СИСТЕМА МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ ТУРБОМАШИНЫ
SYSTEM SUPPLYING OIL TO BEARINGS OF TURBO-MACHINE

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано на тепловых и атомных электростанциях с паровыми турбомашинами любой единичной мощности, имеющими разветвленные системы маслоснабжения подшипников турбоагрегата, уплотнений вала генератора и регулирования.
Во время эксплуатации турбомашины происходит засорение элементов маслосистем вследствие выпадения в осадок шлама, продуктов коррозии внутренних поверхностей трубопроводов и частиц трущихся деталей, а также корпусных антикоррозионных покрытий.
В последнее время обострено внимание к проблеме послеремонтных очисток систем маслоснабжения турбомашин из-за произошедших на нескольких электростанциях разрушительных аварий. Связано это не только со случаями ускоренной контаминации вновь заливаемого масла в недоочищенных маслосистемах, сколько с внезапными залповыми выносами электропроводных загрязнений из маслопроводов к подшипникам и последующим разрушением гидродинамического клина (ГДК) в подшипниках электрическим разрядом статического электричества и токов самонаведениия, накапливающихся на роторе турбомашины.
При работе турбомашины должно обеспечиваться одновременное выполнение трех условий: подача масла в подшипники должна быть непрерывной, масло подающееся должно быть чистым и должны соблюдаться требования пожарной безопасности в части плотности маслосистем. Однако находящиеся в эксплуатации системы маслоснабжения не обеспечивают одновременное выполнение этих условий.
Отсюда и большое число отказов в работе, аварий и пожаров по этой причине: до 30% от общего числа на ТЭС и АЭС. Действительно, такая задача трудновыполнима. Так, для обеспечения чистоты масла на линиях к подшипникам можно было бы предусматривать установку фильтров. Но их засорение приведет к несоблюдению первого условия. А дублирование фильтров - к усложнению технического обслуживания, к увеличению числа фланцев и фланцевых разъемов, и в итоге - к снижению пожарной безопасности. А также к увеличению возможности присутствия так называемого «человеческого фактора»: разборка, замена кассет, зачистка разъемов и установка прокладок, окончательная сборка. При этом значительно увеличивается объем работ постоянного технического обслуживания с использованием ручного труда и зависимость от «последней руки».
В настоящее время основной технологической операцией, проводимой до подачи масла в подшипники, является очистка маслопроводов (как основного источника загрязнений) прокачкой масла помимо подшипников по временно специально устанавливаемым перемычкам. Они устанавливаются исходя из условия максимально большего вовлечения в процесс промывки штатных маслопроводов, т.е. непосредственно у картеров подшипников. Это делает необходимым присутствие на напорных маслопроводах, подводящих масло непосредственно к подшипникам, съемных участков с фланцевыми соединениями, без чего невозможно как выполнение самой прокачки, так и применение (установка) промывочных устройств, интенсифицирующих процесс очистки, что и обеспечивает в дальнейшем подачу к подшипникам чистого масла. Т.е. налицо несовместимость эксплуатационной и промывочной частей системы маслоснабжения подшипников, что и делает невозможным ее одновременное соответствие трем вышеперечисленным условиям, гарантирующим надежную и пожаробезопасную работу турбомашины.
Изобретение предназначается для решения этой триединой задачи. Оно объединяет эксплуатационную и ремонтную схемы в единую систему маслоснабжения подшипников турбомашины, гарантирующую бесперебойную подачу масла по трубопроводам, удовлетворяющим по плотности соединений требованиям пожарной безопасности, и обеспечивающую высокое качество и эффективность проведения послеремонтных промывок.
В качестве аналога может быть рассмотрено изобретение Харьковского Филиала ЦКБ SU 311020 кл. F01D 25/22, 08.02.1978, «Устройство для очистки маслосистемы», на основе которого разработаны соответствующие разделы нормативно-технической документации по техническому обслуживанию паровых турбин тепловых и атомных электростанций.
Согласно этому изобретению на перемычках, устанавливаемых для прокачки напорного масла помимо подшипников, предусматривается установка задвижек, при помощи которых вся маслосистема делится на отдельные контуры. По мнению разработчиков благодаря этому внутри маслопроводов должен возникать процесс турбулентности. Временные перемычки изготавливаются жесткими и сварными, т.е. подходят только для одной конкретной турбины. Процесс их изготовления и, каждый раз, установка - трудоемкий большой объем разборок и сборок, чреватый возможностью дополнительного загрязнения штатных, уже отмытых в процессе предшествующих операций, маслопроводов по причине так называемого «человеческого фактора».
Из-за невозможности создания необходимой турбулентности на всех участках выделенного контура, в том числе в напорном и тем более в сливном коллекторе, названное устройство на практике обеспечивает очистку только коротких участков напорных маслопроводов малого диаметра, примыкающих непосредственно к напорному коллектору.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является разработка ОАО «Турбоатом» схемы и методики маслопрокачки трубопроводов маслоснабжения подшипников турбоагрегата К-500-65/3000 для Смоленской АЭС.
Согласно этой разработке на каждом напорном маслопроводе в непосредственной близости от входа масла в подшипники стационарно ввариваются корпусные буксы. Нижняя часть каждой буксы стационарно соединена трубопроводом с общим сливным коллектором. В буксах в местах сварки с маслопроводом имеются сквозные, перпендикулярные ее оси, отверстия, совпадающие по сечению с внутренним диаметром приваренного с двух сторон маслопровода. Внутри корпусных букс при помощи фланцевого разъема закрепляются цилиндрические пробки, имеющие также поперечные сверления, в свою очередь совпадающие сечением с отверстиями в корпусных буксах. Нечто вроде пробковых кранов без способности проворачивания. Таким образом, масло поступает беспрепятственно к подшипнику по такому же сечению, как и при цельном маслопроводе. На время прокачки масла помимо подшипников вместо этих съемных стационарных пробок устанавливаются съемные полые буксы, имеющие лишь в одной стенке со стороны подвода масла отверстие, совпадающее с отверстием в корпусной буксе со стороны подвода масла. При прокачке масла с целью очистки маслопровода оно (масло) не пропускается к подшипнику, а направляется в сливной коллектор. Благодаря этому упрощается сборка схемы на промывку маслосистемы, уменьшается влияние так называемого «человеческого фактора» на возможность попадания загрязнений при традиционных разборках и сборках маслопроводов.
К недостаткам рассмотренной разработки следует отнести то, что при промывках масло через корпусные буксы направляется сразу в сливной коллектор, минуя штатные сливные участки маслопроводов от картеров подшипников к сливному коллектору, т.е. эти сливные участки не промываются циркулирующим маслом. А так как их суммарная длина, особенно на турбинах АЭС, такая же, как у сливного коллектора, объем загрязнений, накапливаемых в них, значителен. В случае же возникновения вибрации на турбомашине, именно эти сливные участки первыми воспринимают ее, и в них загрязнения начинают отслаиваться от стенок и выноситься через сливной коллектор в ГМБ, где дробятся на сетках рамных фильтров и возвращаются с потоком масла в ГДК подшипников. Такой недостаток несет в себе угрозу крупной аварии. Таким образом, главным недостатком аналога является то, что в нем не решается задача повышения эффективности и качества очистки маслопроводов, а просто прокачкой масла эта проблема не может быть решена. Поэтому качество очистки маслопроводов остается недостаточным и не гарантирует в дальнейшем надежной работы турбомашины.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в создании системы маслоснабжения подшипников турбомашины, обеспечивающей эффективную и качественную очистку всех маслопроводов, в том числе больших диаметров, включая сливные патрубки, напорный и сливной коллекторы.
Указанный технический результат достигается тем, что система маслоснабжения подшипников турбомашины, состоящая из масляных насосов, главного маслобака с рамными фильтрами, напорных и сливных коллекторов, напорных маслопроводов с корпусными вварными буксами к каждому из подшипников, маслоохладителей, арматуры, сливных маслопроводов, соединяющих картера подшипников со сливным коллектором, содержит дополнительно по две подвижные поворотные буксы, устанавливаемые внутрь каждой корпусной буксы, связанных механизмом управления в единую систему, управляющую протоком масла: либо мгновенно его перекрывая, либо мгновенно перепуская в слив, тем самым обеспечивая чередование режимов работы в соответствии с программой промывки системы маслоснабжения.
На фигуре 1 представлена структурная схема системы маслоснабжения подшипников турбомашины.
На фигуре 2 приведена корпусная букса во время очистки масосистемы
На фигуре 3 приведено совместное расположение корпусной буксы и вставленных в нее подвижных поворотных букс в период прокачки масла помимо подшипников.
Система маслоснабжения подшипников турбомашины содержит маслонасосы, напорные и сливные маслопроводы и другое штатное оборудование согласно комплектации (см. фиг.1). Система маслоснабжения подшипников турбомашины содержит также корпусные буксы 1, через которые производится подвод масла к подшипникам турбины в период ее нормальной эксплуатации. В случае необходимости очистки маслосистемы благодаря сохранению в схеме этих букс может быть легко организована прокачка масла помимо подшипников.
На весь период нормальной эксплуатации турбины в корпусные буксы установлены цилиндрические пробки 2 (см. фиг.2) со сквозными отверстиями, выполненными перпендикулярно оси расточки корпусных букс, имеющими такое же сечение (диаметры) как и внутренние сечения маслопроводов, приваренных к патрубкам 3 и 4 корпусных букс (см. фиг.3). Пробки устанавливаются и фиксируются в корпусных буксах таким образом, что их отверстия и оси внутренних сечений маслопроводов абсолютно совпадают и их сборка как-либо иначе невозможна. Снизу и сверху корпусные буксы закрываются фланцевыми заглушками.
На время прокачки масла с целью обеспечения очистки маслосистемы во внутрь корпусной буксы 1 вместо пробки устанавливаются подвижные поворотные буксы 5 и 6 (при этом букса 6 вставляется в буксу 5), обеспечивающие при помощи пружин 7 и 8 два режима работы. Подвижные буксы имеют каждая только по одному окну, совпадающему по конфигурации и сечению с первым по ходу масла окном в корпусной буксе. Противоположными сторонами подвижные буксы перекрывают второе (выходное) окно в корпусной буксе. Внутренняя полость буксы 6 имеет центральное отверстие со стороны сливного патрубка корпусной буксы 1, также совпадающее с ним по конфигурации и сечению. Вместо нижней фланцевой заглушки к корпусной буксе подсоединяется промывочная перемычка.
Верхняя часть каждой из букс соединена с пружинами кручения 7 и 8. Пружина кручения 7 закрепляется одним концом в корпусе 9 промывочного устройства, а другим в зубчатый сектор 12, который фиксируется на буксе 6 шпонкой. Пружина кручения 8 закрепляется одним концом в корпусе 9 промывочного устройства, а другим в зубчатый сектор 13, который фиксируется на буксе 5 шпонкой. Передача крутящего момента от приводного вала 10 через зубчатую шестерню 11 на зубчатый сектор 12 внешней поворотной буксы 5 осуществляется напрямую, а на зубчатый сектор 13 внутренней поворотной буксы 6 через зубчатую шестерню 14 и сателлитную шестерню 15, что обеспечивает одновременное вращение букс и натяжение их пружин в противоположных направлениях. Приводной вал 10 соединяется с приводным маховиком 16 при помощи пружинной кулачковой муфты 17. Механизм управлениям поворотными буксами содержит также ручку 18, ролики 19 и кулачки 20.
Работа механизма управления с поворотными буксами при прокачке масла помимо подшипников происходит следующим образом.
При вращении ручки 18 маховика 16 против часовой стрелки шип верхней части муфты кулачковой 17, под воздействием пружины 21 входит в паз нижней части муфты. Нижняя часть муфты за счет жесткой посадки на приводной вал 10 обеспечивает сцепление маховика 16 со всем поворотным механизмом. При дальнейшем вращении маховика крутящий момент посредством зубчатых передач и соответствующих зубчатых секторов передается на буксы поворотные 5 и 6; буксы поворачиваются на угол 60° в противоположные стороны относительно друг друга, производя взвод пружин кручения 7 и 8 (для исключения самопроизвольного срабатывания пружин кручения на маховике предусмотрен храповик). При дальнейшем вращении ручки маховика (в момент соответствующего натяжения пружин) ролики 19 накатываются на кулачки 20, происходит подъем маховика и расцепление кулачковой муфты. При расцеплении муфты, взведенные пружины кручения высвобождаются, и под их воздействием происходит быстрый проворот букс поворотных на угол 60° в разные стороны относительно друг друга. При этом в зависимости от сборочного исполнения, окна в буксах либо «мгновенно» откроются, либо «мгновенно» закроются. При дальнейшем вращении маховика описанный процесс вновь повторяется. Для смены режима в соответствии с программой промывки необходимо произвести другое сборочное исполнение, при этом следует переменить шпоночное соединение букс поворотных 5 и 6 и секторов зубчатых 11 и 12, соединив шпонку соответствующей буксы со шпоночным пазом соответствующего сектора зубчатого.
Первый режим работы поворотных букс.
Исходное состояние: окна всех 3-х букс, включая окна в корпусной буксе, совпадают, пружины соответственно взведены и зафиксированы от случайного срабатывания храповиком фиксатора маховика через кулачковую муфту. Поток масла беспрепятственно направляется из напорного маслопровода через вварную буксу далее по перемычке в сливной патрубок картера подшипника непосредственно, либо через инжектор-улитку, если применяется турбопневмогидроимпульсный способ промывки. Посредством воздействия на рукоятку 18 механизма управления кулачковая муфта 17 разъединяется и под воздействием освободившихся пружин происходит быстрый проворот букс в радиальном направлении с противоположными знаками движения. Разнонаправленное движение букс с большой относительной скоростью позволяет почти мгновенно перекрыть поток масла в сливной патрубок. Такое поочередное периодически повторяющееся быстрое срабатывание пар букс (мгновенное перекрытие в них окон) приводит к скачкообразному повышению давления масла в напорном коллекторе, перемкнутым в свою очередь на его подачу в сливной коллектор непосредственно по перемычке. А так как возникающая волна обратного гидроудара всегда будет иметь свободный выход в сливной коллектор, то не будет происходить разрушающее ее воздействие на трубопровод. В то же время эффективность воздействия на отложения загрязнений будет максимальной, что обеспечит высокое качество очистки, т.е. с переходом к эксплуатационной схеме работы системы будет выполняться второе обязательное условие, предъявляемое к системе маслоснабжения подшипников турбомашины - обеспечение чистоты подаваемого масла.
Второй режим работы поворотных букс.
Исходное состояние: окна в подвижных буксах 5 и 6 взаимно перекрыты, пружины 7 и 8 соответственно взведены и зафиксированы от случайного срабатывания храповиком фиксатора маховика 16 через кулачковую муфту 17. Поток масла из напорного маслопровода в сливной патрубок картера подшипника перекрыт. Посредством воздействия на рукоятку 18 механизма управления кулачковая муфта разъединяется и под действием освободившихся пружин 7 и 8 происходит быстрый проворот букс 5 и 6 в радиальном направлении с противоположным знаком движения. В результате окна в паре подвижных букс мгновенно открываются, обеспечивая свободный проток напорного масла из напорного патрубка. Масло мгновенно направляется по перемычке в сливной патрубок. Такое мгновенное раскрытие окон может повторяться неоднократно в соответствии с программой промывки системы маслоснабжения, что обеспечивает импульсное воздействие потока масла на внутренние загрязнения поверхности сливных маслопроводов (как патрубков от картеров, так и собственно сливного коллектора).
Возникающая при мгновенном взаимном перекрытии (закрытии) окон в подвижных буксах волна обратного гидравлического удара (импульсного характера) имеет свободный выход по перемычке, устанавливаемой между напорным и сливным коллектором, благодаря чему приобретает характер гидравлического «скребка», что исключает разрушающее ее воздействие на маслопроводы, фланцевые соединения и уплотняющие прокладки, способствуя увеличению эффективности и качества очистки внутренних поверхностей как напорного, так и сливного коллектора.
Таким образом, предлагаемая система маслоснабжения подшипников обеспечивает высокое качество очистки маслопроводов (как напорных, так и сливных) при минимальных затратах времени на переход от промывочной схемы к эксплуатационной, высоком техническом уровне работ с исключением негативного «человеческого фактора».
Впервые создана система маслоснабжения подшипников турбомашины, удовлетворяющая всем условиям надежной и пожаробезопасной ее работы. Высокий технологический уровень предлагаемой системы с четкой последовательностью операций позволяет осуществить как полную автоматизацию процесса промывки, так и его оптимизацию в зависимости от загрязненности конкретной маслосистемы.