книги из ГПНТБ / Жаров, А. П. Предупреждение аварий подшипников паровых турбин

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

АВАРИЙ

ПОДШИПНИКОВ ПАРОВЫХ ТУРБИН

«ЭНЕРГИЯ»

МОСКВА 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Повреждения подшипников турбоагрегатов проис­ ходят главным образом вследствие прекращения подачи в них смазки или при крайне недостаточном ее коли­ честве. Подшипники скольжения, которыми оборудованы все турбоагрегаты, предназначены для работы исключи­ тельно в условиях жидкостного трения и поэтому требу­ ют непрерывной и обильной подачи смазки. Даже крат­ ковременный перебой в подаче масла лишает трущиеся поверхности разделяющего их смазочного слоя. В резуль­ тате многократно увеличивается выделение тепла. По­ скольку в подшипниках скольжения масло служит не только смазкой, но и теплоносителем, прекращение по­ дачи масла исключает удаление тепла и вся выделивша­ яся тепловая энергия сухого трения должна будет погло­ титься металлом деталей подшипников.

Температура плавления баббитов, применяемых в тур­ бостроении для подшипников, находится в интервале 240—420 °С. Следовательно, от выделенного в результате работы сухого трения в подшипниках тепла баббитовые заливки вкладышей мгновенно выплавятся. К тому же толщина баббитовой заливки у опорных подшипников превышает величину радиальных зазоров в уплотнениях и проточной части турбины. Поэтому выплавление баб­ бита у опорных подшипников приводит к повреждению не только концевых и промежуточных уплотнений, но также и лопаточного аппарата турбины. Ликвидация последствий такой аварии отнимает много средств и вре­ мени.

Из отмеченного следует, что главным средством борь­ бы с подобными авариями является всемерное повыше­ ние надежности маслоснабжения подшипников. Это под­ тверждается и практикой турбостроения в СССР и за рубежом. Для бесперебойного снабжения маслом под­ шипников турбин применяются взаимно резервируемые насосы с разными приводами. Запуск резервных и ава-

3

рпйпых масляных насосов производится автоматически при снижении давления масла в системе смазки. Однако, несмотря на непрерывное совершенствование противоаварийных средств, количество аварийных остановок турбоагрегатов из-за повреждений подшипников, выз­ ванных нарушением маслоснабжения, продолжает оста­ ваться еще достаточно большим. Статистика показыва­ ет, что на электростанциях с неблочным оборудованием 30—40% вынужденных остановок происходит из-за повре­ ждений подшипников, из которых примерно 7б часть связана с прекращением или ограничением подачи масла. На блочных электростанциях количество остановок по подобным причинам составляет 8 — 10%. Отмеченные про­ стои оборудования являются весьма продолжительными, поскольку для проведения необходимых ремонтов требу­ ется время на остывание турбоагрегатов до прекращения прокачивания масла через подшипники.

Такое положение объясняется прежде всего тем, что применяемые способы резервирования маслоснабжения не универсальны. Для двигателей резервных насосов требуются источники энергии и устройства для обеспече­ ния автоматического запуска. Опыт эксплуатации по­ казывает, что большинство аварий происходит вследст­ вие отказа автоматики или источников энергии. Решить данный вопрос только с помощью механических средств невозможно и по другим причинам. Например, если про­ изойдет разрыв маслопровода или арматуры, то даже своевременный пуск в работу всех находящихся в резер­ ве насосов не сможет обеспечить подшипники турбоагре­ гата маслом. Не решает эту проблему и установка на­ порного бака, через который производится снабжение подшипников маслом. Последний к тому же существенно повышает пожароопасность турбоагрегата. В подобных случаях наиболее эффективным способом аварийного снабжения подшипников маслом является применение индивидуальных бачков.

В предлагаемой читателю книге рассматриваются средства и способы повышения надежности снабжения маслом подшипников турбоагрегатов. В первой главе даются обзор и анализ применяемых для современных турбоагрегатов схем маслоснабжения с использованием насосов разных типов и с разными приводами. Рассмот­ рены способы резервирования насосами с электро­ двигателями переменного и постоянного тока, а также

4

с помощью объемов масла, сосредоточенных в крышках корпусов подшипников. Весь приведенный материал основан па данных, полученных при эксплуатации и ис­ пытаниях реальных систем маслоснабжения турбоагре­ гатов.

Поскольку на быстродействие вступления в работу масляных насосов, находящихся в резерве, большое влия­ ние оказывает воздух, содержащийся в масле, в данной главе кратко описаны пути насыщения маслосистем воз­ духом и применяемые разработанные МЭИ и УралВТИ эффективные способы деаэрации масла с помощью уста­ новки в маслобаках многоярусных пакетов наклонных перегородок.

Во второй главе излагаются принципы создания ре­ зервных емкостей масла для опорных и упорных под­ шипников и методы их расчета. Предварительно рас­ сматривается работа подшипников скольжения в устано­ вившемся режиме, факторы, определяющие условия работы, и излагается один из применяемых методов расчета подшипников. Далее рассматриваются нестаци­ онарные физические и тепловые процессы, происходящие в подшипниках скольжения во время выбега роторов при резко ограниченной подаче смазки. Детальное рассмо­ трение этих вопросов вызвано тем, что в целях уменьше­ ния необходимого резервного объема масла для создания несущего слоя должно частично использоваться отрабо­ тавшее масло.

В третьей главе излагаются методы расчета дозирую­ щих устройств резервных бачков для опорных и упор­ ных подшипников. Приведены и проанализированы применяемые схемы подключения бачков и их конст­ руктивные данные.

Экспериментальные исследования аварийного масло­ снабжения подшипников подробно излагаются в четвер­ той главе. Дается описание установок, на которых прово­ дились исследования, методов исследований и получен­ ных результатов. Приведены также результаты проверки аварийного маслоснабжения на действующих агрегатах. В заключение кратко рассматриваются возможные пути дальнейшего совершенствования систем смазки турбо­ агрегатов.

Разработка и внедрение эффективных систем аварий­ ного маслоснабжения мощных турбоагрегатов — ре­ зультат плодотворной совместной работы коллективов

5

Г ла в а п е р в а я

СХЕМЫ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОАГРЕГАТОВ

1. МАСЛОСНАБЖЕНИЕ ОТ НАСОСА ВЫТЕСНЕНИЯ, ПРИВОДИМОГО ВАЛОМ ТУРБИНЫ

В практике турбостроения в целях повышения надеж­ ности снабжения маслом подшипников и систем регу­ лирования осуществляется насосом, приводимым в дей­ ствие основным валом. Опыт эксплуатации огромного парка турбоагрегатов в СССР и за рубежом подтвержда­ ет высокую надежность подобных схем. Пуск турбо­ агрегатов производится при помощи пускового масляного насоса (ПМН) с посторонним приводом. Вначале при­ менялись турбомасляные насосы. Впоследствии из-за сложности выполнения турбопривода на высокие пара­ метры пара стали использовать только электронасосы. От пусковых насосов масло высокого давления подается в систему регулирования. Масло низкого давления пода­ ется в подшипники. После того как ротор турбины на­ берет необходимую частоту вращения, маслоснабжение агрегата переводится на главный масляный насос (ГМН), приводимый от основного вала.

Роторы мощных турбоагрегатов имеют большие массы и в рабочем состоянии обладают огромным запа­ сом кинетической энергии. Чтобы сохранить подшипни­ ки в целостности, их необходимо снабжать маслом до полной остановки роторов. С этой целью применяются насосы с двигателями переменного и постоянного тока, масло от которых подается только в подшипники. Вклю­ чаются в работу электронасосы смазки автоматически в случае снижения давления масла в системе.

Бесспорным преимуществом непосредственного при­ вода масляного насоса от главного вала по сравнению с посторонним является возможность использовать запас кинетической энергии в роторах турбоагрегата для снаб­ жения маслом подшипников во время вращения по инер­

7

ции. Предельный уровень скорости вращения, до кото­ рого продолжается подача масла в подшипники, зависит от типа насоса, его конструкции и технического состоя­ ния. В турбостроении применяются масляные насосы двух типов: вытеснения (зубчатые и винтовые) и центробеж­ ные. Некоторыми преимуществами обладают насосы вытеснения, которые имеют непрерывный цикл работы, что позволяет наиболее просто сопрягать их с валом турбины.

Вначале, когда единичные мощности турбоагрегатов были невелики, а начальное давление пара составляло 25—35 кгс/смг, в качестве ГМН использовались зубчатые насосы [Л. 1]. В дальнейшем ЛМЗ для серии турбин высокого давления перешел на выпуск винтовых ГМН, которые по сравнению с зубчатыми имели ряд сущест­ венных преимуществ [Л. 2]. Винтовой насос потребляет меньшую мощность, так как благодаря протяженной линии зацепления, а также возможности образования масляного клина между наружной поверхностью винтов и внутренней поверхностью корпуса в нем исключается металлическое трение. Это качество делает работу винто­ вого насоса бесшумной, а сам насос — более долговечным. Специальный профиль винтов позволяет получить по линии зацепления полную герметизацию области нагне­ тания от области всасывания. Герметичность обеспечи­ вает подачу насосом масла при самых низких оборотах. Наконец, винтовые насосы обеспечивают равномерный график подачи масла во времени. Насосы вытеснения обладают способностью к всасыванию жидкости, уровень которой расположен ниже оси насоса. С целью уменьше­ ния высоты всасывания маслобак турбины размещается под полом машинного зала, вблизи переднего подшип­ ника. Благодаря этому зубчатые и винтовые ГМН могут обеспечить сохранность подшипников турбоагрегата в случае остановки последнего без пуска аварийного насоса. Частичные повреждения отдельных подшипников могут произойти из-за неравномерного распределения подачи масла между всеми подшипниками агрегата при ее непрерывном уменьшении во время выбега. Подача зубчатых и винтовых масляных насосов находится в пря­ мой зависимости от скорости вращения ротора. Следова­ тельно, во время выбега ротора турбоагрегата уменьше­ ние подачи масла в систему смазки происходит про­ порционально снижению скорости вращения.

8

Потребность подшипников в смазке в этот период уменьшается также пропорционально снижению скорости вращения. Общее же гидравлическое сопротивление системы смазки, состоящее главным образом из сопро­ тивлений ограничительных шайб перед -подшипниками п сопротивлений самих подшипников, находится в зави­ симости от двух взаимосвязанных факторов: скорости вращения ротора и количества поступающего в систему

Рис 1. Схема маслоснабжения турбоагрегата от ГМН вытеснения.

масла. При этом каждый из отмеченных факторов дейст­ вует по-разному. С уменьшением расхода масла через ограничительные шайбы суммарное сопротивление их уменьшается. Снижение же скорости вращения вала увеличивает внутреннее сопротивление опорных под­ шипников (подшипник неподвижной турб. представля­ ет собой эксцентричную щель, расход через которую сос­ тавляет примерно пятую часть нормального расхода).

Под сложным влиянием отмеченных факторов изме­ няется во время выбега давление масла «в системе смаз­ ки, от которого зависит распределение масла по под­ шипникам агрегата. На рис. 1 представлена схема масло­ снабжения турбоагрегата от ГМН вытеснения. В систему регулирования турбины масло подается под давлением 4,5 кгс/см2 у турбин нормального давления и 12,5 кгс/смг

9