Уплотнения генератора с водородным охлаждением

Модернизация схемы уплотнения вала генератора с водородным охлаждением

М.А. Петров, теплотехник, г. Новокузнецк

Данная разработка будет интересна предприятиям, на которых установлены электрические генераторы типа ТВФ-63-2Е с водородным охлаждением. При работе этих электрических генераторов выделяется значительное количество тепловой энергии в обмотках статора и ротора (медь генератора) при прохождении по ним электрического тока и в сердечниках статора и ротора (железо генератора), которое забирается циркулирующим внутри генератора теплоносителем (водородом) и отдаётся охлаждающей воде в газоохладителях. Выбор водорода в качестве теплоносителя обусловлен двумя основными причинами. Во-первых, плотность водорода меньше плотности воздуха в 10 раз, поэтому его циркуляцию внутри генератора легче осуществлять вентиляторами, установленными на торцах ротора. Во-вторых, теплоёмкость водорода в 14 раз выше, чем у воздуха, соответственно, водород эффективнее забирает и отдаёт тепло. При этом, с увеличением давления в корпусе генератора эффективность применения водорода увеличивается. Но водород – горючий газ, а при содержании его в воздухе от 4 до 75 % он взрывоопасен. Для предотвращения утечки водорода в месте выхода вала ротора из корпуса генератора устанавливаются специальные масляные уплотнения вала, размещённые между торцевыми щитами и опорными подшипниками генератора.

Принцип действия уплотнения заключается в запирании водорода непрерывным встречным потоком масла, подаваемым в узкий зазор между валом ротора и вкладышем уплотнения под давлением, превышающим давление водорода. Перепад давлений масло-водород поддерживается согласно паспортным данным.

К работе уплотнений вала генератора предъявляются ряд технических требований:

— отсутствие пропуска водорода через уплотнения;

— обеспечение заданной чистоты водорода при заданном его расходе;

— сохранность деталей уплотнений вала и собственно вала при нарушениях маслоснабжения и возврат к нормальному режиму после восстановления маслоснабжения;

— обеспечение допустимой температуры баббита вкладышей;

— обеспечение срока службы (ресурса вкладыша) не менее периода между ремонтами;

— предотвращение попадания масла в корпус генератора.

На генераторах ТВФ-63-2Е уплотнение вала генератора имеет кольцевое исполнение. Уплотнение кольцевого типа (рис. 1) представляет собой кольцевой вкладыш, охватывающий вал с малым зазором. Вкладыш размещен внутри корпуса уплотнения, закреплённого на торцевом щите генератора. Вкладыш имеет свободу незначительного радиального перемещения внутри камеры уплотняющего масла, образованной корпусом уплотнения и крышкой. Уплотнение камеры уплотняющего масла осуществляется посредством резиновых шнуров. От проворачивания вкладыш удерживается специальной шпонкой. Уплотняющее масло под давлением, превышающим давление водорода, поступает в камеру уплотняющего масла, а затем через радиальные отверстия в кольцевой зазор между баббитовой поверхностью вкладыша и валом ротора. Разделившись на два аксиальных (вдоль оси ротора) потока в сторону водорода и воздуха, уплотняющее масло предотвращает утечку водорода из корпуса генератора и отводит теплоту от поверхности вкладыша и ротора, образующуюся при их совместном трении. На рабочей поверхности вкладыша сделана специальная клиновая разделка, которая обеспечивает при номинальных оборотах ротора хорошую центровку и концентричность расположения вкладыша относительно вала за счёт образования большого количества масляных клиньев по всей окружности вкладыша. При пониженной частоте вращения ротора эффект масляных клиньев уменьшается, а при работе ВПУ исчезает вообще. При этом под действием собственного веса вкладыш может несколько опуститься, но при этом всегда сохраняется кольцевой зазор по всей окружности вкладыша и жидкостное трение. Поэтому режим с пониженной частотой вращения для кольцевых уплотнений не опасен.

При нарушении маслоснабжения кольцевое уплотнение, как правило, не повреждается. Это объясняется тем, что вкладыш, оседающий на вал при нарушении масляного клина, соприкасается с валом своей верхней зоной на незначительной площадке, и баббит не так быстро нагревается. Если вкладыш будет туго сидеть в корпусе за счёт резиновых шнуров, то оседания может и не быть. При исчезновении масляного слоя произойдёт выход водорода в картеры подшипников (сторона воздуха). Нормализация маслоснабжения восстанавливает работоспособность кольцевого уплотнения.

Износ баббита из-за загрязнения масла и вибрации вала приводит к увеличению зазора между баббитом и валом, увеличению расхода масла в сторону водорода и воздуха и – к заметному понижению температуры баббита.

Увеличение расхода масла в сторону водорода сопряжено с:

– загрязнением водорода другими газами, выделяющимися из масла;

– выносом водорода из генератора при растворении его в масле;

– опасностью попадания масла в генератор.

Увеличение же расхода масла в сторону воздуха может явиться причиной пропуска водорода через уплотнения.

К преимуществам кольцевых уплотнений следует отнести:

— нечувствительность к осевым перемещениям вала;

— живучесть при нарушении маслоснабжения.

— больший по сравнению с торцевыми уплотнениями расход масла на уплотнения (до 40%), особенно в сторону водорода;

— недостаточную компенсацию давления водорода на боковую поверхность вкладыша, что вызывает значительные силы трения между вкладышем и корпусом и приводит к износу рабочей поверхности вкладыша.

Рис. 1 Конструкция уплотнения вала кольцевого типа: 1 – вал ротора; 2 – вкладыш; 3 – корпус уплотнения; 4 – крышка; 5 – резиновый шнур; 6 – уплотняющий поясок; 7 – кольцевая канавка; 8 –осевая канавка; 9 – клиновая площадка; 10 – плоская площадка; Рупл. – камера уплотняющего масла; Н₂ – сторона водорода.

При проработке модернизированной схеме были учтены характеристики производительности главного масляного насоса (ГМН) (Q = 280 м 3 /ч), расход масла на уплотнение (7,2 м 3 /ч) и смазку подшипников

У существующей схемы уплотнения вала генератора (УВГ) подача масла выполнена таким образом: масло с главного маслобака (ГМБ) подводится на всас маслонасоса УВГ, далее происходит подача насосом УВГ на регулятор перепада давления (РПД) после на демпферный бак. После демпферного бака масло поступает непосредственно на уплотнение (рис. 2).

Рисунок 2. Принципиальная схема уплотнения вала генератора.

Подача масла в модернизированной схеме УВГ будет осуществляться с существующей нитки маслопровода на регулирование от ГМН на вновь смонтированный инжектор смазки, при этом от маслопровода на регулирование необходимо смонтировать новый маслопровод с врезкой в существующий напорный маслопровод маслонасоса УВГ после ЗА и смонтировать инжектор смазки. Далее схема работает по существующим маслопроводам. Инжектор смазки в данной схеме выполняет функцию дроссельной шайбы, выдерживает заданный расход на подачу масла на РПД. Насос УВГ остаётся в качестве резервного и вступает в работу от понижения давления в маслопроводе на уплотнения, всё необходимое для этого сделают специалисты КИП цеха (рис. 3).

При модернизации данной схемы достигается: экономия электроэнергии, снижение загруженности рабочего оборудования и, следовательно, затраты на ремонт. Внедрение такой схемы на объектах ТЭК особенно актуально в настоящее время в рамках реализации мероприятий энергосбережения.

Рисунок 3. Модернизированная схема уплотнения вала генератора.

Источник

СИСТЕМА УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА ГЕНЕРАТОРА

4.1. Для предотвращения выхода водорода из корпуса генератора на торцевых щитах генератора установлены масляные уплотнения вала кольцевого типа. В уплотнениях этого типа вкладыш с баббитовой заливкой по внутренней поверхности свободно висит на валу ротора. Вкладыш размещается в камере, образованной составным корпусом уплотнения, закрепленном на наружном щите. Камера уплотнена с помощью резиновых шнуров, заложенных в кольцевых канавках, выполненных на торцевых поверхностях вкладыша. Уплотняющее масло под давлением, превышающим давление водорода в турбогенераторе, подается в камеру и через радиальные отверстия во вкладыше поступает в кольцевую канавку в расточке вкладыша, из которой растекается в обе стороны вдоль оси вала по кольцевому зазору между вкладышем и валом. Масло, проходящее в сторону водорода, препятствует выходу водорода из корпуса генератора. Масло, проходящее в сторону воздуха, сливается в картер опорного подшипника. Для обеспечения гидродинамической центровки вкладыша относительно вала по внутренней поверхности баббитовой заливки выполнены равномерно расположенные по окружности канавки. Для защиты внутренней полости статора от попадания масла предусмотрены маслоуловители и маслоотражатели. Контроль температуры вкладышей ведется термометрами сопротивления.

4.2. Регулятор перепада давления в системе масляного уплотнения вала обеспечивает необходимый перепад между уплотняющим маслом и водородом в корпусе турбогенератора.

4.3. При номинальном 0,4 – 0,8 кгс/см² превышении давления уплотняющего масла относительно водорода его в сторону водорода должен быть не более 5 л/мин на оба уплотнения (ротор на ВПУ). Замеряется расход масла путем закрытия сливных трубопроводов из гидрозатвора и измерением количества масла, поступающего в гидрозатвор за определенный (5-10 минут) промежуток времени. Увеличенный расход масла в сторону водорода (более 5 л/мин) является показателем либо увеличенного зазора между валом и вкладышем, либо нарушением плотности камеры вкладыша, либо чрезмерно высоким перепадом давлений «масло-водород». Конкретная величина перепада выбирается, исходя из следующих условий:

— уплотнения должны работать устойчиво с минимальными расходами масла в сторону водорода;

— температура баббита вкладышей должна быть 70-80 °С при температуре входящего масла не более 45 °С;

— уплотнения не должны пропускать водород в картер опорных подшипников.

4.4. На сливном маслопроводе из уплотнения со стороны возбудителя перед входом в поплавковый гидрозатвор имеется:

U-образная петля высотой 500 мм, которая предотвращает циркуляцию газа через поплавковый гидрозатвор, вызываемую тем, что разряжение, создаваемое вентиляторами на обоих сторонах ротора генератора практически не может быть одинаковым.

4.5. Поплавковый гидрозатвор обеспечивает слив масла, препятствуя при этом выходу водорода из корпуса генератора через сливные маслопроводы. Гидравлический затвор (ЗГ) выполнен в виде бака с поплавковым регулятором уровня, обеспечивающим поддержание заданного уровня масла в баке. В баке имеется вентиль для продувки газового объема и отбора проб газа.

4.6. Вентиляция газового объема главного маслобака турбины, сливного масляного коллектора и сливных маслопроводов опорных подшипников осуществляется двумя центробежными вентиляторами.

4.7. Подача масла на уплотнения вала генератора производится тремя насосами. В работе постоянно находится один маслонасос переменного тока. Второй маслонасос находится в резерве. Третий маслонасос постоянного тока включается в аварийных ситуациях от электроконтактных манометров (ЭКМ). При уменьшении давления по первому ЭКМ на 1,5 кгс/см² от номинального давления (8-9 кгс/см²) включается резервный маслонасос с двигателем переменного тока. При уменьшении давления по второму ЭКМ на 2,5 кгс/см² от номинального давления включается аварийный маслонасос с двигателем постоянного тока.

4.8. Кроме вышеуказанных источников масла в системе маслоснабжения предусматривается установка демпферного бака (БД).

При всех переключениях насосов и неполадках в системе маслоснабжения, связанных с прекращением подачи масла на уплотнения от насосов, демпферный бак обеспечивает снабжение уплотнений маслом.

Для контроля за уровнем масла в демпферном баке предусмотрены сигнализаторы УЖ1, УЖ2. Первая установка, фиксирующая уровень, является предупредительной, вторая – аварийной. Оба сигнала поступают на щит турбин. При срабатывании двух сигнализаторов уровня масла в баке или отключениях трех маслонасосов уплотнения вала, технологическая защита обеспечивает автоматическое отключение и останов турбоагрегата со срывом вакуума. Емкость демпферного бака при этом обеспечивает уплотнения вала маслом при безнасосном останове агрегата со срывом вакуума. Демпферный бак подключен последовательно к напорному маслопроводу, что обеспечивается постоянная прокачка масла, поступающего на уплотнения через бак, расположенный на высоте, соответствующий минимально допустимому перепаду давлений между маслом и водородом. Уровень масла при нормальной работе находится в трубе над баком. На этой трубе установлен специальный клапан, который предотвращает возможность образования сифона при переливе масла из демпферного бака в гидрозатвор в случае превышения перепада давления «масло-водород» выше допустимого предела.

4.9. В системе уплотнений вала генератора предусмотрен маслоохладитель, рассчитанный на максимальное давление охлаждающей воды 10 кгс/см².

4.10. Технические характеристики насосов маслоснабжения турбины.

4.11. Технические данные оборудования системы:

4.11.1. Маслоохладитель смазки:

4.11.2. Регулятор давления масла РПД.

4.11.3. Фильтр масляный системы уплотнений вала генератора.

4.11.4. Маслоохладитель системы уплотнений вала генератора.

4.11.5. Вентилятор (эксгаустер).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Источник