Система маслоснабжения паровой турбины
Система маслоснабжения предназначена для паровой турбины. Она содержит пусковой маслонасос (ПМН) и насос-регулятор (HP) с невозвратными клапанами (НЗК), сообщенными между собой маслопроводом (МП), а также маслобак и инжектор. Диффузор инжектора посредством маслопроводов подключен к камере HP. Камера ПМН подключена к маслобаку через дополнительный МП, МП и диффузор инжектора. Благодаря этому на стояночном и основном режимах работы турбины при переключении невозвратных клапанов производительность инжектора и, следовательно, давление масла в МП практически постоянное. МП имеет отросток с НЗК, через которые камера ПМ сообщена с маслобаком напрямую. Дополнительный НЗК предотвращает подсос воздуха через HP при запуске ПМН на “холодном” масле. При работе ПМН давление масла в МП закрывает НЗК и масло из маслобака поступает в камеру ПМН через инжектор. Избыток масла сбрасывается через перепускной клапан ПМН в МП (на всас ПМН). Такое выполнение системы маслоснабжения позволит исключить автоколебания невозвратных клапанов при переходе со стояночного и пускового режима на основной режим работы турбины.1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области систем маслоснабжения паровых турбин.
Системы маслоснабжения паровых турбин известны. Известна, например, система маслоснабжения паровой турбины [1] - аналог, содержащая маслобак, пусковой маслонасос, насос-регулятор и два масляных инжектора. Первый инжектор подает масло на всас насоса-регулятора, второй - в систему смазки турбины. Сопла инжекторов подключены через невозвратные клапаны насосов к напорным камерам насосов общим для них силовым маслопроводом. Диффузор первого инжектора подключен маслопроводом низкого давления к камере всасывания насоса-регулятора, а приемная камера инжектора и камера всасывания пускового маслонасоса сообщены с маслобаком. Элементы системы регулирования и защиты подключены к силовому маслопроводу и к маслопроводу низкого давления. Сливы масла от элементов системы регулирования и защиты, а также из системы смазки турбины направлены в маслобак. Подвод масла в систему маслоснабжения при неработающей турбине (стояночный режим) и при пуске турбины и выходе ее на частоту вращения ротора, при которой происходит переключение невозвратных клапанов (пусковой режим), осуществляется от пускового маслонасоса. После переключения невозвратных клапанов питание системы маслоснабжения осуществляется от насоса-регулятора (основной режим).
Недостаток системы маслоснабжения - аналога заключается в ее сложности и в автоколебаниях (“звонковый режим”) невозвратных клапанов в момент переключения питания системы маслоснабжения турбины маслом с пускового маслонасоса на насос-регулятор.
Известна система маслоснабжения паровой турбины [2] - прототип, содержащая маслобак, пусковой маслонасос, насос-регулятор и инжектор. Диффузор инжектора подключен маслопроводом низкого давления к камере всасывания насоса-регулятора и к системе смазки турбины. За напорными камерами насоса-регулятора и пускового маслонасоса (по ходу масла) установлены невозвратные клапаны, сообщенные между собой общим силовым маслопроводом. Сопло инжектора подключено к силовому маслопроводу. Приемная камера инжектора и камера всасывания пускового маслонасоса сообщены с маслобаком. Элементы системы регулирования и защиты подключены к силовому маслопроводу и к маслопроводу низкого давления. Сливы масла от элементов системы регулирования и защиты, а также из системы смазки турбины направлены в маслобак. Система маслоснабжения - прототип по сравнению с аналогом более проста в изготовлении и при эксплуатации. Однако она имеет тот же недостаток, что и аналог: в момент переключения питания системы маслоснабжения маслом от пускового маслонасоса на насос-регулятор возникает автоколебание невозвратных клапанов. Это объясняется тем, что на пусковом и стояночном режиме пусковой маслонасос подает масло из маслобака на сопло инжектора и через него в систему смазки турбины, а также в систему регулирования и защиты турбины. При этом производительность (подача) инжектора равна расходу масла в систему смазки турбины. На основном же режиме работы турбины масло от инжектора поступает не только в систему смазки турбины, но и через насос-регулятор также на сопло инжектора и в систему регулирования и защиты турбины. Следовательно, на основном режиме производительность инжектора больше, чем на стояночном и на пусковом режиме. Поскольку характеристика инжектора (зависимость давления масла на выходе из диффузора инжектора от производительности инжектора) падающая, то в момент переключения невозвратных клапанов пускового маслонасоса и насоса-регулятора при переходе на основной режим работы давление масла за инжектором снижается на некоторую величину. Переключение невозвратных клапанов происходит при равенстве давлений масла в линиях нагнетания пускового маслонасоса и насоса-регулятора. Так как давление нагнетания насоса-регулятора суммируется из напора, создаваемого насосом при его вращении, и давления масла на его всасе, т.е. за инжектором, то в момент переключения невозвратных клапанов давление нагнетания насоса-регулятора падает, и невозвратные клапаны возвращаются в исходное положение. Таким образом, питание системы маслоснабжения маслом вновь осуществляется от пускового маслонасоса. Производительность инжектора при этом соответственно уменьшается, давление масла за инжектором и, следовательно, давление нагнетания насоса-регулятора повышается. Невозвратные клапаны вновь переключаются на питание системы маслоснабжения маслом от насоса-регулятора. Наступает автоколебательный (“звонковый”) режим. Для его прекращения необходимо повысить частоту вращения ротора турбины так, чтобы повышение напора насоса-регулятора, выполненного заодно с ротором турбины, превысило уровень падения давления масла за инжектором.
Необходимо отметить, что в качестве пусковых масляных насосов в системах маслоснабжения применяют насосы объемного типа. Избыток производительности масла пускового маслонасоса сбрасывается через его предохранительный клапан в маслобак. При закрытии невозвратных клапанов все масло сбрасывается через предохранительный перепускной клапан, давление нагнетания пускового маслонасоса повышается и невозвратные клапаны открываются, что также вызывает автоколебания невозвратных клапанов.
Автоколебания невозвратных клапанов при переходе от стояночного и пускового режима к основному режиму работы турбины является главным недостатком системы маслоснабжения - прототипа.
Цель изобретения - создание системы маслоснабжения паровой турбины, не имеющей автоколебаний невозвратных клапанов при переходе со стояночного и пускового режима на основной режим работы турбины.
Цель изобретения достигается тем, что производительность инжектора на стояночном и пусковом режиме обеспечивается такой же, как и непосредственно после перехода на основной режим работы турбины. Благодаря этому давления нагнетания пускового маслонасоса и насоса-регулятора сохраняются практически одинаковыми и исключаются силы, вызывающие автоколебания невозвратных клапанов.
Для достижения указанной цели изобретения система маслоснабжения паровой турбины содержит маслобак, пусковой маслонасос, насос-регулятор и инжектор. Диффузор инжектора подключен маслопроводом низкого давления к камере всасывания насоса-регулятора и к системе смазки турбины. За напорными камерами насоса-регулятора и пускового маслонасоса (по ходу масла) установлены невозвратные клапаны, сообщенные между собой общим силовым маслопроводом. Сопло инжектора подключено к силовому маслопроводу. Приемная камера инжектора сообщена с маслобаком. Элементы системы регулирования и защиты турбины подключены к силовому маслопроводу и к маслопроводу низкого давления. Сливы масла от элементов системы регулирования и защиты и из системы смазки турбины направлены в маслобак.
Новым является то, что камера всасывания пускового маслонасоса подключена дополнительным маслопроводом к маслопроводу низкого давления. Благодаря этому все масло, которое пусковой маслонасос подает в систему маслоснабжения паровой турбины, проходит через инжектор. При этом производительность инжектора на стояночном режиме в момент срабатывания невозвратных клапанов равна его производительности на основном режиме работы паровой турбины и, следовательно, давление нагнетания пускового маслонасоса сохраняется без изменений. В результате основная причина автоколебаний невозвратных клапанов в предложенной системе маслоснабжения устранена.
Новым является также то, что для обеспечения запуска системы маслоснабжения на “холодном” (ниже 35°С) масле дополнительный маслопровод имеет отросток с невозвратным клапаном, посредством которых камера всасывания пускового маслонасоса подключена также к маслобаку напрямую. При этом масло поступает в камеру всасывания пускового маслонасоса, минуя инжектор, имеющий значительно большее гидравлическое сопротивление. Для усиления эффекта на маслопроводе низкого давления установлен (перед насосом-регулятором) второй дополнительный невозвратный клапан. Назначение этого клапана - предотвратить подсос воздуха в камеру всасывания пускового маслонасоса через насос-регулятор, напорная камера которого имеет связь с воздушным пространством маслобака (через передний опорный подшипник турбины).
Схема предлагаемой системы маслоснабжения паровой турбины изображена на чертеже.
Система маслоснабжения паровой турбины содержит пусковой маслонасос 1 (ПМН) с предохранительным перепускным клапаном 2, насос-регулятор 3, выполненный заодно с ротором 4 паровой турбины (не изображена), маслобак 5 (МБ), инжектор 6, расположенный в МБ. Напорная камера 7 насоса-регулятора 3 подключена маслопроводом (МП) 8 через невозвратный клапан (НЗК) 9 к МП 10 высокого давления. Напорная камера 11 ПМН сообщена посредством МП 12 через НЗК 13 с МП 10 и с соплом 14 инжектора 6. Приемная камера 15 инжектора 6 сообщена с МБ, а его диффузор 16 подключен МП 17 (через дополнительный НЗК 18 и МП 19) к камере 20 всасывания насоса-регулятора 3. Элементы 21 узлов системы регулирования и защиты турбины подключены к МП 10 масла высокого давления и посредством МП 22 - к МП 19 низкого давления. Узлы 23 системы смазки турбины подключены к МП 22. Сливы масла 24, 25 от элементов 21 регулирования и защиты турбины и узлов 23 системы смазки турбины направлены в МБ. Камера 26 всасывания ПМН подключена дополнительным МП 27 к МП 17. МП 27 имеет отросток 28 с НЗК 29, содержащим приемный патрубок 30, при помощи которых камера 26 подключена к маслу в МБ.
Поясним работу системы маслоснабжения паровой турбины.
На основном режиме работы паровой турбины насос-регулятор 3 создает в камере 7 расчетное давление масла, которое по МП 8 поступает через НЗК 9 в МП 10, а из него к инжектору 6 и к элементам 21. ПМН на основном режиме работы турбины остановлен, поэтому НЗК 13 под действием давления масла в МП 10 закрыт. Протекая через сопло 14, масло высокого давления инжектирует в приемную камеру 15 инжектора б масло из МБ и подает его через диффузор 16 в МП 17. Инжектируемое масло (низкого давления) поступает в дополнительный МП 27 и в отросток 28 и удерживает НЗК 29 в закрытом состоянии. Масло из МП 17 поступает в камеры 26 и 11 ПМН и в МП 12. Давление масла до и после перепускного клапана 2 одинаковое и, следовательно, он закрыт. А также масло из МП 17 поступает через НЗК 18 в МП 19 (далее в камеру 20 всасывания насоса-регулятора 3) и в МП 22 к элементам 21 в систему регулирования и защиты турбины и к узлам 23 на смазку турбины.
При работе турбины на рассматриваемом основном режиме производительность инжектора 6 суммируется из расхода масла на сопло 14 инжектора 6 и протечек 24, 25 масла в МБ от элементов 21 системы регулирования и защиты и от узлов 23 системы смазки турбины. Фактическая производительность ПМН больше, чем упомянутая выше производительность инжектора 6. При включении ПМН на работающей турбине, как это предусматривается инструкциями по эксплуатации турбины, давление напорного масла в МП 12 ниже давления нагнетания насоса-регулятора 3 (в МП 10) и НЗК 13 остается в прежнем закрытом положении. При этом напорное масло ПМН сбрасывается через предохранительный клапан 2 на всас ПМН. В результате система маслоснабжения обеспечивает возможность периодического включения ПМН на основном режиме работы турбины. При остановке турбины (плановой или аварийной) запускается ПМН и все масло от него также сбрасывается через предохранительный клапан 2 на всас ПМН. По мере снижения частоты вращения ротора 4 турбины напор и давление нагнетания насоса-регулятора 3 снижаются. Соответственно уменьшаются слагаемые производительности инжектора 6. В момент, когда давление нагнетания насоса-регулятора 3 будет несколько меньше давления нагнетания ПМН, произойдет переключение НЗК 9 и НЗК 13. С этого момента снабжение системы маслоснабжения турбины будет осуществляться маслом от ПМН. При этом производительность инжектора 6 и соответствующее ей давление масла за инжектором 6 останутся практически без изменения. В результате происходит плавное переключение с основного на пусковой режим работы турбины без колебаний производительности и давления масла. Исключается основная причина возникновения автоколебаний НЗК 9 и НЗК 13. Аналогичным образом происходит плавный, без изменения производительности инжектора 6 и давления масла за инжектором 6, переход от пускового к основному режиму работы турбины.
Сброс избыточного масла ПМН на всас насоса снижает создаваемый им напор на величину давления масла за инжектором 6. Благодаря этому потребляемая мощность электродвигателя ПМН предложенной системы маслоснабжения меньше, чем у системы маслоснабжения - прототипа.
Научно-технический совет открытого акционерного общества “Калужский турбинный завод” (ОАО “КТЗ”) принял решение об использовании предлагаемого изобретения “Система маслоснабжения паровой турбины” в турбоустановках ОАО “КТЗ”. Внедрение предложенной системы маслоснабжения намечено в 2003 г. на геотермальной установке “Камчатка-25”, а также на других турбоустановках завода.
Литература
1. А.В.Щегляев и С.Г.Смельницкий. “Регулирование паровых турбин”, Госэнергоиздат, М.- Л., 1962 г., стр.124, Рис.5-2.
2. “Паровые турбины малой мощности КТЗ”, В.И. Кирюхин и др., - М.: Энергоатомиздат, 1987 г., стр.155, Рис.8.1.
1. Система маслоснабжения паровой турбины, содержащая пусковой маслонасос, насос-регулятор, маслобак и расположенный в нем инжектор, сопло которого подключено через невозвратные клапаны к напорным камерам насосов общим для них силовым маслопроводом, и диффузор инжектора - маслопроводом низкого давления к камере всасывания насоса-регулятора, отличающаяся тем, что камера всасывания пускового маслонасоса подключена дополнительным маслопроводом к маслопроводу низкого давления.
2. Система маслоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что дополнительный маслопровод имеет отросток с невозвратным клапаном, через который камера всасывания пускового маслонасоса сообщена также с маслобаком, а на маслопроводе низкого давления установлен второй дополнительный невозвратный клапан.
