§ 11. Автоматическая защита паровых турбин.
При внезапном снижении нагрузки на турбины (например, при потере гребного винта) частота их вращения может превысить допустимое значение. В таком случае увеличение центробежных сил может привести к разрушению турбинных лопаток и дисков. В связи с этим предусматривается автоматическая защита, осуществляющая остановку турбин при развитии предельно допустимой частоты вращения (числа оборотов в минуту).
При неожиданном падении давления масла, идущего на смазку подшипников турбин и редуктора (например, ввиду остановки масляного насоса из-за непредвиденного падения давления свежего пара), белый металл подшипников может подплавиться. В этом случае установленные зазоры в облопатывании и лабиринтовых уплотнениях турбин нарушатся, что может привести к серьезной аварии. Поэтому предусматривается автоматическая защита, останавливающая турбины при падении давления смазочного масла ниже допустимого.
Система автоматической защиты главных паровых турбин состоит обычно из специальных датчиков и усилителей, включенных в маслопровод, идущий от напорной масляной магистрали к быстрозапорному клапану (см. на рис. 8.1). При срабатывании одного из датчиков давление масла в маслопроводе к быстрозапорному клапану падает (датчик разобщает этот маслопровод с напорной масляной магистралью, сообщая его со сливной магистралью), и быстрозапорный клапан закрывается, прекращая доступ пара в турбины. Закрытие быстрозапорного клапана указанным способом осуществляется при повышении выше установленного предела частоты вращения одного из роторов турбин и падении давления масла, идущего на смазку подшипников. Кроме того, закрытие быстрозапорного клапана может производиться при повышении давления в одном из корпусов турбин, осевом сдвиге ротора и др.
В некоторых установках предусматривается автоматическое снижение частоты вращения турбин или их остановка в случае, если срабатывает система автоматической защиты котельной установки.
Автоматическая защита главных паровых турбин имеет особо важное значение в связи с тем, что эти агрегаты являются дорогостоящими, процессы в них быстротечны, а внутренние части труднодоступны для осмотра.
Регуляторы предельного числа оборотов паровых турбин. Устройства автоматической защиты паровых турбин, осуществляющие остановку агрегата при развитии предельно допустимой частоты вращения, принято называть регуляторами предельного числа оборотов. Чувствительными элементами (датчиками) этих регуляторов являются центробежные либо гидродинамические элементы. Первые представляют собой металлические стержни, вставленные в сверление внутри вала турбины (см, на рис. 11.1). Центр тяжести стержня (бойка) смещен в сторону от оси вращения вала в направлении к выходному отверстию. На боек действует центробежная сила, пропорциональная величине указанного смещения и квадрату угловой скорости вала. Эта центробежная сила уравновешивается силой натяжения пружины, помещенной в сверлении вала вместе с бойком. При повышении угловой скорости вала выше установленного предела центробежная сила преодолевает натяжение пружины, боек выступает за поверхность вала и оказывает воздействие на следующее звено системы.
Гидродинамический чувствительный элемент представляет собой импеллер, установленный на конце ротора турбины. Давление масла, нагнетаемого импеллером, пропорционально квадрату угловой скорости ротора. При повышении угловой скорости выше установленного предела создаваемое импеллером давление становится достаточным для оказания воздействия на усилительный элемент. Гидродинамические чувствительные элементы надежнее бойковых центробежных, так как не подвержены влиянию сотрясений, что важно в судовых условиях.
Рис. 11.1. Схема центробежного регулятора предельного числа оборотов турбины.
Усилительными элементами регуляторов предельного числа оборотов обычно служат отсечные золотники, так называемые масляные выключатели, срабатывающие при получении сигнала от чувствительного элемента о том, что частота вращения достигла предельного значения. Исполнительным элементом регулятора предельного числа оборотов является быстрозапорный клапан, прекращающий при необходимости доступ пара к турбине.
Принципиальная схема одного из центробежных регуляторов предельного числа оборотов приведена на рис. 11.1. На всех рабочих режимах этот регулятор не оказывает воздействия на работу агрегата. При повышении частоты вращения выше установленного предела боек 1 выступает из сверления вала 2. Удар бойка по левому плечу рычага 3 освобождает замок 4, ввиду чего рычаг 5 под влиянием пружины 6 поворачивается по часовой стрелке, отжимая вниз золотник 8. Когда золотник переместится вниз, масло, поступавшее до этого из полости 9 в полость 10 и далее к быстрозапорному клапану, начнет поступать в полость 7 и далее на систему смазки подшипников. В то же время полость 10 окажется сообщенной с полостью 11, т. е. со сливной масляной магистралью; отсутствие в маслопроводе, идущем к быстрозапорному клапану, масла под давлением вызовет закрытие этого клапана.