Соколов В.С. Газотурбинные установки - файл n1.doc

приобрести
Соколов В.С. Газотурбинные установки
скачать (2766.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2767kb.14.09.2012 18:59скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6
Глава восьмая

Системы топливо- и маслоснабжения автоматического регулирования и защиты газотурбинных установок

§ 36. Система топливоснабжения ГТУ, работающей на жидком топливе

Система топливоснабжения должна обеспечивать прием и хра­нение топлива, очистку его от механических примесей, вредных химических соединений, воды и подачу очищенного топлива к Фор­сункам ГТУ. Схема подачи жидкого топлива в камеру сгорания ГТУ (рис. 127) состоит из приемной емкости / с подогревом, перекачи­вающих насосов 2, фильтров грубой очистки 3, баков для хране­ния топлива 4, насосов 5 первого подъема, подогревателей 6,

фильтров 7 и 8 средней и тонкой очистки и насосов 9 второго подъема.

При работе на легких топливах не используется часть схемы, выделенная пунктиром. Так как для пуска ГТУ, работающих на тяжелых топливах, применяют, дизельное топливо , то для его подачи используют часть схемы, выделенную пунктиром.

Жидкое топливо, поступающее на электростанцию в железнодо­рожных цистернах, сливается из них в приемную емкость /, отку­да перекачивается насосом 2. че­рез фильтр грубой очистки 5 в бак 4 для хранения. Если топли­во вязкое, при разгрузке оно по­догревается в цистернах предва­рительно подогретым топливом или паром.

В баках 4 топливо отстаива­ется не менее суток. Электростан­ция обычно оснащается несколь­кими баками, так как работать на не отстоявшемся топливе нель­зя. При отстаивании топлива в осадок выпадают механические примеси и вода. Чтобы ускорить этот процесс, топливо подогрева­ют до 315—330° С,

■/'



Рис. 127. Схема подачи жидкого топ­лива в камеру сгорания ГТУ:

/ — приемная емкость, 2, 5, 9, 11, 18, 19 — насосы, 3, 7, 8 — фильтры грубой, средней в тонкой очистки, 4 — баки для хранения топлива, 6 — подогреватели, 10 — форсун­ки, 12 — очиститель, 13 — магистраль промывочной воды, 14 — магистраль подвода эмульгатора, присадок, 15 — смеситель, 16 — устройство ввода присадок, П — ма­гистраль подвода присадок, 20 — расход­ный бак

110

Из верхней части баков топливо забираётся насосом 5 первого подъема, очищается в фильтрах 7 и 8 средней и тонкой очистки, а затем насосом 9 второго подъема подается к форсункам 10 ка­мер сгорания.

Такой путь проходит легкое и пусковое топливо. Для облегче­ния эксплуатации системы топливоснабжения в схему часто после­довательно после подогревателя 6 включают расходный бак 20 со своим насосом 19.

При работе ГТУ на тяжелом топливе возникает необходимость его дополнительной обработки. Если в топливе имеется от 1 до 5 мг/кг натрия и от 0,5 до 5 мг/кг ванадия, в него вводят специ­альные присадки, содержащие Сг, Si, Mg, предотвращающие вы­сокотемпературную коррозию, улучшающие горение и уменьшаю­щие количество образующейся сажи. Присадки вводят в специаль­ном устройстве 16, после чего топливо поступает в фильтры 7 и 8 средней и тонкой очистки, а затем — к форсункам.

Если содержание натрия в топливе велико, его промывают по­догретой водой в смесителе 15. Перемешиваясь с топливом, вода вымывает из него соли, а затем отделяется в сепараторах цент­робежного типа или в электродегидраторах, где ее капли в силь­ном электрическом поле укрупняются и выпадают в осадок под действием силы тяжести. Для отделения промывочной воды от остатков топлива служат специальные очистители 12. Остатки топлива направляются в бак 4. Основная масса топлива из сме­сителя/5 поступает в устройство 16 на введение присадок, а за­тем направляется через фильтры 7 и 8 средней и тонкой очистки к форсункам. /

Баки 4 представляют собой металлические емкости, вблизи дна которых, имеющего небольшой уклон, расположены паровые по­догреватели. Из нижней точки дна баков удаляют выпадающие осадки. Чтобы уменьшить испарение легких топлив, на их поверх­ности размещают плавающие крышки. Кроме того, на баках име­ются обычные крышки, на которых установлены устройства для отвода паров топлива (дъпсательные клапаны). Баки снабжены приспособлениями для отбора проб и измерения уровня топлива. Топливо забирается с поверхности с помощью поплавкового заборника. Забирать топливо ниже чем 0,5 м от дна бака из-за большого количества выпадающих осадков нельзя. Внутренние поверхности бака покрывают противокоррозионным покрытием, а наружные теплоизолируют.

у/В системах топливоподачи используются насосы центробежно­го типа. Насосом первого подъема поднимают давление до 2 МПа,-а второго подъема — до 8 МПа. Для грубой очистки топлива обычно используют металлические сетчатые; фильтры с ячейками размером от 100 до 150 мкм. В фильтрах средней очистки фильт­рующим элементом служит проволочная навивка, задерживающая частицы размером 70 мкм и более. Фильтры тонкой очистки в виде пакетов из нетканых материалов освобождают топливо от частиц размером 15 мкм и более.

Во избежание коррозии вся система топливоснабжения должна быть заполнена топливом, даже если ГТУ не работает.

§ 37. Система топливоснабжения ГТУ, работающей на газообразном топливе

Газ, поступающий на электростанцию из магистрального газо­провода, имеет давление от 2 до 5 МПа. Назначение системы по-; дачи газа то же, что и при подаче жидкого топлива, — очистить и подвести газ к горелкам. Схема подачи газа к горелкам камеры сгорания низкого (КСНД) и высокого (КСВД) давления показа­на на рис. 128.

Поступающий на станцию газ содержит механические примеси и влагу, которые отделяются в сепараторе 1. Затем газ через' фильтры 5 тонкой очистки идет непосредственно к горелкам КСНД,

Газ из магистрального газопровода предварительно сжимают в нагревателе 2 до необходи­мого давления и направля­ют в аккумулятор (ресивер) 4, где постоянно имеется за­пас сжатого газа примерно на 1,5 мин работы ГТУ. Пос­ле ресивера газ через фильтр 5 ' тонкой очистки направляется • к горелкам КСВД.

Так как в смеси с воз- у духом газ взрывоопасен и, кроме того, в нем могут со­держаться ядовитые приме­си, особое внимание уделя­ют герметичности системы топливоподачи. Чтобы избе- ' жать образования взрыво­опасной смеси в самих тру­бопроводах и элементах топ­ливной схемы при пуске и остановке ГТУ, предусмот­рена специальная система продувки. В определенных местах устанавливают так называемые продувочные

й



Воздух для - проВубми

КСНД

КСВД

Рис. 128. Схема подачи газа к горелкам камеры сгорания ГТУ:

ч 1 — сепаратор, 2 — нагнетатель, 3 — продувочные свечи, 4 — аккумулятор газа .(ресивер), 5 — фильтры, 6 — сливная .емкость. 7 — предохрани­тельный клапан .,

свечи 3, которые соединяют газопровод и элементы топливной схемы с атмосферой. При пуске ГТУ открывают свечи и воздух, находящийся в элементах системы топливоподачи, вытесняется через них газом в атмосферу. Только после продувки системы га-_ зом можно перекрыть свечи и подать газ к горелкам. При остановке ГТУ необходимо удалить газ из системы топливоснабжения.

Так же как при продувке, это выполняют через свечи воздухом от постороннего источника.

Вода, содержащаяся в газе, а также некоторые агрессивные соединения (H2S, SO2, SO3, CO, CO2 и др.) вызывают коррозию трубопроводов. При наличии этих соединений в газе трубопроводы изготавливают из нержавеющей стали. Чтобы избежать конден­сации влаги, газ подогревают до температуры на 10—20° С выше температуры конденсации водяных паров.

Кроме воды и твердых частиц в газе могут содержаться во взведенном состоянии жидкие горючие вещества, которые отделя­ют сепарацией.

§ 38. Автоматическое регулирование и защита ГТУ

' Режим выработки мощности газотурбинной установкой опреде­ляется прежде всего режимом работы потребителя. Так, если ГТУ служит приводом электрического генератора, который подключен к энергосистеме, частота вращения ротора совпадает с частотой электрического тока в сети. При установившемся режиме мощ­ность, вырабатываемая всеми турбинами энергосистемы, должна быть равна мощности всех потребителей, подключенных к ней. Изменение потребляемой мощности вызывает изменение частоты электрического тока в сети. При изменении частоты мощность всех турбин должна быть изменена таким образом, чтобы частота сети восстановилась до номинального значения.

Если ГТУ работает не на сеть, а на изолированного потреби­теля мощности, условия ее работы определяются особенностями этого потребителя. Так, ГТУ на газоперекачивающих станциях должны вырабатывать такую мощность, чтобы давление газа за нагнетателем поддерживалось на заданном уровне. \ , Кроме характеристик потребителя на режим работы ГТУ влия­ет изменение атмосферных условий —температуры, давления, влажности и запыленности воздуха. При изменении нагрузки не­обходимо следить за тем,, чтобы ГТУ не вышла из зоны допусти­мых режимов работы: температура газа перед турбиной не. долж­на быть выше предельной и ниже минимально допустимой; ком­прессор не должен попадать в помпаж; частота вращения ротора не должна быть меньше или больше допустимой и др.

Особенно быстро могут изменяться те или иные параметры при аварийных ситуациях.

\f Человек не в состоянии одновременно учитывать изменение всех параметров, характеризующих режим работы ГТУ, одновре­менно их регулировать и делать это достаточно быстро, чтобы обеспечить надежную работу. Эти функций выполняет система автоматического регулирования.

Прежде всего система регулирования изменяет расход топлива в камеру сгорания в зависимости от условий работу ГТУ. Им­пульс, служащий сигналом для изменения расхода топлива, вырабатывают датчики, измеряющие ту величину, которую нужно поддерживать постоянной и^щ_изменять по заданному закону (час­тота электрического тока сети, давление газа за нагнетателем, температура газа перед турбиной и др.),

Для управления ГТУ система автоматического регулирования |/ в простейшем случае (рис. 129) состоит из центробежного регу­лятора 2 с грузами,, вращающегося вместе с валом турбины. При увеличении частоты вращения грузы расходятся и перемещают муфту Л вверх, а при уменьшении они сходятся и муфта опуска­ется. С. муфтой связан рычаг АВ, закрепленный шарнирно в



масла

Выход 'топлива

вход

топлива

Рис. 129. Схема прямого регулирования:

/ — регулятор расхода топлива, 2 — цент­робежный регулятор



топлива

Рис. 130. Схема регулирования

с одним звеном усиления:

/ — регулятор расхода топлива, 2 зв-

лотник, 3 — центробежный регулятор,

4 сервомотор

точке С. Когда муфта А перемещается вместе с рычагом вверх, конец рычага В опускается и перемещает вниз клапан D, закры­вающий доступ топлива в камеру сгорания. Следовательно, с уве­личением частоты вращения количество топлива, поступающего в камеру сгорания, уменьшается. При этом уменьшаются крутя­щий момент и частота вращения ротора турбины.

Система регулирования настраивается так, чтобы при номи­нальной частоте вращения муфта А и клапан D находились во вполне определенном положении. Система регулирования, в ко­торой регулятор скорости воздействует непосредственно на кла­пан, называется системой прямого регулирования.

Мощность турбины зависит от количества топлива, сгорающего в камере сгорания. Расход топлива определяется положением кла­панов, которое жестко связано с положением муфты регулятора скорости. Так как положение муфты зависит от частоты вращения ротора, существует связь между его частотой вращения и мощ­ностью турбины. Кривая, изображающая такую зависимость, на­зывается статической характеристикой регулирования.

Наибольшее изменение частоты вращения от щ до п2, при ко­тором мощность изменяется от нуля до полной, ограничено. Это изменение характеризуется степенью неравномерности, или не­равномерностью регулирования: 6= (п2 tii)/n0 (где щ — номи­нальная частота вращения ротора турбины). Неравномерность -обычно равна 4,5—5,5%.

^ Схемы прямого регулирования не получили' распространения в мощных турбинах, так как. усилия, которые может развивать ре­гулятор скорости, недостаточны, чтобы переместить клапаны. Для перемещения клапанов используются устройства, которые питают­ся энергией от постороннего источника (например, гидравличе­ские сервомоторы).

В простейшей системе автоматического регулирования скорости с цепью усиления (рис. 130) муфта регулятора скорости А соеди­нена с золотником 2, который управляет подводом масла высокого давления в верхнюю или нижнюю полость сервомотора 4. Масло под давлением перемещает поршень сервомотора вниз, если оно подано в верхнюю полость, или вверх, если оно подано в нижнюю. Для перемещения золотника, направляющего масло в сервомотор, достаточно небольшого усилия от центробежного регулятора. Пор­шень сервомотора развивает большое усилие, необходимое для перемещения клапанов.

Рычаг, связывающий муфту Л центробежного регулятора с зо­лотником, соединен шарниром В со штоком сервомотора. При увеличении частоты вращения ротора муфта центробежного регу­лятора 3 поднимает конец рычага А вверх. В это время конец рычаг д В неподвижен и шарнир С, с которым увязан поршень золотника, движется вверх. Масло, поступающее от насоса в среднюю полость золотника, через его верхние окна попадает в полость над поршнем сервомотора. Масло из-под поршня сервомотора через нижнее окно золотника сливается в сливную линию. Поршень сервомотора начинает перемещаться вниз, закрывая клапан. Од­новременно шток сервомотора увлекает поршень золотника вниз, так как конец рычага В вместе со штоком сервомотора опуска­ется и поршень золотника возвращается в среднее положение. Это происходит, до тех пор, пока не прекращается поступление масла в полость сервомотора. При снижении частоты вращения сервомо­тор открывает клапан.

— Соединение золотника со штоком сервомотора, который возвра­щает золотник к среднему положению, называется обратной связью, а процесс возвращения золотника к среднему положе­нию— выключением золотника. Введение обратной связи в систе­му автоматического регулирования увеличивает ее устойчивость.

-В системах регулирования турбин большой мощности объемы сервомоторов, а следовательно, и расход масла достаточно вели­ки. Это требует увеличения площади сечения поршня золотника, что влечет за собой рост усилий на нем. В этих случаях применя­ют схемы с последовательным двукратным усилием (рис. 131). Центробежный регулятор 5 управляет легким золотником 4 не­большого сервомотора 3 первого звена усиления, а поршень этого сервомотора перемещает большой золотник 2 главного сервомо-

Рис. 131. Схема регулирова-" ния с двумя звеньями уси-. ления:

1,3 — сервомоторы, 2, 4— зо­лотники, 5 — центробежный ре­гулятор
марли

\

Привад штока таяли внога клапаяд

тора 1. Каждый золотник возвращается в среднее положение што­ком поршня своего сервомотора.

В системах регулирования предусматривается специальное устройство— синхронизатор, который позволяет произвольно из­менять частоту вращения ротора турбины. Существуют различные виды синхронизаторов. Так, в схеме с синхронизатором, выпол­ненным с дополнительной пружиной (рис. 132, а), усилие, разви­ваемое вращающимися груза­ми центробежного регулятора 6, уравновешивается сжатием пружины 7 и натяжением пру­жины 4.. Вращением маховичка 3 перемещается винт, к кото­рому крепится пружина 4, из­меняющая натяжение.

При перемещении винта вверх натяг пружины 4 умень­шается, муфта центробежного регулятора . перемещается вверх и так же вверх идет зо­лотник сервомотора. Все эти элементы связаны рычагом, ко­торый поворачивается относи­тельно шарнира, расположен­ного на- штоке сервомотора. Золотник подает масло в верх­нюю полость сервомотора и заставляет его поршень дви­гаться вниз, перекрывая по­ступление топлива. Частота вращения ротора уменьшается, муфта регулятора скорости пере­мещается вниз и возвращает золотник в нейтральное положение. При этом система занимает положение равновесия уже при новой, меньшей частоте вращения.

При вращении маховичка 3 синхронизатора в другую сторону пружина 4 пойдет вниз, потянет за собой вниз муфту регулятора скорости и золотник сервомотора. Масло попадет в нижнюю по­лость под поршнем, и сервомотор пойдет вверх, увеличивая расход топлива. Частота вращения возрастет, и система регулирования вернется в положение равновесия при новой, но увеличенной час­тоте вращения.

В схеме регулирования с синхронизатором, воздействующим на передаточный механизм (рис. 132, б), с помощью маховичка мож­но перемещать конец Е рычага DE. При этом муфта центробеж­ного регулятора и поршень сервомотора" вначале остаются непод­вижными, а смещается лишь золотник сервомотора. Система ра­ботает так же, как и в предыдущем случае: при движении точки Е вверх частота вращения увеличивается, при движении вниз — уменьшается.

Современные системы автоматического регулирования позво­ляют автоматически поддерживать практически любую частоту вращения на холостом ходу. Каждой из них. соответствует свое положение синхронизатора. Центробежные регуляторы, которые способны управлять системой регулирования в широком диапазоне изменения частоты вращения, называют всережимными.

Выше рассмотрена работа системы регулирования в том слу­чае, когда электрический генератор не подключен к сети. Обычно турбина работает на общую электрическую сеть и ее мощность мала по Сравнению, с мощностью сети, т. е. по сравнению с общей мощностью всех других турбин, работающих одновременно. В этом



а)

Прибод штока /пшиш/ного клапана

Прибод штока

топлибного

клапана

Рис. 132. Схема регулирования с синхронизатором: з — с дополнительной пружиной, б — с воздействием на передаточный механизм; / — сервомотор, 2— золотннк, 3 — маховичок, 4 — пружина, 5 — синхронизатор, 6 — центробежный регулятор, 7 — пружина центро­бежного регулятора

случае изменение нагрузки одной турбины практически, не сказы­вается на частоте тока в сети. При изменении потребления энергии (например, в вечернее время) изменяется частота вращения рото­ров всех турбин. Системы регулирования реагируют на это изме­нение и изменяют мощность турбин, восстанавливая частоту тока в сети. Мощности турбин изменяются по-разному в зависимости от крутизны статической характеристики регулирования.

Допустим, что- на сеть работают только две турбины, статиче­ские характеристики систем регулирования которых показаны на рис. 133, а, б. При изменении частоты вращения мощность первой турбины изменяется на ATVi, а второй турбины, статическая харак­теристика регулирования которой более крутая, на меньшую ве­личину AN2. При параллельной работе двух турбин на общую сеть колебания нагрузки сильнее сказываются на тех турбинах, кото­рые имеют более пологие характеристики. Если в энергосистеме одновременно -работают турбины разной экономичности, то более экономичные должны иметь более крутые статические характери­стики регулирования (рис. 133, а). В этом случае они будут рабо-

+■-.,

'In



a)

6N, 6)

Рис. 133. Крутая (а) и по­логая (б) характеристики двух параллельно работаю­щих турбин

тать с устойчивой нагрузкой и слабо реагировать на ее изменение. Пиковую нагрузку на себя возьмут менее экономичные турбины (рис. 133, б).

Если параметром, который необходимо поддерживать постоян­ным или изменять по заданному закону, является не частота вра­щения, а другая величина, то в схеме регулирования вместо регу­лятора скорости устанавливают измеритель этой величины (напри­мер, датчик температуры,' давления, расхода топлива и др.).

-Принципиально схема остается той же: сигнал от датчика об изменении пара­метра поступает через цепь усиления на исполнительный механизм, который воздействует на работу ГТУ так, что­бы измеряемый параметр достиг не­обходимого значения. Как сами дат­чики, так и элементы системы регули­рования могут быть самыми различными: гидравлическими, механически­ми и пневматическими, электрически­ми.

Система регулирования должна поддерживать режим работы ГТУ таким образом, чтобы ни один из заданных параметров не выходил за установленные пределы. Однако в случае отказов в системе регулирования или в аварийных ситуациях это условие

не выполняется.

\/ Чтобы избежать выхода из строя оборудования, ГТУ оснащается также системой защиты. В зависимости от схемы, конструкции и назначения ГТУ структура системы защиты может быть различной. Однако на каждой ГТУ ус­танавливается защита от недопустимо­го повышения частоты вращения и температуры газа перед турбиной, а также защита компрессора от помпажа, роторов от осевых сдвигов и др. Системы защиты состоят из предель­ных устройств и автоматов безопасно­сти.

Предельные устройства поддержи­вают параметр постоянным, после то­го как он достигнет предельного зна­чения (уставки). Сигнал об этом подается по специальному ка­налу обслуживающему персоналу.

Автоматы безопасности отключают ГТУ, когда параметр дости­гает предельного значения. По такому принципу работает, напри­мер, защита по частоте вращения ротора (рис. 134). В роторе / имеется поперечное отверстие, в котором размещен боек 3. Один конец бойка упирается в гайку 6, а другой свободно проходит



Рис. 134. Автомат безопас­ности:

/ — ротор, 2, 6 — гайки, 3 —

боек, 4— пружина, 5 — центр

тяжести бойка
Рис. 135. Схема защиты ГТУ от недопустимого повыше­ния температуры газа перед турбиной:

1 — термопара, 2 — усилитель, 3 — детектор, 4 — логический блок, 5. 6 — сигналы уставок, 7 — световая сигнализация, в — сигнал в систему регулирования
через гайку 2. Боек удерживается в определенном положении пру­жиной 4. Положение бойка относительно ротора можно регулиро­вать гайкой 6, а натяг пружины — гайкой 9. Боек располагается таким образом, чтобы его центр тяжести 5 был смещен относи­тельно оси вращения ротора в сторону гайки 2.

Сила, возникающая при вращении ротора, стремится вытолк­нуть из него боек, однако этому препятствует натяжение пружины. Боек будет оставаться на месте до тех пор, пока эта сила и на­тяжение пружины не сравняются. При дальнейшем увеличении частоты вращения боек выйдет из отверстия в роторе, мгновенно сжав пружину. При этом его конец, появившийся над поверх­ностью ротора, воздействует на исполнительный механизм, оста­навливающий ГТУ. Натяжение пружины, и смещение центра тя­жести бойка подбирают так, чтобы защита срабатывала при час­тоте вращения ротора, не более чем .на 10—12% превышающей номинальную.

V Одна из схем защиты ГТУ от недопустимого повышения темпе­ратуры газа перед турбиной показана на рис. 135. Для измерения температуры, газа служат термопары /, от которых сигнал через усилитель 2 поступает в два детектора 3, где сравнивается с сигналами уставок 5 и 6. Одна из уставок соответствует пре­дельной температуре газа, а другая — немного меньшей.

Если сигнал поступает от одного из детекторов 3, срабатывает световая сигнализация 7. При поступлении сигнала от обоих детекторов подается сигнал 8 в систему регулирования на автоматический останов ГТУ. Факт по­явления одного или сразу двух сигна­лов устанавливает логический блок 4.

Чтобы не допустить попадание компрессора в помпаж, необхо­димо знать, какой точке характеристики соответствует режим его работы. Эта точка определяется любыми двумя из трех величин: степенью сжатия, расходом воздуха, приведенной частотой враще­ния. -А / Степень сжатия зависит от давления перед компрессором и за ним, а расход определяется по перепаду давления на любом пас­сивном участке воздушного тракта по его гидравлическому сопро­тивлению. Следовательно, измерив давление за компрессором и в двух точках тракта перед ним и сопоставив их, можно определить, в какой зоне характеристики работает компрессор. При прибли­жении к границе помпажа автоматически открываются устройства, перепускающие воздух после компрессора в атмосферу или на всас.

Такими устройствами являются заслонки, щельные и ленточные клапаны с автоматическим приводом.

§ 39. Система маслоснабжёния ГТУ

Система маслоснабжёния ГТУ предназначена для подачи масла к подшипникам, в гидравлическую или электрогидравлическую систему регулирования и к трущимся поверхностям (зубчатым пе­редачам, шарнирам и др.). Обычно применяют турбинное масло, имеющее температуру застывания—15° С. В северных районах ис­пользуют специальные масла, температура застывания которых —45° С.

Масла должным иметь определенную вязкость, кислотное число и зольность; ■ водорастворимые кислоты и щелочи, механические примеси, вода и сера должны в них полностью отсутствовать. Чтобы не допустить излишне быстрого окисления масла, его тем­пература после подшипников должна быть не более 70—75° С. Теплота, уносимая маслом, отводится из системы маслоснабжёния маслоохладителями, через которые прокачивается охлаждающая вода. Расход масла зависит от количества выделяющейся теплоты в подшипниках и допустимой температуры нагрева.

При простейшей схеме маслоснабжёния (рис. 136) масло из масляного бака 3 через магнитный фильтр 4 подается насосом 5

в системы смазки и регули­рования 8. В случае выхода из строя насоса 5 использу­ется резервный насос 6. За­тем масло фильтруется еще раз фильтром 7 и, пройдя маслоохладитель 9 и дрос­сельные шайбы //, дозиру­ющие его подачу, подается к каждому подшипнику. По­сле подшипников масло по сливным трубопроводам 12 поступает в общий коллек­тор, а из него — в масляный бак, где освобождается от воздуха и шлака. Емко­сти бака должно хватать на{ 4—8 мин работы основного масляного насоса. Давление масла перед подшипниками обычно равно 0,15— 0,17 МПа. Если необходимо масло более высокого давления, оно подается дополнительным насосом, устанавливаемым перед входом в систему регулирования. При снижении давления ниже допусти­мого автоматически включается аварийный масляный электрона­сос 2.

Магнитные фильтры 4 предназначены для отделения мелких металлических частиц, а фильтры 7 задерживают немагнитные включения.

Маслоохладители представляют собой трубчатые теплообмен-



Слив -. •

Рис. 136. Схема системы маслоснабжё­ния турбины:

1, 2 — пусковой н аварийный маслонасосы, 3 — маслобак, 4, 7 — фильтры, 5, 6 — насосы, S — отвод в систему регулирования, 9 — маслоох­ладитель, 10 — аварийная емкость, // — дрос­сельные шайбы, 12 — слив масла из подшип­ников турбины

fflaunt. Внутри трубок течет вода, а снаружи они омываются мас-|1яом. Давление воды должно быть меньше давления масла, чтобы случае образования не плотности она не могла попасть в под-

* ШИПНИКИ.

Система маслоснабжёния подает масло не только к подшипни­кам турбины, но и к подшипникам потребителя энергии — элект­рического генератора, нагнетателя природного газа или др. В на­гнетателях природного газа масло также подается на его торцо­вое, уплотнение. Перед сливом в бак это масло очищают от газа.

Контрольные вопросы

1. Каково назначение систем топливоснабжения?

2. Назовите основные элементы систем топливоснабжения ГТУ, работающих на жидком и газообразном топливе.

3. Чем отличаются системы топливоснабжения ГТУ для легких и тяжелых топлив?

4. Как обеспечивается безопасность систем топливоснабжения ГТУ, работаю­щих на газообразном топливе при пусках и остановах?

5. Каково назначение систем автоматического регулирования и защиты .ГТУ?

6. Как работает синхронизатор?

7. Какие виды защит вы знаете?

8. Из каких элементов состоит система маслоснабжёния ГТУ?

Глава девятая

Потребители мощности газотурбинных установок

§ 40. Электрический генератор

Электрические генераторы представляют собой трехфазные генераторы переменного тока (рис. 137), основным элементом ко­торых является цельнокованый ротор 7, вращающийся в подшипниках скольжения 2 и 10 и расположенный внутри статора 8, установленного на фундаменте. В пазы ротора уложены обмотки, через которые проходит постоянный ток от постороннего источника, называемого возбудителем 1. При вращении ротора создается вращающееся магнитное поле. В статоре генератора располагает­ся цилиндрический сердечник 6, изготовленный из листов элект­ротехнической стали. На внутренней поверхности сердечника вы* полнены каналы, в которых расположена обмотка 4 статора. Вращающееся магнитное поле ротора, пересекая обмотку статора, наводит в ней эдс. В результате в обмотке статора возникает электрический ток, который через повышающий трансформатор поступает в электрическую сеть и направляется к потребителям.

Статор генератора выполняется сварным из листовой стали и не имеет горизонтального разъема. Снаружи к цилиндрическому корпусу статора приварены рым-лапы 9, необходимые для его ус­тановки на фундамент. Торцы корпуса закрываются щитами 3.



В, корпусе статора расположены газоохладители 5 для охлаждения среды, циркулирующей внутри, корпуса; генератора и представля­ющие собой теплообменники из тонкостенных латунных трубок, внутри которых проходит охлаждающая вода. ,

В местах выхода вала генератора из щитов располагаются уп­лотняющие подшипники (рис. 13$), которые позволяют полностью изолировать пространство внутри статор к от окружающей среды.





Рве 138. Двухкамерный уплотняющий подшипник генератора:

I — вкладыш, 2 — маслоуловитель, 8 — корпус,

*—упорный гребень, $, « — камеры првжвк-

ного и уплотняющего наела, 7 —труба слива

масла со стороны генератора

Слив масла в

маслосистему подача масла аз туроины маелвсистемы турбины

Рис 139. Схема системы маслоснаб-

жения двухкамерных уплотняющих

подшипников генератора:

1, 14 — дополнительная переливная и пере­ливная трубы, 2 — демпферный бак, 3. Iуплотняющие подшипники, 4 —электроге­нератор, 6, Л —регуляторы давления при­жимного н уплотнительного масла, 7— фильтр, 8 — маслоохладитель, 9 — насосы, 10 — инжектор, .// — поплавковый затвор, 12 — бачок продувки

Уплотнение необходимо при использовании в качестве охлаждающей среды водорода, так как в смеси с воздухом он при определен* ной концентрации взрывоопасен и поэтому его утечка недопустима. Корпус подшипника 3 крепится к наружной стороне торцового щита через пластмассовую шайбу и электрически изолирован от него.

Основным элементом уплотнения является не вращающийся вкладыш 1, который прижимается к упорному гребню 4 ротора давлением масла в камере 5. Давление масла автоматически ре­гулируется специальным устройством. Через камеру 6 в зазор между вкладышем и гребнем ротора подается масло, которое не позволяет водороду вытекать наружу. Масло из камеры между' уплотняющим подшипником и маслоуловителем 2 по трубе 7 сли­вается в маслосистему генератора.

Уплотняющие подшипники имеют автономную систему масло-снабжения (рис. 139) и общий с турбиной маслобак, из которого масло забирается насосами 9 или инжектором 10. Через маслоох­ладитель 8 и фильтр 7 масло поступает к регуляторам 13 и 6, ко­торые управляют его подачей к вкладышам уплотняющих подшип­ников 3 и 5 генератора 4, а также подачей прижимного масла. Чтобы во время переключения маслонасосов подача масла не пре­кращалась, в схеме маслоснабжения предусмотрена специальная емкость — демпферный бак 2, в котором находится необходимый запас масла. Это масло самотеком может поступать к уплотняю­щим подшипникам 3 и 5. Масло из подшипников через бачок про­дувки 12 и поплавковый затвор // сливается в маслосистему тур­бины.

При работе генератора часть мощности (1,54-2,5%) теряется и превращается в теплоту, которая приводит к чрезмерному его разогреву. Перегрев генератора недопустим, так как под действи­ем высокой температуры изоляция обмоток ротора и статора те­ряет механическую прочность и изолирующие свойства. В зависи­мости от типа применяемой изоляции нормальная температура генератора 130—180° С. Для поддержания нормальной температур ры генератор охлаждают, газами (воздухом, водородом), жидко­стями (водой, маслом) или используют смешанное водородно-жидкостное охлаждение.

Охлаждение может быть косвенным или непосредственным. При косвенном газ охлаждает проводники обмоток снаружи, а при непосредственном водород, вода или масло проходит по кана­лам, выполненным внутри проводников обмоток.

Воздушные системы охлаждения выполняются только косвен­ными и в настоящее время используются в генераторах относитель­но небольшой мощности (до 12 МВт), хотя существуют в ранее выпускавшихся генераторах мощностью до 100 МВт, находящихся еще в эксплуатации.

При воздушном охлаждении (рис. 140) вентиляция генератора осуществляется вентиляторами 2, расположенными на ее роторе 3. Вентиляторы забирают воздух из воздухоохладителей и направ­ляют его к охлаждаемым поверхностям статора и ротора. Нагре­тый воздух уходит из корпуса / генератора в воздухоохладители, и которых охлаждающей средой служит вода.

При непосредственном охлаждении используется дистиллирован­ная вода, имеющая удельное сопротивление не менее 2-105Ом-см. Масло в качестве охладителя применяется значительно, ре-



же, так как его теплопроводность примерно в 2,5 раза меньше теплопроводности воды и оно пожароопасно.

В генераторах применяют электромашинные и вентильные си­стемы возбуждения. В электромашинной системе источником по­стоянного тока служит вспомогательный электрогенератор посто­янного тока (возбудитель), который/может быть соединен с рото­ром генератора или приводиться в действие независимым синхрон­ным или асинхронным электродвигателем. При вентильной системе источником постоянного тока служат ртутные или полупроводниковые вентили, которые питаются током от гене­ратора или вспомогатель­ного синхронного элект­рогенератора.

Системы возбуждения изготовляют по схеме не­зависимого возбуждения или самовозбуждения. Чаще используются схе­мы независимого возбуж­дения, в которых возбу­дитель не связан с элек­трической сетью, а приво­дится во вращение рото­ром возбуждаемого гене­ратора. В этом случае возбудителем служит электрогенератор посто­янного тока с вентильны­ми выпрямителями. В схе­мах с самовозбуждением в возбудителе используется электрическая энергия, которая вырабатывается самим генератором или отбирае­мая из электрической сети.

Электромашинные возбудители применяют в генераторах мощ­ностью до 100 МВт, а также в качестве резервных возбудителей генераторов с вентильными системами возбуждения. В генерато­рах большой мощности применяют системы возбуждения с неуправляемыми или управляемыми вентилями.

Перспективными являются бесконтактные системы возбужде­ния, когда возбудитель непосредственно соединен с обмотками возбуждения генератора без скользящих контактов. Для этого полупроводниковые неуправляемые вентили и предохранители размещают во вращающемся барабане между якорем возбудителя и муфтой, соединяющей его с ротором генератора. Обмотки воз­будителя и выпрямителя вращаются с одинаковой частотой, по­этому их можно электрически соединить друг с другом без кон­тактных колец и щеток.

Включать генераторы в сеть на параллельную работу с други­ми генераторами можно как способом точной синхронизации, такИм, способом самосинхронизации. При подключении зд^ чтобы по абсолютному значению, частоте и фазе напряжение сети совпадало с напряжением, вырабатываемым генератором. При точной синхронизации отклонение напряжения электрогенератора от напряженней сети должно по абсолютному значению быть не более чем на 20%, по фазе на 15%; а по частоте на 0,1%.

Шж самосинхронизации обмотка возбуждения замыкается на специальный гасительный резистор. При этом отключатся ав­томат гашения поля и электрогенератор включается в сеть без синхронизации. В этом случае частота вРа«ен™ Г^ле^-жет отличаться от частоты сети не более чем на 2%. После включения в сеть генератор возбуждается и плавно синхронизируется с hS He всех- электростанциях, как правило, применяют точную синхронизацию, * самосинхронизацию лишь в аварийных уело-

ПНЯХ

При нормальной работе обслуживающий персонал контроли­рует основные параметры генератора: мощность; напряжение и ток статора и ротора; коэффициент мощности; частоту электри-

че^огТтХа;^

длительном установившемся режиме работы все эти параметры Должны поддерживаться постоянными. Допускается отклонение тока статора на ±3%, тота возбуждения и частоты на ±1%. Вте-SeSca^eL^typa медных обмоток статора не должна измениться более Чем[ на- 1°С, а охлаждающей жидкости - более чем на 0 5° С fip-tf номинальной активной мощности генератор в нормальных условиях должен работать неограниченно долго.

§ 41. Нагнетатель природного газа

Нагнетатели природного газа предназначены для его перекач­ки (транспортировки) от месторождений к местам потребления. Нагнетатель породного газа представляет собой компрессор цент­робежного типа (рис. 141). Массивный ^^^LTollycl нагнетателя с торцов закрыт крышками 5 я 8. Внутри корпуса Слагаются детали статора 6, образующие проточную часть

гсГи ротор 7 с двумя рабочими колесами 9 центробежного rtZ. Рото? Опирается на опорные подшипники 2 я И «|в-осевом направлении фиксируется упорным подшипником 10. Роторi нагне­тателя жесткий; его критическая частота вращения намного боль-

"'в'м^тах'пр'охода ротора через крышки 5 и 8 корпуса нагнетателя расположены концевые уплотнения 1 и 12, предотвращаю­щее утечки из него газа. Ротор нагнетателя соединен с ротором газовой турбины торсионным валом 3.

Таз из магистрали попадает в камеру 15, расположенную перед первой ступенью нагнетателя, через приваренный сбоку на ци­линдрической поверхности его корпуса патрубок. Пройдя рабочее колесо 9, газ направляется в межступенную диафрагму 14, а за­тем _в рабочее колесо второй ступени. За второй ступенью из

камеры 13 через второй патрубок, также приваренный к цилиндра* ческой поверхности корпуса нагнетателя, газ уходит в напорный участок газопровода.

Нагнетатель обеспечивает перекачку природного газа по маги­стральным газопроводам, рассчитанным на давление 7,6—10 МТДа, Степень повышения давления газа в двух ступенях нагнетателя составляет 1,44.

Рис. 141. Нагнетатель природного газа: <

/ 12 — уплотнения, 2, 11 — опорные подшипники, 3 — торсионный вал, 4 — корпус, 5, 8 — крышки, б — элементы статора, 7 —ротор, 9 — рабочие колеса первой и второй ступеней, Ю — упорный подшипник, 13. IS — камеры для выхода и входа газа, 14 — межступенная ди­афрагма

Для привода таких нагнетателей используют ГТУ, выполнен­ные на основе авиационного двигателя, который является генера­тором рабочего тела для силовой турбины, приводящей во враще­ние ротор нагнетателя.

Масло к подшипникам ГТУ и нагнетателя подается двумя на­сосами, один из которых приводится в действие ротором нагнета­теля, а второй ротором ГТУ. Для охлаждения масла служат воз­душные теплообменники.

Пуск установки, выход на рабочий режим и его поддержание осуществляются автоматически.

% 42. Характеристики потребителей мощности ГТУ

Стационарные ГТУ, как уже отмечалось, наиболее широко ис­пользуются для привода электрических генераторов и нагнетате­лей природного газа. Чтобы определить режимы работы ГТУ при различных нагрузках,. необходимо знать зависимость мощности,Потребляемой генератором или нагнетателем природного газа, отч Частоты вращения их роторов. Такую зависимость называют ха­рактеристикой потребителя мощности.При пуске ГТУ электрический генератор переменного тока от­ключен от сети. Чтобы подключить электрический генератор к се­ти, необходимо вращать его ротор с такой частотой, при которой частота и фаза эдс, вырабатываемой генератором, совпадали бы

с частотой и фазой напряжения электрической сети. Иначе в момент подключения генератора возникает большой ударный крутящий мо­мент, воздействующий на его ротор, а через соединительную муфту — на ротор турбины или компрес­сора.

Мощность, потребляемая генератором на холостом ходу (до под-

частотыИв?ащения°$о- ключения к сети), очень мала и тора электрического генератора расходуется на преодоление трения от мощности в подшипниках и ротора о газообразную среду, а также на привод вентиляторов, обеспечивающих охлаждение генератора, и др.

После подключения к сети частота вращения ротора генерато­ра совпадает с частотой сети и не зависит от мощности, вырабаты­ваемой генератором. Так как частота электрического тока в сети изменяется очень мало, можно считать, что электрический -гене-





Рис. 143. Распределение давления в магистраль­ном газопроводе:

/ — нагнетатели, 2 — участки магистрального газопрово­да; рк — давление за нагнетателем в начале последую­щего участка газопровода; рн — давление перед нагне­тателей в начале предыдущего участка газопровода, I — расстояние вдоль газопровода

ратор практически работает с постоянной частотой вращения ро­тора п. Если обозначить частоту вращения ротора при номиналь­ном режиме работы генератора через л0, то его характеристика (рис. 142) может быть представлена следующей зависимостью:

п/п0 =1.

Нагнетатели природного газа располагают на магистральных газопроводах примерно на равном расстоянии друг от друга. Что-



л=const

Рис. 144. Характеристика нагнета-• теля природного газа

IHL.......

бы прокачать газ через газопровод, необходимо преодолеть сопро­тивление трения, которое возникает при движении газа по трубам. Вся мощность нагнетателей расходуется на преодоление этого трения. По мере удаления от нагнетателя по ходу газа давление газа уменьшается (рис. 143). Обычно расстояние между газопере­качивающими станциями выбирают так, чтобы давление в газо­проводе, выполненном из труб диаметром 1420 мм, не падало ниже 7,6 МПа, а за нагнетателем составляло 10 МПа.

Зависимость между степенью повышения давления в нагнета­теле ег от расхода газа Gr, пере­качиваемого по газопроводу, и от частоты вращения ротора нагне­тателя называют характеристи­кой нагнетателя (рис. 144). Рас­четный режим работы нагнетате­ля соответствует приведенному расходу GTl и расчетной сте­пени .повышения давления ег =

= 8г.расч.

Так же, как и компрессор, нагнетатель может попадать в помпаж. На характеристике нагнетателя зона режимов, при которых его работа не допускается, выделена пунктирной линией.

Контрольные вопросы

1. Каков принцип действия электрических генераторов и из каких основных частей они состоят?

2. Какие виды охлаждения генераторов вы знаете?

3. Какие системы возбуждения используются в генераторах?

4. Каков принцип действия нагнетателей природного газа и из каких основ­ных частей они состоят?

1   2   3   4   5   6


Глава восьмая
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации