С позиций соблюдения режимных характеристик ПСУ при их эксплуатации основное внимание уделяется постоянным и переменным режимам работы паровой турбины.
Постоянный режим работы паровой турбины. Для современных мощных турбоустановок на тепловых и атомных электростанциях единичной мощностью от нескольких сотен МВт до 1000–1500 МВт, которые, как правило, эксплуатируются в постоянном режиме максимальной нагрузки, на первое место выходят такие показатели, как экономичность, надежность, долговечность и ремонтопригодность.
Экономичность ПТУ характеризуется как коэффициентом полезного действия (к.п.д.) турбоустановки (ТУ), так и удельным расходом теплоты брутто (т.е. без учета затрат энергии на собственные нужды ТУ). Показателями экономичности для теплофикационных турбоустановок с регулируемыми отборами на отопление и горячее водоснабжение являются удельный расход пара на теплофикационном режиме, удельный расход теплоты на конденсационном режиме, удельный расход теплоты на выработку электроэнергии и др. Удельный расход теплоты брутто для конденсационных турбин большой мощности находится на уровне 7640– 7725 кДж/(кВт·ч); для ТЭС – 10200 кДж/(кВт·ч) и 11500 кДж/(кВт·ч) для АЭС. Удельный расход теплоты брутто для теплофикационных турбоустановок при температуре охлаждающей воды 20°С на конденсационном режиме составляет порядка 8145–9080 кДж/(кВт·ч), а удельный расход пара на теплофикационном режиме – не более 3,6–4,3 кг/(кВт·ч).
Надежность и долговечность характеризуются рядом количественных показателей, таких как средняя наработка на отказ, полный назначенный срок службы, полный назначенный ресурс элементов, средний срок службы между капитальными ремонтами, коэффициент технического использования, коэффициент готовности и другими. Полный назначенный срок службы энергоблока выпуска до 1991 года составляет не менее 30 лет, оборудования выпуска после 1991 года – не менее 40 лет. Полный назначенный ресурс (парковый ресурс) основных элементов, работающих при температурах выше 450°С, составляет 220 тыс. часов эксплуатации. Для турбин большой мощности установлена наработка на отказ не менее 5500 ч и коэффициент готовности не менее 97%.
Переменный режим работы паровой турбины предполагает прежде всего изменение расхода пара через проточную часть – в сторону уменьшения от номинального. При этом минимальные потери при переменном, т.е. «частичном», расходе пара достигаются при сопловом регулировании, когда полностью открыты клапаны (клапан), обслуживающие одну определенную группу сопел. Теплоперепады существенно изменяются только на регулирующей и последней ступени проточной части. Теплоперепады промежуточных ступеней остаются почти постоянными при уменьшении расхода пара через турбину. Условия работы промежуточных ступеней и, следовательно, к.п.д. всех ступеней высокого давления (кроме первой ступени), среднего давления и низкого давления (кроме последней ступени) практически не изменяются.
Чем больше подъем клапана, обслуживающего какую-либо одну группу сопел, тем меньшее приращение расхода приходится на «единицу» его подъема. При достижении h/d ≈ 0,28 (где h – линейное смещение клапана при его открытии, а d – диаметр клапана) приращение расхода пара через клапан практически прекращается. Поэтому для обеспечения плавности процесса нагружения предусматривается открытие клапана, обслуживающего следующую группу сопел, с некоторой «перекрышей», т.е. несколько раньше, чем полностью откроется предыдущий клапан.
Для последней ступени цилиндра низкого давления уменьшение относительного объемного расхода пара до величины ниже 0,4 GV 2 приводит к образованию вихрей в основном потоке как у корня рабочих лопаток последней ступени, так и у их периферии, что опасно с точки зрения динамических нерасчетных напряжений в этих лопатках, которые и без того нагружены до предела.
Основы эксплуатации паровых турбин. Требования к маневренности и надежности современных паровых турбин в процессе их эксплуатации связаны с общими условиями работы энергосистем, суточными, годовыми графиками энергопотребления, структурой генерирующих мощностей в энергосистемах, их состоянием и техническими возможностями. В настоящее время графики электрических нагрузок энергосистем характеризуются большой неравномерностью: резкие пики нагрузок в утренние и вечерние часы, провалы в ночные часы и выходные дни, при необходимости обеспечения быстрого повышения и снижения нагрузок. Под маневренностью понимают способность энергоблока изменять мощность в течение суток для покрытия графика нагрузки энергосистемы. Важными в этой связи являются периоды нагружения и разгружения турбоагрегата, а также пуска из различных тепловых состояний (горячего – после предварительного простоя менее 6–10 ч, неостывшего – после предварительного простоя от 10 ч до 70–90 ч, холодного – после предварительного простоя более 70–90 ч). Также учитывают количество остановов-пусков за весь срок службы, нижний предел регулировочного диапазона, т.е. нижний предел интервала нагрузки, когда мощность изменяется автоматически без изменения состава вспомогательного оборудования, и возможность работы на нагрузке собственных нужд после сброса нагрузки.
Надежность работы энергоблока в значительной мере зависит от того, насколько собственно турбина и ее вспомогательное оборудование защищены от опасного воздействия нестационарных процессов. Статистика повреждаемости оборудования показывает, что подавляющее большинство отказов происходит именно в момент осуществления переходных режимов эксплуатации, когда меняется та или иная совокупность параметров. Для того, чтобы избежать развития аварийной ситуации, применяют аварийную остановку турбины: со срывом вакуума или без срыва вакуума.
Со срывом вакуума турбину (для турбин с частотой вращения ротора 3000 об/мин) следует немедленно остановить в следующих случаях: при увеличении числа оборотов сверх 3360 об/мин; при внезапном повышении вибрации на величину 20 мкм (виброскорость 1 мм/с) и более на любом из подшипников; при внезапном повышении температуры масла на сливе любого подшипника выше 70°C; при падении давления масла на подшипниках ниже 0,15 МПа; при повышении температуры баббита любого из подшипников выше 100°C.
Внезапный принудительный останов необходим также при любых ударах в проточной части турбины, при разрыве паропроводов, любом воспламенении на турбине или генераторе.
Остановка без срыва вакуума предусмотрена при следующих отклонениях от нормального режима эксплуатации: при отклонении параметров свежего пара или пара промперегрева на величину: до ±20°C – по температуре и до +0,5 МПа – по давлению свежего пара; при резком, со скоростью более 2°C за минуту изменении температуры свежего пара или пара промперегрева; после 2 минут работы генератора в моторном режиме; при повреждении атмосферных мембран в выхлопном патрубке цилиндра низкого давления; при обнаружении протечек масла.
Системы защиты турбины для мощных паровых турбин предусматривают остановку при достижении следующих величин : при достижении осевого сдвига ротора на –1,5 мм в сторону регулятора или +1,0 мм в сторону генератора (защита срабатывает со срывом вакуума в конденсаторах); при достижении относительного расширения РНД-2 (ротора низкого давления) –3,0 мм (ротор короче корпуса) или +13,0 мм (ротор длиннее корпуса); при повышении температур выхлопных патрубков ЦНД до 90°C и выше; при падении уровня масла в маслобаке на величину 50 мм (необходим немедленный останов турбины).
Работа турбин при полной или частичной постоянной нагрузке предусмотрена в соответствии с заводской инструкцией по эксплуатации. Пуск турбины также регламентируется подробной заводской инструкцией и не допускает отклонений от заданных графиков пуска.
Параметры работы системы регулирования паровых турбин должны удовлетворять государственным стандартам России и техническим условиям на поставку турбин.
Степень неравномерности регулирования давления пара в регулируемых отборах и противодавления должна удовлетворять требованиям потребителя, согласованным с заводом - изготовителем турбин, и не допускать срабатывания предохранительных клапанов (устройств).
Все проверки и испытания системы регулирования и защиты турбины от повышения частоты вращения должны выполняться в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей турбин и действующими руководящими документами.
Автомат безопасности должен срабатывать при повышении частоты вращения ротора турбины на 10 - 12% сверх номинальной или до значения, указанного заводом-изготовителем.
При срабатывании автомата безопасности должны закрываться:
стопорные, регулирующие (стопорно-регулирующие) клапаны свежего пара и пара промперегрева;
стопорные (отсечные), регулирующие и обратные клапаны, а также регулирующие диафрагмы и заслонки отборов пара;
отсечные клапаны на паропроводах связи со сторонними источниками пара.
Система защиты турбины от повышения частоты вращения ротора (включая все ее элементы) должна быть испытана увеличением частоты вращения выше номинальной в следующих случаях:
а) после монтажа турбины;
б) после капитального ремонта;
в) перед испытанием системы регулирования сбросом нагрузки с отключением генератора от сети;
г) при пуске после разборки автомата безопасности;
д) при пуске после длительного (более 3 мес.) простоя турбины в случае отсутствия возможности проверки срабатывания бойков автомата безопасности и всех цепей защиты (с воздействием на исполнительные органы) без увеличения частоты вращения выше номинальной;
е) при пуске после простоя турбины в резерве более 1 мес. в случае отсутствия возможности проверки срабатывания бойков автомата безопасности и всех цепей защиты (с воздействием на исполнительные органы) без увеличения частоты вращения выше номинальной;
ж) при пуске после разборки системы регулирования или ее отдельных узлов;
з) при проведении плановых испытаний (не реже 1 раза в 4 мес.).
В случаях "ж" и "з" допускается испытание защиты без увеличения частоты вращения выше номинальной (в диапазоне, указанном заводом - изготовителем турбины), но с обязательной проверкой действия всех цепей защиты.
Испытания защиты турбины увеличением частоты вращения должны проводиться под руководством начальника цеха или его заместителя.
Плотность стопорных и регулирующих клапанов свежего пара должна проверяться раздельным испытанием каждой группы.
Критерием плотности служит частота вращения ротора турбины, которая устанавливается после полного закрытия проверяемых клапанов при полном (номинальном) или частичном давлении пара перед этими клапанами. Допустимое значение частоты вращения определяется инструкцией завода-изготовителя или действующими руководящими документами, а для турбин критерии, проверки которых не оговорены в инструкциях завода-изготовителя или действующих руководящих документах, не должно быть выше 50% номинальной при номинальных параметрах перед проверяемыми клапанами и номинальном давлении отработавшего пара.
При одновременном закрытии всех стопорных и регулирующих клапанов и номинальных параметрах свежего пара и противодавления (вакуума) пропуск пара через них не должен вызывать вращения ротора турбины.
Проверка плотности клапанов должна производиться после монтажа турбины, перед испытанием автомата безопасности повышением частоты вращения, перед остановом турбины в капитальный ремонт, при пуске после него, но не реже 1 раза в год. При выявлении в процессе эксплуатации турбины признаков снижения плотности клапанов должна быть проведена внеочередная проверка их плотности.
Стопорные и регулирующие клапаны свежего пара, стопорные (отсечные) и регулирующие клапаны (диафрагмы) отборов пара, отсечные клапаны на паропроводах связи со сторонними источниками пара должны расхаживаться: на полный ход - перед пуском турбины и в случаях, предусмотренных инструкцией завода-изготовителя; на часть хода - ежесуточно во время работы турбины.
При расхаживании клапанов на полный ход должны быть проконтролированы плавность их хода и посадка.
Плотность обратных клапанов регулируемых отборов и срабатывание предохранительных клапанов этих отборов должны проверяться не реже 1 раза в год и перед испытанием турбины на сброс нагрузки.
Обратные клапаны регулируемых отопительных отборов пара, не имеющих связи с отборами других турбин, РОУ и другими источниками пара, проверке на плотность можно не подвергать, если нет специальных указаний завода-изготовителя.
Посадка обратных клапанов всех отборов должна быть проверена перед каждым пуском и при останове турбины, а при нормальной работе периодически по графику, определяемому техническим руководителем электростанции, но не реже 1 раза в 4 мес.
При неисправности обратного клапана работа турбины с соответствующим отбором пара не допускается.
Проверка времени закрытия стопорных (защитных, отсечных) клапанов, а также снятие характеристик системы регулирования на остановленной турбине и при ее работе на холостом ходу должно выполняться:
после монтажа турбины;
непосредственно до и после капитального ремонта турбины или ремонта основных узлов системы регулирования или парораспределения.
Испытания системы
регулирования турбины мгновенным
сбросом нагрузки, соответствующей
максимальному расходу пара, должны
выполняться:
при приемке турбин в эксплуатацию после монтажа;
после реконструкции, изменяющей динамическую характеристику турбоагрегата или статическую и динамическую характеристики системы регулирования.
При выявлении отклонений фактических характеристик регулирования и защиты от нормативных значений, увеличения времени закрытия клапанов сверх указанного заводом-изготовителем или в местной инструкции или ухудшения их плотности должны быть определены и устранены причины этих отклонений.
Эксплуатация турбин с введенным в работу ограничителем мощности допускается как временное мероприятие только по условиям механического состояния турбоустановки с разрешения технического руководителя электростанции. При этом нагрузка турбины должна быть ниже уставки ограничителя не менее чем на 5%.
Запорная арматура, устанавливаемая на линиях системы смазки, регулирования и уплотнений генератора, ошибочное переключение которой может привести к останову или повреждению оборудования, должна быть опломбирована в рабочем положении.
Перед пуском турбины после среднего или капитального ремонта должна быть проверена исправность и готовность к включению основного и вспомогательного оборудования, КИП, средств дистанционного и автоматического управления, устройств технологической защиты, блокировок, средств информации и оперативной связи. Выявленные при этом неисправности должны быть устранены.
Перед пуском турбины из холодного состояния (после нахождения ее в резерве более 3 суток) должны быть проверены: исправность и готовность к включению оборудования и КИП, а также работоспособность средств дистанционного и автоматического управления, устройств технологической защиты, блокировок, средств информации и оперативной связи; прохождение команд технологических защит на все исполнительные устройства; исправность и готовность к включению тех средств и оборудования, на которых за время простоя производились ремонтные работы. Выявленные при этом неисправности должны быть устранены до пуска.
Руководить пуском турбины должен начальник смены цеха или старший машинист, а после капитального или среднего ремонта - начальник цеха или его заместитель.
Пуск турбины не допускается в случаях:
отклонения показателей теплового и механического состояний турбины от допустимых значений, регламентированных заводом-изготовителем турбины;
неисправности хотя бы одной из защит, действующих на останов турбины;
наличия дефектов системы регулирования и парораспределения, которые могут привести к разгону турбины;
неисправности одного из масляных насосов смазки, регулирования, уплотнений генератора или устройств их автоматического включения (АВР);
отклонения качества масла от норм на эксплуатационные масла или понижения температуры масла ниже установленного заводом-изготовителем предела;
отклонения качества свежего пара по химическому составу от норм.
Без включения
валоповоротного устройства подача пара
на уплотнения турбины, сброс горячей
воды и пара в конденсатор, подача пара
для прогрева турбины не допускаются.
Условия подачи пара в турбину, не имеющую
валоповоротного устройства, определяются
местной инструкцией.
Сброс в конденсатор рабочей среды из котла или паропроводов и подача пара в турбину для ее пуска должны осуществляться при давлениях пара в конденсаторе, указанных в инструкциях или других документах заводов-изготовителей турбин, но не выше 0,6 (60 кПа).
При эксплуатации турбоагрегатов средние квадратические значения виброскорости подшипниковых опор должны быть не выше 4,5 мм·с -1 .
При превышении нормативного значения вибрации должны быть приняты меры к ее снижению в срок не более 30 суток.
При вибрации свыше 7,1 мм·с -1 не допускается эксплуатировать турбоагрегаты более 7 суток, а при вибрации 11,2 мм·с -1 турбина должна быть отключена действием защиты или вручную.
Турбина должна быть немедленно остановлена, если при установившемся режиме происходит одновременное внезапное изменение вибрации оборотной частоты двух опор одного ротора, или смежных опор, или двух компонентов вибрации одной опоры на 1 мм·с -1 и более от любого начального уровня.
Турбина должна быть разгружена и остановлена, если в течение 13 суток произойдет плавное возрастание любого компонента вибрации одной из опор подшипников на 2 мм·с -1 .
Эксплуатация турбоагрегата при низкочастотной вибрации недопустима. При появлении низкочастотной вибрации, превышающей 1 мм·с -1 , должны быть приняты меры к ее устранению.
Временно, до оснащения необходимой аппаратурой, разрешается контроль вибрации по размаху виброперемещения. При этом длительная эксплуатация допускается при размахе колебаний до 30 мкм при частоте вращения 3000 и до 50 мкм при частоте вращения 1500; изменение вибрации на 12 мм·с -1 эквивалентно изменению размаха колебаний на 1020 мкм при частоте вращения 3000и 2040 мкм при частоте вращения 1500.
Вибрацию турбоагрегатов мощностью 50 МВт и более следует измерять и регистрировать с помощью стационарной аппаратуры непрерывного контроля вибрации подшипниковых опор, соответствующей государственным стандартам.
Для контроля за состоянием проточной части турбины и заносом ее солями не реже 1 раза в месяц должны проверяться значения давлений пара в контрольных ступенях турбины при близких к номинальным расходах пара через контролируемые отсеки.
Повышение давления в контрольных ступенях по сравнению с номинальным при данном расходе пара должно быть не более 10%. При этом давление не должно превышать предельных значений, установленных заводом-изготовителем.
При достижении в контрольных ступенях предельных значений давления из-за солевого заноса должна быть произведена промывка или очистка проточной части турбины. Способ промывки или очистки должен быть выбран исходя из состава и характера отложений и местных условий.
В процессе эксплуатации экономичность турбоустановки должна постоянно контролироваться путем систематического анализа показателей, характеризующих работу оборудования.
Для выявления причин снижения экономичности турбоустановки, оценки эффективности ремонта должны проводиться эксплуатационные (экспресс) испытания оборудования.
Турбина должна
быть немедленно остановлена (отключена)
персоналом при отказе в работе защит
или при их отсутствии в случаях:
повышения частоты вращения ротора сверх уставки срабатывания автомата безопасности;
недопустимого осевого сдвига ротора;
недопустимого изменения положения роторов относительно цилиндров;
недопустимого понижения давления масла (огнестойкой жидкости) в системе смазки;
недопустимого понижения уровня масла в масляном баке;
недопустимого повышения температуры масла на сливе из любого подшипника, подшипников уплотнений вала генератора, любой колодки упорного подшипника турбоагрегата;
воспламенения масла и водорода на турбоагрегате;
недопустимого понижения перепада давлений "масло-водород" в системе уплотнений вала турбогенератора;
недопустимого понижения уровня масла в демпферном баке системы маслоснабжения уплотнений вала турбогенератора;
отключения всех масляных насосов системы водородного охлаждения турбогенератора (для безынжекторных схем маслоснабжения уплотнений);
отключения турбогенератора из-за внутреннего повреждения;
недопустимого повышения давления в конденсаторе;
недопустимого перепада давлений на последней ступени у турбин с противодавлением;
внезапного повышения вибрации турбоагрегата;
появления металлических звуков и необычных шумов внутри турбины или турбогенератора;
появления искр или дыма из подшипников и концевых уплотнений турбины или турбогенератора;
недопустимого понижения температуры свежего пара или пара после промперегрева;
появления гидравлических ударов в паропроводах свежего пара, промперегрева или в турбине;
обнаружения разрыва или сквозной трещины на неотключаемых участках маслопроводов и трубопроводов пароводяного тракта, узлах парораспределения;
прекращения протока охлаждающей воды через статор турбогенератора;
недопустимого снижения расхода охлаждающей воды на газоохладители;
исчезновения напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления или на всех КИП;
возникновения кругового огня на контактных кольцах ротора турбогенератора, вспомогательного генератора или коллекторе возбудителя;
отказа программно-технического комплекса АСУ ТП, приводящего к невозможности управления всем оборудованием турбоустановки или его контроля.
Необходимость
срыва вакуума при отключении турбины
должна быть определена местной инструкцией
в соответствии с указаниями
завода-изготовителя.
В местной инструкции должны быть даны четкие указания о недопустимых отклонениях значений контролируемых величин по агрегату.
Турбина должна быть разгружена и остановлена в период, определяемый техническим руководителем электростанции (с уведомлением диспетчера энергосистемы), в случаях:
заедания стопорных клапанов свежего пара или пара после промперегрева;
заедания регулирующих клапанов или обрыва их штоков; заедания поворотных диафрагм или обратных клапанов отборов;
неисправностей в системе регулирования;
нарушения нормальной работы вспомогательного оборудования, схемы и коммуникаций установки, если устранение причин нарушения невозможно без останова турбины;
увеличения вибрации опор выше 7,1 мм·с -1 ;
выявления неисправности технологических защит, действующих на останов оборудования;
обнаружения течей масла из подшипников, трубопроводов и арматуры, создающих опасность возникновения пожара;
обнаружения свищей на неотключаемых для ремонта участках трубопроводов пароводяного тракта;
отклонения качества свежего пара по химическому составу от норм;
обнаружения недопустимой концентрации водорода в картерах подшипников, токопроводах, маслобаке, а также превышающей норму утечки водорода из корпуса турбогенератора.
Для каждой турбины должна быть определена длительность выбега ротора при останове с нормальным давлением отработавшего пара и при останове со срывом вакуума. При изменении этой длительности должны быть выявлены и устранены причины отклонения. Длительность выбега должна быть проконтролирована при всех остановах турбоагрегата.
При выводе турбины в резерв на срок 7 суток и более должны быть приняты меры к консервации оборудования турбоустановки.
Тепловые испытания паровых турбин должны проводиться.
Должна быть организована в строгом соответствии с требованиями инструкций завода-изготовителя, правил технической эксплуатации, пожарной безопасности и техники безопасности при обслуживании тепломеханического оборудования электрических станций и сетей, подготовленными для этой работы специалистами.
На каждой электростанции в соответствии с вышеуказанными материалами разрабатываются местные инструкции по эксплуатации турбин с изложением правил пуска, останова, вывода в , возможных неполадок на оборудовании турбоагрегата и порядком их предотвращения и устранения, которые являются обязательными для обслуживающего персонала.
Неполадки, препятствующие пуску турбины.
Несмотря на различия в конструкциях турбин, схемах, вспомогательном оборудовании, существует общий для
всех перечень дефектов и неполадок, которые должны устраняться до пуска.
Пуск турбины запрещается:
— при отсутствии или неисправности основных приборов, контролирующих протекание теплового процесса в турбине и ее механическое состояние (манометры, термометры, виброметры, тахометры и др.);
— при неисправной , т.е. должен быть произведен осмотр маслобака (уровень масла, указатель
уровня), маслоохладителей, маслопроводов и т.д.;
— при неисправной по всем контурам, прекращающим подачу пара в турбину. Проверяется вся цепочка защиты от датчиков до исполнительных органов (реле осевого сдвига, вакуум-реле, автомат безопасности, атмосферные клапаны, стопорный и регулирующие клапаны, запорная арматура на паропроводах свежего пара, отборов);
— при неисправной ;
— при неисправном валоповоротном устройстве. Подача пара на неподвижный ротор может привести к его изгибу.
Подготовка пуска турбины.
Технология пуска турбины зависит от ее температурного состояния. Если температура металла турбины (корпуса ЦВД) ниже 150 °С, то считают, что пуск производится из холодного состояния. На это уходит не менее трех суток после ее останова.
Пуском из горячего состояния соответствует температура турбины 400 °С и выше.
При промежуточном значении температуры считается пуск из неостывшего состояния.
Основной принцип проведения пуска – должен производиться со скоростью максимально возможной по условиям надежности (не навреди).
Основной особенностью пуска неблочной турбины (ТЭС с поперечными связями) является использование пара номинальных параметров.
Пуск турбины состоит из трех этапов: подготовительного, периода разворота с доведением оборотов до полных (3000 об/мин) и синхронизации (включение в сеть) и последующего нагружения.
В подготовительный период проверяется общее состояние всего оборудования турбоустановки, отсутствие неоконченных работ, исправность приборов и сигнализаций. Прогрев паропровода и перепускных труб длится 1-1,5 часа. Одновременно готовится подача воды в конденсатор. Проверяется работа всех маслонасосов (кроме ГМН – на валу турбины), оставляют в работе пусковой маслонасос и включается валоповоротное устройство. Проверяются системы защиты и регулирования при закрытых главной паровой задвижке (ГПЗ) и отсутствии давления пара перед стопорным клапаном. Начинается набор вакуума. механизм управления выводится в минимальное положение, взводится автомат безопасности, открываются дренажи корпуса турбины.
Толчок турбины.
Толчок ротора (приведение его во вращение) производится либо открытием первого регулирующего клапана, либо байпасом ГПЗ при полностью открытых регулирующих клапанах.
Турбина выдерживается на малых оборотах (500-700), проверяются температурные расширения, прослушиваются уплотнения, корпуса, подшипники стетоскопом, показания приборов по маслу, температуре, давлению, относительным расширениям.
Критические частоты валопровода нужно проходить быстро и после осмотра всех элементов турбины и при отсутствии отклонений от норм можно идти на разворот, постоянно прослушивая турбину. При этом разница температур между верхом и низом цилиндра не должна превышать 30-35 °С, между фланцем и шпилькой не более 20-30 °С. При достижении 3000 об/мин производится осмотр турбины, проводится проверка систем защиты и регулирования, опробуется ручное и дистанционное выключение турбины. Механизмом управления проверяется плавность перемещения регулирующих клапанов, проверяется срабатывание автомата безопасности подачей масла к бойкам, а при необходимости (положено по правилам) и повышением числа оборотов.
При отсутствии замечаний на главный щит управления подается сигнал «Внимание! Готово». После включения генератора в сеть, производится нагружение турбины согласно инструкции.
Пуск турбин с противодавлением.
Особенному контролю подлежат параметры, отклонение которых за допустимые пределы угрожает надежной работе турбины – это относительное удлинение ротора и его осевой сдвиг, вибрационное состояние агрегата.
Постоянно контролируются параметры свежего пара, после и внутри турбины, масла в системе регулирования и смазки, не допуская нагрева подшипников, работа уплотнений.
В инструкции по эксплуатации определены вакуум, температура питательной воды, нагрев охлаждающей воды, температурный напор в конденсаторе и переохлаждение конденсата, т.к. от этого зависит экономичная работа турбины. Установлено, что ухудшение работы регенеративных подогревателей и недогрев питательной воды на 1 °С приводит к повышению удельного расхода теплоты на 0,01 %.
Проточная часть турбины подвержена заносу солями, содержащимися в паре. Занос солями, кроме снижения экономичности, ухудшает надежность лопаточного аппарата и турбины в целом. Для очистки проточной части проводят промывки влажным паром. Но это очень ответственная, а потому и нежелательная операция.
Нормальная эксплуатация турбины немыслима без тщательного контроля, ухода и регулярных проверок систем защиты и регулирования, поэтому необходим постоянный тщательный осмотр узлов и элементов регулирования, защит, парораспределительных органов, обращая внимание на течи масла, крепеж, стопорные устройства; производить расхаживание стопорных и регулирующих клапанов.
Согласно ПТЭ, в сроки, установленные инструкцией, должны регулярно испытываться бойки автомата безопасности наливом масла и повышением числа оборотов турбины, проверяться плотность стопорных, регулирующих и обратных клапанов. Причем, обязательно после монтажа, до и после капитального ремонта. Стопорный и регулирующий клапаны могут не быть абсолютно плотными, но их совместное закрытие должно не допустить вращения ротора.
Останов турбины.
При останове турбины в горячий резерв желательно сохранить температуру металла как можно более высокой. Останов с расхолаживанием производится при выводе турбины в длительный резерв или для проведения капитального и текущего ремонтов.
Перед остановом, по указанию начальника смены станции, согласно инструкции производится разгрузка турбины с отключением регулируемых отборов и регенерации.
Снизив нагрузку до 10-15 % от номинальной и получив разрешение, воздействием на кнопку выключения прекращают подачу пара в турбину. С этого момента турбина вращается электрической сетью, т.е. генератор работает в режиме двигателя. Во избежание разогрева хвостовой части турбины необходимо очень быстро убедиться в закрытии стопорного, регулирующих и обратных клапанов на линиях отборов, а ваттметр указывает отрицательную мощность, т.к. генератор потребляет в этот период мощность из сети. После этого отключают генератор от сети.
Если из-за неплотности клапанов, их зависания или по другим причинам в турбину поступает пар и по ваттметру на агрегате есть нагрузка, то отключать генератор от сети категорически запрещено, поскольку поступающего в турбину пара может оказаться достаточным для ее разгона.
Необходимо срочно закрыть главную паровую задвижку (ГПЗ), ее байпас, обтянуть задвижки на отборах возможно обстучать клапаны, убедиться что пар в турбину не поступает и только тогда отключают генератор от сети.
При разгрузке турбины нужно внимательно следить за относительным сокращением ротора, не допуская до опасных пределов.
После перевода турбины на холостой ход проводятся все необходимые по инструкции испытания. После отключения турбогенератора от сети начинается выбег ротора, при котором частота вращения снижается от номинальной до нуля. Это вращение происходит за счет инерции валопровода. Следует отметить, что вес вращающихся деталей турбины Т-175 вместе с роторами генератора и возбудителя составляет 155 т.
Выбег ротора – важный эксплуатационный показатель, позволяющий судить о состоянии агрегата.
Обязательно снимается кривая выбега – зависимость частоты вращения от времени. В зависимости от мощности выбег составляет 20-40 мин. При отклонении на 2-3 мин нужно искать причину и устранять.
После останова ротора немедленно включается валоповоротное устройство (ВПУ), которое должно работать пока температура металла турбины не снизится ниже 200 °С.
В процессе выбега и после производятся все остальные операции по маслу, циркуляционной воде и т.д. согласно инструкции.
Аварийный останов турбины.
При возникновении на турбоагрегате аварийной ситуации необходимо действовать согласно противоаварийной инструкции, в которой определен перечень возможных аварийных положений и меры по их ликвидации.
При ликвидации аварийной ситуации нужно внимательно наблюдать за основными показателями работы турбины:
— частота вращения, нагрузка;
— параметры свежего пара и ;
— вакуум в конденсаторе;
— вибрация турбоагрегата;
— осевой сдвиг ротора и положение роторов относительно своих корпусов;
— уровень масла в маслобаке и его давление в системах регулирования и смазки, температура масла на входе и сливе из подшипников и др.
Противоаварийной инструкцией определяются способы аварийного останова в зависимости от аварийных обстоятельств – без срыва вакуума и со срывом вакуума, когда в выхлоп турбины и конденсатор впускают атмосферный воздух открытием задвижки.
Аварийная остановка турбоагрегата производится путем немедленного прекращения подачи свежего пара в турбину кнопкой аварийного останова или дистанционно воздействием на электромагнитный выключатель, и, убедившись, что турбина отключена и не несет нагрузки подают сигнал на ГЩУ «Внимание! Машина в опасности!». После чего генератор отключается от сети. Обязательно закрывают главную паровую задвижку (ГПЗ), ее байпас и задвижки на отборах.
Дальнейшие операции по останову ведутся обычным способом.
Срыв вакуума производится в случае, когда нужно ускорить останов ротора, например, при резком понижении уровня масла, при гидроударах в турбине, внезапно возникшей сильной вибрации, при резком осевом сдвиге ротора и т.д.
При останове без срыва вакуума ротор турбины К-200-130 останавливается за 32-35 мин, а при срыве вакуума за 15 мин, но при этой операции происходит разогрев выхлопного патрубка за счет резкого возрастания плотности среды, что и приводит к торможению ротора. Поэтому останов турбины со срывом вакуума производится только в случаях, определенных противоаварийной инструкцией.
Общие сведения.
На судах морского флота эксплуатируются главные и вспомогательные паровые турбомеханизмы (турбогенераторы, турбонасосы, турбовентиляторы); все они проходят ежегодные освидетельствования, при которых производится: наружный осмотр, готовность к действию, работа в действии, исправность маневренных и пусковых устройств и устройств дистанционного управления, а также проверяется исправность навешанных и приводных механизмов.
Техническое обслуживание
паровой турбины включает проведение планово-предупредительных осмотров (ППО) и ремонтов (ППР), регулировку и настройку элементов турбин, устранение неисправностей, проверку аппаратуры на соответствие техническим условиям, восстановление утраченных свойств, а также выполнение мероприятий по сохранению турбин при их бездействии.
В зависимости от объёма и характера выполняемых работ ТО подразделяются на ежедневные, ежемесячные и ежегодные.
Ежедневное ТО включает следующие основные операции:
- визуальный осмотр;
- удаление протечек топлива, масла и воды;
- удаление следов коррозии;
- измерение вибрации.
Демонтаж и разборка турбин
. Согласно инструкции завода-изготовителя производят плановые вскрытия турбин. Цель вскрытия турбин — оценка технического состояния деталей, очистка её проточной части от коррозии, нагара и накипи.
К разборке турбины приступают не ранее чем через 8-12 часов после её остановки, то есть после охлаждения, когда температура стенок корпуса станет равной температуре окружающего воздуха (около 20 С).
Если турбина демонтируется для транспортировки в цех, то соблюдают следующий порядок работ по демонтажу:
- отключают турбину от поступающего пара;
- спускают или откачивают воду из конденсатора;
- откачивают масло из турбины или спускают его, освободив масляную систему;
- снимают арматуру и контрольно-измерительные приборы;
- отсоединяют трубопроводы, непосредственно соединенные с турбиной, или мешающие демонтажу её с фундамента;
- снимают обшивку турбины и изоляцию;
- разбирают поручни, снимают площадки и щиты;
- снимают быстрозапорный клапан ресивера и байпасные клапаны;
- разобщают ротор турбины от редуктора;
- заводят стропы и закрепляют их к грузоподъёмному устройству;
- отдают фундаментные болты и снимают турбину с фундамента. Подрыв крышки статора производят отжимными болтами, а подъём
(опускание) её и ротора производят специальным приспособлением. Это приспособление состоит из четырёх винтовых колонок и механизмов подъёма. На винтовых колонках закреплены линейки для контроля высоты подъёма крышки статора или ротора турбины. При подъёме крышки или ротора через каждые 100-150 мм делают остановку и проверяют равномерность их подъёма. Также поступают и при их опускании.
Дефектоскопия и ремонт.
Дефектоскопия турбины выполняетется в два этапа: до вскрытия и после вскрытия в процессе разборки. До вскрытия турбины с помощью штатных контрольно-измерительных приборов измеряются: осевой разбег ротора в упорном подшипнике, масляные зазоры в подшипниках, зазоры в предельном регуляторе частоты вращения.
К характерным дефектам паровой турбины относят: деформацию фланцев разъёма статора, трещины и коррозию внутренних полостей статора; деформацию и неуравновешенность ротора; деформацию рабочих дисков (ослабление их посадки на валу ротора), трещины в районе шпоночных пазов; эрозионное изнашивание, механические и усталостные разрушения рабочих лопаток; деформация диафрагм; эрозионное изнашивание и механические повреждения соплового аппарата и направляющих лопаток; изнашивание колец концевых и промежуточных уплотнений, подшипников.
При эксплуатации турбины в основном происходят тепловые деформации деталей, вызванные нарушениями Правил технической эксплуатации.
Тепловые деформации возникают в результате неравномерного прогревания турбины при её подготовке к пуску и при остановке.
Работа неуравновешенного ротора вызывает вибрацию турбины, что может привести к обрыву лопаток и бандажа, к разрушению уплотнений и подшипников.
Корпус паровой турбины
выполняется с горизонтальным разъёмом, который делит его на две половины. Нижняя половина — корпус, а верхняя — крышка.
Ремонт заключается в восстановлении плотности плоскости разъёма корпуса из-за коробления. Коробление плоскости разъёма при зазорах до 0,15 мм устраняют шабрением. После окончания шабрения крышку устанавливают на место и щупом проверяют наличие местных зазоров, которые не должны быть больше 0,05 мм. Трещины, свищи и коррозионные раковины в корпусе турбины разделывают и устраняют сваркой и наплавкой.
Роторы паровых турбин
. В главных турбинах роторы чаще всего изготавливают цельноковаными, а у вспомогательных — ротор обычно сборный, состоящий из вала и рабочего колеса турбины.
Деформацию ротора (изгиб), который не превышает 0,2 мм, удаляют механической обработкой, до 0,4 мм — термической правкой, а свыше 0,4 мм — термомеханической правкой.
Ротор с трещинами заменяют. Износ шеек устраняют шлифованием. Овальность и конусообразность шеек допускается не более 0,02 мм.
Рабочие диски.
Диски с трещинами заменяют. Деформацию дисков выявляют по торцевому биению и, если оно не превышает 0,2 мм, его устраняют проточкой торца диска на станке. При большей величине деформации диски подвергают механической правке или замене. Ослабление посадки диска на валу устраняют хромированием его посадочного отверстия.
Лопатки дисков.
На лопатках возможен эрозионный износ и, если он не превышает 0,5-1,0 мм, то их запиливают и шлифуют вручную. При больших разрушениях лопатки заменяют. Новые лопатки изготавливают на турбостроительных заводах. Перед установкой новых лопаток их взвешивают.
При наличии механических повреждений и отрыва ленточного бандажа рабочих лопаток его заменяют, для чего удаляют старый бандаж.
Диафрагмы турбин.
Любая диафрагма состоит из двух половин: верхней и нижней. Верхняя половина диафрагмы устанавливается в крышке корпуса, а нижняя — в нижней половине корпуса турбины. Ремонт связан с устранением коробления диафрагмы. Коробление диафрагмы определяют на плите пластинами щупа, для этого диафрагму укладывают ободом со стороны выхода пара на плиту и щупом проверяют наличие зазоров между ободом и плитой.
Коробление устраняют шлифованием или шабрением торца обода по плите на краску. Затем по пришабренному торцу обода диафрагмы, пришабривают посадочный паз в корпусе турбины со стороны выхода пара. Это делают для достижения плотного прилегания диафрагмы к корпусу, с целью уменьшить протечки пара. При наличии трещин на ободе диафрагмы её заменяют.
Лабиринтовые (концевые) уплотнения
. По конструкции лабиринтовые уплотнения могут быть простого типа, эластичного ёлочного типа, эластичного гребёнчатого типа. При ремонте уплотнений втулки и сегменты лабиринтовых уплотнений с повреждениями меняют, устанавливая радиальные и осевые зазоры согласно техническим условиям на ремонт.
Опорные подшипники в турбинах
могут быть скольжения и качения. В главных судовых паровых турбинах используют подшипники скольжения. Ремонт таких подшипников аналогичен ремонту подшипников дизеля. Величина установочного масляного зазора зависит от диаметра шейки вала ротора. При диаметре шейки вала до 125 мм, установочный зазор составляет 0,12-0,25 мм, а предельно допустимый — 0,18-0,35 мм. Подшипники качения (шариковые, роликовые) устанавливают в турбинах вспомогательных механизмов и ремонту они не подлежат.
Статическая балансировка дисков и роторов
. Одной из причин, вызывающих вибрацию у турбины, является неуравновешенность вращающихся ротора и дисков. У вращающихся деталей может быть одна или несколько неуравновешенных масс. В зависимости от их расположения возможна статическая или динамическая неуравновешенность масс. Статическую неуравновешенность можно определить статически, без вращения детали. Статической балансировкой называют совмещение центра тяжести с её геометрической осью вращения. Это достигается снятием металла с тяжёлой части детали или добавлением его на её лёгкую часть. Перед балансировкой проверяют радиальное биение ротора, которое должно быть не более 0,02 мм. Статическую балансировку деталей, работающих при частоте вращения до 1000 мин-1, производят в один этап, а при большей частоте вращения — в два этапа.
На первом этапе деталь уравновешивают до безразличного её состояния, при котором она останавливается в любом положении. Это достигается путём определения положения тяжёлой точки, а затем с противоположной стороны подбирают и крепят уравновешивающий груз.
После уравновешивания детали на её лёгкой стороне взамен временного груза закрепляют постоянный груз, или с тяжёлой стороны снимают соответствующее количество металла и на этом балансировку завершают.
Второй этап балансировки заключается в устранении остаточной неуравновешенности (дисбаланса), оставшейся за счёт инерции детали и наличия трения между ними и опорами. Для этого поверхность торца детали делят на шесть-восемь равных частей. Затем, деталь с временным грузом устанавливают так, чтобы он оказался в горизонтальной плоскости (точка 1). В этой точке массу временного груза увеличивают до тех пор, пока деталь не выйдет из состояния равновесия и не начнёт вращаться. После этой операции груз снимают и взвешивают на весах. В такой же последовательности выполняют работу и для остальных точек детали. По полученным данным строят кривую, которая при точном выполнении балансировки должна иметь форму синусоиды. На этой кривой находят точки максимума и минимума. Точке максимума кривой соответствует лёгкое место детали, а точке минимума — тяжёлое место. Точность статической балансировки оценивается по неравенству:
где К
— масса уравновешивающего груза, г;
R
— радиус установки временного груза, мм;
G
— масса ротора, кг;
Lст
— предельно допустимое смещение центра тяжести детали от её оси вращения, мкм. Предельно допустимое смещение центра тяжести детали находят по диаграмме предельно допустимых смещений центра тяжести при статической балансировке, по паспортным данным турбины или по формуле:
где n — частота вращения ротора, с-1.
Динамическая балансировка. При динамической балансировке все массы ротора приводятся к двум массам, лежащим в одной диаметральной плоскости, но по разные стороны от оси вращения. Динамическую неуравновешенность можно определить только по центробежным силам, возникающим при вращении детали с достаточной скоростью. Качество динамической балансировки оценивается величиной амплитуды колебаний ротора при критической частоте его вращения. Балансировка производится на специальном стенде в заводских условиях. Стенд имеет опоры маятникового или качающегося типа (типы стендов 9В725, 9А736, МС901, ДБ 10 и др.). Ротор турбины укладывают на два пружинистых подшипника, установленные на опорах станины, и соединяют с электродвигателем. Вращая электрическим двигателем ротор турбины определяют его критическую частоту вращения, измеряя при этом поочерёдно максимальные амплитуды колебаний шеек ротора с каждой стороны. Затем, каждую сторону ротора размечают по окружности на 6-8 равных частей и рассчитывают массу пробного груза для каждой стороны. Балансировку начинают со стороны подшипника, имеющую большую амплитуду колебаний. Второй подшипник закрепляют. Пробный груз крепят в точке 1 и измеряют максимальную амплитуду колебаний шейки ротора при критической частоте его вращения. Потом груз снимают, крепят его в точке 2 и операцию повторяют. По полученным данным строят график, по которому определяют максимальную и минимальную амплитуды и среднее значение амплитуды, а по её величине — массу уравновешивающего груза. Подшипник с большей амплитудой колебаний закрепляют, а второй — освобождают от крепления. Повторяется операция балансировки второй стороны в той же последовательности. Оценка результатов балансировки производится по неравенству:
где aocт — амплитуда колебаний концов ротора, мм;
R — радиус крепления балансирующего груза, мм;
G — часть массы ротора, приходящаяся на данную опору, кг;
Lcт — допустимое смещение центра тяжести от оси вращения ротора при динамической балансировке, мкм.
Сборка турбины включает центровку ротора и диафрагм.
Центровка ротора. До центровки ротора подгоняют подшипники скольжения по постелям и шейкам ротора. Потом производят центровку ротора относительно оси расточки под обоймы концевых уплотнений турбины. Во время центровки ротора и диафрагм используют фальшвал (технологический вал), который укладывают на подшипники. Затем измеряют зазоры между шейкой вала и цилиндрической поверхностью под уплотнения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Допустимое смещение оси ротора относительно оси расточек под уплотнения допускается до 0,05 мм. Равенство зазоров указывает на хорошую центровку, а если нет, то производится центровка оси ротора.
Закрытие турбины. Перед укладкой ротора его шейки и подшипники смазывают чистым маслом. Затем ротор укладывают на подшипники и опускают крышку. После обжатия крышки проверяется лёгкость вращения ротора. Для уплотнения плоскостей разъёма турбины, работающей при давлении выше 3,5 МПа и температуре до 420 С, используется паста «Герметик», или другие мастики. При этом резьбу гаек, шпилек и простых болтов покрывают тонким слоем графита, а призонные болты смазывают ртутной мазью.
Испытания турбин после ремонта. Отремонтированные турбомеханизмы должны испытывать сначала на стенде СРЗ, затем проводить швартовные и ходовые испытания. При отсутствии стендов на СРЗ, турбомеханизмы подвергают только швартовным и ходовым испытаниям. Швартовные испытания состоят из обкатки, регулировки и проверки турбомеханизмов по программе стендовых испытаний.
Всю подготовку к пробному пуску турбинной установки (проверку действия клапанов, прогревание турбины и паропроводов, смазочной системы и т.д.) производят в полном соответствии с «Правилами обслуживания судовых паровых турбин и ухода за ними». Кроме этого производят прокачку смазочной системы и подшипников горячим маслом при температуре 40-50 С с помощью смазочного насоса. Для очистки смазочной системы от загрязнений перед подшипниками устанавливают временные фильтры из медной сетки и марли и т.п. Их периодически вскрывают, промывают и вновь ставят на место. Прокачивают масло до тех пор, пока на фильтрах не будут осадка загрязнений. После прокачки масло из расходной цистерны сливают, цистерну очищают и заполняют свежим маслом.
Перед пуском турбину проворачивают валоповоротным устройством, при этом внимательно прослушивают стетоскопом места расположения подшипников турбины и редуктора, район проточной части, уплотнений и зубчатых зацеплений. При отсутствии каких-либо замечаний производят проворачивание ротора турбины паром, доводя его вращение до частоты 30-50 мин -1, и сразу же перекрывают пар. Вторичный пуск турбины осуществляют в том случае, если не обнаружено никаких неисправностей при проворачивании.
При всяком постороннем звуке в турбине её немедленно останавливают, производят осмотр, выявляют причины неисправностей и принимают меры к их устранению.
Работа турбомеханизма на холостом ходу проверяется с постепенным увеличением частоты вращения ротора турбины до номинального значения и одновременно — действие регулятора частоты вращения, быстрозапорного клапана, ваккум-конденсатора и др.
При ходовых испытаниях определяют технические и экономические показатели турбомеханизма на всех режимах работы.
