ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ПРИНЦИПОВА СХЕМА. Турбіни повинні бути обладнані пристроєм захисту, який забезпечує їх зупинку під час виникнення аварійних режимів роботиТурбіни повинні бути обладнані пристроєм захисту, який забезпечує їх зупинку під час виникнення аварійних режимів роботи. Пристрої захисту не повинні чинити ніяких впливів на роботу турбіни, при нормальних режимах роботи. Сучасні конденсаційні турбіни, а також турбіни типів Т та ПТ мають, як правило 5 основних вимикаючих захистів: § від неприпустимого підвищення частоти обертів роботи; § від неприпустимого зниження тиску в системі змащування; § від неприпустимого зниження тиску масла в системі регулювання; § від неприпустимого зміщення осі ротора турбіни; § від неприпустимого погіршення вакууму. Для турбін з протитиском передбачений захист від надлишкового перепаду тиску на останньому східці. Захисні пристрої представляють собою системи, які організовані так само, як і системи регулювання: вони складаються з чутливого елементу – датчику, підсилювача та виконавчих органів, які припиняють доступ пари в турбіну. На відміну від системи регулювання система захисту працює релейно, тобто її елементи мають тільки два стани: відкрито і закрито. Основним захистом парової турбіни є захист від неприпустимого підвищення частоти обертання. Динамічний розгін ротора може привести до повного руйнування агрегату. Захист турбіни від неприпустимої частоти обертання здійснюється двома системами: § системою регулювання частоти обертання, що діє на органи, які в свою чергу регулюють подачу пари в турбіну та обмежують підвищення частоти обертання до рівня, який нижче рівня налаштувань автомату безпеки (рівень налаштування автомату на 10-12% вище початкової частоти обертання); § системою припинення подачі пари в турбіну, яка діє через автомат безпеки на виконавчі органи. Неприпустиме підвищення частоти обертання роторів може відбутись при відключенні генератора від мережі. Справна система регулювання частоти обертання повинна утримувати параметр, що утримується нею на рівні нижче рівня спрацьовування автомату безпеки. При несправності системи регулювання закидання частоти обертання відбудеться до рівня налаштування автомату безпеки, який дією через систему зв’язку на виконавчі органи (стопорні і зворотні клапани відборів) припинить доступ пари в турбіну по будь якій з парових комунікацій. У випадку, коли автомат безпеки не вступить в роботу і частота обертання перевищить рівень налаштувань автомату безпеки, в роботу повинен вступити додатковий захист системи регулювання частоти обертання (при частоті 57 Гц). В систему захисту турбіни від неприпустимого підвищення частоти обертання припиненням подачі пари в турбіну входять: § автомат безпеки; § золотники автомату безпеки; § стопорні і регулюючі клапани свіжої пари та пари після проміжного перегріву; § органи паророзподілу на регульованих відборах (для турбін з регульованими відборами пари); § зворотні клапани на трубопроводах регульованих і нерегульованих відборів пари; § гідравлічні і важільні зв’язки між автоматом безпеки та виконавчими органами (стопорними, регулюючими клапанами, поворотними діафрагмами).
3.4.2 РОБОТА СИСТЕМИ ЗАХИСТУ ТУРБІН Автомати безпеки є датчиками захисту, які призначені для формування сигналу на її спрацювання. Це такий самий регулятор частоти обертання, але на відміну від датчика-регулятора частоти обертання системи регулювання цей регулятор статично неврівноважений. При відкриванні такого регулятора від упора його перестановочна сила безперервно збільшується. На рисунку 3.4.1 показаний автомат безпеки бойкового типу. Бойок 1 автомату виконаний таким чином, щоб центр його ваги був зміщений на величину є відносно осі валу турбіни 4. При обертанні ротора відцентрована сила намагається висунути бойок з гнізда через отвір у втулці 2. Пружина 3 утримує бойок на нижньому упорі до частоти обертання рівня налаштувань автомату. На рівні улаштувань відцентрова сила бойка перевищить зусилля стисненою втулкою 2 пружини 3, відбудеться миттєвий вихід кінця бойка 1 з гнізда та удар його по важелям 9,10 (рисунок 3.4.2) та голівкам золотників 19, переміщення яких до низу приведе до зникнення тиску в лінії Г до сервомотору стопорного клапану і його закриття. Про роботу системи судять по показниках 8. Кінцевим результатом дії автомату на золотники є зливання масла з лінії захисту та регулювання. Вказаний кінцевий результат дії автомату безпеки не залежить ні від конструкції автомату, ні від конструкції золотника. Для заводу автомату безпеки в схемі 3.4.2 необхідно зменшити тиск масла в лінії В, куди масло надходить від насосу 6 через золотник 3. Для цього золотник 3 з маховиком 2 або двигуном 1 дистанційно переміщають вліво. Вікно М при цьому з’єднується зі зливом, і тиск в лінії В падає. Під дією тиску в лінії Б золотники 20 переміщаються у верхнє положення. Зусилля, що діють зверху на ці золотники, зменшиться через злив масла через шайби Ш з камер Н. Стопорні клапани будуть встановлені у верхнє положення після збільшення тиску в лінії Е. Для цього золотник 3 зміщають в початкове положення. Лінія Б в цій схемі є лінією додаткового захисту: у випадку підвищення частоти обертання вище рівня налаштування автомату відкривається вікно К в золотнику 4 регулятора частоти 5, тиск в лінії Б зменшується, що приводить до переміщення вниз золотників 20, що відкривають за рахунок цього злив масла з ліній Г і Д. При подальшому підвищенні частоти обертання додатково відкриється злив через вікно Л золотника 21, що зменшує тиск в лінії Д.
Рисунок 3.4.1 – Автомат безпеки бойкового типу
Оскільки автомат безпеки в нормальній експлуатації нерухомий, завжди існує невпевненість в його працездатності. Схема на рисунку 3.4.2 дозволяє виконувати почергове розхолодження бойків 11 та 12. Для цього важіль 7 улаштування зміщення з середнього робочого положення встановлюється в переднє або заднє положення. Важіль 7 з'єднаний із золотником 13 підведення масла на затилочну частину бойків для їх розхолодження. Наприклад, при зсуві важеля 7 вправо задній бойок 11 не буде торкатись важеля 10. Одночасне зміщення вправо золотника 13 відкриває вікно підведення масла до бойка 11. Подача масла виконується золотником 17 через вікно А шляхом дії на маховик 18. У випадку справності бойка масло, що надходить до нього, заставить його спрацювати без спрацьовування решти пристроїв системи захисту, так як удару по голівці золотника 19 не відбудеться. Золотники автомату безпеки спрацьовують також при ударі на кнопці 14 і подачі струму через електромагніт 15 при зливанні масла через золотник 16. Електромагніт 15 отримує імпульс від іншого захисту, що діють на зупинку турбіни. Захист від неприпустимого осьового зсуву необхідний для запобігання зачіплювань в проточній частині турбіни. Робота цього захисту відбувається в два етапи: І-й етап – включення попереджувального сигналу; ІІ-й етап – включення сигналу відключення, що йде на електромагнітний вимикач. За таким самим принципом організована робота захисту: від зниження вакууму в конденсаторі, від зменшення тиску масла в системах змащування та регулювання. Реле осьового зсуву (рисунок 3.4.3) встановлюється поряд з автоматом безпеки між ділянками валу 1,3. Складається з датчика 6, що розташований симетрично відносно гребеня 2. Датчик представляє собою магнітопровід з трансформаторного заліза з котушками, які розташовані на середньому 4 та бокових 5 кернах магнітопроводу. До котушки 4 підведена напруга змінного струму частотою 50 Гц. Розподіл магнітного потоку в бокових котушках залежить від зазорів b1 та b2. Магнітний потік через бокову котушку наводить електричну рухому силу самоіндукції, значення якої зворотно пропорційно значенню зазору. Бокові котушки з’єднані за схемою навпівмоста та включені в схему повного моста разом з двома котушками вимірювального приладу. Зміна зазорів b1 та b2 викликає зміни показників приладів. Шкала приладів має контакти, яки замикаються на сигнал про неприпустиме значення осьового зсуву. Друга група контактів передає сигнал на відключення турбіни. Реле падіння тиску змащування забезпечує: § подачу попереджувального сигналу при падінні тиску до визначеної межі (першої межі) та включення резервного масло насосу з електродвигуном змінного струму; § автоматичне включення масло насосу змащування з електродвигуном постійного струму при падінні тиску до другої межі; § подачу імпульсу на відключення турбіни з блокуванням включення валоповоротного пристрою. Для захисту східця від надмірного перепаду тиску, що виникає при різкому зниженні тиску в паропроводі, застосовуються спеціальні реле захисту.
Рисунок 3.4.3 – Реле осьового зсуву ротора турбіни
Надмірний перепад тиску на східець може призвести до пошкодження діафрагми та подальшому руйнуванню інших вузлів турбіни. Реле захисту від надмірного перепаду тиску на східець працює першочергово як сигналізатор, а при подальшому збільшенні значення перепаду як пристрій, що відключає турбіну шляхом подачі імпульсу на електромагнітний вимикач. Усі вище перераховані захисти, окрім захисту від неприпустимого підвищення частоти обертання, передають імпульс на відключення турбіни по електричним зв’язкам. У електричного зв’язку є один суттєвий недолік: можливість складного визначення пошкодження лінії. Сучасні турбіни мають два електромагнітних вимикача та дві кнопки ручного вимикання турбіни.
3.4.3 ОСОБЛИВОСТІ ВОДЯНОГО РЕГУЛЮВАННЯ ТУРБІН Подальшим розвитком застосування в системах регулювання негорючих мастил стала водяна система регулювання. Вода має властивості, що відрізняються від властивостей мастил: в’язкість води в 10 разів нижче в’язкості мастила, а агресивність води до металів дуже висока. Сучасні системи водяного регулювання споживають велику кількість води (150-300 т/год). В якості робочого тіла в таких системах застосовують основний конденсат, що потребує додаткового хімічного очищення та деаерації. Використання конденсатних насосів живлення водою систем регулювання – найбільш проста і надійна схема їх водо забезпечення. Відмінність конденсату по ряду властивостей від мастила вимагало застосування спеціальних заходів по забезпеченню необхідної чутливості та швидкодії системи. В якості таких заходів необхідно виділити: § заміну золотникових пристроїв системи захисту на без золотникові; § виконання золотників системи регулювання з обертанням або осьовою пульсацією, з гідравлічними пружинами замість механічних, з радіальними навантаженням, з перестановочними силами не менше 0,4 – 1,0 МПа на нерівномірність; § ущільнення поршнів сервомоторів м'якими набивками та фторопластом; § повний пропуск конденсату, який поступає в систему регулювання через механічні фільтри; § застосування нержавіючих та азотованих сталей.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДО ТЕМИ 3.4 1. Яким вимогам повинна відповідати система захисту 2. Що називається часом спрацьовування захисту 3. Які вимоги пред’являються до роботи автомату безпеки 4. На якій орган діє автомат безпеки при спрацьовуванні 5. Які вимоги пред’являються до роботи стопорного клапану 6. Які переваги водяного регулювання парових турбін у порівнянні з масляною 7. Які недоліки водяного регулювання парових турбін
|
