Модернизация схемы уплотнения вала генератора с водородным охлаждением
М.А. Петров, теплотехник, г. Новокузнецк
Данная разработка будет интересна предприятиям, на которых установлены электрические генераторы типа ТВФ-63-2Е с водородным охлаждением. При работе этих электрических генераторов выделяется значительное количество тепловой энергии в обмотках статора и ротора (медь генератора) при прохождении по ним электрического тока и в сердечниках статора и ротора (железо генератора), которое забирается циркулирующим внутри генератора теплоносителем (водородом) и отдаётся охлаждающей воде в газоохладителях. Выбор водорода в качестве теплоносителя обусловлен двумя основными причинами. Во-первых, плотность водорода меньше плотности воздуха в 10 раз, поэтому его циркуляцию внутри генератора легче осуществлять вентиляторами, установленными на торцах ротора. Во-вторых, теплоёмкость водорода в 14 раз выше, чем у воздуха, соответственно, водород эффективнее забирает и отдаёт тепло. При этом, с увеличением давления в корпусе генератора эффективность применения водорода увеличивается. Но водород – горючий газ, а при содержании его в воздухе от 4 до 75 % он взрывоопасен. Для предотвращения утечки водорода в месте выхода вала ротора из корпуса генератора устанавливаются специальные масляные уплотнения вала, размещённые между торцевыми щитами и опорными подшипниками генератора.
Принцип действия уплотнения заключается в запирании водорода непрерывным встречным потоком масла, подаваемым в узкий зазор между валом ротора и вкладышем уплотнения под давлением, превышающим давление водорода. Перепад давлений масло-водород поддерживается согласно паспортным данным.
К работе уплотнений вала генератора предъявляются ряд технических требований:
— отсутствие пропуска водорода через уплотнения;
— обеспечение заданной чистоты водорода при заданном его расходе;
— сохранность деталей уплотнений вала и собственно вала при нарушениях маслоснабжения и возврат к нормальному режиму после восстановления маслоснабжения;
— обеспечение допустимой температуры баббита вкладышей;
— обеспечение срока службы (ресурса вкладыша) не менее периода между ремонтами;
— предотвращение попадания масла в корпус генератора.
На генераторах ТВФ-63-2Е уплотнение вала генератора имеет кольцевое исполнение. Уплотнение кольцевого типа (рис. 1) представляет собой кольцевой вкладыш, охватывающий вал с малым зазором. Вкладыш размещен внутри корпуса уплотнения, закреплённого на торцевом щите генератора. Вкладыш имеет свободу незначительного радиального перемещения внутри камеры уплотняющего масла, образованной корпусом уплотнения и крышкой. Уплотнение камеры уплотняющего масла осуществляется посредством резиновых шнуров. От проворачивания вкладыш удерживается специальной шпонкой. Уплотняющее масло под давлением, превышающим давление водорода, поступает в камеру уплотняющего масла, а затем через радиальные отверстия в кольцевой зазор между баббитовой поверхностью вкладыша и валом ротора. Разделившись на два аксиальных (вдоль оси ротора) потока в сторону водорода и воздуха, уплотняющее масло предотвращает утечку водорода из корпуса генератора и отводит теплоту от поверхности вкладыша и ротора, образующуюся при их совместном трении. На рабочей поверхности вкладыша сделана специальная клиновая разделка, которая обеспечивает при номинальных оборотах ротора хорошую центровку и концентричность расположения вкладыша относительно вала за счёт образования большого количества масляных клиньев по всей окружности вкладыша. При пониженной частоте вращения ротора эффект масляных клиньев уменьшается, а при работе ВПУ исчезает вообще. При этом под действием собственного веса вкладыш может несколько опуститься, но при этом всегда сохраняется кольцевой зазор по всей окружности вкладыша и жидкостное трение. Поэтому режим с пониженной частотой вращения для кольцевых уплотнений не опасен.
Читайте также: Датчик частоты вращения коленчатого вала скания
При нарушении маслоснабжения кольцевое уплотнение, как правило, не повреждается. Это объясняется тем, что вкладыш, оседающий на вал при нарушении масляного клина, соприкасается с валом своей верхней зоной на незначительной площадке, и баббит не так быстро нагревается. Если вкладыш будет туго сидеть в корпусе за счёт резиновых шнуров, то оседания может и не быть. При исчезновении масляного слоя произойдёт выход водорода в картеры подшипников (сторона воздуха). Нормализация маслоснабжения восстанавливает работоспособность кольцевого уплотнения.
Износ баббита из-за загрязнения масла и вибрации вала приводит к увеличению зазора между баббитом и валом, увеличению расхода масла в сторону водорода и воздуха и – к заметному понижению температуры баббита.
Увеличение расхода масла в сторону водорода сопряжено с:
– загрязнением водорода другими газами, выделяющимися из масла;
– выносом водорода из генератора при растворении его в масле;
– опасностью попадания масла в генератор.
Увеличение же расхода масла в сторону воздуха может явиться причиной пропуска водорода через уплотнения.
К преимуществам кольцевых уплотнений следует отнести:
— нечувствительность к осевым перемещениям вала;
— живучесть при нарушении маслоснабжения.
— больший по сравнению с торцевыми уплотнениями расход масла на уплотнения (до 40%), особенно в сторону водорода;
— недостаточную компенсацию давления водорода на боковую поверхность вкладыша, что вызывает значительные силы трения между вкладышем и корпусом и приводит к износу рабочей поверхности вкладыша.
Рис. 1 Конструкция уплотнения вала кольцевого типа: 1 – вал ротора; 2 – вкладыш; 3 – корпус уплотнения; 4 – крышка; 5 – резиновый шнур; 6 – уплотняющий поясок; 7 – кольцевая канавка; 8 –осевая канавка; 9 – клиновая площадка; 10 – плоская площадка; Рупл. – камера уплотняющего масла; Н2 – сторона водорода.
При проработке модернизированной схеме были учтены характеристики производительности главного масляного насоса (ГМН) (Q = 280 м 3 /ч), расход масла на уплотнение (7,2 м 3 /ч) и смазку подшипников
У существующей схемы уплотнения вала генератора (УВГ) подача масла выполнена таким образом: масло с главного маслобака (ГМБ) подводится на всас маслонасоса УВГ, далее происходит подача насосом УВГ на регулятор перепада давления (РПД) после на демпферный бак. После демпферного бака масло поступает непосредственно на уплотнение (рис. 2).
Рисунок 2. Принципиальная схема уплотнения вала генератора.
Подача масла в модернизированной схеме УВГ будет осуществляться с существующей нитки маслопровода на регулирование от ГМН на вновь смонтированный инжектор смазки, при этом от маслопровода на регулирование необходимо смонтировать новый маслопровод с врезкой в существующий напорный маслопровод маслонасоса УВГ после ЗА и смонтировать инжектор смазки. Далее схема работает по существующим маслопроводам. Инжектор смазки в данной схеме выполняет функцию дроссельной шайбы, выдерживает заданный расход на подачу масла на РПД. Насос УВГ остаётся в качестве резервного и вступает в работу от понижения давления в маслопроводе на уплотнения, всё необходимое для этого сделают специалисты КИП цеха (рис. 3).
Читайте также: Шестерни промежуточного вала кпп газель некст камминз
При модернизации данной схемы достигается: экономия электроэнергии, снижение загруженности рабочего оборудования и, следовательно, затраты на ремонт. Внедрение такой схемы на объектах ТЭК особенно актуально в настоящее время в рамках реализации мероприятий энергосбережения.
Рисунок 3. Модернизированная схема уплотнения вала генератора.
МАСЛЯНЫЕ УПЛОТНЕНИЯ
Для предотвращения утечки водорода из корпуса генератора или компенсатора в местах прохода вала ротора
через торцевые крышки применяются масляные уплотнения кольцевого или торцевого типа.
Кольцевое уплотнение (рис. 3.7) состоит из вкладыша 2, охватывающего вал /, и корпуса 3. Масло поступает в зазор между вкладышем и валом и разделяется на две части: в сторону водорода и в сторону воздуха.
Рис. 3.7. Кольцевое уплотнение
Рис. 3.8. Торцевое уплотнение:
/ — диск на валу ротора; 2 — вкладыш; 3 — пружина; 4 — корпус; 5 — кольцевая канавка
Масло, идущее в сторону водорода, предотвращает утечку водорода из корпуса машины через зазор между валом и вкладышем.
Основное достоинство кольцевых уплотнений заключается в том, что при кратковременном прекращении подачи масла они, как правило, не повреждаются. Подплавление их вкладышей, если оно и случится, обычно не вызывает повреждения рабочей поверхности вала. Но из-за большого зазора между вкладышем и валом (0,3—0,4 мм) в ранее выпускавшихся конструкциях расход масла в сторону водорода достигал 40—60 л/мин. Из масла выделялся имевшийся в нем воздух, снижавший чистоту водорода. Это вызывало необходимость иметь вакуумную установку для очистки от воздуха масла, поступающего на уплотнения.
Торцевое уплотнение (рис. 3.8) имеет вкладыш 2, прижимаемый к упорному диску 1 на валу ротора. Как и в кольцевом уплотнении, масло, поступающее в кольцевую канавку на рабочей поверхности вкладыша, разделяется на две части. Большая часть направляется в сторону воздуха,
обеспечивая смазку трущихся поверхностей, меньшая — в сторону водорода, предотвращая выход водорода через зазор между вкладышем и диском, поскольку давление масла в кольцевой канавке больше давления водорода в статоре на 0,03—0,09 МПа. Меньшая часть масла обеспечивает также смазку внутреннего запорного пояска вкладыша. Расход масла в сторону водорода ввиду малого зазора
Рис. 3.9. Торцевые уплотнения
между вкладышем и диском, определяемого только толщиной масляной пленки, невелик (3—5 л/мин). Это является основным преимуществом торцевого уплотнения по сравнению с кольцевым, позволяющим отказаться от маслоочис-тительной установки.
Торцевые уплотнения разделяются на типы в зависимости от способа создания усилий, прижимающих вкладыш к диску, а также по количеству автономных камер для масла.
По способу создания усилий, прижимающих вкладыш к диску, все торцевые уплотнения в основном можно разбить на четыре типа (рис. 3.9). В табл. 3.2 приведены способы создания усилий, прижимающих вкладыш к упорному диску, и указано, в каком турбогенераторе применяется каждый из четырех типов уплотнений.
На надежность уплотнений большое влияние оказывает характер изменения усилия, прижимающего вкладыш к диску, в зависимости от снижения давления масла, когда из-за ухудшения смазки резко повышается напряженность работы уплотнения. В уплотнениях типа / при аварийном снижении давления масла усилие, прижимающее вкладыш, сохраняется на прежнем высоком уровне, а в уплотнениях типа /// оно даже повышается. Характер изменения усилия
Читайте также: Датчики положения распределительных валов опель астра
Таблица3.2. Способы создания усилий на вкладыш
| Тип уплотнения | Способ создания усилия, | В каких | турбогенераторах | |
| по рис. | прижимающего | вкладыш | применяется | |
| 3.9 | к упорному | диску | ||
| I | Давлением газа | и пружин | ТГВ-200, ТГВ-200М, ТГВ-300, | |
| ТВФ-60-2, | ТВФ-120-2, | |||
| ТВФ-100-2 | поздних выпусков | |||
| II | Давлением газа, | пружин и | ТВВ-165-2, | ТВВ-200-2 |
| уплотняющего | масла | |||
| III | Давлением газа | и пружин. | ТВФ-60-2, | ТВФ-100-2 ранних |
| Уплотняющее масло отжи- | выпусков | |||
| мает вкладыш от диска | ||||
| IV | Давлением газа | и прижи- | ТВВ-200-2, | ТВВ-200-2А, ТВВ- |
| мающего масла | 320-2 |
на вкладыш определяет требования к надежности схемы маслоснабжения и, в частности, допустимую длительность перебоя в снабжении маслом.
По количеству автономных камер для масла уплотнения делятся на однокамерные, или однопоточные, и двухкамерные, или двухпоточные. В однопоточном уплотнении,
Рис. 3.10. Однопоточное уплотнение:
/ — корпус уплотнения; 2—камера уплотняющего масла; 3 —корпус опорного подшипника; 4 — пластикатовая диафрагма; 5 — упорный диск на валу ротора; 6 — регулировочный винт; 7 — вкладыш; S — пружина; 9 — уплотняющий резиновый шнур
одна из конструкций которого показана на рис. 3.10, вкладыш прижимается к диску пружинами и давлением водорода на его тыльную сторону. Давление уплотняющего масла на прижимающее усилие влияния не оказывает. Камера уплотняющего масла между корпусом и вкладышем уплотняется шнуром из маслостойкой резины.
В двухпоточных уплотнениях (рис. 3.11) вкладыш прижимается к диску не пружинами, которые в этом уплотне-
Рис. 3.11. Двухпоточное уплотнение:
/ — корпус; 2 — вкладыш; 3 — маслоуловители; 4 — упорный диск на валу ротора; 5 — уплотняющие кольца из резины; 6 — резиновая прокладка; 7 — камера прижимающего масла; 8 — камера уплотняющего масла
Рис. 3.12. Разделка рабочей поверхности торцевого вкладыша
нии отсутствуют, а усилием от давления прижимающего масла в камере 7 и от давления водорода в генераторе на тыльную сторону вкладыша. Уплотняющее масло поступает на рабочую поверхность вкладыша через камеру 8. Достоинство двухпоточных уплотнений состоит в возможности регулирования усилия, прижимающего вкладыш к диску, изменением давле-
ния прижимающего масла, т. е. без разборки уплотнения.
Рабочая поверхность торцевого вкладыша (рис. 3.12), выполняемая из баббита, имеет клиновые поверхности /, поверхности без уклона 2, внутренний запорный поясок 3, внешний поясок 4, радиальные канавки 5, кольцевую канавку 6 и маслоподводящие отверстия 7. При малой частоте вращения давление в масляных клиньях не создается.
Все усилия, прижимающие вкладыш к диску, воспринимаются при этом поверхностями без уклонов и поясками. Только при частоте вращения выше 2000 об/мин прижимающее усилие воспринимается всей несущей поверхностью, причем при номинальной частоте вращения большая часть этого усилия воспринимается клиновыми поверхностями. Таким образом, наиболее напряженно вкладыш работает при частоте вращения ниже 2000 об/мин и особенно при 400—500 об/мин. Это требует при остановке и особенно при пуске машины повышенного внимания к работе уплотнений: необходимо следить за температурой, давлением масла и водорода, не допускать перебоя в подаче масла.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
источники:https://evakuatorinfo.ru/printsip-raboty-uplotneniya-vala-generatora-tortsevogo-tipa-tvf-100-2