поддерживаться согласно

ОПЭ АС на уровне не ниже 98 % путем продувки

генератора водородом.

Газовая система генератора требует регулярных

подпиток водородом для восполнения естествен-

ных утечек, в частности, при уносе водорода сли-

вающимся маслом. Согласно ОПЭ АС суточная

утечка водорода в генераторе должна быть не более

5 %, а суточный расход с учетом продувок — не

более 10% общего количества газа при рабочем

давлении.

В наиболее экономичном режиме эксплуатации

подпитка водородом, восполняющая утечки, одно-

временно поддерживает чистоту водорода в генера-

торе на необходимом уровне, так что продувки не

требуется. Для этого должно выдерживаться опре-

деленное соотношение между расходом водорода и

расходом масла в сторону водорода.

Система уплотнения вала генератора,

схема которой представлена на рис. 4.13, связана с

маслосистемой турбоагрегата — используются тот

же главный маслобак и общая система слива.

Масло из чистого отсека главного

маслобака / турбины подается в уплотнения вала

Рнс. 4.13. Система уплотнения вала генератора:

/ — главный маслобак; 2 — насосы ЦНСМ-38-132; 3 — поплавковый гидрозатвор ЗГ-500; 4 — маслоохладители МОВ-3; 5 — эксгаустер; 6 — водородоотделительный

бачок; 7 — гидрозатвор 3Γ-Ι; 8 — регуляторы перепада давлений уплотняющего масла РПД-14; 9 — магнитные фильтры УФМ-36; 10 — масляные фильтры ФМ-10;

// — регуляторы перепада давлений компенсирующего масла РПД-14; 12 — маслоконтрольные патрубки; 13 — уплотнение вала генератора; 14 — демпферные баки;

15— смотровые патрубки; 16 — сигнализаторы уровня; остальные обозначения тс же, что на рис. 4.1

162 СИСТЕМА МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОАГРЕГАТА [Гл 4

генератора одним из трех масляных насосов 2 типа

ЦНСМ-38-132: рабочим, резервным или аварийным.

После маслоохладителей 4 типа МОВ-3, один

из которых находится в работе, а другой — в резер-

ве, масло проходит очистку в двух масляных

фильтрах 10 типа ФМ-10 (рис. 4.14), работающих

поочередно, и двух магнитных фильтрах 9

'V^ • • π t-Ш \ If Ε ΐ !\ П

Χ £^ Λ »*^ • Г ^^ /\ 1 ^

1 •*! Υ^ Π Τ^^ Τ Τ ГЬ ΙΙ1ΙΙ **Ρ Π *"V f% Τ* f*\ Π Μ Τ • Τ /"%

Охлажденное и отфильтрованное масло посту-

пает к регуляторам перепада давлений 8 и

И типа РПД-14, которые обеспечивают необходи-

мый перепад между давлением водорода в корпусе

генератора и давлениями уплотняющего и компен-

сирующего масла. Индивидуальные регуляторы пе-

репада давлений на обеих сторонах генератора да-

ют возможность раздельно оптимизировать режимы

работы уплотнений.

В уплотнении вала генератора /5 поток

масла раздваивается. Часть масла направляется на

уплотняющий вкладыш перед заполненным водоро-

дом корпусом генератора. Именно этот поток и

является запирающим. Другой поток масла, обеспе-

чивающий смазку и охлаждение узла уплотнения,

через вкладыши на стороне воздуха отводится

в картер опорного подшипника турбогенератора.

Отсюда масло попадает в сливной коллектор систе-

мы смазки подшипников и через U-образный гидро-

затвор направляется в главный маслобак турбины.

Из сливной камеры уплотнения на стороне водоро-

да масло сливается через маслоконтрольные пат-

рубки 12 (рис. 4.16), установленные на каждой сто-

роне генератора, в поплавковый гидрозатвор 3 типа

ЗГ-500. Циркуляцию газа через гидрозатвор ЗГ-500

предотвращает U-образный гидрозатвор с петлей

высотой 500 мм на сливном маслопроводе уплотняю-

щего масла со стороны турбины.

Масло, сливающееся из гидрозатвора ЗГ-500,

поступает в водородоотделительный бачок б

(рис. 4.17). Водород, выделяющийся из масла, рас-

текающегося по наклонной перегородке бачка, отса-

сывается в атмосферу центробежным вен-

тилятором (эксгаустером) 5. Рабочее колесо

эксгаустера изготавливается из меди или латуни,

чтобы исключить искрообразование при возмож-

ном задевании за корпус. Подача эксгаустера

Рис. 4.14. Масляный фильтр ФМ-10:

/ — корпус, 2 — фильтроэлемент, 3 — крышка, 4 — стойка,

5 — воздушная пробка, 6 — сливная пробка

Рис. 4.15. Maгнитиый филыр УФМ-36:

/ — крышка, 2 — магнит, 3 — корпус, 4 — уплотнителыюе

резиновое кольцо, 5 — полюсное кольцо, б — полюсный нако-

нечник

Рис. 4.16. Маслоконтрольный патрубок:

/ — корпус, 2 — фланец 3 — стскло

§ 4 5] СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА ТУРБОГЕНЕРАТОРА 163

составляет 400 м /ч, перепад давлений 1,5 кПа

(0,015 кгс/см

Масло из водородоотделительного бачка через

гидропетлю высотой 1000 мм и гидрозатвор 7 типа

ЗГ-1 (рис. 4.18) направляется в сливной коллектор,

а оттуда через U-образный гидрозатвор —

в главный маслобак.

Гидропетля между водородоотделительным бач-

ком и гидрозатвором ЗГ-1, разделяющая их газовые

объемы, дает возможность с помощью эксгаустера

создать в бачке разрежение до 1,5 кПа, что способ-

ствует более полному выделению водорода из масла.

Если подача масла от насосов на уплотнения

вала генератора по какой-либо причине прекра-

Hj4 СИСТЕМА МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОАГРЕГАТА [Гл 4

щается (при переключении насосов, из-за неисправ-

ности регуляторов перепада давлений и др.), уплот-

нения обеспечиваются маслом автоматической

подачей его из двух демпферных баков 14

(рис. 4.19).

Для контроля уровня масла в каждом демпфер-

ном баке на их байпасных маслопроводах установ-

лены смотровые патрубки 15 (рис. 4.20) и по два

сигнализатора уровня жидкости 16. Последние

используются также в схеме технологической защи-

ты, выдающей сигнал на автоматический останов

турбогенератора со срывом вакуума при снижении

уровня масла в демпферных баках до аварийного

предела. Объем демпферных баков (по 2 м каж-

дый) рассчитан на работу уплотнений в течение

2 мин при отказе всех электромасляных насосов и

безнасосный останов турбоагрегата.

Если перепад давлений уплотняющего масла

и водорода превысит допустимый предел, масло

из демпферных баков перельется в поплавковый

гидрозатвор ЗГ-500.

Рассмотрим конструкции еще некоторых эле-

ментов системы уплотнения вала генератора.

Насос ЦНСМ-38-132. Масло на уплотнения

вала генератора подается пятиступенчатым секци-

онным центробежным насосом типа ЦНСМ-38-132

(рис. 4.21) с односторонним расположением рабо-

чих колес 6 с подачей 38 м /ч и напором 132 м (при

работе на воде). Насос соединен с электродвигате-

лем упругой втулочно-пальцевой муфтой 9.

Комплект секций 5с направляющими аппара-

тами, крышки всасывания 7 и нагнетания 4 соединя-

ются между собой стяжными болтами 8, образуя

корпус насоса. К крышкам крепятся корпуса под-

шипников /, в которых кроме сферических радиаль-

ных шарикоподшипников располагаются и концевые

сальниковые уплотнения. Осевое усилие, действую-

щее на ротор и направленное в сторону всасывания,

воспринимается гидравлической пятой 3.

Маслоохладитель. Внутри сварного цилиндри-

ческого корпуса поверхностного маслоохладителя

Рис. 4.21. Насос ЦНСМ-38-132:

/ — корпус подшипника; 2 — концевое сальниковое уплотнение; 3 — гидравлическая пята; 4 — крышка нагнетания; 5 — секция; 6 — рабочее колесо;

7 — крышка всасывания; 8 — стяжной болт; 9 — соединительная муфта

166 СИСТЕМА МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОАГРЕГАТА [Гл 4

типа МОВ-3 (рис. 4.22), двухходового по воде, уста-

новлены 24 поперечные перегородки с сегментны-

ми вырезами, обеспечивающие продольно-попереч-

ное омывание трубок маслом. Внутри трубок дви-

жется охлаждающая вода. Перегородка в нижней

водяной камере делит трубный пучок на две части.

Гидравлическое сопротивление по охлаждающей

воде составляет 40 кПа (0,4 кгс/см ). Маслоохлади-

тель крепится к фундаменту четырьмя лапами.

Регулятор перепада давлений (рис. 4.23) пред-

назначен для автоматического поддержания задан-

ного перепада давлений уплотняющего масла и

водорода в корпусе генератора.

Сварной корпус б регулятора имеет патрубки

для подвода масла от насоса и отвода его на уплот-

нение вала генератора. В корпусе установлена бук-

са 5, в которой перемещается золотник 4, имеющий

два поршня одинакового диаметра. В буксе выпол-

нено два ряда окон — верхние, через которые масло

поступает в полость между поршнями золотника, и

профильные нижние, проходное сечение которых

изменяется нижним поршнем золотника. Камера

под золотником соединена с напорной линией уплот-

нения вала генератора, а камера над золотником,

в которой находится груз 3 со сменными дисками 2,

— с корпусом генератора.

Если пренебречь силой трения между золотни-

ком и буксой, то условие равновесия золотника

будет иметь вид

(4.1)

где — давление уплотняющего масла; р

— дав-

ление водорода; — площадь торцевой поверхно-

сти поршня золотника; — суммар-

ный вес золотника, груза и сменных дисков.

Из уравнения (4.1) следует, что поддерживае-

мый регулятором перепад давлений уплотняющего

масла и водорода составляет

(4.2)

Его можно менять в диапазоне 20—100 кПа

(0,2—1,0 кгс/см ), добавляя или снимая сменные

диски.

Рис. 4.22. Маслоохладитель МОВ-3:

/ — нижняя водяная камера, 2 — корпус, 3 — верхняя водяная камера, 4,7 — трубные

доски, 5 — трубка, 6 — перегородка

Рис. 4.23. Регулятор перепада давлений РПД-14:

/ — регулировочный болт; 2 — сменный диск; 3 — груз; 4 — золотник; 5 — букса; 6 — корпус; 7 — упор

§ 4.5] СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА ТУРБОГЕНЕРАТОРА Ш_

Если установленный перепад давлений по какой-

либо причине изменится, равновесие золотника нару-

шится, он сместится вверх или вниз, изменит сечение

профильных окон в буксе и тем самым давление уп-

лотняющего масла, восстанавливая перепад давле-

ний. Так например, если перепад давлений умень-

шится, золотник под действием груза сместится

вниз, приоткроет профильные окна, в результате чего

поднимется давление уплотняющего масла.

Чтобы не допустить полного закрытия профиль-

ных окон, перемещение золотника вверх ограничива-

ется регулировочным болтом /. Упор 7 ограничивает

смещение золотника вниз, предупреждая перекрытие

окон подвода уплотняющего масла под золотник.

Регулятор устанавливается в строго вертикаль-

ном положении в непосредственной близости от

уплотнения вала генератора.

Протечки масла через зазор между золотником

и буксой в камеру с грузом сбрасываются в гидрав-

лический затвор ЗГ-500.

Гидравлический затвор ЗГ-500. Поплавковый

гидравлический затвор ЗГ-500 (рис. 4.24) обеспечи-

вает слив масла из уплотнений вала генератора,

препятствуя при этом выходу водорода из корпуса

генератора через сливные маслопроводы.

Встроенный в бак / поплавковый регулятор

уровня 2 поддерживает постоянный уровень масла

в гидрозатворе — примерно на середине верхнего

смотрового стекла. При отсутствии масла в гидро-

затворе водород попадет в сливной маслопровод с

возможным образованием гремучей смеси. Пере-

полнение гидрозатвора приведет к попаданию мас-

ла в корпус генератора.

Информация о достижении предельных уровней

масла в гидрозатворе обеспечивается сигнализато-

рами уровня 3.

Рис. 4.24. Гидрозатвор ЗГ-500:

1 — бак, 2 — регулятор уровня; 3 — сигнализатор уровня

m КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Контрольные вопросы

1. Чем грозит кратковременное прекращение подачи

масла к подшипникам турбины, генератора, питатель-

ных насосов и редуктора?

2. Почему нельзя прекратить маслоснабжение систем

регулирования и защиты главной и приводной тур-

бин?

3. В чем заключаются преимущества и недостатки при-

вода главного масляного насоса от вала турбины?

4 Укажите преимущества независимого привода масля-

ных насосов регулирования и смазки.

5. Почему система смазки энергоблока Балаковской

АЭС называется централизованной?

6. Каковы основные функции главного масляного бака?

7. Каковы последствия значительного насыщения масла

воздухом?

8. Почему сливы масла из подшипников и демпферного

бака направлены под уровень масла в баке?

9 Каково назначение демпферного масляного бака?

Почему он устанавливается значительно выше отмет-

ки обслуживания турбины?

10 Для чего и как поддерживается постоянный уровень

масла в демпферном баке?

11. Для чего на сливных маслопроводах подшипников ге-

нератора и возбудителя установлены петлевые гидро-

затворы?

12. Когда включается резервный насос системы смазки?

13. Почему необходима постоянная принудительная вен-

тиляция маслосистемы?

14. С какой целью маслоснабжение системы регулирова-

ния основной турбины осуществляется из коллекто-

ров двух давлений — высокого и пониженного?

15. Для чего предназначены азотно-маслянные пневмо-

гидроаккумуляторы на напорных магистралях САРЗ?

16. Каково назначение системы масляного уплотнения

вала генератора?

17. В чем заключается принцип работы уплотнения? С

чем связана большая надежность цилиндрического

уплотнения по сравнению с торцевым?

18. Как обеспечивается необходимый перепад между

давлениями водорода в корпусе генератора и уплот-

няющего масла?

19. Каково назначение демпферных баков в системе уп-

лотнения вала генератора?

20. Почему колеса эксгаустеров изготавливаются из меди

или латуни?