Системы защиты паротурбинной установки

Современные паровые турбины относятся к категории тепловых двигателей, в которых отдельные параметры, определяющие надежную работу их, в аварийной ситуации изменяются с такой быстротой, что обслуживающий персонал в ряде случаев не в состоянии принять какие-либо меры по предотвращению аварии. В связи с этим для обеспечения безаварийной работы турбины снабжаются устройствами аварийной защиты и сигнализации.

В общем случае современные паротурбинные установки оборудуются защитными устройствами по следующим параметрам:

¾ частота вращения ротора каждой из турбин;

¾ падение вакуума в конденсаторе;

¾ давление в системе смазки;

¾ смещение роторов турбины.

Перечисленные средства защиты воздействуют через масляный выключатель на быстрозапорное устройство, установленное на главном паропроводе. При срабатывании быстрозапорного устройства мгновенно прекращается подача пара к турбине.

Схема включения и взаимодействия масляного выключателя и быстрозапорного устройства показана на рис. 63. Конструкция быстрозапорного устройства 1, включенного в состав маневрового устройства турбины, приведена на рис. 68. В открытом состоянии быстрозапорное устройство удерживается за счет давления на поршень масла, подведенного в верхнюю полость цилиндра.

В случае аварийного значения какого-либо из защищаемых параметров масляный выключатель отключает подачу масла в цилиндр быстрозапорного устройства и сообщает его со сливной магистралью. Давление над поршнем падает до атмосферного, и поршень под действием пружины быстро переместится вверх, закрывая при этом паровой клапан. Первоначально открыть быстрозапорное устройство можно вручную.

Масляный выключатель, установка которого показана на рис. 63 (поз. 10), позволяет воздействовать на один перепускной клапан (см. рис. 68) быстрозапорного устройства нескольким чувствительным элементам, контролирующим различные параметры агрегата.

Защита турбины по частоте вращения ротора срабатывает при превышении ее на 10—12% от номинальной.

Конструктивно защитные устройства выполняются механического и гидродинамического типа, каждое из которых может быть прямого либо непрямого действия.

На главных турбозубчатых агрегатах применяют устройства непрямого действия с гидродинамическим либо механическим чувствительным элементом.

Схема защитного устройства непрямого действия с механическим чувствительным элементом показана на рис. 69.

Чувствительный элемент выполнен в виде бойка 1, центр тяжести которого смещен относительно оси вращения вала турбины. При частоте вращения ротора турбины, не превышающей 110—112% от минимальной, центробежная сила, появляющаяся в результате вращения эксцентрично расположенной массы, уравновешивается натяжением пружины 2.

При превышении указанной частоты вращения центробежная сила преодолевает натяжение пружины, боек выступает за габариты вала и воздействует на рычаг 3, нагруженный пружиной.При повороте рычага замок 4 освобождает масляный золотник 5, который под действием пружины 6 переместится влево и соединит окно 7 со сливным окном.

В результате этого (см. рис. 63) давление в верхней полости перепускного клапана быстрозапорного устройства падает, перепускной клапан перемещается и сообщает полость над поршнем быстрозапорного устройства со сливом; поршень сервомотора под действием пружины перемещается вверх и закрывает паровой клапан быстрозапорного устройства.

В случае применения гидродинамического чувствительного элемента (импеллера) масло от него подводится к нижней полости золотника масляного выключателя, изображенного на рис. 70. Этот золотник находится в равновесии под действием пружины сверху и давления масла от импеллера — снизу. При частоте вращения, не превышающей допустимой, золотник находится в нижнем положении. При повышении частоты вращения сверх допустимой под действием повысившегося давления масла золотник 1 переместится вверх, а напорное масло через осевое и радиальное сверления в золотнике и систему отверстий в корпусе поступит в верхнюю полость золотника выключателя 5, который опускаясь вниз, сообщит верхнюю полость перепускного клапана быстрозапорного устройства (см. рис. 68) со сливной магистралью, в результате чего поршень сервомотора быстрозапорного устройства под действием пружины переместится вверх и закроет паровой клапан.

 

 

Рис. 68. Маневровое устройство с быстрозапорным клапаном турбины: —/— - линия свежего пара; ____ - «силовое» масло; — · — - «импульсное» масло

Рис. 69. Схема предельного регулятора скорости непрямого действия:

1 – боек; 2, 6 – пружины; 3 – рычаг; 4 – замок; 5 – масляный золотник; 7 и 8 - окна

 

Защита по падению давления в системе смазки состоит из устройств, осуществляющих запуск резервного масляного насоса и прекращение подачи пара к турбине, если в результате пуска резервного насоса давление масла не повысилось.

Устройство для автозапуска резервного масляного насоса включает в себя реле давления, срабатывающее при падении давления. В случае, если резервный масляный насос имеет электрический привод, реле давления включает пусковое устройство электродвигателя насоса при наличии турбоприводного резервного масляного насоса реле давления открывает клапан на трубопроводе свежего пара.

В случае, если после пуска резервного масляного насоса давление в системе смазки продолжает падать, золотник 4 масляного выключателя (см. рис. 70), поддерживаемый в верхнем положении давлением масла из системы смазки, под действием пружины переместится вниз, а быстрозапорное устройство прекратит подачу пара к турбине аналогично случаю превышения частоты вращения.

Защита по падению вакуума в конденсаторе. Падение вакуума или повышение давления в конденсаторе свидетельствует о неисправностях конденсатора (прекращение прокачки забортной водой, выход из строя эжектора, нарушение плотности и т.д.), поэтому при снижении вакуума до 500 — 550 мм рт.ст. турбина должна быть остановлена. В качестве чувствительного элемента, измеряющего давление в конденсаторе, обычно применяют вакуум-реле, конструкция которого приведена на рис. 71.

При падении вакуума, т.е. при повышении давления, в конденсаторе мембрана 1 вакуум-реле прогнется, переместит золотник 2 вниз и соединит верхнее и нижнее окна золотника между собой. Так как одно из окон сообщено с напорной масляной магистралью, а другое — с золотником 2 масляного выключателя (см. рис. 70), то в результате сработает масляный клапан быстрозапорного устройства и прекратит подачу пара к турбине.

Защита от осевого смещения роторов турбины. В качестве чувствительного элемента, измеряющего осевой сдвиг ротора турбины обычно используется проточный масляный золотник (реле осевого сдвига), схема которого приведена на рис. 72.

При перемещении ротора турбины вследствие выплавления упорного подшипника изменится зазор между гребнем вала 1 турбины и выходным сечением золотника, что приведет к изменению давления импульсного масла. В результате этого золотник 3 масляного выключателя переместится, сработает быстрозапорное устройство и прекратится подача пара к турбине.

 

 

Рис. 70. Масляный выключатель: 1 – золотник предельной частоты вращения; 2 – золотник вакуум-реле; 3 – золотник осевого сдвига ротора; 4 – золотник защиты по давлению смазки; 5 – золотник выключателя; 6 - отверстие

 

Рис. 71. Датчик системы защиты по падению Рис. 72. Проточный золотник защиты агрегата

вакуума в конденсаторе (вакуум-реле): по осевому смещению ротора турбины:

1 — мембрана; 2 — золотник; 3 — золотниковая 1 — гребень вала; 2 — корпус; 3 — золотниковая

втулка; 4 — ограничитель хода втулка; 4 — золотник; 5 — дроссельные шайбы

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Назвать регулируемые величины в паротурбинной установке.
2. Как осуществляется регулирование давления в системе отбора пара?
3. По каким параметрам оборудуются современные паротурбинные установки в плане их защиты?

Литература [6, 9].

 

 

ГЛАВА 6