Text
                    ЭЛЕКТРОМОНТЕРА

РЕКОНСТРУКЦИЯ

МАСЛЯНО-ВОДОРОДНЫХ
УПЛОТНЕНИЙ

ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ



библиотека электромонтера Выпуск 293 В. Ю. АВ РУХ РЕКОНСТРУКЦИЯ МАСЛЯНО-ВОДОРОДНЫХ УПЛОТНЕНИЙ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ «ЭНЕРГИЯ> МОСКВА 1970
6 П2.1.081 А 18 УДК 621.313.322—81—233.12—762.6 РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: Большам Я. М., Долгов А. И., Ежков В. В., Каминский Е. А., Мандрыкин С. А., Синьчугов Ф. И., Смирнов А. Д., Устинов П. И. Аврух В. Ю. А 18 Реконструкция турбогенераторов, масляно-водородных уплотнений М., «Энергия», 1970. 56 с. с илл. (Б-ка электромонтера. Вып. 293). В брошюре дается описание конструктивных схем масляных уп- лотнений турбогенераторов с водородным охлаждением н способов их реконструкции. Излагается технология изготовления и сборки уплотнений с ука- занием монтажных зазоров, приводятся способы уплотнения зазоров, оптимальные формы рабочей поверхности вкладыша, рассматриваются неисправности уплотнений и системы маслоснабження и способы их устранения. Приводятся схемы маслоснабження, компоновка приборов и оборудования. 3-3-10 94—69 6П2.1.081 Аврух Владимир Юрьевич Реконструкция масляио-водородных уплотнений турбогенераторов. Редактор Я. И. Куфман Обложка художника Н. Ярешко Технический редактор Г. Е. Ларионов Корректор Н. В. Лобанова Слано в набор 18/11 1969 г. 4 ормат 84ХЮ81/аз Уел. печ. л. 2,^4 | ирчж 8 000 9КЗ. Подписано к печати 10/П 1970 г. Т-04053 Бумага типографская Xs 1 Уч.-изд. л. 3,12 Цена 12 коп. Зак. 2160 Издательство иЭнергня". Москва, Ж-II4, Шлюзовая наб., 10. Московская типография Хз 10 Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР. Шлюзовая наб.. 10.
1. РЕКОНСТРУКЦИЯ УПЛОТНЕНИЙ КОЛЬЦЕВОГО ТИПА В Советском Союзе находятся в эксплуатации уплот- нения кольцевого типа (рис. 1) на турбогенераторах ТВ-50-2, ТВ2-100-2, ТВ2-150-2 и на нескольких машинах мощностью 50 Мет фирмы «Шкода». Уплотнения этих турбогенераторов предназначены для работы с давле- нием водорода, не превышающим 0,5 ат, и им свойствен- ны недостатки, связанные с попаданием водорода в кар- тер опорных подшипников, с повышенными расходами масла в сторону водорода, что приводит к быстрому загрязнению водорода в корпусе генератора. Рис. 1. Уплотнение вала кольцевого типа. / — вкладыш уплотнения; 2 — корпус уплотнения; 3, 4 — кольцевые маслоподво- дящпе каналы; 5 — вал ро- тора; 6 — уплотнительный поясок; 7 — кольцевая ка- навка: 61=0,07-^0,08 мм в вертикальной плоскости; 0|=« =0,14-0,12 мм в горизонталь- ной ПЛОСКОСТИ; Й2" =-0,4-ь0,5 мм.
В системе Донбассэнерго на турбогенераторах ТВ2-100-2 выполнены реконструктивные работы по усо- вершенствованию масляных уплотнений кольцевого ти- па. При этом производится уменьшение радиальных за- зоров между вкладышем 1 и валом 5 до 0,1 мм и акси- альных зазоров между вкладышем / и корпусом 2 с по- мощью кольцевых заполнителей 6 (Л. 1]. При повышении давления водорода осевые усилия, возникающие от давления газа и масла и прижима- ющие вкладыш к корпусу, вызывают заметные силы тре- ния, которые не позволяют вкладышу свободно переме- шаться в радиальном направлении. Это может вызвать местный нагрев баббита и явиться причиной нестабиль- ной вибрации вала. Предприятие Мосэнергоремонт на турбогенераторе мощностью 25 Мет установило конструкцию двухпоточ- ного уплотнения кольцевого типа, аналогичное уплот- нениям фирмы «Вестингауз» [Л. 8]. Уплотняющее масло от двух независимых источников (система регулирования турбины и масляный насос) подается в кольцевой зазор между вкладышем и валом ротора, разделяясь на два потока, сливающихся в сто- рону водорода и в сторону воздуха. Для минимального перемешивания масла в кольцевом зазоре устанавлива- ются дифференциальные регуляторы грузового типа, обеспечивающие равенство значений давления на напор- ных линиях подачи масла к уплотнениям. Предприятие Волгоэнергоремонт опробировало уплот- нение кольцевого типа с фторопластовым вкладышем, обеспечивающим минимальные расходы масла в сторо- ну водорода при давлении водорода до 2 ат. Повышен- ный износ вала в месте установки таких вкладышей требует доработки конструкции. Центральное конструкторское бюро разработало и внедрило на нескольких турбогенераторах ТВФ-100-2 конструкцию однопоточного уплотнения кольцевого типа на избыточное давление газа до 3 ат. К преимуществам уплотнений вала кольцевого типа следует отнести относительную простоту конструкции и обслуживания и высокую эксплуатационную надеж- ность. Поэтому указанные выше новые конструкции уплотнений после тщательной эксплуатационной провер- ки могут быть рекомендованы для широкого использо- вания.
2. РЕКОНСТРУКЦИЯ УПЛОТНЕНИЙ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ На электростанциях Советского Союза эксплуатируй ется значительное количество турбогенераторов ТГВ-25, ТВС-30, ТВ-30-2 и ТВ-60-2 с поверхностным водород- ным охлаждением. Турбогенераторы изготовлялись за- водами «Электротяжмаш» и «Электросила»; с уплотне- ниями торцового типа, предназначенными для работы с давлением водорода 0,05 ат (ТГВ-25, ТВ2-30-2); 0,5 ат (ТВС-30); 2 ат (ТВ-60-2)1. Масляные уплотнения этих турбогенераторов состоят из корпуса, укрепленного на наружном щите турбогенератора, и вкладыша, сво- бодно перемещающегося в аксиальном направлении внутри корпуса. Радиальный зазор между корпусом и вкладышем уплотняется стальными или резиновыми уплотняющими кольцами. Для создания начального давления вклады- ша на упорный диск вала используются пружины. В ра- бочий зазор между упорным диском ротора и вклады- шем подается масло, и при рабочих оборотах ротора создается сплошная масляная пленка, предотвращаю- щая выход водорода из статора турбогенератора. Характерной особенностью уплотнений торцового типа является использование центробежного эффекта вращающейся масляной пленки для торможения ради- ального потока масла, направленного в сторону водо- рода. Следствие этой особенности — малый расход масла через уплотнение в сторону водорода, обычно нс превышающий 3—4 л/мин. При таком расходе масла потери газа на поддержа- ние заданной чистоты водорода в корпусе незначитель- ны и необходимость в вакуумной очистке масла отпа- дает. Масляные уплотнения этих машин имеют ряд недо- статков, снижающих их эксплуатационную надежность и не позволяющих повысить давление водорода, что не- обходимо для повышения мощности и улучшения охлаж- дения турбогенераторов. В первую очередь это опреде- 1 Первые образцы турбогенераторов ТВ-60-2 эксплуатировались при давлении газа в статоре 1 кГ1см2. В настоящее время уплотне- ния с пластикатовой диафрагмой, установленные на первых образ- цах турбогенераторов, реконструированы по проектам ЦКБ н ре- монтных предприятий. 2—2160 5
ляется наличием таких несовершенных элементов в кон- струкции уплотнений, как пластикатовая шайба для перекрытия радиального зазора между неподвижным корпусом и подвижным вкладышем уплотнения, разви- тая тыльная поверхность вкладыша, на которую дей- ствует давление водорода, большие радиальные зазоры между вкладышем и корпусом уплотнения, чрезмерно увеличивающие расход масла в сторону воздуха (турбо- генераторы ТВ2-30-2, ТВ-60-2), и отсутствие, в ряде случаев, эксплуатационного контроля температуры баб- бита. Существенным недостатком этих уплотнений яв- ляется также невозможность регулирования толщины масляной пленки, т. е. расхода масла и температуры баббита в процессе эксплуатации турбогенератора, так как для регулирования усилия пружин, прижимающих вкладыш к упорному диску ротора, необходимы останов машины и разборка уплотнений. Эти недостатки, а также ряд характерных для отдельных машин дефек- тов (например, затруднение регулировки пластинчатых нажимных пружин, которые должны иметь одинаковое усилие и которые со временем получают значительные остаточные деформации) привели к массовой рекон- струкции таких уплотнений. При этом работы по модернизации велись по двум направлениям: рекон- струировались слабые узлы в конструкции уплотнения с сохранением основных деталей (частичная рекон- струкция) и существующие уплотнения заменялись новыми. Частичная реконструкция заводских масляных уплот- нений. В тех случаях, когда необходимость в повышении давления водорода в корпусе турбогенератора отсут- ствует, целесообразно выполнение частичной модерни- зации масляных уплотнений, не требующей боль- ших затрат времени и средств. Частичная модерни- зация оправдана для турбогенераторов ТГВ-25, ТВ2-30-2, ТВС-30 и ТВ-60-2. В уплотнениях этих машин (рис. 2) с помощью приварки стальных колец 3 изменя- ется конфигурация либо корпуса 2, либо вкладыша 1 уплотнения. Разъемы вновь устанавливаемых деталей должны быть пришабрены, после чего во вкладыше уп- лотнения и в кольце протачиваются канавки под рези- новые уплотняющие кольца для устранения радиального зазора между вкладышем и корпусом уплотнения (см. § 5).
Поверхности расточек корпуса проверяют на станке и шлифуют для устранения погрешностей геометриче- ской формы и обеспечения чистоты поверхности не ниже 7-го класса. Инженер И. С. Стрелецкий (Ростовэнергоремонт) предложил и опробировал на одном турбогенераторе Рис. 2. Частичная реконструкция масляных уплотнений турбогенера- тора ТВ2-30-2. / — вкладыш уплотнения; 2 — корпус уплотнения; 3 — приставное кольцо; 4 — вал ротора; 5 — уплотняющие кольца; 6 — кронштейн; 7 — отжимные пру- жины. ТВ2-30-2 установку на корпусе уплотнения (рис. 2) крон- штейнов 6 с двумя пружинами 7, установленными на штифтах и отжимающими вкладыш / при прекраще- нии подачи масла к уплотнениям. Однако выполнение только такого мероприятия не- достаточно, так как не исключается попадание водоро- да в систему слива масла. 2* 7
Модернизация системы водородного охлаждения турбогенератора с изготовлением новых двухпоточных уплотнений. Для устранения отмеченных недостатков заводских уплотнений ЦКБ и предприятиями Союзэнер- горемтреста для турбогенераторов всех типов с поверх- ностным охлаждением были спроектированы двухпоточ- ные уплотнения, устанавливаемые также взамен коль- цевых па турбогенераторах ТВ-50-2, ТВ2-100-2, ТВ2-150-2. При реконструкции масляных уплотнений на двухпо- точные были поставлены следующие цели: а) обеспечить нормальную эксплуатацию турбогене- раторов при повышенном давлении; б) обеспечить незначительные расходы уплотняюще- го масла в сторону водорода и ликвидировать систему маслоочистки; в) обеспечить возможность изменения режима рабо- ты уплотнения регулированием давления потоков уплот- няющего и прижимающего масла. Работа уплотнения регулируется двумя автономны- ми потоками масла: первый поток, подающийся в зазор между упорными диском ротора и вкладышем, смазы- вает трущиеся поверхности и Предупреждает выход во- дорода из статора (уплотняющее масло), а второй поток, подающийся в дифференциальную камеру, создает усилие, прижимающее вкладыш к упорному ди- ску ротора и компенсирующее несущее усилие в масля- ной пленке (прижимающее масло). Изменяя давление прижимающего масла, можно в достаточно широких пределах регулировать толщину масляной пленки между вкладышем и упорным диском вала, температуру баббита и расход масла в сторону воздуха и водорода. Для обеспечения автономности давления масла в обеих камерах радиальный зазор между подвижным вкладышем и неподвижным корпусом перекрывается уплотняющими резиновыми кольцами. Три таких уплот- няющих кольца разделяют камеры уплотняющего и прижимающего масел и отделяют масляные камеры от водорода и воздуха. Зазор между корпусом уплотнения и стулом опор- ного подшипника уплотняется сальником, обеспечиваю- щим гибкую связь между корпусом уплотнения и опор- ным подшипником при тепловых расширениях и дефор- мации щитов. Отмеченные выше особенности характерны 8
для уплотнения указанных турбогенераторов всех ти- пов. Однако для каждой машины применяются различ- ные варианты конструкции. Так, для турбогенераторов ТГВ-25 и ТВС-30 разработано уплотнение с одинако- выми вкладышами (рис. 3), но разными корпусами, Рис. 3. Реконструкция уплотнения вала турбогенера- тора ТВС-30. /— вал ротора; 2 — корпус уплотнения; 3 — вкладыш уплот- нения; 4— уплотняющие кольца; 5—корпус подшипника; б —наружный щнт; 7 — кольцо; 8 — маслоуловитель; 9 — уплотнительный щиток; 10— резиновый шнур. которые отличаются тем, что уплотняющее масло пода- ется у турбогенераторов ТВС-30 по отверстиям в корпу- се уплотнения. При реконструкции кольцевых уплотнений на тор- цовые необходимо выполнить большой объем работ: реконструируются собственно масляные уплотнения водорода, системы масло- п газоснабжения, ротор турбо- генератора протачивается в собственных подшипниках с приводом от турбины либо на специальном баланси-
ровочном станке [Л. 2J для образования упорного диска. В местах установки уплотнений па валу ротора выпол- няются кольцевые проточки и одна-две канавки под маслоотбойные кольца маслоуловителей. Собственно уплотнение турбогенератора ТВ-50-2, состоящее из вкладыша, корпуса и внутреннего щита, устанавливается па наружные щиты турбогенератора. Реконструкция масляных уплотнений, проведенная на 25 турбогенераторах ТВ-50-2, позволила повысить давле- Рис. 4. Узел сальникового уплот- нения. установлен уплотнительный ние водорода до 1 ат и использовать турбоагре- гат с нагрузкой до 57,5 Мет. Длительный опыт эксплуатации модернизи- рованных турбогенерато- ров показал необходи- мость изменения конст- рукции сальника, уплот- няющего зазор между корпусом уплотнения и корпусом подшипника, из которого во время рабо- ты уплотнения наблюда- лись течи масла, объяс- няемые тем, что в вы- полненной конструкции щиток 9 (рис. 3) из двух половин, зажимающий кольцевые резиновые шну- ры 10 в прямоугольных кольцевых канавках уплотня- ющего щитка и корпуса. Наличие горизонтального н цилиндрического разъемов, одновременно затягиваю- щихся одним болтовым соединением, не обеспечивает достаточной герметизации узла. Взамен этой конструк- ции следует установить обычный сальник с резиновым шнуром 1 (рис. 4), состоящий из приставного кольца 2 п корпуса сальника <3, крепящихся соответственно к корпусу уплотнения 4 и опорному подшипнику, и на- жимных колец 5. Для облегчения сборки уплотнения его корпус укорачивают. Изменению подвергается также узел шпоночного соединения вкладыша с корпу- сом. Цилиндрическая шпонка диаметром 12 мм, фикси- рующая вкладыш от поворота под действием крутящего момента, передаваемого масляной пленкой, часто дефор-
мируется и разбивает боковую поверхность шпоночной канавки во вкладыше, что приводит к местным застре- ваниям вкладыша в корпусе и его повреждению при аксиальных перемещениях ротора. Для повышения эксплуатационной надежности следует установить акси- ально расположенную шпонку, свободно входящую во I Рис. 5. Реконструкция уплотнения вала турбогенератора ТВ-60-2 (проект предприятия Ленэнергоремонт). / — вал ротора; 2 — вкладыш уплотнения; 3 —корпус уплотнения; 4— корпус подшипника; 5 — термосопротивлеиие; 6 — маслоуловитель; 7 — приварное кольцо. втулку, запрессованную во вкладыше. Внутренняя поверхность втулки цементируется и закаливается до твердости HRC>50. В период 1961 —1964 гг. на турбогенераторах ТВ-50-2 установлено значительное количество уплотнений тор- цового типа со стальными уплотняющими кольцами. Для увеличения надежности работы этих уплотнений рекомендуется заменить металлические уплотняющие кольца резиновыми (см. § 5). Производственное предприятие Ленэнергоремонта спроектировало для турбогенераторов ТВ-60-2 двухпо-
точное масляное уплотнение (рис. 5), в котором исполь- зованы корпуса 3 с кольцевой приставкой 7, приварен- ной к корпусу уплотнения в среде углекислого газа, что значительно снижает деформации свариваемых де- талей. Для повышения надежности работы предприятие применяет электроискровое упрочнение рабочей поверх- ности шпоночного паза вкладыша. Выполнение работ по этому проекту сокращает сроки и снижает стоимость модернизации. Наиболее сложна реконструкция кольцевых уплот- нений турбогенераторов ТВ2-100-2 в основном из-за не- достатка места для установки торцового уплотнения и большого диаметра упорного диска ротора. Недостатка- ми первоначально разработанного варианта рекон- струкции являются трудность сборки, высокие темпера- туры баббита, низкая эксплуатационная надежность. Следует отметить, что эти уплотнения работают с ок- ружными скоростями упорного диска 75 м/сек и выдер- живают аксиальную нагрузку до 2 000 кГ. Поэтому для торцовых уплотнений турбогенераторов ТВ2-100-2 реша- ющее значение имеют тщательное изготовление, монтаж и наладка уплотнений, высокая культура эксплуатации и полная автоматизация подачи масла к уплотнениям. Учитывая предложения работников производственных предприятий Союзэнергоремтреста и электростанций, ЦКБ переработало конструкцию уплотнения, упростив монтаж за счет выполнения разъемного корпуса и снизив температуру баббита за счет изменения кон- струкции несущей поверхности и режима работы. При этом ширина проточки вала ротора достигла 115 мм. 3. ЧАСТИЧНАЯ РЕКОНСТРУКЦИЯ УПЛОТНЕНИЙ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ С ФОРСИРОВАННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Уплотнения торцового типа турбогенераторов с фор- сированным охлаждением (рис. 6—9) проектировались заводами для работы при давлении водорода 3—4 ат и как следствие для высоких удельных нагрузок на рабо- чей поверхности вкладыша. При их конструировании был учтен большой опыт эксплуатации уплотнений тур- богенераторов с поверхностным охлаждением. Поэтому для улучшения работы этих уплотнений необходима лишь частичная модернизация отдельных элементов и узлов с целью повышения их надежности и упрощения обслу- живания и ремонта. 12
Частичная реконструкция масляных уплотнений ТГВ-200, ТГВ-300. При эксплуатации масляных уплотне- ний турбогенераторов ТГВ-200, ТГВ-300 (рис. 7) вы- явился ряд недостатков, связанных с ненадежным спо- собом перекрытия радиального зазора между вклады- шем и корпусом уплотнения, способом контроля за сливом масла с уплотнений и др. Рис. 6. Уплотнение вала турбогенератора ТВВ-165-2. / — корпус уплотнения; 2 — вкладыш уплотнения; 3 — уплотняющие кольца; 4 — вал ротора; 5 — спиральные пружины. Для перекрытия радиального зазора в уплотнениях турбогенераторов ТГВ-200 и ТГВ-300 используются две пары стальных колец, заложенных в прямоугольные кольцевые пазы, проточенные на наружной поверхности вкладыша. Металлические уплотняющие кольца при достаточно тщательной подгонке обеспечивают незначительный расход масла в сторону водорода. Однако при длитель- ной эксплуатации обнаружились существенные недо- статки этой конструкции: после одного-двухлетней экс- плуатации корпуса уплотнений в месте установки 3—2160 13
металлических уплотняющих колец вырабатываются йа глубину до 0,3 мм, что приводит к увеличению расхода масла, а в ряде случаев к застреванию вкладышей и аварии уплотнений. Сложность монтажа металлических уплотняющих колец при заводке во вкладыш и, особен- Рис. 7. Уплотнение вала турбо- генератора ТГВ-200. / — корпус уплотнения; 2 — вкла- дыш уплотнения; 3 — уплотняющие кольца; 4 — вал ротора; 5 — спи- ральные пружины; 6—цилиндриче- ские втулки. но, во время разборки уплот- нения приводит к частой поломке колец. При эксплу- атации уплотнений с метал- лическими кольцами следует обращать особое внимание на изменение расходов ма- сла в сторону водорода и общего расхода масла на уплотнение при измене- нии нагрузки и теплового состояния турбогенераторов. Резкое изменение расходов масла и температуры баб- 1 бита свидетельствует о за- стревании уплотняющих ко- | лец в корпусе уплотнения. В связи с этим необходимо за- I менить стальные уплотняю- щие кольца на резиновые. Реконструкция уплотне- ний турбогенераторов ТГВ-200 и ТГВ-300 с заме- ной стальных колец на ре- зиновые предприятием Рос- товэнергоремонт успешно проведена на нескольких машинах (рис. 10 и 11) и сво- дится к дополнительной обработке вкладыша, корпуса уплотнения, выполнению канавок необходимого размера во вкладыше и обеспечению нормального радиального зазора 0,8—1 мм между вкладышем и корпусом уплот- нения в зоне расположения резиновых уплотняющих колец. Так как размеры заводского вкладыша не позволяют проточить каналы необходимых размеров, тыльная часть вкладыша протачивается и к ней привариваются сталь- ные полукольца (рис. 11,6). Для предотвращения короб- ления вкладыша при сварке и выплавления баббита зона рабочей поверхности (баббитовая заливка) погру-
Рис. 8. Уплотнение вала турбогенератора ТВФ-100-2. / — корпус уплотнения; 2 —вкладыш уплотнения; 3 — уплот- няющие кольца; 4 — вал ротора; 5 — спиральные пружины. Рис. 9. Уплотнение вала турбогенератора ТВВ-320-2. / — вкладыш уплотнения; 1 — уплотняющие коль* на; 3 — корпус уплотнения; 4 — пластикатовая шайба; 5 — стопор.
жается в воду. Сварка производится в среде углекисло- го газа прерывистым швом с постепенным доведением его до сплошного. После сварки пришабриваются разъ- емы вкладыша и на наружной поверхности вкладыша протачиваются канавки под резиновые кольца. Одновре- а) Рис. 10. Реконструкция уплотнений турбо- генератора ТГВ-300. а — реконструкция вкладыша уплотнения; б — ре- конструкция корпуса уплотнения. менно устраняются элипсность и конусность внутренней расточки корпуса уплотнений. Внутренняя поверхность корпуса растачивается до диаметра 542 мм и срезаются фаски под сварку с кате- тами 5—6 мм. Изготовленное из нержавеющей стали кольцо, проточенное по наружному диаметру 545 мм, вставляется в расточку корпуса, зажимается и привари- вается по торцам опорной поверхности. Больший диа* метр вставного кольца по сравнению с расточенными корпусами позволяет собрать корпуса и кольца таким 16
образом, что края колец выступают за поверхности разъема корпусов на 2 мм. После сварки фрезеруются и шабрятся разъемы корпуса и производится оконча- тельная его проточка по внутреннему диаметру до диа- метра 531 мм. Размеры канавок под резиновые кольца и а) Рис. 11. Вкладыш уплотнения турбогенератора ТГВ-200 до ре- конструкции (а) и после рекон- струкции (б). величина радиального за- зора определяются по ре- комендациям § 5. Опытом эксплуатации установлено, что уплотне- ния турбогенераторов ТГВ-200, ТГВ-300 имеют недопустимо высокие рас- ходы масла в сторону во- дорода, достигающие в некоторых случаях 20— 25 л/мин. Предусмотрен- ный заводом контроль за сливом масла с помощью патрубков, установлен- ных в наружных щитах турбогенератора, неудов- летворителен, так как на- блюдение можно вести только за незначительной частью масла, сливающе- гося с уплотнений. По- этому при реконструкции необходимо на сливном трубопроводе установить маслоконтрольные патрубки конструкции ЦКБ. Одним из основных недостат- ков уплотнений турбогенераторов ТГВ-200, ТГВ-300 являются высокие удельные давления на баб- битовой поверхности вкладыша, что приводит к ее истиранию при малых оборотах ротора (пуск и оста- нов турбоагрегата), а также при работе валоповорот- ного механизма. Завод рекомендует при работе турбоаг- регата на валоповороте обеспечивать перепад давлений уплотняющего масла и водорода 2 ат, для чего необхо- димо отключать демпферный бак. Частичная реконструкция масляных уплотнений тур- богенераторов серии ТВВ. В масляных уплотнениях турбогенераторов ТВВ-165-2 (рис. 6) устанавливались текстолитовые уплотняющие кольца, заедание которых в корпусе приводило к подплавлению баббита н повре-
ждению упорного диска ротора, попаданию масла в кор- пус статора и выбросу водорода в атмосферу. В настоя- щее время текстолитовые уплотняющие кольца практи- чески полностью заменены резиновыми. В связи с тем что наружные щиты турбогенераторов ТВВ-165-2 значительно деформируются при повышении давления водорода на работающих уплотнениях, наблю- дались случаи застревания вкладышей в корпусах уплотнений, что приводит к аварии. Проведенные иссле- дования деформации наружных щитов и корпусов уплотнений показали, что на каждую атмосферу повы- шения давления водорода наружные щиты деформиру- ются в аксиальном направлении на 1 мм и при 4 ат де- формация достигает 4—4,3 мм. При таких испытаниях одновременно определилось изменение радиального за- зора между центрирующим пояском вкладыша и расточ- кой корпуса уплотнения. Опыт показал, что зазор умень- шается на 0,2—0,3 мм в плоскости горизонтальных разъемов уплотнения. В вертикальной плоскости изме- нение радиального зазора происходит значительно меньше — 0,1—0,15 мм. В связи с этим обстоятельством при монтаже уплотнения необходимо увеличить ради- альный односторонний зазор между опорной поверх- ностью вкладыша и корпусом уплотнения до 0,35— 0,4 мм. К недостаткам уплотнений вала турбогенераторов этого типа следует также отнести большие удельные давления на трущихся поверхностях при малых оборо- тах ротора, что и приводит к износу баббитовой поверх- ности вкладыша и повышению температуры баббита при нормальной эксплуатации до 80°С. На некоторых элек- тростанциях наблюдались случаи заедания вкладыша в расточке корпуса уплотнения и повреждения рабочей поверхности вкладыша из-за ржавления деталей уплот- нения под влиянием влаги, содержащейся в масле. Для предупреждения подобных случаев необходимо исклю- чить обводнение масла реконструкцией концевых уплот- нений турбины1. Одной из причин застревания вклады- шей в корпусах уплотнений является низкая чистота 1 Для предупреждения коррозии завод хромирует детали уплот- нения. Предприятие СибэиергОремонта при ремонтах уплотнений протачивает корпуса, устанавливает и цриваривает полукольца из нержавеющей стали. 18
обработки внутренней поверхности корпуса уплотнения. Наиболее простой способ повышения чистоты поверхно- сти— накатка роликом или шариковым подшипником, повышающая чистоту поверхности до V7—V8 и сни- жающая износ поверхности в процессе эксплуатации. В уплотнениях турбогенераторов ТВВ-200-2 отмече- ны случаи застревания вкладышей в корпусах уплотне- ний из-за выдавливания в радиальный зазор резины уплотняющих колец, расположенных с воздушной сто- роны, под действием давления уплотняющего масла. Для предупреждения этого явления необходимо умень- шить односторонний радиальный зазор в области распо- ложения уплотняющих колец до 0,8—1,0 мм с помощью кольцевых вставок (см. § 5). Заводом для турбогенератора ТВВ-320-2 спроектиро- вано двухкамерное уплотнение (рис. 9). Радиальный зазор между вкладышем и корпусом уплотнения пере- крывается тремя уплотняющими резиновыми кольцами 2, которые разделяют камеры уплотняющего и прижи- мающего масел и отделяют их от водородного объема статора и воздуха. Следует отметить, что на первых образцах размеры канавок вкладыша под резиновые уплотняющие кольца имели заниженные величины, что приводило к деформа- ции и выдавливанию резины в зазор и снижению под- вижности вкладыша. Корпуса уплотнения жестко закреплены на наруж- ных щитах турбогенератора и соединены с корпусами опорных подшипников гибкими пластикатовыми шайба- ми 4. Вкладыш фиксируется от поворота стопорным винтом 5. При эксплуатации масляных уплотнений турбогене- ратора ТВВ-300-2, в целом работающих достаточно надежно, имели место случаи разрушения пластикатовой шайбы, так как под действием прямой струи горячего масла, сливающегося с уплотнения в сторону воздуха, пластикат твердел и трескался. Для этих уплотнений це- лесообразно вместо шайбы установить сальниковое уплотнение (рис. 4), обеспечивающее свободное переме- щение корпуса уплотнения относительно опорного под- шипника и надежное уплотнение зазора1. 1 После установки защитных шайб, предупреждающих попа- дание прямого потока горящего масла на шайбы, длительность их эксплуатации достигает 2—3 лет.
Геометрическая форма несущей поверхности вклады- шей частично изменялась ремонтным персоналом в про- цессе накопления опыта эксплуатации для снижения температуры баббита [Л. 3.]. Кроме того, в кольцевой уплотняющей канавке наплавлялись перегородки, пре- дотвращающие вымывание баббита. Все описанные выше конструкции уплотнений обла- дают одним существенным недостатком: при аварийном прекращении маслоснабження происходит выплавление баббитовой заливки вкладыша, сопровождающееся по- вреждением упорного диска ротора, выбросом водорода в сливные маслопроводы агрегата, а иногда и загорани- ем водорода. Поэтому в последние годы производствен- ными предприятиями Союзэнергоремтреста и ЦКБ были разработаны несколько конструкций двухпоточных уп- лотнении торцового типа, обеспечивающих целостность баббитовой заливки вкладышей и предупреждающих попадание водорода в систему слива масла при аварий- ном прекращении маслоснабження. Такая конструкция уплотнений разработана ЦКБ и предприятием Ростов- энергоремонта для турбогенераторов ТВВ-165-2, ТВФ-60-2, ТВФ-100-2 и ТВ-60-2 (рис. 12) и внедрена на нескольких машинах Уплотнение, изготовляемое пред- приятием Ростовэнергоремонта, состоит из вкладыша 1, устанавливаемого в кольцевой паз, образуемый внут- ренним 2 и наружным 3 корпусами уплотнений. Внут- ренний и наружный радиальные зазоры между вкла- дышем и корпусом перекрыты четырьмя резиновыми уплотняющими кольцами 4, установленными в кольце- вые прямоугольные канавки. Такая конструкция исклю- чает влияние давления водорода на усилия, прижимаю- щие вкладыш к упорному диску ротора. С наружной и внутренней сторон уплотнения установлены маслоуло- вители 5 с уплотнителями 6. Уплотнение жестко крепит- ся через пластикатовую прокладку 7 к наружным щитам 8 турбогенератора и имеет подвижное сальнико- вое уплотнение 9 с корпусом опорного подшипника 10. Для отодвигания вкладыша от упорного диска ротора при прекращении маслоснабження в каждом уплотне- нии установлено четыре пружины 11, усилие которых регулируется втулками 12 в пределах 115—200 кГ. Ка- 1 В реконструкции уплотнений принимали участие инженеры Ростовэнергоремонта О. С. Голодиова, Ю. А. Кориневский, П. С. Стрелецкий, В. А. Лисовский, Д. И. Драпкии и др.
мера 13, образованная внешним маслоуловителем и на- ружным корпусом уплотнения, соединена выхлопной трубой с атмосферой. В нормальном эксплуатационном режиме к уплотне- нию подаются от регулятора уплотняющее масло, пре- вышающее давление водорода на 0,5 ат, и прижимающее масло, превышающее давление водорода на 1 ат. Рис. 12. Уплотнение вала с отжимающимся вкладышем. При этом превышение температуры баббита над температурой входящего масла находится в пределах 10—12° С; расход масла в сторону водорода не превыша- ет 2 л/мин, при давлении водорода 2 ат. В аварийном режиме, когда масло на уплотнения не подается и вкладыши отодвинуты от упорных дисков, газ из генератора выходит в воздушные камеры уплот- нений и далее через выхлопные трубы в атмосферу. На пути следования газа нет замкнутых невентилируемых объемов, поэтому возможность скопления газа, /также образования взрывоопасной смеси и воспламенения исключена.
Новые уплотнения испытаны при неподвижном и вращающемся роторах, при различных давлениях газа в генераторе, в нормальных и искусственно созданных аварийных режимах. Испытания в аварийном режиме проводились много- кратно при полном прекращении маслоснабжения уп- лотнений путем отключения маслонасосов. Установлено, что во всем диапазоне рабочих давлений газа прекра- щение подачи масла в уплотнения не вызывает повреж- дений последних и вкладыши возвращаются в исходное положение при восстановлении маслоснабжения. Карте- ры основных подшипников и сливные маслопроводы турбины полностью защищены от попадания водорода при аварийном прекращении маслоснабжения.. Так, например, было проведено следующее испыта- ние. Исходные условия: генератор ТВ-60-2 работал с нагрузкой 30 Мет при давлении водорода 2 кГ1см2-, отключен маслонасос уплотнений и произведен выброс водорода в воздушные камеры уплотнений и далее в ат- мосферу; когда давление водорода в генераторе упало до (У,6 кГ/см2, маслонасос включен и восстановлен нор- мальный режим работы. При этом расход масла на сто- рону водорода и температура баббита практически не изменялись, во время аварии из картеров подшипника брались пробы газа прибором ПГФ, попадание водоро- да не обнаружено. Система маслоснабжения уплотнений принципиально не отличается от типовых схем ЦКБ (см. § 8), за исклю- чением сливных магистралей и системы выброса газа в атмосферу (рис. 13). Подача масла к уплотнениям 8 осуществляется не- посредственно от системы маслоснабжения турбины через дроссельную шайбу, а слив масла на сторону воз- духа отделен от картеров подшипников и выведен в вен- тилируемый воздухоотделительный бачок 1, соединяю- щийся со сливным маслопроводом турбины 2 через U-образный гидрозатвор 3. Масло, сливающееся в сторону водорода, направля- ется в гидрозатвор ЗГ-ЗО 4 и далее в маслобак турбины через петлевой гидрозатвор 5, имеющий предохрани- тельное выхлопное устройство 6 с маслоотбойнпком. На сливных маслопроводах установлены маслоконтроль- ные патрубки 7 конструкции ЦКБ. В схеме применены регуляторы давления масла ти-
па ДРДМ-12 М. Описанная конструкция уплотнений имеет ряд недостатков, основным из которых является применение составного корпуса и пружин, что усложня- ет изготовление, монтаж уплотнений и наладку уплот- нений. Рис. 13. Система слива масла с уплотнения вала, представлен- ных на рис. 12. Аналогичная конструкция уплотнений, разработанная и внедренная ЦКБ па двух турбогенераторах ТВФ-100-2, выполнена, как обычное двухкамерное уплотнение ЦКБ, и испытана в аварийных режимах при давлении газа в статоре до 3 кГ/см2. В настоящее время ЦКБ продолжает совершенство- вание аналогичной конструкции уплотнения с целью ее упрощения и повышения эксплуатационной надеж- ности. 4. ФОРМА НЕСУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВКЛАДЫШЕЙ Уплотняющие устройства торцового типа могут быть классифицированы по принципам создания масляной пленки в зазоре между упорным диском ротора и вкла- 23
дышем и по способу создания аксиального усилия, при- жимающего вкладыш к упорному диску ротора {Л. 9]. По способу создания масляной пленки уплотняющие устройства можно разделить на следующие типы: 1. Уплотняющее устройство, у которого на рабочей поверхности вкладыша выполнены площадки с танген- циальным уклоном. К этому типу относятся практически все эксплуатирующиеся в Советском Союзе торцовые уплотнения турбогенераторов. 2. Уплотнение, в котором рабочая поверхность вкла- дышей выполнена с постоянным радиальным уклоном и масляная пленка создается за счет радиального истече- ния масла под действием центробежных сил, возникаю- щих при вращении ротора. К такому типу уплотнения относятся опытные уплотняющие устройства, выполнен- ные на заводе «Электротяжмаш» для турбогенератора типа ТГВ-200 по авторскому свидетельству доктора техн, наук И. Я. Токаря. 3. Гидростатическое уплотнение, в котором отсутству- ют какие-либо наклонные площадки на рабочей поверх- ности вкладыша, а центробежные силы, возникающие при вращении масляной пленки, используются только для уменьшения расхода масла в сторону водорода. Практически все эксплуатирующиеся в Советском Союзе уплотнения вала торцового типа имеют геометри- ческую форму несущей поверхности, изображенную на рис. 14, состоящую из несущей поверхности с уклоном 1, несущей поверхности без уклона 2, внутреннего запор- ного пояска 3, наружного пояска или выступа 4, кольце- вой 5 и радиальных 6 маслоподводящих канавок и перего- родок 7, предотвращающих вращение масла в кольцевой канавке. Уплотняющее масло подается через отверстия 8 в кольцевую или радиальную канавку и образует масля- ный клин на несущей поверхности. Центробежными силами, а также под действием избыточного давления масло выбрасывается к наружной поверхности вклады- ша в сторону воздуха. Незначительное количество масла из кольцевой маслоподводящей канавки сливается через запорный поясок внутрь статора турбогенератора. Правильный выбор размеров несущих поверхностей с уклоном и без уклона, внутреннего и наружного пояс- ков обеспечивает надежную работу уплотнения при ок- ружных скоростях до 90 м/сек и удельных давлениях на баббит до 10—12 кГ/см?-.
Известно, что аксиальное усилие на вкладыш уплот- нения от давления в камере прижимающего масла и давления водорода на тыльную часть вкладыша уравно- вешиваются давлением в масляной пленке на несущей поверхности вкладыша. При этом давление в масляной пленке на рабочей поверхности вкладыша распределяет- ся неравномерно и зависит от ее толщины, формы рабо- щей поверхности вкладыша, скорости вращения упорно- го диска, давления масла. При этом толщина масляной Рис. 14. Геометрическая форма рабочей поверхности вкладыша уплотнения. пленки не должна быть менее 0,03 мм, что соответству- ет полусухому трению, и расход масла через уплотнения должен быть достаточным для отвода всех тепловых потерь. Основным фактором, определяющим выбор соотноше- ния размеров несущих поверхностей (с уклоном и без уклона), является величина действующей аксиальной нагрузки на вкладыш. Эта нагрузка Р&Кс, постоянная как во время разворота турбогенератора, так и при но- минальной скорости вращения, определяется по фор- муле Р акс = Р пр^> пр + Р водовод + Р упл^уп л + F пр» где РВод, Рщ>, Рупл — соответственно значения давления водорода, прижимающего и уплот- няющего масла;
Sbojv 5пр Зупл — соответственно площади тыльной поверхности вкладыша, на кото- рую действует давление водорода, торцевой поверхности вкладыша, на которую действует давление прижимающего и уплотняющего масла, включая площадь кольцевых и радиальных канавок баббитовой поверхности; ^пр — суммарное усилие прижимающих пружин. Усилие Рупл 5упл в уравнении может быть и положи- тельным и отрицательным, в зависимости от направле- ния действия давления уплотняющего масла на торце- вую поверхность вкладыша. Оптимальные геометрические формы несущей поверх- ности были определены при теоретических и экспери- ментальных исследованиях работы несущей поверхности уплотнений, проведенных НИИТЭМ на испытательном стенде завода, а также ЦКБ при модернизации уплот- нений на электростанциях. На рис. 15 представлено распределение давления в масляной пленке (минимальная толщина 0,04 мм) для уплотнений турбогенератора типа ТВ-50-2 при 3 000 об/мин, а на рис. 16 — изменение толщины масля- ной пленки при развороте или остановке турбогенерато- ра. Как видно из рис. 15, 16, давление масла на несу- щей поверхности вкладыша с уклоном при 3 000 об/мин достигает величины 11 кГ/см2 и резко снижается при малых оборотах, что приводит к уменьшению толщины масляной пленки при снижении скорости вращения упор- ного диска. При малых оборотах ротора на несущей поверхности вкладыша с уклоном давление масла прак- тически равно давлению после регулятора. Таким обра- зом, действующая аксиальная нагрузка на вкладыш воспринимается на малых оборотах только несущей по- верхностью без уклона и запорным пояском вкладыша, а при высоких оборотах — всей несущей поверхностью. При этом большую часть нагрузки воспринимает несу- щая поверхность с уклоном. НИИТЭМ [Л. 4,] определены оптимальные соотноше- ния между длиной несущей поверхности без уклона и несущей поверхностью с уклоном, а также оптимальная величина tga — тангенса угла наклона несущей поверх- 26
ности (рис. 16). Из этого рисунка следует, что наиболь- шая несущая способность уплотнения достигается при выборе отношения длины рабочей поверхности без укло- на к длине рабочей поверхности в пределах tnla= = 0,2-=-0,5 для турбогенераторов, работающих с больши- ми аксиальными перегрузками на уплотнения. ности вкладыша турбогенератора ТВ-50-2 при 3 000 об/мин. а) Рис. 16. Зависимости толщины масляной пленки от скорости вращения турбогенератора ТВ-50-2 (а) и безразмерного удельно- го давления от отношения длины несущей поверхности без укло- на к общей длине (б). Аксиальная нагрузка 700 кГ. <>)
Опыт наладки большого числа уплотнений показал, что рабочую поверхность вкладыша следует выполнить так, чтобы несущая поверхность без уклона вместе с по- верхностью запорного пояска составляла 30—40% всей поверхности. Большая величина несущей поверхности без уклона соответствует уплотнениям, работающим с большими аксиальными нагрузками (уплотнения тур- богенератора ТВ2-100-2). Возможность подплавления уплотнений при развороте турбогенераторов, имеющих значительные аксиальные нагрузки на вкладыш, под- тверждается испытаниями, проведенными на турбогене- раторе ТВ2-100-2. К вкладышу была приложена аксиаль- ная нагрузка, создавшая удельные давления на рабочую поверхность 12 и 8 кГ/см2, что соответствует удельным давлениям на несущую поверхность без уклона соот- ветственно 30 и 20 кГ/см2. При этом баббитовая поверх- ность расплавилась в первом случае при скорости вращения 400 об/мин, во втором — при 1 200 — 1 600 об/мин. В то же время это уплотнение при удельных нагрузках 8 кГ/см2 и полных оборотах дли- тельно эксплуатировалось с температурой вкладыша баббита 65° С. На расход масла через уплотнение, а следовательно, и на температуру баббита большое влияние оказывают размеры наружного пояска. Завод «Электросила» выполняет этот поясок сплошным по всей периферии несущей поверхности, что сокращает расход масла в сторону воздуха. Завод «Электротяжмаш» в своих уплотнениях предусматривает выполнение прерывистого пояска. Эксплуатация уплотнений [Л. 3, 4] показала, что выполнение прерывистого наружного пояска практиче- ски не снижает несущей способности масляного уплот- нения и в то же время позволяет увеличить расход масла в сторону воздуха и снизить температуру баббита вкладышей на 7—6° С. Длину выступающей части прерывистого пояска сле- дует выполнять равной половине расстояния между радиальными маслоподводящими каналами. Максималь- ная глубина щели в наружном пояске обычно выполня- ется равной 0,05—0,08 мм. Минимальный расход масла через запорный поясок легко устанавливается правильным выбором давления прижимающего и уплотняющего масел.
Рекомендуемые геометрические размеры несущей поверхности вкладыша приведены в табл. I. Таблица 1 _ , 1 Размеры, мм тип турбо-__________________________________________________________________ генератора а « в е д е Ж и 1 * ТВ2-30-2 33,9 14 29 6 8,5 0,20—0,05 0,06 6 25,9 ТВС-30 34,4 14 16 5 7,5 0,20—0,05 0,06 — 26,4 ТВ-50-2 36,7 14 21,5 6 6,5 0,25—0,05 0,06 6 28,7 ТВ-60-2 34,2 14 31,5 6 8,5 0,25—0,05 0,06 — 26,2 ТВ2-100-2 40,8 18 18,5 6,0 7,5 0,3—0,05 0,06 —- 28,3 ТВ2-150-2 — 18 — 7 0,3—0,05 0,06 5 ТВВ-165-2 39,7 20 36 4 5,0 0,25—0,05 0,06 4 29,2 ТВВ-200-2 41, 1 15 29 8 8 0,25+0,05 0,06 4 28 ТВВ-320-2 45,3 15 27 8 10 0,25-f-0,05 0,06 — 26 ТВФ-60-2 52,1 20 26,5 8 10 0,2-f-0,05 0,06 — 30 ТВФ-100-2 38,8 26-f-0,5 28,5 4 5 0,25—0,05 0,06 4 28,6 ТВФ-200-2 43 20 20 7 11 0,25+0,05 0,06 6 31,5 ТГВ-25 34,4 14 16 5 8,5 0,20—0,05 0,06 — 26,4 ТГВ-200 37,6 20 29,5 4 4 0,20—0,04 0,06 5 28,4 ТГВ-300 39,2 20 26,5 4 4,5 0,20—0,04 0,06 5 30,0 Одной из важных эксплуатационных характеристик уплотнений является долговечность их работы. В процес- се эксплуатации наблюдаются случаи истирания поверх- ности баббита, а также размывания ее потоком горячего масла. Для предотвращения последнего явления следу- ет в кольцевой канавке уплотнения наплавить выступы 7 (рис. 14), которые препятствуют вращению масла по канавке и предупреждают вымывание баббита. Исти- рание баббитовой поверхности происходит, как прави- ло, при малых оборотах ротора и при работе в режиме валоповорота. Для снижения истирания баббита целе- сообразно увеличивать рабочую поверхность вкладыша уплотнений без уклона с тем, чтобы снизить удельные давления на баббит. Следует отметить, что масляные уплотнения турбо- генераторов завода «Электросила» выполнены с разви- той рабочей поверхностью вкладыша, которая мало изнашивается в период между капитальными ремонтами турбогенератора. Масляные уплотнения турбогенератора ТГВ-200, ТГВ-300 имеют значительно меньшую площадь баббитовой поверхности, что приводит к интенсивному ее износу при малых оборотах. Завод рекомендует для 4—2160 29
снижения этого явления увеличивать перепад давления масла и водорода в режиме валоповорота до 2 ат. В последнее время производственными предприятия- ми Союзэнергоремтреста на многих турбогенераторах .проводится реконструкция масляных уплотнений с заме- ной баббитовой рабочей поверхности на фторопласто- вую '. Предприятие Сибэнергоремонта использует для такой реконструкции фторопласт 4, представляющий собой легко прессующийся порошок белого цвета с тем- пературой испарения выше 300° С. Фторопласт 4 имеет хорошие антифрикционные свойства (коэффициент тре- ния скольжения без смазки по металлу — 0,04—0,05) и легко обрабатывается. Детали уплотнения изготовляются следующим обра- зом: в специальной прессформе из порошка прессуются под давлением 300 кГ/см2 кольца, которые в течение 40 ч термически обрабатываются в печи при температу- ре 370° С, а затем закаливаются» (охлаждаются) в воде. «Закаленный» второ- ™ А п (пласт обладает большой гиб- Таблица 2 костью, упругостью и прочно- Т _ стью. Тип турбо- _ генератора а, мм в. мм Прессованные кольца раз- резают на сегменты — по четы- ТВ2-30-2 285 385 Ре на вкладыш, а затем на то- ТВС-30 295 375 карном станке в приспособле- ТГВ-25 296 380 нии (рис. 17) обрабатывают Ir'co'o qoo lol по наружному и внутреннему ТВФ-ЮО-2 ззо 430 диаметрам (табл. 2). ТВВ-165-2 350 455 После тщательной подгон- ТВ2-100-2 410 505 ки торцов сегментов (проверка тгп onn'1 2 Un sin щупом 0,03 мм) их собирают ТГВ-ЛЭО 0 0 в кольцо (рИС |8) и протачи- вают его торцевую поверх- ность под «ласточкин хвост» во вкладыше и рабочую поверхность под шаб- ровку. Готовые сегменты устанавливают в паз вкладыша, плотно подгоняют стыки и стопорят часть сегментов от проворачивания металлическими штифтами (по одному на полувкладыш). Для предотвращения появления зазоров между сегментами в процессе эксплу- атации вследствие деформации фторопласта необходимо, 1 Впервые применение фторопласта было предложено и внедре- но инж. Ф. И. Караман на Норильской ТЭЦ.
1 А-А Рис. 17. Приспособление для проточки сегментов из фторо- пласта-4. / — нажимные кольца; 2— стяжные болты; 3 — фторопластовые сегменты. Рис. 18. Приспособление для торцовки фторопластовых сегментов. 1 — опорное кольцо; 2 — наружный зажим; 3— внутренний зажим; 4 — упор, ное кольцо; 5—нажимные болты; 6 — сегменты из фторопласта.
чтобы концы сегментов выходили за пределы горизон- тального разъема каждого вкладыша на 1,2—1,5 мм. Для предотвращения прорыва водорода по зазору между металлом вкладыша и фторопластом во вклады- ше необходимо проточить канавку глубиной 2—3 и шириной 6—8 мм по диаметру маслоподающих отвер- стий. Опыт эксплуатации масляных уплотнений с фторо- пластовым рабочим слоем показал, что они значительно легче переносят аварийные режимы, имеющие место при эксплуатации турбогенератора. Так, на турбогенераторе ТВС-30 Новосибирской ТЭЦ в процессе эксплуатации была срезана шпонка, фиксирующая вкладыш от пово- рота в корпусе уплотнения. Несмотря на нарушение ре- жима маслоснабжения уплотнения, турбогенератор эксплуатировался в течение нескольких часов. При этом фторопласт сработался на 4—5 мм и на упорном диске были обнаружены кольцевые риски глубиной до 0,5 мм. В последнее время при эксплуатации масляных уп- лотнений с фторопластовой рабочей поверхностью был отмечен повышенный износ поверхности упорного диска ротора. Так, при ревизии уплотнений 14 турбогенерато- ров, эксплуатирующихся с фторопластовым рабочим слоем вкладышей в течение 1—2 лет, в двух случаях обнаружено срабатывание упорного диска ротора до 10—12 мм. При этом фторопластовая рабочая поверх- ность вкладыша оказывается неповрежденной. Повы- шенный износ рабочей поверхности упорных дисков ротора проявляется не в результате истирания поверхно- стей и является, по-видимому, следствием химической реакции, связанной с разложением металла в атмосфе- ре фтористого водорода, который образуется при на- гревании фторопласта. Существенным недостатком фторопласта является его повышенная хладотекучесть, которая в сочетании с вы- соким коэффициентом линейного расширения приводит к деформации материала, появлению в процессе эксплу- атации уплотнений радиальных зазоров между сегмен- тами рабочей поверхности и как следствие увеличению расхода масла в сторону водорода. В настоящее время экспериментально проверяется возможность использо- вания фторопласта с наполнителями (графитом) для уплотнений турбогенераторов.
5. УПЛОТНЕНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЗАЗОРА МЕЖДУ ВКЛАДЫШЕМ И КОРПУСОМ Уплотнение радиального зазора с помощью гибких диафрагм. Для уплотнений турбогенераторов ТГВ-25, ТВ2-30-2 и ТВС-30 первых выпусков заводами были предусмотрены гибкие диафрагмы из маслобензостой- кой резины толщиной 4—5 мм в один или в два слоя. Завод «Электросила» применял диафрагмы из кабельно- го пластиката толщиной 3—5 мм. Такой способ уплот- нения радиального зазора обладал рядом существенных недостатков. Резиновые диафрагмы со временем разла- гались под действием горячего масла и разрушались из-за высокого давления масла. Пластикатовые диаф- рагмы также не обладают достаточной механической прочностью и маслостойкостью и со временем теряют свою эластичность, что в условиях постоянных переме- щений и вибрации вкладыша приводило к прорыву во- дорода через уплотнение. Инженером С. А. Варламовым была предложена и внедрена на нескольких генераторах усовершенствован- ная пластикатовая диафрагма, армированная металли- ческой сеткой, позволяющая повысить давление газа в статоре до 1—2 кГ)см2. В настоящее время пластикатовые диафрагмы не применяются для уплотнения зазоров между вкладышем и корпусом из-за сложности монтажа и низкой эксплуа- тационной надежности. Уплотнение радиального зазора с помощью металли- ческих колец. В уплотнениях турбогенераторов ТВ-60-2, ТВФ-100-2, ТГВ-200 радиальный зазор между вклады- шем и корпусом был перекрыт металлическими или тек- столитовыми уплотняющими кольцами типа поршневых (рис. 8). Так как текстолитовые кольца не обладают достаточной упругостью, на дно паза укладывалась вол- нообразная пружина, постоянно прижимающая кольца к внутренней поверхности корпуса уплотнения. На ряде электростанций вместо цельной пластинчатой пружины иногда устанавливались в нескольких местах по дну ка- навки отдельные пластинчатые пружины. Текстолитовые кольца под действием горячего масла разбухали, что при неправильном размере канавки при- водило к заеданию колец во вкладыше, увеличению расхода масла в сторону водорода и местным застрева- ниям вкладыша в корпусе уплотнения.
Несколько лучше показали себя в эксплуатации Ме- таллические (стальные или чугунные) уплотняющие кольца, которые при достаточно тщательной подгонке надежно предотвращали пропуск масла в сторону водо- рода. Однако длительная их эксплуатация выявила ряд недостатков этой конструкции: после одного-двухлетней эксплуатации наблюдается выработка корпусов уплотне- ний и остаточная деформация колец. Поэтому в настоя- щее время в уплотнениях всех конструкций металличе- ские и текстолитовые кольца заменяются резиновыми. Уплотнение радиального зазора с помощью резиновых колец. Наиболее простым и надежным является способ уплотнения зазора с помощью колец, выполненных из ре- зинового шприцованного шнура диаметром от 5 до 8 мм марки 14Р-2 ТУ-УТ-1014-59 или другой марки, обеспечивающей необходимую масло- и теплостойкость. Резиновый шнур закладывается в прямоугольные коль- цевые канавки во вкладыше уплотнения (рис. 4, 5, 11, 14), соединяется пружиной с наружным диаметром 3— 4 мм, выполненной из проволоки диаметром 0,3—0,5 мм. Пружина вворачивается на половину своей длины в один торец резинового шнура, а затем предваритель- но закрученный второй конец резинового шнура заво- рачивается на свободный конец пружины. Глубина и ширина кольцевой канавки для резиново- го шнура выполняются такими, чтобы площадь канавки была примерно на 20% больше площади поперечного сечения шнура. Ширина канавки должна быть больше диаметра шнура на 10—15%, а глубина канавки долж- на обеспечивать необходимое радиальное сжатие рези- нового шнура1. Радиальный зазор между вкладышем и корпусом уплотнения выбирается в пределах 0,5—1,0 мм в зави- симости от диаметра шнура, причем большему диамет- ру соответствует максимальный зазор. Если во вкладышах были выполнены канавки под металлические уплотняющие кольца, то для установки резиновых уплотняющих колец в ряде случаев требуется изменение конфигурации канавок. Если ширина и глу- бина канавок более необходимой, то может быть реко- мендована установка двух полукольцевых заполнителей 1 Полные данные по размерам канавок приведены в инструкции ЦКБ по ремонту уплотнений.
с П-образным сечением (рис. 19), закрепленным в суще- ствующих канавках винтами. В связи с необходимостью выполнения припуска по разъему на каждый вкладыш обычно изготовляется двойное количество П-образных заполнителей. Для уменьшения объема работ по изготовлению заполните- лей целесообразно использовать предложение Ленэнер- горемонта (А. И. Кулебякин) и изготовлять заполнители Рис. 19. Форма заполнителей для резиновых уплотняющих колец. а —установка заполнителей на вкладыш; б —плоский заполнитель; в—П-образный заполнитель. Плотно пригнать Ч) с наружным и внутренним диаметрами, на 2—3 мм пре- вышающими диаметр канавки. После разрезки П-образ- ных колец и установки их в канавки, выступающие за разъем, части П-образных колец запиливаются и при- шабриваются совместно с разъемами вкладыша. В ряде случаев, когда максимальный радиальный зазор между поверхностью расточки корпуса и вклады- шем не превышает 1,5—1,7 мм, допустима установка на дно паза двух плоских полукольцевых заполнителей (рис. 19,6). В этом случае следует использовать резино- вые кольца наибольшего диаметра до 10 мм. Хотя требования к точности обработки канавки под резиновые уплотняющие кольца и размерам самой рези- ны менее жестки по сравнению с требованиями к канав- 35
кам под металлические уплотняющие кольца, однако необходимо соблюдать предельную тщательность при установке колец в канавки, при соединении концов шну- ра, при установке корпусов уплотнения с тем, чтобы было исключено закусывание резины в разъеме корпуса уплотнения. Опыт работы резиновых уплотняющих колец, установ- ленных в уплотнения турбогенераторов различных типов, показал их высокую эксплуатационную надежность. 6. ОСОБЕННОСТИ СБОРКИ И НАЛАДКИ РЕКОНСТРУИРОВАННЫХ МАСЛЯНЫХ УПЛОТНЕНИЙ Полтавским турбомеханическим заводом и производ- ственными предприятиями Союзэнергоремтреста налаже- но серийное изготовление деталей для реконструкции уплотнений, которые поставляются по заказам электро- станций. В случае необходимости приварки колец и других деталей к корпусам уплотнений и наружным щитам сварку следует вести в среде углекислого газа для уменьшения деформации деталей. В процессе реконструкции (дообработки и сборки де- талей) необходимо обеспечить радиальные и аксиаль- ные зазоры, указанные в паспортах зазоров (см. прило- жение). Предпусковая наладка уплотнений проводится при снятой верхней половине уплотнительного щитка и сво- бодном доступе к вкладышу уплотнения. Большое число неполадок при пуске уплотнений является результатом попадания грязи и окалины на рабочую поверхность вкладыша при вращении ротора. Поэтому особое внимание должно быть уделено про- мывке трубопроводов масляной системы и вкладыша уплотнения. Для промывки вкладыш следует отодвинуть от упорного диска на расстояние 3—5 мм и открыть вентиль уплотняющего масла, обеспечив давление 0,2— 0,3 ат. В таком режиме в течение 1—2 ч промываются маслопроводы и вкладыши уплотнения. При промывке необходимо контролировать расход масла в сторону во- дорода, не допуская переполнения расширительного бака. Затем открывают вентиль прижимающего масла и поднимают давление в камере прижимающего масла до 0,5—0,7 ат с тем, чтобы вкладыш придвинулся к упорному диску на роторе. Одновременно следует 6
обеспечить аксиальный зазор между вкладышем и упор- ным диском 0,5—0,7 мм, для чего давление уплотняю- щего масла необходимо повысить. При таком зазоре бу- дут промываться все масляные каналы вкладыша. Во время работы при тепловом расширении ротора вкладыш должен свободно перемещаться без заедании в аксиальном направлении. Препятствовать его свобод- ному перемещению могут слишком плотно прилегающие к корпусу уплотняющие кольца, посторонние частицы, попавшие в радиальный зазор между вкладышем и кор- пусом уплотнения, неудовлетворительно отшлифованная сферическая поверхность вкладыша и корпуса. Для про- верки свободного хода вкладыш следует вручную или ломиком отодвинуть от упорного диска на 3—5 мм, за- тем открыть вентиль прижимающего масла. Перемеще- ние вкладыша должно происходить при давлении при- жимающего масла 0,2—0,4 кГ/см2, что соответствует усилию 100—200 кГ. Качество установки уплотняющих колец проверяет- ся при прижатом к упорному диску ротора вкладыше; максимальном давлении прижимающего масла и давле- нии уплотняющего масла 1,5—2 кГ/см2. Расход масла (общий) в сторону водорода должен быть не более 0,5 л/мин (плотность прилегания баббитового пояска рабочей поверхности вкладыша к упорному диску про- веряется заранее при шабровке вкладыша по упорному диску). Для нормальной работы уплотнения необходима полная автономность камер уплотняющего и прижимаю- щего масел, которая проверяется следующим образом; при давлении газа в статоре 1—2 кГ1см2 и нормальных величинах давлений уплотняющего и прижимающего масел кратковременно закрывают вентиль прижимающе- го масла; давление в камере прижимающего масла должно в течение 2—3 сек снизиться до 0,2—0,3 кГ/см2. После сборки уплотнений турбогенератор опрессовы- вается воздухом. Отсутствие утечек через места соеди- нения деталей уплотнения проверяется галоидным течеискателем типа ГТИ-3 с фреоном в качестве анали- зируемого агента в турбогенераторе. После проведения описанных выше наладочных ра- бот турбогенератор пускается на воздухе1. 1 Только для турбогенераторов, для которых заводскими инструкциями разрешен пуск с воздушным охлаждением.
Во время пуска проверяются температура баббита вкладыша по термосопротивлениям, расход масла в сто- рону водорода и пропуск газа через уплотнение при по- мощи течеискателя ГТИ-3 по анализу газа в картерах опорных подшипников. При номинальной скорости вращения ротора и но- минальном давлении газа расход масла в сторожу водо- рода должен быть не более 2—3 л/мин и температура баббита не должна превышать 60° С. В случае больших расходов масла, высокой темпера- туры баббита или наличия водорода в картерах опор- ных подшипников необходимо изменить давление уплот- няющего или прижимающего масла, обеспечив опти- мальный режим работы уплотнений. 7. НЕИСПРАВНОСТИ УПЛОТНЕНИИ Повышение температуры рабочей поверхности вкла- дыша. В большей части случаев это является следствием изменения давления и температуры уплотняющего или прижимающего масла. При повышении температуры масла следует проверить температуру масла в главном масляном баке турбины и в случае, если она возросла, увеличить расход воды через маслоохладители системы смазки турбины. Одновременно контролируется работа маслоохладителя масляной системы и масляного инжек- тора по значениям температуры масла на всасе и выхо- де. Если температура баббита уплотнения плавно сни- жается с уменьшением давления прижимающего масла и при этом расход масла в сторону водорода изменяет- ся незначительно, то следует изменить режим работы уплотнения, уменьшив давление прижимающего масла и изменив настройку регулятора типа РДМ. Изменение температуры рабочей поверхности вкла- дышей в зависимости от нагрузки турбогенератора (особенно ясно выраженное для уплотнения со стороны возбудителя) свидетельствует о заедании вкладышей в расточке корпуса уплотнения и требует ревизии уплот- нения для устранения дефекта. Обнаружение водорода в картерах опорных подшип- ников. Такая неисправность может быть вызвана как уменьшением перепада давлений уплотняющего масла и водорода до 0,3 кГ]см2, так и увеличением этого перепада давлений до 0,8—1 кГ/см2 вследствие боль- 38
шого расхода масла в сторону воздуха и эжекции водорода. Для прекращения пропуска водорода через уплотне- ния необходимо восстановить нормальный перепад давлений уплотняющего масла и водорода в пределах 0,4—0,6 кГ/см2 и в случае необходимости изменить дав- ление прижимающего масла, обеспечив нормальную тем- пературу баббита вкладышей. В картерах опорных подшипников содержание водорода должно быть не более 0,05%. Попадание водорода в маслобак турбин не допускается. Попадание водорода в картеры опорных подшипни- ков может быть также следствием нарушения уплотне- ния горизонтальных разъемов вкладышей или перекоса вкладыша. В последнем случае попадание водорода в картеры опорных подшипников сопровождается увеличенными сливами масла с уплотнений. Попадание масла в корпус турбогенератора. При экс- плуатации масляных уплотнений имеют место случаи попадания масла в корпус статора турбогенератора. Попадание масла может быть следствием нарушения работы масляных уплотнений, связанного с заеданием вкладыша, недопустимым снижением давления прижи- мающего масла или повышением перепада давлений уплотняющего масла и водорода, что вызывает повыше- ние расхода масла в сторону водорода. Масло или масляные пары могут проникать в корпус турбогенера- тора через неплотности горизонтальных разъемов масло- уловителей, а также по валу ротора в случае поврежде- ния усиков маслоуловителей или закупорки сливных отверстий в нижних половинах маслоуловителей. Попа- дание масла в корпус турбогенератора может быть так- же следствием неправильного монтажа системы масло- снабжения, несоблюдения необходимых уклонов слив- ных трубопроводов, перетоков газа со стороны возбудителя на сторону турбины по системе слива масла с уплотнений и др. Понижение чистоты водорода в корпусе турбогенера- тора. Наиболее загрязнены кислородом полости слива масла из уплотнений в сторону водорода — расшири- тельный бачок, сливные маслопроводы и бак гидроза- твора, процентное содержание кислорода которых зави- сит от величины расхода масла в сторону водорода. При
расходе масла свыше 3—4 л]мин возможно повышение содержания кислорода в расширительном бачке свыше нормы (2%). В этом случае необходимо периодически, а в некоторых случаях и постоянно продувать загряз- ненные кислородом объемы через вентили продувки. Постоянная продувка может быть осуществлена через дроссельную шайбу диаметром 0,1 мм. В этом случае расход водорода составит примерно 1—1,5 м3/сутки при давлении водорода 1—1,5 ат. При расходе масла в сторону водорода 2—3 л/мин увеличение содержания кислорода в генераторе про- исходит очень медленно и часто устраняется подпиткой генератора чистым водородом для восстановления есте- ственных утечек. Понижение чистоты водорода может происходить так- же за счет неисправностей в системе маслоснабження уплотнений, например, при переливе масла из демпфер- ного бака в гидрозатвор. Следует отметить, что поддержание высокой чисто- ты водорода в статоре особенно важно для турбогенера- торов с форсированным охлаждением. Для турбогенерато- ров серий ТВФ, ТВВ, ТГВ следует поддерживать чисто- ту водорода не ниже 98,7% организовав в случае необходимости постоянную продувку объема генератора свежим водородом. Нарушение маслоснабження уплотнений. Прекраще- ние подачи масла от инжектора возможно при аварий- ном выходе из строя главного масляного насоса турби- ны или засорении сопла инжектора. При этом должен автоматически включиться резервный масляный насос с электродвигателем переменного тока. На работающем турбогенераторе не рекомендуется включать резервные маслонасосы без крайней необхо- димости, так как температура масла, поступающего ог них, иногда на 4—5° С выше температуры масла от инжектора. Кроме того, переход с одного источника пи- тания на другой может вызвать резкие колебания дав- ления масла в схеме маслоснабження как до, так и пос- ле регуляторов, что неблагоприятно сказывается на ра- боте уплотнений. При аварийном выходе из строя всех источников маслоонабжения кратковременная подача уплотняющего масла на время выбега агрегата осуществляется от демп- ферного бака. 40
8. РЕКОНСТРУКЦИЯ, КОМПОНОВКА И НАЛАДКА ГАЗОМАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ Для турбогенераторов мощностью 30—150 тыс. кет, эксплуатирующихся с давлением водорода до 2 ат, мо- жет быть рекомендована схема маслоснабжения (рис. 20). В схеме основным источником маслоснабже- ния является инжектор, обеспечивающий подачу 120— 140 л/мин масла к уплотнениям с давлением 2,5—3 ат при проходном диаметре сопла 5—5,5 мм. Инжектор резервируется двумя масляными насосами с электро- двигателями постоянного и переменного токов. В связи с тем что установленные заводами шестеренчатые насо- сы типа РЗ обладают недостаточной производитель- ностью и напором и ограничивают возможность в повы- шении давления водорода, целесообразно при рекон- струкции уплотнений заменять их винтовыми насосами типа ЭМН-10/1. От источников маслоснабжения масло поступает че- рез маслоохладитель к блоку фильтров, установленному перед регулирующей аппаратурой. Для обеспечения автоматического регулирования давления уплотняющего и прижимающего масел при изменении давления водорода в корпусе турбогенерато- ра в схеме предусмотрена установка двух регуляторов типов ДРДМ и РДМ прямого действия, грузового типа с проточным золотником [Л. 5]. Регуляторы типа ДРДМ предназначены для автоматического поддержания пере- пада давлений уплотняющего масла и водорода при всех режимах работы турбогенератора. Регуляторы типа РДМ предназначены для автоматического регули- рования давления прижимающего масла (обратно про- порциональная зависимость давления масла от давле- ния водорода для уплотнений турбогенераторов ТВ2-100-2 и ТВ2-150-2 и постоянное давление для тур- богенераторов меньшей мощности). Масло, сливающееся с уплотнений в сторону водоро- да, попадает в маслоконтрольные патрубки (конструк- ции ЦКБ) и затем в гидрозатвор ЗГ-ЗО. Гидрозатвор ЗГ-ЗО представляет собой бак с масло- мерным стеклом, в котором установлены регулятор уров- ня и реле уровня масла. При увеличении уровня масла в баке гидрозатвора регулятор РУЗ-5О-ЗО открывает выходное отверстие и 41
Рис. 20. Схема маслосиабжения уплотнений турбогенераторов с водородным охлаждением после рекон- струкции. Г — масляное уплотнении водорода; 2 — водородоотделнтельный бак; 3 — гидрозатвор типа ЗГ-ЗО; 4 — главный турбомасля- яый насос; 5 —резервный турбомасляный насос; 6 — электромасляиый насос турбины; 7 — маслоохладители; « — инжек- тор; 9— резервные электромасляные насосы уплотнений; 10— маслоохладитель; II—масляный фильтр; 12— регулятор прижимающего масла; /3 —регулятор уплотняющего масла; 14 — главный масляный бак; /5 — маслоотделительный резер- вуар- 16 — вентилятор масляных паров; 11 — V-образный гидрозатвор; 1S — демпферный бак; 19 — термометр сопротив- ления; 20 — панель сигнализации масляного хозяйства; X—открытый вентиль; ►◄—закрытый вентиль.
Масло из гидрозатвора сливается в главный маслобак турбины. В случае повреждения регулятора уровня (за- полнение поплавка регулятора маслом и потери плаву- чести) бак гидрозатвора начнет переполняться маслом. В этом случае вступает в действие реле уровня (РУМ-10), которое подает сигнал о повышении уровня масла выше нормального. Гидрозатвор ЗГ-ЗО резервируется V-образным гидро- затвором, удлиненным до нижней отметки приямка циркводоводов, что позволяет эксплуатировать генера- тор при давлении газа в статоре 0,5 ат и устранить повреждения гидрозатвора ЗГ-ЗО без останова турбоге- нератора и без вытеснения водорода из статора. Из гидрозатвора ЗГ-ЗО масло поступает в главный сливной маслопровод турбоагрегата. Для предупрежде- ния попадания газа в главный масляный бак, что воз- можно при неполадках в работе уплотнений, на сливном маслопроводе, между сливными трубами опорных под- шипников турбогенератора и турбины, устанавливается V-образный гидрозатвор с высотой каждой ветви l-r-1,5 м. Левую часть V-образного затвора следует соединить с эксгаустером или вывести в атмосферу трубой с диа- метром не менее 100 мм для вентиляции сливных трубо- проводов и картеров опорных подшипников. Для обеспечения подачи масла к уплотнениям при нарушении в работе регуляторов или рабочего источни- ка маслоснабження в схеме устанавливается демпфер- ный бачок1 (рис. 21) емкостью около 1 м3. Объем масла в буферном бачке должен быть достаточен для обеспе- чения поддержания необходимого перепада давления между уплотняющим маслом и водородом в аварийных режимах, связанных с кратковременным нарушением ра- боты регуляторов или источников маслоснабження. Буферный бак, располагаемый обычно на стене машинного зала, на высоте 5—7 м над осью генератора соединяется нижней частью с напорной масляной ли- нией после регулятора, а верхней частью переливной трубой Dy-50 с гидрозатвором ЗГ-ЗО. Для срыва сифона верхняя точка переливной трубы также соединяется с гидрозатвором ЗГ-ЗО трубой Dy-25. Газовый объем гидрозатвора ЗГ-ЗО, а также расши- рительного бачка как наиболее загрязняемые кислоро- 1 Предложение ОРГРЭС см. [Л. 6].
дом воздуха места нуждаются в периодической, а в не- которых случаях в непрерывной продувке. Поэтому из этих узлов выполнена линия продувки, из которой, кро- ме того, производится отбор проб газа для химического контроля. Следует иметь в виду, что установка демпфер- ного бака вблизи окон машинного зала нередко приво- дит к замерзанию масла в нем и нарушению работы системы. Рис. 21. Демпферный бак. Давление уплотняющего масла измеряется маномет- рами на общем коллекторе после регулятора и на лини- ях подвода масла к уплотняющим камерам. На общем коллекторе до регулятора установлены контактные мано- метры, дающие сигнал на включение резервных масло- иасосов. При реконструкции схемы маслоснабжения необхо- димо выполнять следующие требования. 1. Вентиль, перекрывающий V-образный затвор, дол- жен обязательно устанавливаться в вертикальном участке для предупреждения образования пробок, пере- полнения расширительного бачка и попадания масла в корпус генератора. Кроме того, при установке вентиля горизонтально возможно просачивание газа в V-образ- ный затвор и масляный бак (при работе затвора ЗГ-ЗО). 2. Гидрозатвор ЗГ-ЗО рекомендуется устанавливать таким образом, чтобы уровень масла в нем был на 1,0—1,5 м ниже верхней отметки фундамента турбоге- нератора, что обеспечивает нормальную эксплуатацию турбогенератора при низком давлении водорода. Одно- временно должны быть обеспечены условия естествен- 44
ного слива масла в гидрозатвор из расширительного бачка. 3. Импульсные линии контактных манометров уплот- няющего масла необходимо подключить возможно бли- же к уплотнениям для исключения влияния потерь на- пора в маслопроводах на работу регуляторов. 4. Линия масла с давлением 12 ат (20 ат) на инжек- тора должна подключаться непосредственно к коллек- тору главного и турбомасляного насосов. 5. Импульс обратной связи на регуляторы берется со стороны турбины в непосредственной близости от корпуса уплотнений. 6. Давление водорода подводится к регулятору тру- бой Ду-32 мм. На всех газовых трубопроводах обеспе- чивается уклон не менее 6—7° для свободного слива масла. 7. Вентили и другая арматура на новых трубопрово- дах от регуляторов к бачку продувки устанавливается только на вертикальных участках. При реконструкции системы водородного охлажде- ния в систему газоснабжения необходимо внести следу- ющие изменения с целью ее упрощения, устранения недостатков и улучшения условий обслуживания. 1. Ликвидировать коллектор подключения водородных баллонов в связи с наличием на всех электростанциях достаточно надежных электролизерных установок. Это позволит сократить количество арматуры и по существу ликвидировать половину газового поста, занимающего много места у фундамента или под фундаментом гене- ратора. 2. Вынести на площадку генератора (на отметку 8) вентиль подпитки генератора водородом, вентили непре- рывной и периодической продувок статора, а также место отбора проб для химического контроля. Там же установить механический регулятор давления водорода в корпусе генератора системы ОРГРЭС. 3. Для осуществления операций по вытеснению во- дорода и по заполнению генератора водородом, которые производятся на газовом посту, кроме углекислотного коллектора и поплавкого реле, оставлены вентиль пода- чи водорода в корпус генератора, осушительный бачок для подачи воздуха в генератор п дифманометр, запол- ненный ртутью, для измерения избыточного давления газа в статоре генератора,
4. Схемой газоснабжения может быть обеспечена как ручная, так и автоматическая подпитки турбогене- ратора водородом. При этом следует иметь в виду, что при неправильной работе устройств автоматической под- питки имел место ряд случаев перепитки генераторов, приведших к попаданию большого количества водорода в маслобак турбины и взрывам газовой смеси. В то же время при работе генераторов на повышенном давлении водорода снижение давления газа не опасно, так как опасность подсоса воздуха в генератор возникает при давлении водорода ниже 0,03 кГ/см1. 5. Для сокращения времени заполнения генератора водородом и вытеснения водорода сечения трубопрово- дов как внешних, так и в корпусе генератора необходи- мо увеличить до 60—70 мм и рассверлить большим диа- метром отверстия в водородном коллекторе в верхней части статора генератора. Дальнейшее упрощение системы газоснабжения ге- нераторов может быть осуществлено за счет организа- ции центрального углекислотного хозяйства с подачей газообразной углекислоты трубопроводами к каждому генератору, аналогично тому, как это выполнено для подачи водорода и воздуха. Это позволит полностью ликвидировать газовые посты у фундаментов генерато- ров и все операции, в том числе и перевод генераторов на водород и вытеснение водорода, выполнять на пло- щадке непосредственно у генератора с газомасляного поста. Центральное углекислотное хозяйство должно со- стоять из ресиверов, устройства для заполнения ресиве- ров из баллонов и углекислотной разводки по машинно- му залу. Компоновку всего газомасляного оборудования це- лесообразно осуществлять следующим образом: газо- масляный пост, панели водородного охлаждения, конт- рольно-измерительные приборы газомасляной схемы и приводы задвижек насосов газоохладителей располагать у генератора на отметке 8, рядом с ними на специаль- ной площадке установить гидрозатвор ЗГ-ЗО и армату- ру, переключающую схему с затвора ЗГ-ЗО на V-образ- ный затвор. На отметке 0, под фундаментом генератора оставить углекислотный пост с углекислотными балло- нами, систему подачи воздуха в корпус генератора и все необходимые вентили и контрольно-измерительные 46
приборы для перевода генератора на водород и для вы- теснения водорода. На газомасляном посту располагаются: инжектор и его вентили, обратные клапаны, вентили подачи масла от резервных источников (от насосов с приводом пере- менного тока и от резервного маслонасоса турбины), регуляторы давления масла, вентили подачи масла в уплотняющие и прижимающие камеры обоих уплотне- ний. Рядом с левой стороной масляного поста устанав- ливаются аппаратура управления газом, вентили под- питки и продувки корпуса генератора, регулятор авто- матической подпитки и устройство для отбора пробы газа. На панелях водородного охлаждения, кроме обычно располагаемой аппаратуры, устанавливаются ключи управления и блокировки маслонасосов, логометр для контроля температуры рабочей поверхности вкладышей уплотнений. Показывающие и контактные манометры, измеряющие давление масла до регулятора, давление уплотняющего и прижимающего масел перед уплотне- ниями, устанавливаются непосредственно за масляным постом с удобным обзором манометров при производ- стве операций на масляном посту. За газомасляным постом или рядом с ним с левой стороны установлены приводы задвижек подачи воды в газоохладители. Таким образом, все оборудование и контрольно-из- мерительные приборы, необходимые для эксплуатации системы водородного охлаждения турбогенератора, располагаются в одном месте сбоку генератора. Толь- Таблица 3 Тип генератора Расстояние, мм от центра вала гене- ратора до дна бака А от дна бака до колена переливной трубы Б от колена переливной трубы до колена до- полнитель- ной трубы* В ТГВ-200, ТГВ-300, ТВВ-200-2, 7 000 5 000 4 000 ТВВ-165-2, ТВВ-320-2 6 000 5 000 4 000 Остальные типы турбогенераторов 5 000 5 000 4 000 • Дополнительная труба обеспечивает срыв сифона при образовании перели- ва масла. Демпферный бак не обеспечивает резерва прижимающего масла по схеме рис. 22.
Рис. 22. Схема маслоснабження уплотнения вала для турбогене- раторов, эксплуатирующихся с давлением водорода до 4 ат. / — гидрозатвор поплавковый; 2 —V-образный гндрозатвор; 3—масло- контрольный патрубок; 4 — регулятор уплотняющего масла; 5 — бак демп- ферный; б —шайба дроссельная; 7 — регулятор прижимающего масла; в — пеиоотделительный бачок; 9 — эксгаустер; /0 — главный маслобак турби- ны; // — защитный гндрозатвор маслобака; /2 —фильтр; 13 — маслоохла- дитель; 14— резервный мвслонасос переменного тока; 15 — резервные маслонасосы переменного тока н постоянного тока; 16— инжектор; 17 — уплотнение; ► — закрытые вентили затемнены;------ — сливной трубо- провод; — • —• — — трубопроводы, заполненные водородом.
ко перевод генератора на водород и вытеснение водоро- да производятся с углекислотного поста, расположенно- го на отметке 0. Это позволяет персоналу обслуживать турбогенератор с верхней отметки без помощника ма- шиниста. Аналогично монтируется оборудование схем масло- снабжения современных турбогенераторов, эксплуатиру- ющихся с давлением водорода 3—4 кГ/см2. На рис. 22 приведена принципиальная схема масло- снабжения блочного турбогенератора, работающего с давлением водорода до 4 ат [Л. 7]. При реконструкции системы маслоснабжения турбогенераторов мощностью 150—300 мет следует руководствоваться противоаварий- ным циркуляром № Э-2/67 с установкой демпферного бака (табл. 3). Следует иметь в виду, что демпферный бак не обеспечивает резерва прижимающего масла к уплотнениям турбогенератора. Наладочные операции с газомасляной системой турбо- генератора. В процессе монтажа новой масляной системы уплотнений все монтируемые участки трубопроводов должны тщательно очищаться от грязи, окалины и «гра- да» паром или сжатым воздухом. По окончании монта- жа масляная система должна быть промыта маслом. Для этого на фланцах маслопроводов, расположенных непосредственно перед уплотнениями, выполняются пе- ремычки между напорными и сливными линиями и по временной схеме прокачивается масло в течение 3—4 ч от инжектора. Для чего пускается резервный масляный электронасос, создающий необходимое для инжектора и для каждого из резервных насосов масляной системы уплотнений давление масла 12 ат. После этого следует подсоединить напорные и сливные маслопроводы к уп- лотнениям и при вынутых вкладышах уплотнений про- качивать масло через каналы нижних половин корпусов и непромытые ранее участки напорных маслопроводов. Прокачка производится от любого источника маслоснаб- жения в течение 30—60 мин. Давление прижимающего и уплотняющего масел на каждой стороне турбогенера- тора регулируется при этом таким образом, чтобы мас- ло не попало в статор турбогенератора. После этого собираются вкладыши и прокачивают масло через уп- лотнения. Дальнейшие работы по наладке масляной системы производятся после окончательной сборки уплотнений.
При остановленном турбогенераторе при давлении газа 0,5 ат подается масло на уплотнения от инжектора н открывается слив масла из уплотнений через V-образ- ный гидрозатвор. При давлении прижимающего и уплот- няющего масел 1,7—2 ат проверяется работа инжекто- ра: давление масла после инжектора должно быть равно 4—6 ат для турбогенераторов мощностью до 50 Мет и 7—8 ат для турбогенераторов большей мощности, с тем чтобы после разворота турбогенератора оно не снижа- лось менее 6,5—7 ат. Если инжектор создает давление ниже указанного, следует установить сопло с большим отверстием и в случае необходимости увеличить диаметр горловины диффузора. Таблица 4 Тип турбо- генератора Давление Допу- стимой утечка газа, м?1сутки Номи- нальное, кГ1см* Уплотняющего масла, кГ1см* Прижи- мающего масла, кГ J см? ТГВ-25 1,0 1,4—1,5 0,8 1,5 ТВС-30 1,0 1,4—1,5 0,« 1,5 ТВ2-30-2 1,0 1,4—1,5 0,8 1,5 ТВ-50-2 1,0 1,5 1,5 2,0 ТВ-60-2 2,0 2,5 1,6 2,0 ТВФ-100-2 2,0 2,5 2,5 ТВ2-100-2 1.0 1,7 1,1 4 ТВ2-150-2 2,0 2,6—2,7 2,3 5 ТВВ-165-2 3,0 3,6 4 ТВВ-200-2 3,0 3,6 4 ТГВ-200 3,0 3,8—3,9 — 5 ТГВ-300 3,0 3,8—3,9 — 6 ТВВ-320-2 3,0 3,7 1 4 После этого поочередно включаются резервные на- сосы масляной системы и проверяется величина созда- ваемого этими насосами давления, которое должно быть примерно равно давлению масла после инжектора, с учетом того, что с увеличением расхода масла давле- ние, развиваемое насосами, также снижается. Затем на коллектор уплотнений подается масло от резервного масляного электронасоса смазки турбины и проверяется возможность резервирования этим маслом уплотнений. Электронасос при закрытой напорной за- движке на опорные подшипники, как правило, создает давление 2—3 ат, независимо от расхода масла на 50
уплотнения. Если при открытой напорной задвижке давление достигает 2—2,5 ат, то насос может служить для автоматического резервирования не только на оста- новленном турбогенераторе, но и во время выбега и при вращении ротора турбогенератора механизмом ва- лоповорота. Следует отметить, что масляный электро- насос может создавать достаточное давление при открытой 'напорной задвижке на опорные подшипники в случаях последовательного соединения маслоохлади- телей в схеме подачи масла на подшипники агрегата. Закончив указанные операции, включают регулятор давления масла и подбирают величину груза, соответ- ствующую заданному перепаду давлений масла и водо- рода. Рекомендуемые перепады давлений приведены в табл. 4. После подбора величины груза устанавливается огра- ничитель перемещения золотника для предотвращения полного перекрытия регулирующих окон буксы и фикси- руется контргайкой. По окончании наладки регулятора необходимо про- верить устойчивость регуляторов при резких колебаниях давления масла перед регулятором. При правильных изготовлении и сборке регулятора колебания давления масла затухают после двух-трех периодов. При непре- кращающихся колебаниях давления масла после регу- лятора необходимо уменьшить сечение отверстия в дрос- сельной шайбе на линии обратной связи. Устойчивость регулятора проверяется включением насоса при полностью открытых вентилях до и после регулятора либо при работе АВР маслонасосов. После окончания наладки регуляторов давления вен- тили до и после регуляторов должны быть полностью открыты и опломбированы. Ручное регулирование дав- ления масла запрещается, отключение регуляторов до- пускается только в крайних случаял при стабилизиро- ванном режиме работы турбоагрегата. Затем опробуется схема автоматического включения резервных маслонасосов. Для этого, установив предва- рительно необходимые уставки на контактных маномет- рах, поворачивают ключ блокировки АВР в положение «На включение насоса с электродвигателем постоянного тока» и отключают работающий маслонасос. После вклю- чения резервного насоса проверяют величины давления масла до и после регуляторов, ключ блокировки устанав-
ливают йй аварийное включение насоса с электродвига- телем переменного тока и повторно опробуют АВР. Кроме того, необходимо проверить электрическую блокировку насоса с электродвигателем постоянного тока. При отказах и неполадках в работе АВР и устране- нии дефектов производится повторное опробование АВР. Работа гидрозатвора ЗГ-ЗО проверяется при давле- нии газа в статоре 0,3—0,4 кГ/см2. При правильно выполненном рычаге регулятор уровня должен поддерживать уровень масла в баке гид- розатвора ЗГ-ЗО на середине смотрового стекла. Если уровень масла держится значительно выше или ниже ( + 50 мм) середины смотрового стекла, следует переде- лать рычаг, соответственно уменьшив или увеличив возвышение поплавка над клапанами регулятора. Для этого необходимо отключить гидрозатвор ЗГ-ЗО, слить из него масло и демонтировать регулятор уровня. Притирка клапанов регулятора уровня проверяется по отсутствию пропуска масла клапанами: при перекры- том вентиле до гидрозатвора уровень масла в баке гидрозатвора ЗГ-ЗО должен снизиться до посадки кла- панов и оставаться в дальнейшем постоянным. При пло- хой притирке клапанов и пропуске регулятором масла следует притереть клапаны по краске. Для настройки реле уровня РУМ-10 бак затвора ЗГ-ЗО заполняется маслом, сливающимся из уплотнений при закрытом сливном вентиле, и проверяется уровень масла, при котором срабатывает реле и появляется сигнал «Высокий уровень масла в гидрозатворе». Этот уровень должен быть ниже верхней отметки смотрового стекла на 20—50 мм. Если реле не срабатывает при указанном уровне или срабатывает значительно раньше, необходимо изменить уставку, изменяя конфигурацию рычага, на котором крепится поплавок реле. Затем мас- ло сливается из бака гидрозатвора и проверяется уро- вень, при котором реле вернется в исходное положение. Если этот уровень будет выше нормального в гидроза- творе на 20—30 мм или больше, следует считать, что реле РУМ-10 работает хорошо. Возврат реле при уровне ниже нормального может быть вызван задева- нием поплавка реле уровня за поплавок или рычаг ре- гулятора уровня. Если это имеет место, следует укоро- тить рычаг реле уровня или рычаг регулятора уровня. 62
При монтаже и наладке гидрозатвора ЗГ-ЗО следует также иметь в виду, что при недостаточно качественном выполнении поплавков регулятора уровня и реле уров- ня поплавки постепенно заполняются маслом и теряют плавучесть. Поэтому перед установкой поплавков их исправность следует проверять, оставляя поплавки в ма- сле под давлением 3—4 ат на 30—50 ч и проверяя пос- ле этого, нет ли в поплавках масла. Закончив наладку системы маслоснабжения на стоя- щем турбогенераторе, поднимают давление газа в кор- пусе до 0,5 ат и пускают турбогенератор. Во время разворота масло на уплотнения подают от инжектора, насос с электродвигателем переменного тока находится в автоматическом резерве. По мере повышения числа оборотов ротора турбоге- нератора и увеличения расхода уплотняющего масла давление масла перед регулятором снижается. Поэтому следует все время следить за величиной давления, не допуская снижения его ниже величин, указанных в табл. 4. Если давление падает ниже указанной величины, следует прекратить подъем оборотов турбогенератора, перейти на резервный насос уплотнений и установить в инжектор сопло с большим диаметром отверстия. Следует отметить, что при выбранном начальном дав- лении 7—8 ат инжектор должен обеспечить достаточное давление и при полных оборотах турбогенератора. Ко- лебания величины давления масла после регуляторов не должны превышать паспортных. При номинальных оборотах ротора и температуре масла следует проверить эффективность работы масло- охладителя уплотняющего масла. Маслоохладитель должен давать снижение температуры масла не менее чем на 8° С. После включения турбогенератора в сеть при номи- нальном давлении газа в статоре замеряются утечки во- дорода, которые не должны превышать величин, указан- ных в табл. 4. На работающем турбогенераторе проверяется от- сутствие водорода в сливных маслопроводах опорных подшипников и в масляном баке турбины при помощи прибора ПГФ-11. В случае пропуска водорода через уплотнения корректируется величина давления масла на уплотнениях.
9. ВОПРОСЫ ВЗРЫВО- И ПОЖАРОБЕЗОПАСНОСТИ ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ ПОСЛЕ РЕКОНСТРУКЦИИ Водород относится к взрывоопасным газам, обладает низкой температурой воспламенения и широким интер- валом взрываемости (от 5 до 75% содержания водорода в воздухе). При эксплуатации турбогенераторов с высокими дав- лениями газа имели место случаи взрыва водорода в картерах опорных подшипников, маслопроводах и главном масляном баке. Поэтому помимо общеизве- стных правил техники безопасности при эксплуатации турбогенераторов с водородным охлаждением должны быть обеспечены специальные технические и организа- ционные мероприятия, предотвращающие всякую воз- можность взрыва или пожара газомасляной системы. Водород в значительном количестве может попасть в масляную систему турбогенераторов по следующим причинам: 1) вследствие большого расхода уплотняющего мас- ла, загрязненного водородом, внутрь генератора или че- рез гидрозатвор в масляный бак; 2) при эжектировании водорода маслом по зазору межДу упорным диском ротора и вкладышем; 3) При случайном недопустимом повышении давле- ния водорода в турбогенераторе, работающем при из- быточном давлении водорода 0,5 ат с V-образным гидро- затвором, в результате чего водород вытесняет масло из V-образного гидрозатвора и может попасть в главный масляный бак турбины. Загрязнение водорода кислоро- дом воздуха, например, при переливах масла из демп- ферного бака также может привести к появлению взры- воопасной концентрации газа в отдельных участках системы маслоснабження. Во всех этих случаях может образоваться опасная концентрация водорода в картерах опорных подшипни- ков, главном масляном баке турбины, и при искрении электроконтактов маслоуказательной колонки, ударе металлических деталей и т. д. возможен взрыв. Для предупреждения образования взрывоопасной концентрации газа в сливных маслопроводах на сто- роне водорода необходимо периодически продувать га- зовый объем гидрозатворов ЗГ-ЗО, ЗГ-500.
генераторов 2 3 4 5 ТГВ-25 0.25 7,5±о.2 О,75+0,1 О,75+о>| ТВС-30 0,25 5±' 7,5±0’2 ! ±о. 1 !±о, 1 ТВ2-30-2 0,25 — 7,5±0,2 !±о,1 !±о,1 ТВ-50-2 0,20 10+2 5±о.2 ! ±0,1 !±0,1 ТВ-60-2 0,25 10*’ 7,5±0,2 ! ±0.1 ! ±0.1 ТВФ-60-2 0,25 — — !±0.1 !±0.1 ТВ2-100-2 0,25 — 5±о,г 1 ±0,1 ! ±0.1 ТВФ-100-2 0,25 — 7,5±0,2 0,75+°’’ ! ±0.1 ТВ2-150-2 0,25 12±2 5±°’2 1,5±ол 1,5±0,1 ТВВ-165-2 0,25 — 5±°,2 0,5±0J 0,5±0J ТВВ-200-2 0,25 — 5+о.г 1,5 1,5 ТГВ-200 0,25 — 5±°,г 1,5+0,1 l,5+0J ТВФ-200-2 0,25 — 5±°.2 2,5±0,1 2,5±0,1 ТГВ-300 — — 5±0,2 1,5+0,1 1.5+0-1 См. рис. 23.
ПРИЛОЖЕНИЕ Размеры*, мм 6 8 9 10 11 12 О,2±о>| 5±°,2 8+1 4-1 О,2±0,1 1±о, 1 18 10 1 +0,2 ! +0,2 6±' O.15+0’2 5+0,2 8+1 5-' — —. — 0,2+0J — 7+1 4-1 । +0,2 1+0,2 10±2 O,25+0,1 2,5±0’2 — — ! ±0,2 j ±0,2 10*’ О.З-0'1 — — — — — — О,25+0,1 — 14±! б*1 2-0,2 2—0,2 — О,25+0’’ — 7 7 — — — О,25+0,1 — с + 1 °—2 1 1 28±3 О,25+о>| — — — — — — 0,25 0 — — — — — О+о.! 4±| — — — — — O.25+0’1 1 ±0,2 — — 1 1 — О,3+011 — 2з±з,5 17±3 — — 2+0,5
сл о Рис. 23. Паспорт зазоров уплотнений вала турбогенераторов с водородным охлаждением.
ЛИТЕРАТУРА 1. Дегиль Г. С., Повышение мощности турбогенераторов, нзд-во «Техника», 1965. 2. Аврух В. Ю., Сапельников К. Н., Реконструкция системы водородного охлаждения отечественных турбогенераторов и их эксплуатация при переводе па повышенное давление водорода, Госэпергопздат. 1961. 3. Залетов Г. И., Опыт пуско-наладочных работ па турбогенера- торе ТВВ-320 2, сб. Передовые методы ремонта электрических машин, под ред. инж. Я. С. Уринцева, изд-во «Энергия», 1965. 4. Т о к а р ь И. Я., К выбору размеров торцовых уплотнений рото- ров турбогенераторов, «Вестник электропромышленности». 1961, № 2. ' 5. К У ф м а и Я. И., Схема маслоснабження уплотнений современ- ных турбогенераторов, нзд-во «Энергия», 1964. 6. Иванов В. С.. Серебря нс к ий Ф. 3., Газомасляное хозяй- ство генераторов с водородным охлаждением, изд-во «Энергия», 1965. 7. К у ф м а и Я. И., Гунин В. П., Повышение надежности уплот- няющих устройств турбогенератора типа ТГВ-200, «Электрические станции», 1966, № 6. 8. Современные синхронные генераторы, вып. 4, сб. «Энергетика за рубежом». Госэнергоиздат, 1959. 9. К у Ф м а н Я. И., Аврух В. Ю., Ростик Г. В., Уплотнения турбогенераторов с водородным охлаждением, изд-во «Энергия», 1958. ОГЛАВЛЕНИЕ I. реконструкция уплотнений кольцевого типа ................. 3 2. Реконструкция уплотнений турбогенераторов с поверхност- ным охлаждением............................................. 5 3. Частичная реконструкция уплотнений турбогенераторов с форсированным охлаждением ....... 12 4. Форма несущей поверхности вкладышей...................... 23 5. Уплотнение радиального зазора между вкладышем и кор- пусом ..................................................... 33 6. Особенности сборки и наладки реконструированных масля- уых уплотнений.............................................. 36 7. Неисправности уплотнений................................. 38 8. Реконструкция, компоновка и наладка газомаеляной систе- мы турбогенераторов ....................................... 41 9. Вопросы взрыво- и пожаробезопасности турбогенераторов после реконструкции........................................ 54 Приложение.................................................. 55
Цена 12 коп.