СИСТЕМА МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2004 года по МПК F01D25/20 

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 турбины 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.

Недостаток системы маслоснабжения - аналога заключается в ее сложности при наладке и в процессе эксплуатации. Кроме того, на стояночном и пусковом режимах турбины она создает гораздо меньшие перестановочные силы сервомоторов системы регулирования, чем при эксплуатации турбины на рабочих частотах вращения ее ротора.

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 межу 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 турбины 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: система маслоснабжения при работе на остановленной турбине и при пуске создает значительно меньшие перестановочные силы сервомоторов системы регулирования турбины, чем при работе на рабочих частотах вращения ее ротора. Это объясняется тем, что при работе на остановленной турбине (стояночный режим) давление масла пускового маслонасоса ниже давления силового масла, развиваемого насосом-регулятором на рабочих оборотах турбины. Кроме этого, на стояночном режиме по сравнению с рабочим режимом повышается давление масла в маслопроводе низкого давления (за инжектором). В результате располагаемый перепад давлений масла на элементах системы регулирования и защиты, равный разности давлений масла в силовом маслопроводе и в маслопроводе низкого давления, существенно уменьшается. Для выяснения причины этого явления сравним работу системы маслоснабжения при нормальной работе турбины и на стояночном режиме.

При нормальной работе турбины масло поступает от инжектора в систему смазки турбины, а также через насос-регулятор на сопло инжектора, элементы регулирования и защиты. Система смазки турбины и насос-регулятор для инжектора являются гидравлическими сопротивлениями, определяющими сопротивление (характеристику) сети инжектора. На стояночном режиме расход масла от инжектора существенно сокращается: на сопло инжектора масло поступает от пускового маслонасоса, а не от инжектора. Восполнение масла, сливающегося в маслобак от элементов системы регулирования и защиты, также осуществляется не инжектором, а пусковым маслонасосом. Значительное уменьшение расхода масла через инжектор на остановленной турбине соответствует повышению гидравлического сопротивления сети, т.е. увеличивается сопротивление сети масляного тракта инжектора. Поскольку характеристика инжектора падающая, то уменьшение его производительности сопровождается повышением давления масла в маслопроводе низкого давления.

Повышение давления масла в маслопроводе низкого давления на стояночном режиме уменьшает располагаемый перепад давлений масла в силовом маслопроводе и в маслопроводе низкого давления по сравнению с располагаемым перепадом давлений (равным напору насоса-регулятора) при нормальной работе турбины, что является главным недостатком системы маслоснабжения - прототипа.

Цель изобретения - создание системы маслоснабжения паровой турбины, обеспечивающей при работе на стояночном режиме турбины более высокий располагаемый перепад давлений масла в силовом маслопроводе и в маслопроводе низкого давления.

Цель изобретения обеспечивается тем, что при работе системы маслоснабжения на стояночном режиме понижают давление масла перед соплом инжектора так, чтобы давление масла в маслопроводе низкого давления было ниже, чем при работающей турбине. Благодаря этому на стояночном режиме увеличивается располагаемый перепад давлений масла в силовом маслопроводе и в маслопроводе низкого давления. При пуске турбины давление масла перед соплом инжектора плавно повышают. При этом характеристики инжектора и сети изменяются так, что в точках их совместной работы давление масла в маслопроводе низкого давления плавно достигнет своего номинального значения.

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 межу 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 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 система маслоснабжения снабжена дополнительным маслопроводом с невозвратным клапаном, подключенным к напорной камере насоса-регулятора до его невозвратного клапана и к силовому маслопроводу перед соплом инжектора. При этом на силовом маслопроводе до общей точки силового и дополнительного маслопроводов установлена дроссельная диафрагма.

На стояночном режиме дроссельная диафрагма настроена так, что давление масла перед соплом инжектора значительно ниже давления масла, развиваемого пусковым маслонасосом. Давление масла в маслопроводе низкого давления при этом тоже ниже, чем при работе турбины. В результате обеспечивается максимально возможный перепад давлений масла в силовом маслопроводе и в маслопроводе низкого давления, т.е. обеспечивается достижение поставленной цели изобретения.

При пуске турбины по мере разгона ротора давление масла в напорной камере насоса-регулятора увеличивается и, начиная с некоторой частоты вращения ротора, оно откроет невозвратный клапан, установленный на дополнительном маслопроводе, и начнет поступать на сопло инжектора. С этого момента подача масла на сопло инжектора будет постепенно перекладываться на насос-регулятор, т.е. постоянно увеличивается производительность инжектора. Давление масла перед соплом инжектора будет плавно повышаться (в результате повышения частоты вращения ротора турбины), а перепад давлений масла на дроссельной диафрагме уменьшаться и, следовательно, подача масла на сопло инжектора от пускового маслонасоса сокращаться. Повышение давления масла перед соплом инжектора ведет автоматически к изменению (повышению) характеристики инжектора. Увеличение количества масла, проходящего через насос-регулятор, т.е. от инжектора, автоматически ведет к изменению характеристики сети: она становится все положе, т.к. сопротивление сети при этом уменьшается. Давление масла в маслопроводе низкого давления (точки совместной работы инжектора с сетью) также будет плавно повышаться. При достижении турбиной номинальной частоты вращения ротора давление масла в маслопроводе низкого давления и располагаемый перепад давлений масла достигнут своих номинальных значений.

Принцип действия предлагаемой системы маслоснабжения паровой турбины пояснен на фиг.1 и 2.

На фиг.1 изображена система маслоснабжения, на фиг.2 - характеристики инжектора и сети.

На фиг.1: Система маслоснабжения паровой турбины содержит маслобак 1, пусковой маслонасос 2, насос-регулятор 3 и инжектор 4. Диффузор 5 инжектора 4 подключен маслопроводом 6 низкого давления к камере 7 всасывания насоса-регулятора 3 и маслопроводом 8 к системе смазки турбины 9. Сопло 10 инжектора 4 маслопроводом 11с дроссельной диафрагмой 12 и маслопроводом 13 силового масла через невозвратные клапаны 14 и 15 подключено к напорным камерам 16 и 17 насоса-регулятора 3 и пускового маслонасоса 2. Приемная камера 18 инжектора 4 через окна 19 заполнена маслом из маслобака 1. Камера 20 всасывания пускового маслонасоса 2 сообщена маслопроводом 21 с маслобаком 1. Элементы 22 системы регулирования и защиты турбины 9 подключены к маслопроводу 13 и маслопроводом 23 к маслопроводу 6 низкого давления. Слив 24 масла от элементов 22 и слив 25 из системы смазки турбины 9 направлены в маслобак по сливному маслопроводу 26. Система маслоснабжения имеет дополнительный маслопровод 27 с невозвратным клапаном 28, посредством которого сопло 10 инжектора 4 по маслопроводу 11 подключено к напорной камере 16 насоса-регулятора 3.

На фиг.2 изображены характеристики 29, 30, 31 и 32 инжектора 4 для четырех различных значений давлений масла в маслопроводе 11 перед соплом 10 инжектора 4, характеристики 33, 34, 35 и 36 сети (масляного тракта инжектора 4); 37, 38, 39, 40 и 41 - точки совместной работы инжектора с сетью; 42, 43, 44, 45 и 46 - точки производительности инжектора 4 при совместной работе; 47, 48, 49, 50 и 51 - давление масла в маслопроводе в точках совместной работы инжектора 4 с сетью. Линия 52 - огибающая точек совместной работы инжектора с сетью.

При рассмотрении работы системы маслоснабжения не будем учитывать разность расположения по высоте элементов и оборудования турбины и сопротивления отдельных участков масляного тракта, в том числе невозвратных клапанов, т.е. будем принимать одинаковыми давления масла:

- за диффузором 5, в маслопроводах 6, 8, 23 и в камере 7 насоса-регулятора 3 на пусковом (стояночном) режиме;

- в камере 16 насоса-регулятора 3 и в маслопроводе 13 при работе турбины 9;

- в камере 17 пускового маслонасоса 2 и в маслопроводе 13 на пусковом (стояночном) режиме.

Система маслоснабжения работает следующим образом. При нормальной работе турбины 9 насос-регулятор 3 подает из камеры 16 силовое масло по маслопроводу 27 через невозвратный клапан 28 в маслопровод 11 и из него на сопло 10 инжектора 4. Кроме того, через невозвратный клапан 14 насос-регулятор 3 подает силовое масло в маслопровод 13, из которого оно подводится к элементам 22 системы регулирования и защиты. Невозвратный клапан 15 предотвращает возможность слива силового масла обратным током через пусковой маслонасос 2 в маслобак 1. Давление масла до и после дроссельной диафрагмы 12 одинаковые и поэтому подвод силового масла на сопло 10 инжектора 4 обеспечивается полностью от насоса-регулятора 3 по маслопроводу 27. Проходя через сопло 10, силовое масло инжектирует масло из маслобака 1 и через окна 19, приемную камеру 18 и диффузор 5 и подает его в маслопровод 6, из которого масло поступает в камеру 7 и в камеру 16 насоса-регулятора 3. Кроме того, инжектируемое масло по маслопроводам 8 и 23 подводится к системе смазки и к элементам 22 турбины.

Производительность инжектора 4 складывается из расхода масла на сопло 10 инжектора 4 и на восполнение масла, сливаемого в маслобак 1 от элементов 22 и системы смазки турбины 9. На рассматриваемом режиме инжектор 4 имеет характеристику 29, а сеть - 33. В точке 37 их совместной работы производительность 42 инжектора и давление 50 масла в маслопроводе 6 имеют номинальное значение.

На стояночном режиме система маслоснабжения работает иначе: пусковой маслонасос 2 по маслопроводу 21 засасывает масло из маслобака 1 в камеру 20 и подает силовое масло из камеры 17 через невозвратный клапан 15 в маслопровод 13. Из маслопровода 13 силовое масло поступает через дроссельную диафрагму 12 в маслопровод 11 и на сопло 10 инжектора 4. Из маслопровода 13 силовое масло подается также к элементам 22 системы регулирования и защиты турбины 9. Невозвратные клапаны 14 и 28 отсекают возможность слива масла обратным током через насос-регулятор 3 в маслопровод 6 низкого давления. Проходя через сопло 10, силовое мало через окна 19 и приемную камеру 18 инжектора 4 инжектирует масло из маслобака 1 и подает его через диффузор 5 в маслопровод 6. Из маслопровода 6 масло поступает в камеру 7 всасывания насоса-регулятора 3, а также по маслопроводам 8 и 23 в систему смазки и к элементам 22 системы регулирования и защиты турбины 9. Из камеры 7 инжектируемое масло заполняет напорную камеру 16 насоса-регулятора 3 и маслопровод 27 до невозвратного клапана 28, закрытого давлением масла, подведенного по маслопроводу 6 к соплу 10 инжектора 4. Дроссельная диафрагма 12 настроена так, что давление масла в маслопроводе 11 перед соплом 10 инжектора 4 значительно ниже давления масла, развиваемого пусковым маслонасосом 2, причем оно такое, что инжектор 4 имеет характеристику 32. При работе системы маслоснабжения на стояночном режиме инжектор 4 обеспечивает маслом лишь систему смазки турбины 9. Масло на сопло 10 инжектора 4 и на элементы 22 системы регулирования и защиты подается от пускового маслонасоса 2. Производительность инжектора при этом минимальная, т.к. насос-регулятор 3 выключен и поэтому сопротивление сети 36 масляного тракта инжектора 4 будет максимальным. Производительность 46 инжектора 4 на стояночном режиме, равная сливу 25 масла из системы смазки турбины 9, соответствует точке 40 совместной работы инжектора 4 по характеристике 32 с сетью 36. Давление 47 масла в маслопроводе 6 при совместной работе инжектора 4 и сети 36 минимальное, выбираемое из условия обеспечения надежной, без срывов, работы насоса-регулятора 3 при пуске и выходе на обороты турбины 9. В результате на режиме стоянки система маслоснабжения создает на элементах 22 системы регулирования и защиты максимально возможный располагаемый перепад давлений масла в маслопроводах 13 и 6.

В процессе пуска турбины 9 и выхода ее на обороты давление масла перед соплом 10 инжектора 4 плавно увеличивается и характеристика инжектора 4 при этом автоматически плавно перенастраивается от 32 до 29. Производительность инжектора 4 при этом увеличивается. Характеристики сети также плавно изменяются от 36 до 33. Происходит попарное изменение характеристик инжектора 4 и сети. Одна из таких пар - 31 и 35 с точкой 39 (точкой их совместной работы). Характеристики 30 и 34 (построенные для давления масла в маслопроводе 11 равного давлению силового масла пускового маслонасоса 2), имеющие точку 38 совместной работы инжектора 4 с сетью 34, соответствуют предельному случаю, когда подача масла в систему маслоснабжения осуществляется полностью от насоса-регулятора 3. Давление 47, 48, 49, 50 масла в маслопроводе 6 в точках 40, 39, 38, 37 совместной работы инжектора 4 по характеристикам 32, 31, 30, 29 с сетью 36, 35, 34, 33 по мере увеличения частоты вращения ротора турбины 9 от нуля на стояночном режиме до номинальной частоты плавно увеличивается от минимального значения 47 до номинального 50. Перемещение точек совместной работы инжектора 4 с сетью на графике происходит по некоторой траектории 52.

Характеристика 30 интересна тем, что она совпадает с характеристикой инжектора системы маслоснабжения прототипа на стояночном режиме. В отличие от предлагаемой системы маслоснабжения у прототипа на режиме работы на остановленной турбине точкой совместной работы инжектора с сетью является точка 41 с более высоким давлением 51 масла в маслопроводе 6, чем у предлагаемой системы маслоснабжения. Выигрыш располагаемого перепада давлений масла в маслопроводе 13 и в маслопроводе 6 на стояночном режиме в предложенной системе маслоснабжения по сравнению с прототипом равен разности давлений 51 и 47.

Настоящее изобретение создано по результатам исследований и опытных проверок систем маслоснабжения двух паровых геотермальных турбин “Камчатка-25” Открытого Акционерного Общества “Калужский турбинный завод”, которые в настоящее время сдаются в эксплуатацию на Мутновской геотермальной электростанции на Камчатке.

Научно-технический Совет ОАО “Калужский турбинный завод” принял решение (протокол НТС №31-25/0608 от 6 августа 2002 г.) о возложении на ОАО “Калужский турбинный завод” функций патентообладателя, об оформлении заявки на изобретение “Система маслоснабжения паровой турбины” (автор Косенюк Ю.Г.) и об использовании созданного технического решения, существенно улучшившего технические и эксплуатационные характеристики паровых турбин, на двух первых турбинах “Камчатка-25”, а также на других, в том числе серийных паровых турбинах Калужского турбинного завода.

Литература

1. А.В.Щегляев и С.Г.Смельниций. Регулирование паровых турбин. М. - Л., Госэнергоиздат, 1962, стр. 124, рис.5-2.

2. Паровые турбины малой мощности КТЗ. Под ред. В.И.Кирюхина, М., Энергоатомиздат, 1987, стр. 155, рис.8.1.

Система маслоснабжения предназначена для паровой турбины. Она содержит маслобак, пусковой маслонасос (ПМН), насос-регулятор (HP) и инжектор. Сопло инжектора подключено к напорным камерам HP ПМН через невозвратные клапаны общим для них силовым маслопроводом. Диффузор инжектора подключен маслопроводом к камере всасывания насоса-регулятора. Новым является то, что система маслоснабжения снабжена дополнительным маслопроводом с невозвратным клапаном, посредством которого сопло подключено к камере насоса-регулятора. Кроме того, на маслопроводе на подводе масла к соплу установлена дроссельная диафрагма. Дроссельная диафрагма настраивается так, что на стояночном (пусковом) режиме давление масла перед соплом ниже давления нагнетания ПМН. При этом в маслопроводе давление масла ниже, чем давление масла в нем на работающей турбине. В результате на стояночном (пусковом) режиме значительно увеличивается располагаемый перепад давлений масла на элементах системы регулирования и защиты турбины между маслопроводами. 2 ил.

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, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным маслопроводом с невозвратным клапаном, подключенным к напорной камере насоса-регулятора до его невозвратного клапана и к силовому маслопроводу перед соплом инжектора, причем на силовом маслопроводе до общей точки силового и дополнительного маслопроводов установлена дроссельная диафрагма.