Необходимость защиты турбины
Нормальная работа турбины обеспечивается системой регулирования при условии удовлетворительного состояния всех ее элементов.
При в , и в самой турбине могут возникнуть серьезные неисправности, требующие прекращения подачи пара в турбину и отключения генератора от сети. Кроме того, турбина работает в комплексе со сложными агрегатами, как , реактор, регенеративные подогреватели, а через турбогенератор с электрической сетью, в работе которых также могут произойти нарушения, представляющие угрозу для турбины.
Поэтому оснащается системой защиты автоматически предохраняющей ее от повреждений.
Подача пара в турбину должна быть немедленно прекращена при:
— увеличении числа оборотов (частоты вращения) сверх допустимой;
— недопустимом осевом сдвиге ротора;
— недопустимом увеличении давления в конденсаторе;
— аварийном снижении давления масла в системах смазки и регулирования;
— гидравлических ударах в главном паропроводе, постороннем шуме и стуке внутри турбины или генератора;
— при свищах или разрывах паропровода или питательного трубопровода и ряде других замечаний в работе оборудования электростанций, определенных заводскими и местными инструкциями.
Автоматическая защита и предусмотрена для предупреждения тяжелых последствий.
В случае несрабатывания соответствующей защиты турбина должна быть остановлена с помощью автомата безопасности воздействием на него вручную у самой турбины или дистанционно с группового щита управления.
После останова турбины защитой, повторный пуск возможен только после выяснения причины срабатывания, устранения выявленных нарушений и уверенности в безопасности пуска.
Исполнительные органы защиты
Исполнительными органами защиты являются стопорные, регулирующие и обратные клапаны.
Стопорные клапаны, задачей которых является быстрое и надежное прекращение подачи пара в турбину, располагаются перед регулирующими клапанами.
Обратные клапаны располагаются на паропроводах регулируемых и нерегулируемых (регенеративных) отборов и предотвращают попадание пара в турбину при вскипании конденсата греющего пара подогревателей при резком закрытии стопорных клапанов из-за быстрого падения давления внутри турбины.
Конструкция стопорных клапанов принципиально не отличается от конструкции регулирующих клапанов.
Защита турбины от разгона
Недопустимое повышение числа оборотов (частоты вращения) ротора может произойти по двум причинам:
— при нарушении связей (муфт) между отдельными валами турбоагрегата, что маловероятно и исключается правильным выбором размеров и сборки муфт;
— при отключении электрического генератора от сети, что в практике эксплуатации бывает часто.
Система защиты турбины от разгона состоит из датчика, промежуточных звеньев и исполнительных органов.
Датчиком системы является автомат безопасности.
Автомат безопасности ЛМЗ крепится к валу турбины и расположен в корпусе переднего подшипника. Основными деталями являются два (для надежности) одинаковых бойка 2. Центры тяжести 5 бойков смещены относительно оси вращения так, что центробежные силы стремятся выдвинуть бойки из сверлений, чему препятствуют сжатые пружины 4. Гайкой 1 пружины автомата затягивают так, чтобы центробежная сила бойка преодолела усилие пружины при частоте вращения на 10-12 % больше номинальной (3300-3360 об/мин).
Защита от осевого сдвига ротора
При чрезмерном осевом сдвиге ротора возникают задевания вращающихся деталей о неподвижные, приводящие к разогреву и тепловым деформациям соприкасающихся деталей, что вызывает разбалансировку ротора, усиленную вибрацию турбины и прогрессирующее развитие задеваний вплоть до полного ее разрушения.
В качестве импульса для срабатывания системы защиты по осевому сдвигу служит значительное перемещение гребня упорного подшипника, например, при расплавлении баббитовой заливки колодок. Обычно применяют датчики гидравлического или электрического типа, совместно со стабилизаторами напряжения, например как стабилизаторы напряжения Энергия Voltron.
Гидравлический датчик использует в своих турбинах Калужский турбинный завод (КТЗ). Принцип его работы такой же, как и у регулятора частоты вращения ЛМЗ, с той лишь разницей, что роль перемещающейся отбойной пластины регулятора скорости играет упорный диск. Импульс от падения давления перед гидравлическим соплом в результате смещения гребня упорного диска используется для посадки стопорных, регулирующих и обратных клапанов.
В мощных турбинах чаще всего применяют электромагнитный датчик, посылающий при опасном смещении ротора импульс на электромагнитный выключатель 13; он перемещает золотник 14, который обеспечивает срабатывание золотников регулятора безопасности 17 и всей системы защиты.
Защита от повышения давления в конденсаторе
Эта защита является третьей по важности для турбины. Внезапное падение вакуума в конденсаторе турбины, как правило, происходит вследствие прекращения или резкого уменьшения подачи охлаждающей воды. Ухудшение вакуума приводит к повышению температуры в выходном патрубке, его короблению и нарушению работы вкладышей подшипников, что вызывает повышенную вибрацию турбины, к повышению напряжений в лопатках и их поломкам.
Защита при повышении давления в конденсаторе выполняется двухступенчатой. Специальное вакуум-реле при повышении давления в конденсаторе примерно до 70 кПа подает импульс на электромагнитный выключатель, вызывающий срабатывание системы защиты. Второй ступенью защиты по вакууму являются предохранительные тонкие паронитовые мембраны, устанавливаемые обычно на выходных патрубках. При нормальной работе турбины прочность и плотность мембран достаточны, чтобы предупредить подсосы воздуха в конденсатор, а при повышении давления в выходном патрубке выше атмосферного происходит разрыв мембраны с выпуском пара в машинный зал.