Система регулирования уплотнения нагнетателя Н-370-18

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ.

Назначение

Система регулирования уплотнения нагнетателя предотвращает проникновение газа по валу из нагнетателя в машинный зал. Это обеспечивается тем, что в камеру между торцевым уплотнением и опорным подшипником подводится масло с давлением на 0,15–0,3 МПа больше, чем давление газа в камере после лабиринтного уплотнения (в уплотнительной камере).

Кроме того, система регулирования уплотнения включает в себя следующие устройства системы защиты агрегата:

-реле осевого сдвига;

-сигнализатор противопомпажный.

Устройство системы

Система регулирования уплотнения поддерживает заданное превышение давления уплотняющего масла над давлением газа, а также формирует импульс для противопомпажной защиты.

Схема регулирования уплотнения газового нагнетателя Н-370-18, приводом которого является газотурбинный агрегат ГТК-10-4, изображена на рис. 7.1. Масло к опорному подшипнику и к уплотнению нагнетателя подается винтовыми электронасосами, один из которых является резервным. К винтовым электронасосам масло поступает охлажденным из маслосистемы турбоагрегата с давлением 0,2-0,5 МПа. Все масло от винтовых электронасосов, прежде чем попасть на уплотнение, пропускается через гидроаккумулятор, установленный над нагнетателем на два метра выше уплотнительной камеры. Гидроаккумулятор предназначен для обеспечения уплотнения и смазки опорного подшипника нагнетателя в течение 10 мин в случае остановки винтовых насосов, вызванной исчезновением электропитания двигателей. Этого времени достаточно для аварийной остановки ГПА и стравливания газа из нагнетателя.

Постоянная разность давлений масла и газа поддерживается регулятором перепада давления за счет сброса части масла, нагнетаемого винтовым электронасосом 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 нее масло стекает в поплавковую камеру и по мере ее заполнения отводится в газоотделитель. В газоотделителе масло разбивается на тонкие струи и растекается по перегородкам, на которых происходит выделение растворенного в масле газа.

Чистое масло, скапливающееся в нижней части газоотделителя, через гидрозатвор направляется в бак, а выделяющийся из масла газ отводится в атмосферу через свечу.

Рис. 7.1. Система уплотнения нагнетателя Н-370-18:

АМ-гидроаккумулятор масла; ПК-поплавковая камера;

РПД-регулятор перепада давлений; МНУ-маслонасосы уплотнения; СП-сигнализатор помпажа; ГО-газоотделитель

Для уменьшения уноса масла из маслосборной камеры в сторону колеса нагнетателя и далее в газопровод из поплавковой камеры отводят небольшое количество газа во всасывающий патрубок нагнетателя. Количество отводимого газа регулируют дросселем. В результате образуется поток газа, который увлекает масло из маслосборной в поплавковую камеру. Фильтр, установленный в верхней части поплавковой камеры, препятствует уносу масляных паров во всасывающую трубу нагнетателя. На случай засорения фильтра вокруг него предусмотрен обвод через вентиль.

Чтобы масло в поплавковой камере не переохлаждалось, особенно в зимнее время, в середину лабиринтного уплотнения добавляется более теплый газ из нагнетательного патрубка. Количество этого газа регулируют вентилем.

Индикация приближения режима работы нагнетателя к помпажной границе осуществляется сигнализатором помпажа. Импульсом для срабатывания сигнализатора является 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.

В системе регулирования нагнетателя имеется также реле осевого сдвига ротора. Масло для реле поступает из маслосистемы турбоагрегата с давлением 0,5 МПа, которое поддерживается специальным регулятором давления «после себя».

Работа системы

Работа системы поддержания перепада «масло-газ» на уплотнениях осуществляется следующим образом. Когда нагнетатель не работает и не заполнен газом, запускается один из винтовых электронасосов. Происходит заполнение гидроаккумулятора маслом. Шариковый и поплавковый клапаны в верхней части гидроаккумулятора не препятствуют вытеснению воздуха через уплотнительную камеру в нагнетатель и далее через открытую 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 идет заполнение гидроаккумулятора, отверстие для слива масла в регуляторе перепада перекрыто, потому что давление масла за насосом еще мало и не в состоянии преодолеть натяжение пружины регулятора. После заполнения гидроаккумулятора сначала закрывается поплавковый клапан, а затем и шариковый. Последний закрывается, поскольку поток масла способен подхватить шарик и прижать его к седлу. Давление за насосом начинает расти, мембрана регулятора перепада переставляет вверх золотник, открывается сброс масла из линии от нагнетания винтовых насосов.

С ростом давления масла увеличиваются протечки через зазоры торцевого уплотнения. Протекающее масло поступает в поплавковую камеру и далее через газоотделитель в бак. При нормально работающих уплотнениях заполнение поплавковой камеры происходит довольно медленно (примерно 1 сут.). При отсутствии избыточного давления газа в полости нагнетателя давление уплотняющего масла достигает 1,2 МПа, что регулируется дроссельным винтом регулятора. По мере повышения давления газа мембрана регулятора смещается вниз, золотник прикрывает свое сливное отверстие, и давление масла за насосом повышается. Благодаря наличию пружины в регуляторе давление масла будет всегда больше давления газа на 0,1-0,3 Мпа. Установка поплавкового клапана исключает образование газовой подушки в гидроаккумуляторе и обеспечивает быстрое его заполнение при пусках.

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 подъем уровня на 10 мм произойдет за время не менее 20 мин.

ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ НАГНЕТАТЕЛЯ

Торцевое уплотнение вала нагнетателя, образованное парой трения, служит для предотвращения проникновения газа из полости нагнетателя в машинный зал, а также для предотвращения проникновения масла высокого давления в проточную часть. Слив масла высокого давления происходит через опорный вкладыш.

Торцевое уплотнение (Рис.72.) состоит из корпуса, который крепится при помощи фланца и шпилек с гайками к гильзе. В корпусе размещены 10 пружин и ограничительное кольцо. По наружным и внутренним поверхностям корпуса в кольцевых канавках установлены резиновые уплотнительные кольца, разделяющие масляные и газовые полости. Стальная втулка своей хвостовой частью вставляется во внутреннюю расточку корпуса уплотнения. В кольцевую расточку втулки, так же как и упорного кольца, впаяно графитовое кольцо. Пружины создают усилие, прижимающее втулку к упорному кольцу, насаженному на вал, чем обеспечивается герметичность в месте контакта. Во внутреннюю полость гильзы на участке между опорным вкладышем и торцевым уплотнением подводится масло с давлением, несколько большим, чем давление газа перед торцевым уплотнением.

Между рабочим колесом и торцевым уплотнением установлено лабиринтное газовое уплотнение. Назначение этого уплотнения - исключить занос капель масла из уплотняемой полости в проточную часть нагнетателя.

Рис. 7.2. Торцевое уплотнение нагнетателя Н-370-18:

1-гильза; 2-ротор; 3-опорный вкладыш; 4-корпус уплотнения;

5-лабиринтное уплотнение; 6-втулка; 7-пружина;

8-ограничительное кольцо; 9-графитовое кольцо; 10-упорное кольцо

УЗЛЫ СИСТЕМЫ УПЛОТНЕНИЯ

Поплавковая камера

Поплавковая камера (Рис.7.3) предназначена для дренирования масла, поступающего через уплотнение в маслосборную полость нагнетателя, и возвращения этого масла в масляный бак агрегата после его дегазации.

В сварном корпусе на поверхности масла плавает поплавок. Трубой поплавок поворачивает рычаг вокруг оси. В прорези рычага вставлены шипы сухаря, прижимаемого плоской пружинкой к седлу. Поднимаясь и опускаясь вместе с уровнем масла, поплавок передвигает сухарь, который открывает и закрывает сливное отверстие в седле. Упорный винт и упорная гайка, нажимая на стойку, под которой лежит седло, обеспечивают надежность уплотнения седла. Болты ограничивают поворот рычага и, следовательно, ход сухаря. При отсутствии масла в камере поплавок опущен, рычаг упирается в правый болт, сливное отверстие в седле перекрыто сухарем.

Рис. 7.3. Поплавковая камера:

1-корпус; 2-поплавок; 3-клапан; 4-указатель уровня; 5-фильтр;

6-крышка

Масло из сливной камеры нагнетателя подводится в верхнюю часть цилиндрического участка корпуса. По мере заполнения камеры маслом его уровень повышается.

При достижении уровня нижнего значения (400 мм от дна корпуса) поплавок обретет плавучесть. В рабочем диапазоне изменения уровня поплавок отслеживает положение этого уровня. Уровень масла в камере устанавливается постоянным для данного режима работы, так как поплавок открывает сливное отверстие в седле настолько, чтобы подвод масла в камеру был равен сливу из нее в газоотделитель.

Уровнень, поддерживаемый камерой, изменяется в зависимости от давления в камере и от количества масла, поступающего в нее, не опускаясь на всех режимах работы нагнетателя за нижний уровень.

Таким образом, газовая полость уплотнения нагнетателя отделена от маслобака столбом масла в поплавковой камере. Если в камеру поступит газ под давлением, то выйти из нее по сливному трубопроводу он не сможет.

Для улучшения работы уплотнения нагнетателя часть газа из поплавковой камеры отводится через отверстие в крышке.

Для уменьшения уноса масла из поплавковой камеры этим газом между крышкой и корпусом установлен фильтр. Сопротивление фильтра контролируется манометром. Для отключения фильтра в случае неудовлетворительной его работы имеется обвод с вентилем. В нормальных условиях работы камеры вентильзакрыт.

В нижней части корпуса поплавковой камеры имеется отверстие для отбора импульса давления к регулятору перепада «масло-газ».

Регулятор перепада

Мембранный регулятор перепада (Рис.7.4) поддерживает в уплотнении нагнетателя постоянное превышение давления масла над газом. Регулятор собран в сварном корпусе, к которому прикреплен фланец со стаканом. Основной элемент регулятора - резиновая мембрана - зажата между опорными кольцами и дисками. Снизу на мембрану действует давление масла, нагнетаемого винтовым насосом. Сверху на мембрану действуют пружина и давление масла в поплавковой камере, равное давлению газа в уплотнительном подшипнике нагнетателя. Натяжение пружины устанавливают с помощью винта. Вращая винт, опускают или поднимают тарелку, изменяя тем самым натяжение пружины. Планка, приклепанная к стакану, не дает тарелке проворачиваться. В диск ввернута тяга, которая соединяет золотник с жестким подвижным центром мембраны, состоящим из дисков. Золотник управляет сливом масла через профильные окна во втулке.

Перед пуском нагнетателя, когда в его уплотнительной камере нет давления газа, мембрана под давлением масла от винтового насоса прогнута верх до упора диска в упорное кольцо. Рабочие пояски золотника пропускают масло на слив. При этом с помощью дросселя давление уплотняющего масла поддерживается в пределах 1,0 – 1,5 МПа.

Рис. 7.4. Регулятор перепада давлений:

1-корпус; 2-дроссель; 3,4-опорные кольца; 5-фланец; 6-пружина;

7-планка; 8-тарелка; 9-винт; 10-стакан; 11,13-диски; 12-резиновая мембрана;

14-втулка; 15-золотник; 16-тяга

С увеличением давления в уплотнительной камере нагнетателя мембрана начинает прогибаться вниз, и золотник прикрывает слив масла, что заставляет насос подавать к уплотнению масло с давлением, которое больше давления газа. Снижение давления газа в уплотнительном подшипнике нагнетателя приводит к увеличению слива в регуляторе перепада и уменьшению давления от насоса.

В обоих случаях регулятор сохраняет перепад давлений, заданный с помощью натяжения пружины.

Диапазон настройки регулятора перепада 0,04-0,3 МПа. Рекомендуемый рабочий перепад 0,2 МПа.

Сигнализатор помпажа

Помпаж нагнетателя представляет собой периодические изменения расхода газа вплоть до противотока, сопровождается акустическими ударами и приводит к разрушению подшипников и покрывающих дисков колес. Сопутствующее помпажным толчкам изменение нагрузки на нагнетатель вызывает колебание частоты вращения ТНД и может привести к вынужденной остановке ГПА из-за срабатывания автомата безопасности или защиты по превышению температуры перед турбиной. В эксплуатации были отмечены случаи помпажа осевого компрессора турбины, вызванного колебаниями мощности нагнетателя при его помпаже.

Обнаружение помпажного режима работы нагнетателя осуществляется сигнализатором помпажа. Он воспроизводит линию режимов, близкую к помпажной границе, используя импульсы по перепаду на входном конфузоре и разность давлений газа на входе и выходе нагнетателя.

Под воздействием разности давлений на конфузоре

DН = Рвс(+) - Рвс(-),

зависящей от расхода газа через нагнетатель, и разности давлений между нагнетанием и всасыванием

DР = Рн - Рвс(-)

сильфоны развивают усилия, которые сравниваются на рычажной системе. Сигнализатор воспроизводит характеристику

DР = К DН,

где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от положения корректора в сигнализаторе. Этому же уравнению подчиняется и граница помпажа нагнетателя. Изменяя положение корректора, настраивают сигнализатор на выдачу сигнала при приближении режимов работы нагнетателя к помпажной зоне.

Винтовые маслонасосы уплотнения

Масляные винтовые насосы с приводом от электродвигателей переменного тока предназначены для подачи масла в систему уплотнения и на смазку опорного подшипника нагнетателя (Рис.7.5.). Насос способен создать давление в системе до 8,0 МПа.

Насос состоит из следующих основных деталей: корпуса с передней и задней крышками, рубашки, трех винтов, обоймы с подпятником. На корпусе имеются фланцы, присоединяющие насос со стороны задней крышки к всасывающему, а со стороны передней крышки – к нагнетательному трубопроводу. В трех соединяющихся между собой сквозных осевых цилиндрических отверстиях, стенки которых залиты баббитом, плотно посажены рабочие винты со специальной нарезкой, обеспечивающей зацепление с малыми зазорами. При работе насоса винты почти герметично разделяют камеры всасывания и нагнетания.

Ведущий (средний) винт имеет правую двухходовую нарезку и вращается по часовой стрелке (если смотреть со стороны привода). Электродвигатель подсоединяется к ведущему винту при помощи вала с полумуфтой, который выводится наружу через подшипник и сальниковое уплотнение в передней крышке. Ведомые боковые винты имеют левую двухходовую нарезку и вращаются против часовой стрелки. Эти винты являются уплотнительными элементами рабочей части насоса. На концах винтов имеются поршни, которые передают на подпятник осевые усилия, действующие на винт при работе насоса, от разности давлений в нагнетательной и всасывающей камерах. Разгрузка осевых усилий осуществляется давлением масла, которое подводится из камеры нагнетания под поршни винтов.

Рис. 7.5. Винтовой маслонасос уплотнения:

1-задняя крышка; 2-корпус; 3-обойма с подпятником; 4,5-винты;

6-рубашка; 7-подшипник; 8-передняя крышка; 9-уплотнение

Винтовые насосы не требуют специальной смазки, так как насос устанавливается ниже уровня масла в баке.

Насос обеспечивает подачу масла в систему благодаря тому, что при вращении винтов их нарезки, взаимно замыкаясь, отсекают во впадинах некоторый объем масла, который вытесняется по впадине вдоль оси вращения в напорную камеру с давлением, зависящим от сопротивления в напорной магистрали. Ограничение пускового тока приводного электродвигателя при включении насоса в магистраль с высоким давлением обеспечивается открытием пускового клапана.

Блок клапанов маслонасоса уплотнения

Пусковой клапан смонтирован в блоке с предохранительным клапаном, который установлен во фланце напорного патрубка насоса (Рис.7.6.). Внутренняя напорная полость корпуса постоянно сообщается с напорной камерой насоса, с напорным трубопроводом через обратный клапан и со сливным трубопроводом через отверстия в предохранительном и пусковом клапанах. Обратным клапаном насос отключается от напорного трубопровода при остановке и пуске. Предохранительный клапан ограничивает максимально допустимое давление 8,0 МПа.

Пусковой клапан работает следующим образом. На неработающем насосе он открыт, стакан пускового клапана находится в верхнем положении, прижатый пружиной к гайке. Отверстие в стакане соединяет напорную полость насоса со сливом. При включении электродвигателя насос начинает работать почти без нагрузки, так как масло через отверстие в стакане уходит на слив. По мере возрастания частоты вращения насоса и увеличения его производительности сопротивление пропуску масла со стороны клапана возрастает. Увеличившееся в напорной полости давление передается через сверление в клапане и жиклер с малым отверстием в полость. Под действием давления в полости стакан, преодолевая усилие пружины, опускается и прикрывает сливное отверстие. Когда слив полностью перекроется, давление масла сравнивается с давлением в напорной магистрали и обратный клапан откроет подвод масла в магистраль.

Рис. 7.6. Блок клапанов МНУ:

1-корпус; 2-предохранительный клапан; 3-дроссель; 4-обратный клапан; 5-гайка; 6-болт; 7-жиклер; 8-стакан пускового клапана;

9-пружина

Для закрытия пускового клапана в полости необходимо создать давление около 0,3 МПа, что обеспечивается регулированием площади сливного отверстия с помощью соответствующей установки болта.

Вследствие различной вязкости масла и неодинаковых зазоров в винтах насосы имеют отклонения от гарантийной производительности. Для ограничения верхнего предела по расходу блок дополнен дросселем, с помощью которого излишек расхода масла можно перепустить из напорной полости насоса на слив.

Реле осевого сдвига

При выработке или выплавлении баббитовой заливки в упорных колодках подшипника происходит осевое смещение ротора нагнетателя, которое может привести к задеванию вращающихся частей о неподвижные.

Для предотвращения аварий, которые могут произойти в таком случае, в системе защиты агрегата применено гидравлическое реле осевого сдвига, выдающее сигнал аварийной остановки при осевом смещении ротора на 0,8 - 1,0 мм. Конструкция реле показана на рис. 7.7.

К планке, укрепленной в разъеме корпуса подшипника, подведено через дроссельные шайбы диаметром 3 мм двумя параллельными линиями масло постоянного давления 0,5 МПа. Через отверстия в планке это масло подводится к двум соплам и сливается в картер подшипника через щели, образуемые торцами сопел и диском на роторе.

Зазоры между соплами и диском за счет смещения сопел по резьбе устанавливаются равными 1,1 мм.

Давление масла на отрезках линий между шайбами и соплами замеряется электроконтактными манометрами. При нормальной работе, когда нет осевого смещения ротора, давления после обеих шайб примерно одинаковы 0,12 – 0,18 МПа.

При осевом смещении ротора вращающийся диск приближается к одному из сопел. Давление масла на отрезке линии перед этим соплом увеличивается и уменьшается перед другим. При смещении ротора на 1 мм давление перед одним соплом повышается примерно до 0,4–0,45 МПа, а перед другим падает до 0,1–0,14 МПа. Контакты электроконтактных манометров настраиваются на выдачу электрических импульсов в систему защиты агрегата при повышении давления перед соплами до 0,3–0,35 МПа, что соответствует осевому смещению ротора примерно на 0,8 мм. При установке сопел необходимо учитывать наличие осевого разбега ротора между установочными и рабочими колодками в упорном подшипнике, поэтому ротор перед замером должен отжиматься до упора в колодки в сторону устанавливаемого сопла.

Для того чтобы сопла при случайном задевании не создавали значительных деформаций диска, их изготавливают из латуни. Фиксация сопел в планке производится с помощью стопорных гаек. Для более стабильной работы реле подводимое к нему масло проходит дополнительную очистку в сетчатом фильтре.

Рис. 7.7. Реле осевого сдвига:

1-гайка; 2-сопло; 3-пластина; 4-электроконтактный манометр;

5-гребень на вале нагнетателя

Регулятор давления масла реле осевого сдвига

Для обеспечения стабильной работы гидравлического реле осевого сдвига вала нагнетателя масло, подводимое к нему из системы маслоснабжения агрегата, должно иметь постоянное давление 0,5 МПа. Для этого применяется регулятор давления, конструкция которого изображена на рис. 7.8.

В расточке корпуса запрессована букса, в которой перемещается поршень с упором. На поршень сверху действует усилие пружины. Упором смещается шарик, поджимаемый к седлу во втулке пружиной. Втулка установлена в нижней части корпуса, имеет боковые отверстия, к которым подведено масло от насоса. Выход из регулятора сообщен с полостью под поршнем.

При отсутствии подвода масла пружина держит поршень на нижнем упоре. Зазор между седлом и шариком при этом максимальный. Включение насоса приводит к росту давления перед регулятором и за ним. Когда давление за регулятором достигает 0,5 МПа, поршень, сжимая пружину, начинает подниматься. Зазор между седлом и шариком уменьшается до тех пор, пока давление за регулятором не перестанет возрастать. Если давление за регулятором начинает снижаться, то поршень опускается вниз и увеличивает поступление масла до тех пор, пока давление не восстановится. Настройка регулятора осуществляется натяжением пружины за счет подбора толщины подкладного кольца над пружиной.

Рис. 7.8. Регулятор давления масла к реле осевого сдвига:

1-корпус; 2-букса; 3-поршень; 4-упор; 5-пружина; 6-втулка; 7-шарик;

8-пружина; 9-подкладное кольцо