Защиты турбинных установок

Паровые турбины останавливаются защитами в случаях следующих нарушений режима: при осевом (продольном) сдвиге ротора; при падении вакуума в конденсаторе; при снижении давления масла в системе смазки, если действие устройств автоматического вклю­чения резервных насосов с электродвигателями переменного, а затем постоянного тока не восстановит положения. Часто применяются также защиты, отключающие турбину при повышении или понижении температуры свежего пара за установленные пределы. Турбина принудительно останавливается в случае внутренних повреждений генератора и может быть аварийно останов­лена кнопкой или ключом со щита управления.

Для экстренного останова турбины защита включает под напряжение катушки электромагнита отключения, воздействующего на закрытие стопорного клапана и задвижки на подводе свежего пара к турбине. Одновременно закрываются задвижки на линиях регулируемых отборов и подается команда на принудительное закрытие обратных клапанов на линиях нерегулируемых отборов турбины. Вместе с остановкой турбины подается команда на отключение генератора.

Защита при осевом сдвиге ротора. При работе турбины вдоль ее ротора действует усилие, создаваемое реакцией пара, расширяющегося на рабочих лопатках. Эти усилия воспринимаются упорными подшипниками, препятствующими движению ротора вдоль оси. В некоторых случаях, например, при заносе лопаточного аппарата турбины солями, продольные усилия могут возрасти настолько, что дальнейшая работа турбины становится опасной, и она должна быть аварийно остановлена защитными устройствами.

Лучшим решением задачи было бы измерение усилия, воспринимаемого упорными подшипниками, и при возрастании его до некоторой заранее заданной величины ввод в действие защиты, останавливающей турбину. Продольное усилие можно было бы оценить по повышению температуры сегментов подшипника. Однако этот способ не нашел практического применения из-за сложности и большой инерционности измерения температуры. Поэтому вместо измерения усилия, характеризующего появление опасности сдвига, измеряют сам сдвиг уже после его появления, т. е. после того как произошла деформация сегментов упорного подшипника. Срабатывание защиты должно произойти ib самом начале сдвига, когда продольное перемещение ротора от среднего положения еще не превосходит 1,2—1,7 мм. Только в этом случае может быть предотвращено разрушение лабиринтовых уплотнений вала и самого лопаточного аппарата турбины. Однако после каждого случая срабатывания защиты при осевом сдвиге вала должны производиться ревизии и в случае необходимости ремонт упорных подшипников.

Осевой сдвиг вала турбины измеряется с помощью специальных комплектов («реле осевого сдвига»), поставляемых с турбинами. Действие этого реле основано на электрическом измерении воздушных зазоров с помощью дифференциального трансформатора.

Рис. 6-7. Схема устройства защиты при осевом сдвиге ротора турбины ЛМЗ.

На рис. 6-7 показана схема реле осевого сдвига конструкции Ленинградского металлического завода (ЛМЗ). Датчик выполнен в виде Ш-образного сердечника, набранного из листовой трансформаторной стали. На среднем керне сердечника находится первичная питающая обмотка Wi, а на крайних кернах две пары вторичных, измерительных обмоток: w₂ — w₃ и w₄ — w₅. Датчик устанавливается внутри корпуса турбины, на стуле подшипника. Между крайними кернами датчика располагается диск (гребень) 1вала турбины. Зазоры а и б между кернами и диском устанавливаются при настройке с большой точностью. Первичная обмотка датчика питается переменным током 24 или Э6 в через стабилизатор и понижающий трансформатор. Напряжение, индуцируемое во вторичных обмотках, зависит от величины магнитных потоков в левом и правом кернах датчиков. При симметричном положении датчика по отношению к диску магнитные потоки в обоих кернах одинаковы, а так как вторичные обмотки включены встречно, суммарное напряжение, создаваемое в них, равно нулю. В случае появления осевого сдвига ротора один из зазоров а или б уменьшается, а другой увеличивается. В результате этого симметрия магнитных потоков нарушается и в цепи вторичных обмоток по­является э. д. с., равная разности э. д. с., наведенных в обоих кернах, и пропорциональная величине осевого сдвига.

Напряжение со вторичных обмоток поступает на выпрямительные мосты В₁ и В₂. В цепи постоянного тока мостов включены обмотки реле РОС-1 и РОС-2. Одно из них срабатывает три сдвиге ротора в сторону переднего подшипника турбины, а второе в сторону генератора. За положением ротора можно следить по показаниям указывающего прибора УП. Падение напряжения на сопротивлении R₄ служит для подключения самопишущего прибора.

Защита при падении вакуума. Снижение вакуума в конденсаторе приводит к повышению температуры в хвостовой части турбины и к ухудшению работы эжекторов, отсасывающих паровоздушную смесь из конденсатора. В тяжелых случаях потеря вакуума может привести к поломке лопаточного аппарата турбины. Поэтому по мере уменьшения вакуума в конденсаторе бывает необходимо снижать нагрузку турбины. В том случае, когда полная разгрузка турбины не приведет к прекращению снижения вакуума, защита должна остановить турбину.

Рис. 6-8. Схемы защиты при падении вакуума в конденсаторе турбины.