Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение паровых турбин: настоящее и ближайшая перспектива
Подождите немного. Документ загружается.
Серия «ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ»
М.С. Фрагин
Регулирование и маслоснабжение
паровых турбин: настоящее и
ближайшая перспектива
Рекомендовано РАО "ЕЭС России" для
инженерно-технического персонала
электростанций и турбостроительных заводов
Энерготех
Санкт-Петербург
2005
ББК 31.363
УДК 621.1
Ф-82
Фрагин М.С. Регулирование и маслоснабжение
паровых турбин: настоящее и ближайшая
перспектива. - СПб.: Энерготех, 2005. — 248 с.
Серия «Проблемы энергетики», вып. 6.
ISBN 5-93364-007-7
На примере паровых турбин ЛМЗ рассмотрен широкий
круг вопросов проектирования и эксплуатации систем
регулирования и смазки, динамики этих систем, возможностей их
совершенствования и модернизации, в том числе путём расширения
доли электроники. Рассмотрено участие турбины в системе
регулирования энергоблока и энергосистемы.
Приводится анализ элементов системы регулирования, что
может быть использовано как при проектировании, так и
модернизации турбин различного типа.
Показана полезность простых расчётных моделей для
решения конкретных вопросов проектирования и наладки
элементов систем регулирования, в том числе их влияние на
величину заброса оборотов при сбросе нагрузки, требуемые меры
защиты и т.п. Имеющаяся в книге библиография позволяет более
подробно ознакомиться со специальными вопросами.
Книга адресована инженерно-техническому персоналу
заводов, электростанций, наладочных организаций, а также
студентам и аспирантам турбостроительных специальностей.
ББК 31.363
УДК 621.1
ISBN 5-93364-002-6
© Издательство «Энерготех»,
2005
© М.С. Фрагин, автор, 2005
Содержание 3
Содержание
Предисловие .......................................................................7
Глава 1. Предпосылки усовершенствования и
модернизации систем регулирования.....................14
Глава 2. Клапаны для впуска пара в турбину ................16
2.1. Надёжность регулирующих клапанов.............................16
2.2. Надёжность стопорных клапанов ...................................20
2.3. Экономичность клапанов................................................22
2.4. Динамика закрытия клапанов разгруженного типа ....... 24
Глава 3. Компоновка клапанов паровпуска ............................... 28
3.1. Расположение клапанов на цилиндре высокого дав-
ления турбины, схемы привода и его модернизация ....28
3.2. Блоки клапанов, схемы их включения.............................31
3.3. Последовательность открытия регулирующих
клапанов ЦВД турбины...................................................36
Глава 4. Регулирующие клапаны на впуске в ЦНД,
отсечные клапаны ........................................................... 40
Глава 5. Гидравлические сервомоторы для привода
клапанов................................................................................ 44
Глава 6. Механогидравлические усилители, преоб-
разователи и датчики ..................................................... 49
6.1. Суммирующий усилитель-преобразователь (СУП)........ 49
6.2. Суммирующий усилитель-инвертор (СУИ) ................... 51
6.3. Электромеханический преобразователь (ЭМП)............. 52
6.4. Регулятор давления (РД) .................................................. 54
6.5. Регулятор скорости (PC)................................................. 55
6.6. Ограничитель открытия (ОО)........................................... 58
6.7. Конструктивные особенности усилителей ..................... 59
4 Содержание
Глава 7. Схемы гидравлической системы
регулирования и режимы работы.........................62
7.1. Конденсационные турбины с регулируемым отбором
пара на теплофикацию ........................................................62
7.1.1. Схема регулирования .............................................62
7.1.2. Конденсационный режим ......................................63
7.1.3. Теплофикационный режим ...................................67
7.1.4. Режим работы по тепловому графику ..................70
7.1.5. Режимы пуска и работы после сброса нагрузки ..71
7.1.6. Схемы отбора пара на теплофикацию ...................79
7.2. Конденсационные турбины с регулируемым отбором
пара на производственные нужды......................................82
Глава 8. Электрогидравлические системы регули-
рования .................................................................................88
8.1. Соотношение электроники и гидравлики........................88
8.2. Структура и основные узлы ЭГСР турбин ЛМЗ .............90
Глава 9. Участие турбины в регулировании энерго-
блока ....................................................................................101
9.1. Постоянное и скользящее давление свежего пара........101
9.2. Регуляторы давления свежего пара ...............................104
9.3. Регуляторы мощности ...................................................105
9.4. Управление мощностью турбины в специальных
режимах энергосистем ......................................................110
Глава 10. Система защиты турбины...........................................113
10.1. Защита от разгона ........................................................113
10.1.1. Характер разгона турбины и его причины .......113
10.1.2. Гидромеханические узлы защиты .....................117
10.1.3. Узлы электрогидравлической системы защиты .127
10.2. Объём защит, действующих на останов турбины........128
10.3. Схемы системы защиты турбины................................129
Глава 11. Маслоснабжение..................................................130
11.1. Типы систем, применяемые масла...................130
Содержание 5
11.2. Схема и оборудование маслосистемы
регулирования................................................................ 133
11.3. Схема и оборудование системы смазки
подшипников.................................................................. 141
11.4. Система гидроподъёма роторов.................................. 146
Приложения ..........................................................................150
Приложение I. Устойчивость сервомотора при
падающей внешней нагрузке........................................ 150
I.1. Гидравлический сервомотор ........................................ 150
I.2. Паромасляный сервомотор........................................... 156
Приложение II. Устойчивость системы регулирования
скорости.......................................................................... 160
II. 1. Уравнения системы регулирования скорости ......... 160
II.2. Уравнения турбины ...................................................... 162
II.З. Исследование устойчивости линейной системы.......... 164
II.4. Автоколебания в реальных системах ............................ 165
И.5. К выбору ширины и высоты рабочих окон
в сервомоторах............................................................... 168
Приложение III. Несимметричность систем регулиро-
вания паровых турбин при больших возмущениях ...... 170
III. 1. Типы несимметрий: упоры и скоростная
несимметрия................................................................... 170
III.2. Пути уменьшения несимметрии системы регули-
рования .......................................................................... 172
III.З. Автоколебания при движении на открытие................. 181
Приложение IV. Оценочные расчёты влияния различ-
ных факторов на повышение оборотов турбины после
отключения генератора от сети .................................... 191
IV. 1. Влияние параметров элементов системы
регулирования ................................................................ 191
IV.2. Влияние объёмов пара внутри турбины .................. 193
IV.3. Суммарное влияние скорости перемещения
клапанов и паровых объёмов за ними........................... 193
IV.4. Влияние объёмов пара и воды в регенеративных
и сетевых подогревателях .............................................. 195
6 Содержание
IV.4.1. Влияние аккумулированной энергии на
повышение оборотов...........................................195
IV.4.2. Защита от обратного потока пара ...........200
IV.5. Плотность клапанов паровпуска турбины ......205
IV.6. Защита от попадания стороннего пара в турбину 208
IV.7. Отключение генератора от сети .......................209
Приложение V. Системы смазки турбинных агрегатов
на огнестойком масле ..................................................211
Приложение VI. О влиянии характеристик системы регу-
лирования энергоблока на устойчивость работы
объединённых энергосистем ........................................227
VI. 1. Устойчивость работы объединённой
энергосистемы .........................................................227
VI.2. Участие в первичном регулировании частоты230
V1.3. Поведение турбины при качаниях частоты в
энергосистеме..........................................................231
VI.4. Поведение турбины и энергоблока при сбросе
нагрузки...................................................................234
VI.5. Работа с отклонением частоты .........................235
Приложение VП. Возможности реализации электро-
гидравлического сервомотора (ЭГС) при модернизации
турбин ЛМЗ большой мощности ......................................237
Литература............................................................................. 240
Предисловие 7
Предисловие
Дорогие читатели-регуляторщики! Эта книга — не
воспоминания немолодого уже человека о прошедших годах.
Их следовало бы написать, скоро мало будет тех, у кого ещё в
памяти послевоенная плеяда конструкторов паровых турбин
Ленинградского металлического завода, утвердивших
авторитет марки «ЛМЗ».
Но сейчас мне представляется более важным другое.
В любом большом деле нужна преемственность. Это особенно
относится к нашей отрасли. От зарождения проекта, даже
простого, до его реализации проходит много, слишком много
времени: 5...10 лет, а иногда и больше, турбины живут 30...50
лет, постоянно модернизируются. Наша же жизнь движется
стремительно, приходят новые люди, молодёжь, они должны
знать, почему принимались те или иные решения.
Давать советы - дело неблагодарное. Так уж устроено,
что каждый до всего должен дойти сам, читать, слушать, а
затем поступать по собственному разумению. Но всё же
советовать следует, часто это единственная форма передачи
накопленного опыта. А это главное, что я хотел бы сделать в
этой книге. Поэтому изложенное ниже следует рассматривать
только как советы, основанные на 42-летнем опыте, из которых
почти 30 лет мне довелось руководить проектированием систем
регулирования и маслоснабжения паровых турбин ЛМЗ.
Хочется очень кратко остановиться на этом периоде. Я
пришёл на ЛМЗ в 1956 г. перед дипломным проектированием.
Главный конструктор паровых и газовых турбин завода
М.И. Гринберг представил меня руководителю Бюро
регулирования М.З. Хейфецу. Первая же неофициальная встреча
с М.З. Хейфецом состоялась у него дома около книжного шкафа,
8 Предисловие
где он в течении полутора часов рассказывал о регулировании
и предметно показывал мне, как много нужно знать, чтобы стать
специалистом, определила мою судьбу. Благодаря поддержке
М.И. Гринберга после окончания Ленинградского политех-
нического института в 1957 г. меня "распределили" на ЛМЗ, в
Конструкторский отдел паровых и газовых турбин.
Основные конструкторские бюро этого отдела воз-
главляли тогда такие выдающиеся ученые-инженеры как
А.В. Левин, А.С. Зильберман, Л.Д. Френкель, П.С. Гладковский,
М.З. Хейфец, А.А. Ломакин... Я упоминаю не всех, а только
тех, с кем мне, молодому специалисту, пришлось сталкиваться
на первых же порах, а сколько ещё в каждом бюро было силь-
ных конструкторов. В бюро регулирования: Б.М. Левин,
А.А. Щетинин, с которым меня связывали затем долгие годы
дружбы и работы, И.С. Ратнер, мой первый непосредственный
руководитель по расчётам регулирования газовых турбин,
В.Л. Полищук, М.Л. Гребень, Н.А. Семисенко, Д.С. Москвин,
В.В. Малев - это только руководители групп, и ещё было много
опытных конструкторов и расчётчиков, можно перечислить всё
бюро, а это - 35 человек, не считая лаборатории регулирования.
Атмосфера в бюро, созданная М.З. Хейфецем, была
творческая. Да и время было интересное. Думалось, что всё
самое плохое в жизни страны осталось в прошлом. На заводе
начали проектировать ГТ-25-700-1, К-300-240. М.З. Хейфец
предложил для этих турбин новую схему регулирования без
применения проточных линий для управления сервомоторами,
начинались работы по поиску огнестойкого масла, по
привлечению турбины к участию в аварийном регулировании
энергосистем, проектированию БРОУ и т.п. Мне повезло, что
М.З. Хейфец с самого начала привлекал меня к участию во всех
Предисловие 9
этих работах, в большей или меньшей степени. М.З. Хейфец
так понимал свою роль учителя - загружал всех, и особенно
молодёжь, большой интересной работой и сам постоянно
обсуждал её с исполнителями, не жалея времени. В результате
мне пришлось заниматься и расчётами статики и динамики, и
проектированием узлов всей номенклатуры бюро, и наладками,
и испытаниями в цехах и на электростанциях, и сотруд-
ничеством с привлекаемыми НИИ и субпоставщиками и ещё
много, много чем.
Так и проходило моё становление как инженера. Но в
августе 1969 г. М.З. Хейфец ушел с завода по болезни и меня
по его предложению назначили начальником бюро, но
"временно исполняющим обязанности". Только через 3 года
партком завода утвердил моё назначение под сильным
давлением Главного конструктора В.К. Рыжкова, который стал
в это время Главным инженером завода - такие опять были
времена. У меня уже был какой-то свой опыт, были какие-то
свои идеи по обеспечению быстродействия и надёжности
систем регулирования, в 1970 г. я защитил кандидатскую
диссертацию [К21], но руководить таким квалифицированным
коллективом, да ещё после М.З. Хейфеца, было непросто.
Неоценимую поддержку в работе мне оказывал всегда
А. А. Щетинин, да и со стороны большинства работников бюро
регулирования и руководителей смежных подразделений я
чувствовал поддержку и желание сотрудничать, хотя наши
взляды на многое часто могли и не совпадать.
В конце 70-х гг. при преобразовании Конструкторского
отдела паровых турбин в СКБ "Турбина" бюро регулирования
преобразовали в сектор Отдела автоматических систем
управления этого СКБ (начальники отделов должны были быть
10 Предисловие
членами КПСС!), а в конце 80-х преобразовали в Отдел систем
регулирования и гидросистем, но эти переименования не
отражались на сути работы и ответственности. Постепенно в
отдел также перешло проектирование маслосистем регу-
лирования и смазки, включая схемы, баки и насосы и
проектирование проточной части паровых клапанов.
Я старался сохранять и развивать связи с "внешними"
организациями: ВТИ -Е.Д. Вилянская, В.В. Лыско, Н.И. Давы-
дов, А.Д. Меламед, В.Н. Казанский, ВЭИ - Г.Р. Герценберг,
B.C. Мельников, ВНИИЭ - Я.Н. Лугинский, Г.А. Дорошенко,
ОРГРЭС - М.А. Ситнов, М.Н. Манькин, Ф.Ю. Глазер,
Л.Д. Стернинсон, ЛПИ - В.А. Иванов, ЦКТИ - М.Н. Сидоров,
Электропульт - Б.А. Корнилов, ТЭП - М.Д. Трахтенберг,
ЛМИ - В.П. Егоршин и др. Это всё позволяло расширить
возможности создания современных систем.
Что удалось сделать за эти 30 лет? Завершить доводку
и выполнить модернизацию системы регулирования турбин типа
К-300-240, внедрить в конструкции ряд новых идей, которые
позволили выполнить унифицированную электрогидравли-
ческую систему регулирования для турбин мощностью от 200
до 1200 МВт для ТЭС, создать и довести новую систему
регулирования турбин К-1000-65/3000 для АЭС, новые системы
маслоснабжения и центролизованного гидроподъёма роторов,
внедрить огнестойкие масла как в системы регулирования, так
и в системы смазки, разработать систему регулирования турбин
ЛМЗ при двухбайпасной пусковой схеме блока, что обеспечило
выполнение всех зарубежных поставок, подготовиться к
предстоящим работам завода по модернизации своих турбин.
А в целом - обеспечить все паровые турбины, выпускавшиеся
ЛМЗ, надёжными системами регулирования и маслоснабжения,