Меню

Уплотнение для водородных генераторов



Схема маслоснабжения уплотнений вала турбогенератора с водородным охлаждением

Схемы маслоснабжения уплотнений вала турбогенераторов с водородным охлаждением так же, как и уплотнения вала, по мере их перевода на повышенное давление водорода претерпели значительные изменения и улучшения. Модернизация схем маслоснабжения торцевых и кольцевых уплотнений вала шла в направлении отказа от использования отдельного бака маслоснабжения с переводом питания уплотнений маслом, забираемым из главного масляного бака турбины, исключения из схемы маслоочистительного оборудования, расширительного и воздухо-отделительного бачков, замены электронных регуляторов давления масла механическими дифференциальными регуляторами, установки демпферных баков. При этом следует отметить, что в схемах маслоснабжения уплотнений вала генератора без регулятора прижимного масла (РПМ) уплотняющий вкладыш прижимается при помощи специальных пружин. Данная схема считается менее надежной, так как возможны перекосы вкладыша, в результате чего в режимах пуска возможны утечки водорода.

На рис. 2.46. приведена наиболее распространённая схема маслоснабжения уплотнений вала генератора торцевого типа. Данная схема характерна для турбоагрегатов мощностью 300 МВт и выше, и включает следующее основное оборудование:

— главный маслобак, используемый в технологической схеме смазки подшипников турбоагрегата;

— два маслонасоса уплотнения (МНУ) с приводом от двигателя переменного тока и аварийный маслонасос уплотнения (АМНУ) с приводом от двигателя постоянного тока. При нормальной эксплуатации системы один МНУ (с двигателем переменного тока), находится в «работе», другой ставится в режим автоматического включения резерва (АВР). При этом следует отметить, что в качестве основного источника маслоснабжения уплотнений вала турбогенераторов мощностью до 200 МВт, как правило, используется инжектор, который принято считать наиболее простым и надежным устройством из-за отсутствия в нем вращающихся и трущихся элементов. В инжектор подается масло высокого давления (до 2 МПа) из напорной магистрали главного маслонасоса, установленного на валу турбины, или пускового маслонасоса. Засасываемое инжектором масло забирается из трубопровода подачи масла на подшипники турбоагрегата.

Рис. 2.46. Схема маслоснабжения двухкамерных уплотнений вала генератора торцевого типа:

1 — корпус уплотнения; 2 — вкладыш; 3 — упорный диск; 4 — смотровые стёкла; 5 — масломерное стекло с поплавковыми контактными реле уровня; 6 — эксгаустер; 7 — масломерное стекло; 8 — вестовая труба; 9 — противосифонный клапан; 10 — противосифонная труба. РПМ — регулятор прижимного масла; РПД — регулятор уплотняющего масла (регулятор перепада давления масло-водород); ДБ — демпферный бак; ГМБ — главный маслобак; ЗГ — затвор гидравлический; БГМ — бак грязного масла; МНС — маслонасосы смазки подшипников турбоагрегата; МНУ — маслонасосы уплотнения с электродвигателями переменного тока; АМНУ — аварийный маслонасос уплотнения с электродвигателем постоянного тока.

Помимо инжектора, для турбогенераторов мощностью до 200 МВт, предусматривается установка двух центробежных масляных насосов уплотнений, один из которых с приводом переменного тока является резервным, а другой с приводом постоянного тока аварийным (АМНУ). Отсутствие инжектора в схемах уплотнений вала турбогенераторов мощностью 300 МВт и выше объясняется тем, что в системах смазки указанных турбин отсутствует источник масла высокого давления, а в системах регулирования вместо нефтяных масел применены негорючие жидкости;

— маслоохладитель, предназначенный для поддержания температуры масла подаваемого на уплотнения генератора на уровне 35-40 о С;

— два сетчатых фильтра, предназначенных для механической очистки масла. Один фильтр должен находиться в работе, другой — в резерве;

— регулятор перепада давлений масло-водород (РПД), обеспечивает автоматическое поддержание перепада между давлением уплотняющего масла и давлением водорода в корпусе генератора на уровне (0,04-0,09) МПа во всех режимах работы турбоагрегата. Применяемые в подобных схемах РПД являются дифференциальными регуляторами, прямого действия, грузового типа с проточными или вращающимися золотниками;

— регулятор прижимного масла (РПМ) наряду с давлением водорода обеспечивает автоматическое поддержание постоянного давления прижимного масла. По принципу действия и конструкции РПМ аналогичны регуляторам перепада давлений масло-водород (РПД);

— затвор гидравлический (ЗГ) служит для сбора масла, насыщенного водородом, отделения водорода от масла и обеспечения слива отстоявшегося масла в грязный отсек главного масляного бака. Для вентиляции сливного маслопровода и исключения накопления водорода в нем используется эксгаустер и вестовая (вытяжная) труба с обратным клапаном. На сливном маслопроводе уплотнений со стороны водорода перед входом в ЗГ имеется U-образная петля высотой 500 мм, которая предотвращает циркуляцию газа через ЗГ, вызываемую разной степенью разрежения вентиляторов на обеих сторонах ротора турбогенератора. Поддержание заданного уровня масла в ЗГ обеспечивает встроенный поплавковый регулятор, который тем самым препятствует выходу водорода из корпуса генератора через сливные маслопроводы. В крышку ЗГ встроен патрубок с вентилем для отбора проб газа и продувки газового объема бака ЗГ. Визуальный контроль уровня масла осуществляется по масломерному стеклу. Сигнализация о предельных уровнях масла в ЗГ осуществляется посредством указателей (реле) уровня. Предусмотрены вентили слива масла из ЗГ помимо поплавкового регулятора и дренажный вентиль;

— демпферный бак (ДБ) предназначен для обеспечения непрерывного маслоснабжения уплотнений при кратковременном прекращении подачи масла при переключениях источников маслоснабжения и появлении других неполадок в системе, а также для подачи масла в уплотнения в течении (12-15 минут) аварийного выбега турбоагрегата со срывом вакуума при отказе всех источников маслоснабжения. По газовой стороне или объему демпферный бак сообщается с затвором гидравлическим (ЗГ) и корпусом генератора. Для контроля уровня масла в ДБ предусматривается установка двух сигнализаторов (реле) уровня. Демпферный бак располагается на высоте, соответствующей минимально допустимому перепаду давлений масло-водород. Для исключения сифонного перелива масла через трубопровод связи ДБ с ЗГ устанавливается обратный клапан. Отсутствие перелива контролируется визуально через смотровое окно.

Читайте также:  Ремень генератора лексус рх 270

— специальные смотровые стекла устанавливаются для контроля величины слива масла из подшипников и качества масла. При нормальной работе уплотняющих подшипников протечка масла в сторону водорода должна быть минимальной, около (2-5) л/мин.

Источник

СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА ГЕНЕРАТОРА

4.1. Для предотвращения выхода водорода из корпуса генератора на торцевых щитах генератора установлены масляные уплотнения вала кольцевого типа. В уплотнениях этого типа вкладыш с баббитовой заливкой по внутренней поверхности свободно висит на валу ротора. Вкладыш размещается в камере, образованной составным корпусом уплотнения, закрепленном на наружном щите. Камера уплотнена с помощью резиновых шнуров, заложенных в кольцевых канавках, выполненных на торцевых поверхностях вкладыша. Уплотняющее масло под давлением, превышающим давление водорода в турбогенераторе, подается в камеру и через радиальные отверстия во вкладыше поступает в кольцевую канавку в расточке вкладыша, из которой растекается в обе стороны вдоль оси вала по кольцевому зазору между вкладышем и валом. Масло, проходящее в сторону водорода, препятствует выходу водорода из корпуса генератора. Масло, проходящее в сторону воздуха, сливается в картер опорного подшипника. Для обеспечения гидродинамической центровки вкладыша относительно вала по внутренней поверхности баббитовой заливки выполнены равномерно расположенные по окружности канавки. Для защиты внутренней полости статора от попадания масла предусмотрены маслоуловители и маслоотражатели. Контроль температуры вкладышей ведется термометрами сопротивления.

4.2. Регулятор перепада давления в системе масляного уплотнения вала обеспечивает необходимый перепад между уплотняющим маслом и водородом в корпусе турбогенератора.

4.3. При номинальном 0,4 – 0,8 кгс/см² превышении давления уплотняющего масла относительно водорода его в сторону водорода должен быть не более 5 л/мин на оба уплотнения (ротор на ВПУ). Замеряется расход масла путем закрытия сливных трубопроводов из гидрозатвора и измерением количества масла, поступающего в гидрозатвор за определенный (5-10 минут) промежуток времени. Увеличенный расход масла в сторону водорода (более 5 л/мин) является показателем либо увеличенного зазора между валом и вкладышем, либо нарушением плотности камеры вкладыша, либо чрезмерно высоким перепадом давлений «масло-водород». Конкретная величина перепада выбирается, исходя из следующих условий:

— уплотнения должны работать устойчиво с минимальными расходами масла в сторону водорода;

— температура баббита вкладышей должна быть 70-80 °С при температуре входящего масла не более 45 °С;

— уплотнения не должны пропускать водород в картер опорных подшипников.

4.4. На сливном маслопроводе из уплотнения со стороны возбудителя перед входом в поплавковый гидрозатвор имеется:

U-образная петля высотой 500 мм, которая предотвращает циркуляцию газа через поплавковый гидрозатвор, вызываемую тем, что разряжение, создаваемое вентиляторами на обоих сторонах ротора генератора практически не может быть одинаковым.

4.5. Поплавковый гидрозатвор обеспечивает слив масла, препятствуя при этом выходу водорода из корпуса генератора через сливные маслопроводы. Гидравлический затвор (ЗГ) выполнен в виде бака с поплавковым регулятором уровня, обеспечивающим поддержание заданного уровня масла в баке. В баке имеется вентиль для продувки газового объема и отбора проб газа.

4.6. Вентиляция газового объема главного маслобака турбины, сливного масляного коллектора и сливных маслопроводов опорных подшипников осуществляется двумя центробежными вентиляторами.

4.7. Подача масла на уплотнения вала генератора производится тремя насосами. В работе постоянно находится один маслонасос переменного тока. Второй маслонасос находится в резерве. Третий маслонасос постоянного тока включается в аварийных ситуациях от электроконтактных манометров (ЭКМ). При уменьшении давления по первому ЭКМ на 1,5 кгс/см² от номинального давления (8-9 кгс/см²) включается резервный маслонасос с двигателем переменного тока. При уменьшении давления по второму ЭКМ на 2,5 кгс/см² от номинального давления включается аварийный маслонасос с двигателем постоянного тока.

4.8. Кроме вышеуказанных источников масла в системе маслоснабжения предусматривается установка демпферного бака (БД).

При всех переключениях насосов и неполадках в системе маслоснабжения, связанных с прекращением подачи масла на уплотнения от насосов, демпферный бак обеспечивает снабжение уплотнений маслом.

Для контроля за уровнем масла в демпферном баке предусмотрены сигнализаторы УЖ1, УЖ2. Первая установка, фиксирующая уровень, является предупредительной, вторая – аварийной. Оба сигнала поступают на щит турбин. При срабатывании двух сигнализаторов уровня масла в баке или отключениях трех маслонасосов уплотнения вала, технологическая защита обеспечивает автоматическое отключение и останов турбоагрегата со срывом вакуума. Емкость демпферного бака при этом обеспечивает уплотнения вала маслом при безнасосном останове агрегата со срывом вакуума. Демпферный бак подключен последовательно к напорному маслопроводу, что обеспечивается постоянная прокачка масла, поступающего на уплотнения через бак, расположенный на высоте, соответствующий минимально допустимому перепаду давлений между маслом и водородом. Уровень масла при нормальной работе находится в трубе над баком. На этой трубе установлен специальный клапан, который предотвращает возможность образования сифона при переливе масла из демпферного бака в гидрозатвор в случае превышения перепада давления «масло-водород» выше допустимого предела.

4.9. В системе уплотнений вала генератора предусмотрен маслоохладитель, рассчитанный на максимальное давление охлаждающей воды 10 кгс/см².

4.10. Технические характеристики насосов маслоснабжения турбины.

Читайте также:  Генератор пассат в3 бензин
Параметры Ед.изм. Гл.мас-ляный насос (ГМН) Пуско-вой масля-ный насос (ПМН) Резерв-ный масля-ный насос (РМН) Аварий-ный масля-ный насос (АМН) Масло-насос сист.упл. вала ген. эл.двиг. перем. тока Масло-насос сист.упл. вала ген. эл.двиг. пост.тока
Тип насоса центро-бежный ЦНСМ-300-480 Д-200-36а Д-200-95 ЦНСМ-38 ЦНСМ-38
Производи-тельность м³/час
Напор кгс/см² 2,9 9,5 17,6
Номинальное число оборотов об/мин
Мощность на валу насоса кВт 28,9
Тип эл.двигателя привод от рото-ра тур-бины А-114-6М 4А180М4У Д62У4 АО2-72-2У3 П62-44
Напряжение /ток В/А 6000/ 23,6 220/ 220/73 220/380 220/128
КПД 0,885 0,89 0,90

4.11. Технические данные оборудования системы:

4.11.1. Маслоохладитель смазки:

Количество 2 шт.
Тип МОВ
Поверхность охлаждения 63 м² ± 5%
Расход масла 90 м³/час
Температура воды не более 33 °С
Р воды не должно превышать 1 кгс/см²

4.11.2. Регулятор давления масла РПД.

Диапазон перепада давления между маслом и газом 0,4-0,8 кгс/см²
Давление масла на входе 8 кгс/см²
Давление газа 2 кгс/см²

4.11.3. Фильтр масляный системы уплотнений вала генератора.

Тип ФС-20
Количество 2 шт.
Пропускная способность 20 м³/час
Рабочее давление 16 кгс/см²
Масса фильтра 71 кг
Размер улавливаемых частиц 0,14 мм

4.11.4. Маслоохладитель системы уплотнений вала генератора.

Тип МОВ
Температура охлаждающей воды 33 °С
Отводимые потери 80 кВт
Расход охлаждающей воды 95 м³/час
Перепад напора воды 0,4 кгс/см²
Наибольшее давление воды 10 кгс/см²

4.11.5. Вентилятор (эксгаустер).

Количество 2 шт.
Производительность 400 м³/час
Напор 1470 Па
Масса 39,5 кг
Тип эл.двигателя асинхронный
Напряжение эл.двигателя 380 В
Мощность 1,5 кВт
Номинальный ток 3,3 А
Число оборотов n 2850 об/мин
КПД электродвигателя n 81 %
Режим работы I

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Источник

Водородные уплотнения вала ротора турбогенераторов. Технологии большой энергетики. Опус 6.

История и развитие.

В годы второй пятилетки в стране производились турбогенераторы (ТГ) с воздушным охлаждением серии Т2, единичной мощностью до 50 МВт. Страна испытывала насущную потребность в более мощных машинах. И они появились, благодаря разработке системы водородного охлаждения. Первой ласточкой был агрегат ТВС-30. Машина смешанной системы охлаждения мощностью 30 МВт. Она могла работать как на воздушном охлаждении, так и на водородном, с давлением водорода в корпусе 0.05 ат. На этом генераторе производилась отработка технологических решений по снабжению машины газом, конструкции водородных уплотнений вала ротора, вопросов безопасности эксплуатации. Результатом стала разработка первого советского турбогенератора с водородным охлаждением мощностью 100 МВт типа
Т2-100-2. Дальнейший прогресс конструкторской мысли привёл к разработке генераторов с форсированным охлаждением серии ТВФ мощностью 60, 63, 100, 120 180 и 200 МВт. Генераторы этой серии стали самыми массовыми машинами на городских ТЭЦ. Отдельно развивалась разработка мощных машин 200, 300 и 500 МВт с водородным охлаждением железа статора, меди ротора и водяным охлаждением стержней статорной обмотки. Генераторами серии ТВВ и ТГВ укомплектовывались ГРЭС — мощные районные электрические станции. Единичная мощность их агрегатов достигла 800 МВт. К сожалению, самый большой турбогенератор мощностью 1200 МВт не оправдал надежд конструкторов. До сих пор не решены проблемы прочности поковок роторов для таких машин. При всех своих преимуществах, позволивших советской энергетике сделать большой шаг вперёд, водородное охлаждение турбогенераторов значительно усложняет эксплуатацию оборудования. Как инженер, много лет проработавший в большой энергетике, могу сказать, что доля трудозатрат, при эксплуатации систем водородного охлаждения, превышает 60 — 70% от общей доли трудозатрат на обслуживание отдельно взятой машины. Эти заботы ложатся на персонал электрических цехов станций:

  • производство водорода на электролизных установках типа СЭУ;
  • хранение водорода и инертного газа с обслуживанием технологического оборудования, подпадающего под понятия опасного производственного объекта;
  • транспортировка газов в машзал;
  • эксплуатационные работы связанные с обслуживанием турбогенераторов, как то, поддержание чистоты и давления газа в корпусах ТГ, замена охлаждающих сред, поддержание суточной утечки газа в пределах нормы, ремонт газовой схемы и электролизной.

Нынешние успехи металлургии, позволяющие создать электротехнические стали с малыми удельными потерями (узкой петлёй гистерезиса) и электротехническую медь с улучшенными свойствами, определяют современное развитие турбогенераторостроения с курсом на производство машин с воздушным охлаждением, мощностью до 200 МВт.

Типы водородных уплотнений и их особенности.

Уплотнение вала ТГ есть техническое устройство, позволяющее предотвратить утечку газа из корпуса машины при вращающемся и остановленном роторе, т.е. в любых режимах её работы.

Собственно говоря, типов уплотнений всего два

  • торцевые (осевые);
  • кольцевые (радиальные).

Смысл уплотнения вала в том, что масло из системы смазки турбины, под давлением, превышающим давление газа в генераторе, попадает в узкий зазор между баббитовым вкладышем устройства и валом генератора. Сливаясь в сторону водорода и в сторону воздуха, оно препятствует выходу газа из корпуса ТГ.

Для работы торцевого уплотнения (рис. 1 а-г) на валу ротора ТГ должен быть упорный гребень (1). Вкладыш уплотнения (2) имеет степень свободы перемещения в тангенциальном направлении и своей баббитовой заливкой прижимается к упорному гребню давлением газа (Рг), давлением пружин (3). Уплотняющее масло давлением Ру поступает от системы смазки турбины в напорную камеру, образованную между вкладышем и корпусом уплотнения (4) и уплотнённую шприцованным резиновым шнуром из белой вакуумной резины. Перепад давления Ру и Рг обычно держится в диапазоне 0.3 — 0.8 ат. На рис. 1 г показан вариант уплотнения без прижимающих пружин. Прижим вкладыша, вместо усия пружин, осуществляется давлением прижимного масла (Рпр). Такой вкладыш имеет две напорные масляные камеры и требует дополнительного источника маслоснабжения. В обеих конструкциях вкладыш висит на цилиндрической шпонке в верхней части и свободно скользит внутри корпуса благодаря резиновому шнуру. Шпонка препятствует провороту вкладыша по ходу вращения ротора. Баббитовая заливка вкладыша имеет специальную клиновую разделку поверхности, которая при вращении ротора провоцирует возникновение дополнительных гидродинамических усилий, которые отжимают вкладыш от гребня и снижают трение в системе вал — гребень (рис. 2).

Читайте также:  Ролик натяжителя ремня генератора ваз приора

Клиновые разделки (сапожки) образуют две ключевые поверхности вкладыша:

  • водородный поясок (1);
  • воздушный поясок (6).

Оба пояска пришабриваются по синьке на шабровочной плите, в том числе и гребень вала. Требования к качеству шабровки очень высоки.

Для работы вкладыша кольцевого типа (рис. 1. д — е) упорный гребень на валу ротора не требуется. Вкладыш свободно висит на валу генератора на цилиндрической шпонке, препятствующей его вращению вслед за валом. Разделка вкладыша отличается от разделки торцевых уплотнений, т.к. она ещё и обеспечивает гидродинамическую центровку вкладыша от перекосов. В остальном принцип работы тот же.

Кольцевые вкладыши имеют гораздо больший расход масла через уплотнение за счёт значительно большего зазора вал — вкладыш. Для примера: насос уплотнения вала ТГ 100 МВт с торцевым уплотнением имеет мощность 6 кВт, а с кольцевым — 40 кВт. К недостаткам радиальных уплотнений следует отнести и то, что при длительной эксплуатации место установки кольцевого уплотнения на валу ротора изнашивается, а вал ротора ТГ протачивать запрещено, поэтому требования к чистоте масла исключительно высоки, что не всегда достижимо. Гребень же вала ротора толщиной более 100 мм, точи — не хочу. Торцевые же уплотнения требуют высокой точности сборки, особенно при установке натяга прижимных пружин. Не равномерный натяг может приводить к застреванию вкладыша от его перекоса, не однократно, по этой причине наливали по полмаслобака в генератор, когда турбинисты мышей не ловили.

Контроль работы вкладышей ведётся по двум параметрам

  • температура баббита вкладыша;
  • расход масла в сторону водорода.

Температура баббита ограничивается в работе величиной +70 град С, т.к. по конструктивным особенностям контролируется не сама баббитовая заливка, а сталь корпуса вкладыша, что не одно и тоже. Температура входящего масла не должна превышать +42 град С. Расход масла в сторону водорода контролируется по маслоконтрольным патрубкам и не должен превышать 3 — 8 л/мин. Однако, при хорошо пришабренных водородных поясках, особенно после ремонта, слива может и не быть совсем. Здесь режим надо вести только по температуре баббита.

Схема маслоснабжения уплотнений.

Схема маслоснабжения уплотнений довольно сложна. Она должна решать следующие задачи:

  • обеспечить бесперебойное маслоснабжение уплотнений в рабочих и аварийных режимах, в том числе при перебое электропитания собственных нужд станции постоянным и переменным током;
  • обеспечить КиП и сигнализацию;
  • обеспечить отделение водорода, растворённого в масле;
  • защитить маслобак турбины от прямых проскоков водорода;
  • обеспечить нормальные температурные режимы работы оборудования.

На рис. 4. представлен вариант схемы маслоснабжения торцевых уплотнений генераторов 60 — 200 МВт. Схема достаточна наглядна. Рабочим источником маслоснабжения является инжектор турбины (1), когда турбина под нагрузкой. При остановленной турбине в дело вступает рабочий маслонасос уплотнения вала переменного тока (РМНУ) (2), при его отказе — аварийный маслонасос уплотнения вала (АМНУ) (3), при его отказе — демпферный бак (10). Его должно хватать на 30 мин работы, время, за которое турбина должна быть остановлена со срывом вакуума, а водород из корпуса ТГ аварийно вытеснен. Температуру масла обеспечивает маслоохладитель (4). Чистоту — два параллельно включённых масляных фильтра (5), когда один в работе, второй можно почистить. Перепад давления масло — водород автоматически задаётся регулятором РПД — 14 (6). Поплавковый гидрозатвор (8) принимает масло, сливающееся с уплотнений, сбрасывает его излишки в маслобак турбины (12), очищает масло от растворённого водорода. Поскольку маслопроводы являются трубопроводами свободного слива, слив с уплотнения со стороны возбудителя заводится в гидрозатвор через петлю, дабы не было паразитной циркуляции газа через маслопроводы в случае наличия разности давлений между вентиляторами генератора со стороны возбудителя и со стороны турбины. Трубопровод свободного слива масла в маслобак имеет уклон в сторону маслобака, и тоже имеет гидропетлю, чтобы исключить прямой проскок водорода в маслобак при аварийных ситуациях, например, при полном опорожнении гидрозатвора. Чтобы исключить накопление водорода в маслобаке турбины, «чистый» и «грязный» отсеки маслобака вентилируются эксгаустером (11). В некоторых проектах их устанавливают по два в параллель.

Литература для углублённого изучения:

1. ТИПОВАЯ ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗО-МАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ВОДОРОДНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ. РД 153-34.0-45.512-97

Статьи автора из серии «Технологии большой энергетики»:

Источник