§ 22. Маслонапорные установки регуляторов котельного типа и их автоматические устройства
Рис. 44. Схема маслонапорной установки котельного регулятора
Маслонапорные установки котельных регуляторов, как указывалось, служат для обеспечения маслом под давлением системы регулирования, а также и других механизмов гидротурбинных агрегатов, как, например, дроссельных и шаровых затворов, холостых спусков и др.
Количество и давление масла в масловоздушном котле полностью должны обеспечивать полное регулирование агрегата в момент сброса с последующим набросом и немедленным аварийным закрытием всех регулирующих органов турбины. Такое регулирование может произойти в случае аварии.
Общая схема маслонапорной установки представлена на рис. 44. Она в основном состоит из масловоздушного котла 1, наполненного сжатым воздухом и маслом под давлением, масляного бака
или резервуара 2 и масляного насоса 3, приводимого во вращение электродвигателем 4.
На котле и корпусе насоса и его напорном трубопроводе установлены клапаны, арматура, приборы для контроля, измерения и сигнализации, обеспечивающие правильный режим работы маслонапорной установки.
Масло в котел периодически подается масляным насосом из сливного бака по мере расходования его на регулирование и неизбежные протечки. Работой насоса управляет так называемый перепускной клапан 5. Когда давление в котле соответствует нормальному, перепускной клапан открыт, и масло от насоса, проходя через перепускной клапан, направляется обратно в сливной бак. Насос при этом работает вхолостую (в некоторых схемах насос при этом останавливается). Как только давление в котле снизится на некоторую величину, вследствие расхода масла на регулирование, перепускной клапан автоматически закроется и масло от насоса начнет направляться через обратный клапан 6 в масловоздушный котел. Подкачка масла в котел будет происходить до тех пор, пока в нем не установится нормальное давление После этого перепускной клапан автоматически откроется и насос вновь начнет работать вхолостую.
Таким образом перепускной клапан автоматически включает в нужный момент подачу масла от насоса в котел, заставляя насос работать периодически либо под давлением, либо вхолостую, в зависимости от интенсивности расхода масла на регулирование.
Для предотвращения аварий насоса в случае ненормального повышения давления масла, служит предохранительный клапан 7 (например, при неисправности перепускного или обратного клапанов, а также в случае включения насоса при закрытом ручном клапане на напорном трубопроводе насоса).
В небольших регуляторах маслонапорная установка в составе масловоздушного котла, масляного зубчатого насоса, перепускного, предохранительного и обратного клапанов часто бывает сконструирована в одно целое с колонкой регулятора.
В мощных котельных регуляторах маслонапорная установка обычно представляет собой отдельный агрегат, связанный с колонкой управления регулятора маслопроводами.
Масловоздушный котел
Основным элементом маслонапорной установки является масловоздушный котел. В рабочем состоянии примерно до 40% от общего объема котла заполнено маслом, остальное пространство — сжатым воздухом. Наполнение котла мощных котельных регуляторов сжатым воздухом производится специально установленным на станции воздушным поршневым компрессором.
Последний обычно обслуживает все агрегаты станции, так как подкачка воздуха в каждый котел маслонапорной установки агрегата требуется не более 1—2 раз в смену. Однако в современных установках на каждом котле иногда устанавливаются также специальные масловоздушные компрессоры (см. ниже, п. 8).
Современные котлы маслонапорных установок изготовляются сварными из листового котельного железа со штампованными днищами. После изготовления и приварки всех необходимых фланцев котел подвергается пробному гидравлическому испытанию на давление, в 1,5—1,6 раза превышающее нормальное (согласно правилам инспекции Котлонадзора).
Масляный насос
Рабочим механизмом маслонапорной установки является масляный насос.
Рис. 45. Общий вид зубчатого насоса
Наиболее распространенной конструкцией является зубчатый насос с шевронными шестернями, представленный в разрезе на рис. 45.
Насос состоит из чугунного корпуса, в котором расточены две камеры для вращающихся шестерен шевронного типа. Каждая шестерня состоит из двух половин с косым зубом, склепанных между собой. Шестерни насаживаются на валы и удерживаются на них при помощи шпонок. Цапфы валов направлены в бронзовых втулках, запрессованных в крышки насоса так, что крышки являются одновременно и подшипниками насоса. На конец ведущего вала насажена одна половина эластичной муфты, связанная при помощи пальцев с муфтой электродвигателя. При вращении насоса масло засасывается из масляного бака, увлекается в пространство между зубцами шестерен и корпусом насоса (во впадины) и через обратный клапан, установленный на корпусе насоса, нагнетается в масловоздушный котел.
В большинстве современных регуляторов скорости применяются насосы, работающие под давлением, доходящим до 20 кг/см2.
Для надежной и правильной работы насоса необходимо соблюдать при его изготовлении и монтаже ряд условий, главные из которых:
- строгая параллельность осей ведомого и ведущего валов, а также осей бронзовых втулок в подшипниках насоса;
- правильное изготовление смазочных канавок во втулках насоса;
- тщательное шлифование трущихся поверхностей цапф вала насоса и бронзовых втулок;
Рис. 46. Винтовой насос в разрезе
4) правильное и плавное зацепление между зубцами ведомой и ведущей пары шевронных шестерен;
5) правильное соблюдение торцевых и радиальных зазоров между шестернями и корпусом насоса.
Зазоры по торцу шестерен, т. е. между шестернями и крышками насоса, резко влияют на производительность насоса. Поэтому их стремятся выдерживать по возможности наименьшими для данного насоса, сообразуясь при этом с опасностью защемления и заедания шестерен между крышками во время работы насоса при его нагревании. Обычно эти зазоры допускаются 0,05—0,07 мм на сторону для небольших насосов и 0,10—0,15 мм на сторону для больших зубчатых насосов. Регулируют эти зазоры обычно подбором соответствующей толщины уплотняющих прокладок между корпусом и крышками насоса. Радиальные зазоры значительно меньше влияют на величину производительности насоса, а потому их допускают большей величины, во избежание опасности задевания шестерен и надиров за камеру корпуса в случае износа втулок насоса. Эти зазоры допускаются в пределах 0,2—0,3 мм на сторону для небольших и 0,5—1,0 для больших насосов.
Для надежной работы насоса в эксплуатации чрезвычайно важна чистота перекачиваемого масла, так как цапфы и втулки насоса смазываются тем же маслом. Поэтому, в случае попадания с маслом пыли, мусора или грязи в зазор между цапфой вала и втулкой, на последней образуются риски и надиры, которые приводят в конце концов к заеданию цапф во втулках.
В последние годы появились более совершенные по конструкции и более надежные в эксплуатации так называемые винтовые насосы. ЛМЗ им. Сталина применяет подобные насосы для своих маслонапорных установок. Эти насосы обладают высоким коэффициентом полезного действия, отличаются простотой конструкции, малым весом, малыми габаритами и большой надежностью в работе. Они могут работать с весьма высоким числом оборотов, а поэтому допускают непосредственное соединение с быстроходными электродвигателями.
На рис. 46 показан продольный разрез винтового насоса. Средний винт вращается против часовой стрелки (смотря со стороны привода), боковые — по часовой. Масло к насосу подводится из приемной камеры 1, заполняет впадины винтов 2, 3 и 4 и, будучи отсечено вращающимися винтами (виток 5 среднего ведущего винта входит во впадину 2 бокового винта), прямолинейно движется вдоль винтов и выталкивается в нагнетательную камеру 6. Производительность насоса зависит от числа винтов, их диаметра и угловой скорости. Допускаемое рабочее давление масла зависит от длины винтов: чем больше давление, тем длиннее должны быть винты.
ЛМЗ им. Сталина изготовляет серию масляных винтовых насосов производительностью от 6 до 25 л/сек с давлением до 25 кг/см2 и числом оборотов 1500 в минуту.
Перепускной клапан
Перепускной клапан присоединяется к напорной камере масляного насоса и имеет седло и поршень, при закрытом положении которого масло под давлением от насоса направляется через обратный клапан в масловоздушный котел маслонапорной установки.
На рис. 47 показана схема действия перепускного клапана. Тело клапана выполнено в виде дифференциального поршня, нижняя (меньшая) поверхность которого всегда соединяется с давлением из котла маслонапорной установки. Давление над верхней (большей) поверхностью поршня регулируется золотником, уравновешенным с одной стороны пружиной, с другой — давлением масла из котла. В положении, показанном на схеме, поршень клапана прижат к седлу, и масляный насос нагнетает масло через обратный клапан в котел. По достижении нормального давления в котле, золотник под действием давления масла из котла поднимается вверх, преодолевая натяжение пружины, и верхняя полость над поршнем клапана соединяется с атмосферой. Благодаря этому поршень, под действием давления масла, поднимается вверх, соединяя напорную камеру насоса со сливным резервуаром маслонапорной установки. При этом насос будет работать вхолостую, т. е. будет перекачивать масло через открытый перепускной клапан обратно в сливной резервуар.
По мере понижения давления в котле на величину 1,5—2,0 кг/см2 менее нормального, золотник клапана, под действием пружины, переместится вниз и поршень клапана вновь закроется, переключив насос на котел.
Рис. 47. Схема действия перепускного клапана
Таким образом перепускной клапан управляет работой масляного насоса, периодически переключая его на котел по мере расходования масла на регулирование турбины.
Рис. 48. Перепускной клапан в разрезе
На рис. 48 показана конструкция перепускного клапана в разрезе. Натяжение пружины золотника для настройки клапана на нормальное давление производится специальной регулирующей гайкой, ввернутой в верхнюю часть поршня. После настройки клапана регулирующая гайка фиксируется контргайкой.
Обратный клапан насоса
Обратный клапан присоединяется нижним фланцем к напорной камере масляного насоса, а другим фланцем — к трубопроводу котла. Когда перепускной клапан закрыт и насос подает масло в котел, обратный клапан открывается давлением, создаваемым насосом. При работе насоса вхолостую обратный клапан автоматически закрывается давлением из котла и, таким образом, насос оказывается отключенным от котла. Пружина клапана предварительно сжата и обеспечивает тем самым надежность закрытия клапана.
Предохранительный клапан
Предохранительный клапан присоединен к напорной камере масляного насоса и служит для предохранения насоса от аварий в случае ненормального повышения давления по каким-либо причинам, например в случае, если при запуске насоса окажется случайно закрытым запорный клапан на напорном трубопроводе от насоса к котлу.
Клапан регулируется на давление, обычно на 1,5—2,0 кг/см2 выше нормального, путем соответствующего поджатия его пружины помощью регулирующего болта с контргайкой. При повышении давления выше нормального на установленную величину клапан автоматически открывается и масло, перекачиваемое насосом, направляется через открытый предохранительный клапан обратно в сливной бак.
Рис. 49. Обратный воздушный клапан
Нижним фланцем клапан присоединяется к насосу, а боковым—к фланцу сливного трубопровода в бак. Подобные клапаны иногда устанавливают также на масловоздушном котле маслонапорной установки с целью предохранения котла от аварий.
Обратный воздушный клапан
Обратный воздушный клапан (рис. 49) устанавливается на котле маслонапорной установки и предназначается для автоматического отключения воздушного трубопровода компрессора в момент прекращения работы последнего на котел.
По принципу действия этот клапан подобен рассмотренному выше обратному клапану насоса. Тело клапана постоянно прижимается предварительно сжатой пружиной и имеет в нижней части три так называемых «пера» для лучшего направления во втулке седла. Клапан тщательно притерт к «ленточке» седла для лучшей плотности прилегания.
В эксплуатации клапан требует за собой постоянного наблюдения и частой ревизии с промывкой деталей в керосине, а иногда и дополнительной притирки. В противном случае, при малейшем попадании хотя бы мельчайших частичек пыли и грязи, уплотнение клапана нарушается и он начинает пропускать воздух из котла маслонапорной установки.
На старых конструкциях маслонапорных установок во многих случаях обратные клапаны отсутствуют и заменяются обычным запорным вентилем.
Реле ненормального давления
Реле ненормального низкого давления предназначено для сигнализации о падении давления в котле маслонапорной установки до предела, достаточного только лишь для аварийного закрытия направляющего аппарата и полной остановки турбины с включением стопорного устройства. Для сигнализации или дачи импульса на закрытие затвора или щита оно снабжено соответствующими электрическими контактами.
На рис. 50 показано реле низкого давления в разрезе в двух положениях: на левом рисунке положение поршня представлено в момент нормального давления в котле, при этом замкнут верхний контакт; на правом рисунке представлено положение поршня в момент ненормального низкого давления, при этом верхний контакт разомкнут, а нижний замкнут (на правом рисунке контакт не показан).
Реле в основном состоит из чугунного корпуса, поршня золотника, иглы, пружин золотника и поршня и контактного устройства. Корпус реле своим фланцем присоединен к котлу, из которого масло под давлением постоянно поступает к нижнему торцу золотника и действует на него для автоматического управления поршнем.
Золотник расположен в отверстии поршня и уравновешивается пружиной, действующей на верхний буртик золотника. При нормальном давлении в котле золотник под действием давления масла находится в верхнем положении и уравновешен своей пружиной; при этом полость над поршнем соединяется с атмосферой (сливом в бак) и поршень под действием пружины (нижней) находится в верхнем положении, замыкая верхние контакты и тем сигнализируя о нормальном давлении в котле (левый рисунок). В случае падения давления в котле (обычно до 50—60%, от нормального), золотник опускается вниз и в полость над поршнем проникает масло под давлением, благодаря которому поршень опускается в нижнее положение, преодолевая сопротивление нижней пружины. При этом верхний контакт размыкается, а нижний замыкается, сигнализируя о падении давления в котле (правый рисунок).
Современные маслонапорные установки иногда снабжаются также реле ненормального высокого давления, предназначенными для сигнализации о ненормальном высоком давлении в котле. По конструкции и принципу они аналогичны с только что рассмотренным, за исключением золотника, нижний конец которого выполняется с несколько измененными выточками, отверстиями. Регулируется реле обычно на давление, повышавшее нормальное на 1,5—2,0 кг/см2.
Для автоматического включения резервного масляного насоса хлорнапорной установки в случае падения давления в котле до определенного предела устанавливаются специальные реле.
Рис. 50. Реле низкого давления
Рис. 51. Схема действия масловоздушного компрессор
Масловоздушный компрессор
На некоторых современных агрегатах подкачка воздуха котлы маслонапорных установок производится двумя способами, кроме обычного способа подкачки большого количества воздуха
с помощью воздушного поршневого компрессора, приводимого в движение электродвигателем, подкачка небольшого количества воздуха, просочившегося через неплотности котла, производится специальным масловоздушным компрессором, установленным на котле и работающим энергией масла под давлением, подводимого к нему из котла. Масловоздушный компрессор автоматически поддерживает уровень масла в котле. Для этого всасывающая трубка компрессора опущена в сливной бак маслонапорной установки так, что, если уровень масла в котле низок (много воздуха), то уровень масла в сливном баке повышается и нижний конец всасывающей трубки оказывается под уровнем масла Компрессор при этом перестает качать воздух, а начинает нагнетать масло. Наоборот, если уровень масла в сливном баке окажется ниже нижнего конца всасывающей трубки (что соответствует повышенному уровню масла и недостатку воздуха в котле), компрессор начинает нагнетать в котел воздух. Обычно при давлении в котле 17—20 кг/см2 масловоздушный компрессор делает около 100—120 ходов в минуту. Объем всасываемого воздуха или масла за один ход равен 120 см3.
На рис. 51 показана схема действия масловоздушного компрессора в трех положениях. Рассмотрим эти положения:
- Поршень находится в верхнем положении. Поршень переместил иглу в верхнее положение. Золотник, вследствие давления сверху и разгрузки снизу, переместился в нижнее положение и подал давление масла над поршнем. Поршень стремится опуститься вниз, что соответствует моменту нагнетания в котел масла (или воздуха). Всасывание заканчивается, поэтому всасывающий клапан остается еще открытым.
- Поршень находится в нижнем положении. Поршень сместился вниз, нагнетая воздух (или масло) в котел, но переместил иглу в нижнее положение. Золотник, вследствие давления снизу и разгрузки сверху, переместился в верхнее положение и подал давление масла по обводной трубке в полость под поршень. Поршень стремится подняться вверх, что соответствует моменту засасывания масла (или воздуха). Однако нагнетательный клапан еще открыт, так как процесс нагнетания только что закончился.
- Поршень находится в среднем положении. Масло из котла подается в отверстие а. Поршень перемещается вниз и выталкивает оставшийся объем воздуха или масла в котел. Игла находится в среднем положении, а золотник — в нижнем. Нагнетательный клапан открыт, так как происходит процесс нагнетания.
