Система регулирования нагнетателя
В основу автоматического регулирования системы уплотнения большинства типов нагнетателей положен принцип гидравлического затвора, поддерживающего постоянное давление масла, превышающее давление перекачиваемого газа на 1,5-3 кг. Для примера рассмотрим уплотнение неполнонапорного нагнетателя типа 370-18.
Масло к опорному подшипнику и к уплотнению нагнетателя подаётся винтовыми электронасосами, один из которых является резервным. К винтовым насосам масло поступает с давлением 3-5 кг. охлаждённым из маслосистемы турбоагрегата. Всё масло от винтовых насосов, прежде чем попасть на уплотнение, пропускается через аккумулятор, который устанавливают над нагнетателем на 2 м выше уплотнительной камеры. Он предназначен для обеспечения уплотнения и смазки опорного подшипника нагнетателя в течение 10 мин в случае остановки винтовых насосов, вызванной исчезновением питания электродвигателей насосов.
Постоянная разность давления масла и газа автоматически поддерживается регулятором перепада давления за счёт сброса (слива) части масла, нагнетаемого винтовым насосом в линию перед маслоохладителем. В нагнетателе уплотняющее масло проходит в основном через опорный вкладыш подшипника и частично через торцевое уплотнение в маслосборную камеру, находящуюся под давлением газа. Из маслосборной камеры масло стекает в поплавковую камеру и по мере её заполнения через специальный клапан отводится в газоотделитель. В газоотделителе происходит выделение растворённого в масле газа. Чистое масло, скапливающееся в нижней части газоотделителя, через гидрозатвор направляется в маслобак, а выделяющийся из масла газ отводится в атмосферу через свечу Ø 150 мм.
Для уменьшения уноса в газопровод масла из маслосборной камеры её соединяют со всасывающим патрубком нагнетателя специальной отводной линией. Количество поступающего в поплавковую камеру газа регулируют дросселем. В результате образуется поток газа, который увлекает масло из маслосборной камеры в поплавковую. Фильтр, установленный в верхней части поплавковой камеры, препятствует уносу масла и масляных паров во всасывающий патрубок нагнетателя. Во избежание разрушения фильтра при превышении перепада давления на нём выше допустимого, предусмотрен обводной вентиль. Этот вентиль предназначен для соединения всасывающей и нагнетательной полостей нагнетателя.
При приближении режима работы нагнетателя к помпажной границе сигнализатор помпажа выдаёт звуковой, световой или иной сигнал. Импульс для срабатывания сигнализатора – измерение соотношения перепада давлений на всасывающем конфузоре и перепада давлений на нагнетателе. Зона помпажа характеризуется малыми перепадами давления на конфузоре при больших перепадах давления на нагнетателе (не задействован).
Работа системы поддержания перепада «масло-газ» на уплотнениях осуществляется следующим образом. Когда нагнетатель не работает и не заполнен газом, запускается один из винтовых насосов (МНУ). Происходит заполнение аккумулятора маслом. Шариковый и поплавковый клапаны в верхней части аккумулятора не препятствуют вытеснению воздуха через уплотнительную камеру в нагнетатель и далее через свечу в атмосферу. Шарик не может потоком воздуха подняться вверх и прижаться к седлу, а поплавок, находясь внизу, также удерживает свой клапан в открытом состоянии. Пока идёт заполнение аккумулятора, отверстие для слива масла в регуляторе перепада перекрыто. Это вызвано тем, что давление масла за насосом ещё мало (насос качает на пустую систему) и не в состоянии преодолеть натяжение пружины регулятора. После заполнения аккумулятора сначала закрывается поплавковый клапан, а затем и шариковый. Последний закрывается, так как поток масла в состоянии подхватить шарик и прижать его к седлу. Давление за насосом начинает расти, мембрана регулятора перепада переставляет вверх золотник и открывается сброс масла на слив из линии нагнетания винтовых насосов. С ростом давления масла увеличиваются протечки через зазоры торцевого уплотнения. Протекающее масло поступает в поплавковую камеру и далее через газоотделитель в маслобак.
При нормально работающих уплотнениях наполнение поплавковой камеры происходит довольно медленно (примерно 1 сутки). При отсутствии избыточного давления газа в полости нагнетателя давление уплотняющего масла достигает 12 кг. Эта величина регулируется дроссельным винтом регулятора перепада (установлен на сливе). При подаче газа и по мере повышения его давления мембрана регулятора перепада смещается вниз, золотник прикрывает своё сливное отверстие, и давление масла за насосом начинает расти (и соответственно повышается давление масла в уплотнении, и этот процесс протекает автоматически). Благодаря наличию пружины в регуляторе, давление масла всегда больше давления газа на 1-3 кг (эта величина регулируется от 0,4 до 3 кг/см2).
О качестве работы уплотнения можно судить по интенсивности поступления масла в поплавковую камеру. С этой целью закрывают вентиль на линии выпуска масла в газоотделитель и наблюдают по указателю уровня, как быстро набирается масло в поплавковой камере. Работа уплотнения считается нормальной, если подъём уровня на 10 мм произойдёт за время не менее 20 минут.
Регулятор перепада давлений
РПД-2М применяют для поддержания постоянного перепада давления «масло-газ» в уплотнении нагнетателей. Основной элемент регулятора – резиновая мембрана 2, зажатая между опорными кольцами 8, 10 и дисками 7, 9, образующими жёсткий подвижный центр мембраны. Снизу на мембрану действует давление масла, создаваемое насосами уплотнения, а сверху – суммарное воздействие пружины 4 и давления масла в поплавковой камере. Натяжение пружины устанавливают с помощью винта 6. В диск 9 вворачивается тяга 11, которая соединяет жёсткий подвижный центр мембраны с золотником 1. Золотник, установленный в корпусе 3, своими рабочими поясками «а» и «б» управляет сливом масла через окно во втулке (буксе) 14. Перед пуском нагнетателя мембрана 2 под действием давления масла от насосов уплотнения выгнута вверх до упора диска 7 в опорное кольцо 8. Рабочие пояски «а» и «б» золотника пропускают масло на слив. С помощью дросселя 13 давление уплотняющего масла устанавливается в пределах 10 – 15 кг/см2 на нагнетателях типов 370-18 и 235-21, и 4 - 7 кг/см2 на нагнетателе типа 650-21. С увеличением давления газа мембрана прогибается вниз, золотник прикрывает слив масла, и давление уплотняющего масла растёт. Диапазон настройки регулятора 0,4 – 3,5 кг/см2 при нечувствительности не более 0,05 кг/см2. После монтажа регулятора до включения его в работу рекомендуется проверить положение золотника относительно буксы. При остановленном агрегате диски мембраны находятся на нижнем упоре в кольцо 10 и нижняя кромка направляющего пояска золотника 1 должна выступать из буксы 14 на высоту 5 мм. этот размер регулируется навинчиванием золотника на тягу 11. Если золотник установлен выше, то при высоком давлении газа регулятор не сможет достаточно прикрыть сливное отверстие и перепад давления может исчезнуть. Если золотник установлен ниже, то при отсутствии давления газа регулятор будет держать за уплотнительным пояском давление более 12 кг/см2, что может вызвать поломку колец в уплотнениях нагнетателя. После настройки регулятора перепада необходимо законтрить гайки на тяге 11 и дросселе 13.
Штуцеры 5, 12 и 15 служат соответственно для подвода импульса по газу, масла от насосов уплотнения и его слива при работе регулятора. В штуцере подвода импульса по газу часто устанавливают демпфирующий дроссель с отверстием Ø = 1,5-2 мм. Дроссель предназначен для устранения ритмичных колебаний перепада «масло-газ» и пульсаций золотника и мембраны при давлении газа свыше 40 кг/см2.
Поплавковая камера
Поплавковая камера предназначена для дренирования масла, поступающего через уплотнения в маслосборную полость нагнетателя, и возвращения этого масла в маслобак агрегата после его дегазации.
Устройство:
В корпусе 1 на поверхности масла плавает поплавок 2. Рычагом 3 поплавок поворачивает серьгу 4 вокруг оси 9, установленной в стойке 8. В прорези серьги вставлены щипы сухаря 10, прижимаемого плоской пружиной и усилием от давления в камере к седлу 11. Поднимаясь и опускаясь вместе с уровнем масла, поплавок передвигает сухарь, открывая и закрывая сливное отверстие в седле. Упорные винты 5 и гайка 6 через стойку 8 обеспечивает надёжное уплотнение седла в корпусе. Болты 7 ограничивают поворот серьги 4 и ход сухаря 10. При отсутствии в камере масла поплавок опущен, серьга 4 упирается в правый болт 7 и сливное отверстие в седле перекрыто сухарём.
Масло из маслосборной камеры нагнетателя подводится в верхнюю часть цилиндрического участка корпуса. По этому подводу в камеру поступает и газ, чем обеспечивается выравнивание давления в маслосборной и поплавковой камерах. По мере заполнения камеры маслом поплавок всплывает и сухарь, перемещаемый серьгой, начинает открывать сливное отверстие в седле. С этого момента в камере автоматически поддерживается примерно постоянный уровень масла. Площадь открытия сливного отверстия устанавливается в зависимости от количества поступающего в камеру масла и давления в ней. Чтобы обеспечить из поплавковой камеры дренаж только масла, рычаг между серьгой и поплавком изогнут таким образом, что уровень масла в камере, соответствующий моменту начала открытия сухарём сливного отверстия, находится на 400-500 мм выше седла.
Для уменьшения уноса масла в газопровод часть газа из поплавковой камеры отводится через отверстие в крышке 18 во всасывающий трубопровод нагнетателя или в топливный коллектор в зависимости от типа нагнетателя. Для удаления паров масла из этого газа применяют фильтр 17, состоящий из двух металлических сеток, внутри которых уложена стекловата. Масло по мере накопления на стекловате стекает обратно в поплавковую камеру. Периодическую проверку работы камеры осуществляют по указателю уровня 14, устроенному по типу водомерного стекла. Вентиль 19 является обводным для фильтра 17 и открывается в начальный период пуска нагнетателя.
В нижней части корпуса поплавковой камеры имеется отверстие для отвода импульса к регулятору перепада по давлению газа в маслосборной камере нагнетателя. На некоторых типах нагнетателей (например, 235 и 650) этот отбор взят из бокового отверстия поплавковой камеры из-под уровня масла, что лучше предохраняет от засорения импульсную трубку. При монтаже и ревизии в первую очередь следует проверить состояние поплавка и убедиться, что внутрь сферы не проникло масло. При сборке необходимо убедиться, что рычаг 3 при верхнем положении поплавка не упирается в край отверстия корпуса 1. Расстояние от этого рычага до края отверстия должно быть около 20 мм. При нижнем положении поплавка отверстие в седле должно быть полностью перекрыто, а при верхнем – открыто не менее чем наполовину. Все прокладки во фланцах камеры, а также между седлом и корпусом следует изготавливать из тонкого прокладочного картона.
— Маслоснабжение агрегата типа ГТК-10 –
Система маслоснабжения турбины состоит: ПМН, ГМН, РМН, сдвоенный ОК, регулятор давления «после себя» (РДП), фильтр-ловушка, подогреватели масла, АВО масла, фильтры НАРВА, инжектор ГМН, маслопроводы, запорная арматура, насос прокачки (Ш-8).
Маслосистема агрегата в общем случае функционирует следующим образом. Масло, забираемое из бака главным насосом, редуцируется регулятором давления «после себя», охлаждается, фильтруется и с требуемым избыточным давлением поступает на смазку подшипников и к насосам уплотнения.
Главным масляным насосом 4 центробежного типа, установленным непосредственно на валу турбины высокого давления, создаётся давление масла до 12 кг/см2. Затем масло поступает на сдвоенный обратный клапан 3, после которого оно разделяется на два потока: к маслоохладителю 7 через регулятор давления «после себя» 6 и соплу инжектора насоса 5. Наличие инжектора вызвано тем, что центробежные насосы не обладают свойствами самовсасывания, если они расположены выше маслобака. Поэтому для создания необходимого подпора на входе в колесо устанавливают инжектор 5, к соплу которого подводится масло из нагнетания того же насоса. Ризбыт =0,2-0,8 кг/см2. (соотношение между расходом масла на сопло и количеством, подсасываемым инжектором = 1/3). Регулятор 6 понижает давление на входе в маслоохладитель в пределах 4-6 кг/см2. Охлаждённое и очищенное фильтром 8 масло поступает на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя и к блоку винтовых насосов. Далее масло после дополнительного редуцирования в регулируемом дросселе 9 поступает на смазку подшипников турбогруппы и к импеллеру 1. После смазки и охлаждения подшипников масло сливается в маслобак.
Масло при пуске и остановке агрегата подаётся пусковым масляным насосом 2. Масло с давлением 5,5 кг/см2 поступает так же в сдвоенный обратный клапан и далее по рассмотренной выше схеме. При создании главным масляным насосом определённого давления обратный сдвоенный клапан пропускает в систему масло только от него и пусковой насос отключается. Пусковой маслонасос размещён на верхней крышке маслобака и является насосом погружного типа. Он приводится во вращение асинхронным электродвигателем и обеспечивает подачу масла в систему в количестве 30 кг/сек при давлении 5 кг/см2 (масло марки ТП-22).
Резервный шестерёнчатый маслонасос 10 с приводом от электродвигателя постоянного тока имеет две ступени. Первая ступень производительностью 6,9 кг/сек при давлении в нагнетании 1 кг/см2 подключена к маслопроводу смазки низкого давления 0,8-1,2 кг/см2 . Вторая ступень производительностью 0,8 кг/сек подаёт масло с давлением 5 кг/см2 на смазку опорно-упорного подшипника нагнетателя.
Винтовые насосы системы уплотнения подают масло высокого давления через фильтр тонкой очистки и обратный клапан на торцевое уплотнение и опорный подшипник нагнетателя. Винтовые насосы приводятся во вращение электродвигателями переменного тока. Система автоматического управления агрегатом обеспечивает автоматическое переключение с рабочего винтового насоса на резервный при аварийном снижении перепада давлений между уплотняющим маслом и газом. Одновременная работа двух насосов уплотнения недопустима, так как при отсутствии газа в нагнетателе перепад давления на уплотнении может превысить 20 кг/см2 и разрушить торцевое уплотнение.
Для предотвращения попадания масляных паров в машинный зал при работе агрегата существует специальная система отсоса этих паров. С помощью специального эжектора пары отсасываются из рамы-маслобака, из переднего, среднего и заднего подшипников. Все трубы системы отсоса объединяются в общий коллектор, идущий к эжектору.
Эжектор устанавливается на фланце гидрозатвора и к нему подводится воздух, отбираемый после четвёртой ступени компрессора. Ввод отсосанных масляных паров в гидрозатвор осуществляется тангенциально вдоль его стенки. Это приводит к тому, что масло конденсируется, стекая вниз, и возвращается в маслобак. Воздух из гидрозатвора через свечу удаляется в атмосферу.