Безопасность — прежде всего

Очевидно, что количество работы, совершаемой паром в турбине, зависит от количества расходуемого пара. Чем больше мы хотим получить от турбины мощности, т. е. ра­боты, совершаемой в единицу времени, тем больше за то же время надо подвести к ней пара. Количество поступаю­щего в турбину пара должно строго соответствовать раз­виваемой ею мощности. Что же получится, если это соот­ветствие нарушится?

Прежде чем ответить на этот вопрос, заметим, что на­рушение соответствия может быть вызвано разными при­чинами, как, например, отключением части потребителей энергии или, наоборот, подключением дополнительных. Строго говоря, включая у себя в комнате электрическую лампочку, мы уже нарушаем на электростанции соответ­ствие между поступающим в турбины количеством пара и отдаваемой ими мощностью. Включение лампочки уве­личивает потребление электроэнергии, отдаваемой генера­тором, а расход пара турбиной, которая вращает генера­тор, остается тем же. Вот равновесие и нарушилось.

Конечно, пример с лампочкой несколько преувеличен, так как турбина практически не почувствует такого ма­лого изменения нагрузки, как от включения лампочки.

Может произойти и другое — почему-либо уменьшится поступление пара в турбину. В этом случае равновесие тоже нарушится.

Если пара оказывается недостаточно — от увеличения электрической нагрузки или по причине уменьшения по­ступления из котельной — то он уже не будет в состоянии поддерживать прежнюю скорость вращения ротора тур­бины, а значит, и соединенного с ним ротора генератора. Турбина будет получать от пара меньше энергии, чем от­давать генератору. Число ее оборотов станет уменьшаться. При этом будет уменьшаться и электрическая мощность каждого потребителя электроэнергии: электромоторы бу­дут вращаться медленнее, печи греть слабее, лампочки гореть менее ярко. Это уменьшение будет происходить до тех пор, пока потребляемая мощность не сравняется с уменьшившейся мощностью турбины.

Аналогичное явление произойдет и В случае, если произойдет избыток пара: скорость вращения турбины и ге­нератора увеличится, электромоторы будут вращаться тоже быстрее, печи разогреются сильнее, лампочки будут го­реть ярче и т. д., все это вызовет увеличение потребляемой мощности.

В обоих случаях, как мы видим, соответствие вновь автоматически устанавливается, однако за счет изменения нагрузки. А это совершенно недопустимо, так как в таком случае моторы будут вращаться неравномерно, лампочки гореть то слабее, то ярче и т. д. Турбина должна в лю­бой момент давать именно ту мощность, какая от нее требуется.

Из сказанного напрашивается вывод, что соответствие между расходом пара и развиваемой мощностью должно достигаться не за счет изменения мощности, а только путем изменения расхода пара. Так это в действительности и де­лается. В целях надежной и безопасной работы регули­рование расхода пара совершается автоматически.

Автоматическое, т. е. без вмешательства человека, регулирование хода машин вообще, а турбин в частности, является самостоятельной, большой и сложной, чрезвы­чайно важной и ответственной областью техники. Возмож­но полная автоматизация производственных процессов — одно из основных направлений современной техники, ха­рактерная черта Техники недалекого будущего.

Рассмотрим простейшие устройства регулирования для поддержания постоянства скорости вращения ротора.

Наиболее распространены так называемые центробеж­ные регуляторы. Грузы вращаются вокруг оси, получая вращение непосредственно от вала турбины или через какую-либо передачу. Чем быстрее будет вращаться ротор турбины, а значит и ось, тем больше под влиянием центробежных сил будут расходиться грузы, перемещая при этом муфту вдоль оси. Ясно, что каждой величине скорости вращения регулятора соответствует свой угол расхождения грузов и, следовательно, любой скорости вращения турбины соответствует свое строго определенное положение муфты: если изменится скорость вращения тур­бины, то соответственно изменится положение муфты.

Изменение положения муфты и используется для воз­действия на увеличение или уменьшение впуска пара в тур­бину. Регулирование впуска осуществляется клапаном, через который пар входит в турбину.

Разберем, что произойдет, если на­грузка генератора увеличится. В этом случае турбина уже не сможет вращать генератор с прежней скоростью и число оборотов ротора начнет уменьшаться; вместе с ним начнет уменьшаться и число оборотов регулятора.

Как только число оборотов регулятора уменьшится, его грузы несколько опустятся, перемещая вниз муфту и левый конец рычага. Так как этот рычаг может качаться вокруг оси, то его правый конец поднимется и приподни­мет клапан, управляющий впуском пара в турбину. При этом возрастет поступление пара в турбину, отчего паде­ние числа ее оборотов прекратится.

Регулирование в таком простейшем виде теперь почти не применяется ввиду присущих ему крупных недостатков. Основной из них заключается в том, что для перемещения клапана нужна значительная сила, для создания которой необходимы очень большие грузы регулятора, а регули­рование становится мало чувствительным и медленно дей­ствующим. Поэтому все современные системы турбинного регулирования для перемещения клапана используют спе­циальный поршень, находящийся под давлением масла. Это масло подается тем же насосом, что и для смазки турбины.

Устройство такого регулирования несколько сложнее описанного выше. Здесь муфта регулятора передвигает не паровой клапан, а легкий золотник, для перемещения которого достаточна очень малая сила. К золотнику подводится масло под давлением. В нормальном состоянии, когда впуск пара в турбину соответствует ее нагрузке, мас­ло дальше никуда пройти не может, так как окна в корпусе золотника, ведущие к поршню, оказываются закрытыми.

Если же соответствие между нагрузкой и расходом пара нарушится, а следовательно, начнет изменяться число обо­ротов турбины,— положение муфты регулятора изменится. Она начнет перемещаться вдоль оси регулятора и потянет за собой левый конец рычага.

Рычаг начнет поворачиваться вокруг точки и потянет за собой золотник. Как только золотник сместится со своего нормального положения, он откроет доступ подведенного к нему масла к поршню, ко­торый открывает или закрывает паровой клапан.

Предположим, что нагрузка генератора уменьши­лась. В этом случае число оборотов турбины начнет воз­растать. Грузы регулятора будут расходиться, поднимая его муфту, а вместе с ней при помощи рычага поднимать золотник. Золотник при этом откроет доступ маслу в про­странство над поршнем и слив масла, находящегося под поршнем. В результате поршень будет двигаться вниз т. е. прикрывать паровой клапан и, следовательно, умень­шать поступление пара в турбину.

Точка качания рычага сделана не непо­движной, а соединена со штоком поршня, т. е. движется вместе с ним. Такое устройство значительно улучшает работу регулирования и в той или иной форме применяется во всех современных системах регулирования. Оно назы­вается обратной связью.

Благодаря применению масла можно получить очень большие силы для открытия или закрытия клапана, огра­ничиваясь небольшим регулятором. В этом случае происхо­дит значительное усиление, т. е. небольшая сила переме­щения муфты регулятора преобразуется в большую силу, перемещающую паровой клапан.

Заметим, что вместо масла могла бы быть применена лю­бая жидкость, например, вода. Но в данном случае удобнее использовать масло, которое все равно подается насосом турбины для смазки подшипников. Кроме того, благодаря хорошим смазочным свойствам масла как сам золотник, так и поршень передвигаются с минимальным трением, что увеличивает чувствительность регулирования.

Выше мы установили, что при уменьшении электриче­ской нагрузки всегда будут увеличиваться обороты турбины. Уменьшение нагрузки может быть и небольшим, но иногда по каким-либо причинам сразу отключается вся нагрузка генератора. При этом возрастание числа оборо­тов турбины может быть очень большим и опасным для нее.

Представьте себе, что вы тянете за веревку тяжело на­груженные сани. Если веревка оборвется, а это будет рав­нозначно внезапному отключению генератора, у вас неволь­но получится сильный рывок вперед, т. е. увеличение скорости. Такое же явление мы будем наблюдать и в. тур­бине при внезапном отключении генератора.

Мы говорили уже, что ради повышения экономичности и уменьшения числа ступеней турбины приходится приме­нять большие скорости движения лопаток, настолько боль­шие, насколько материал, примененный для изготовления дисков и лопаток, может выдержать напряжения от возни­кающих центробежных сил. Большого запаса прочности при этом создать уже не удается.

Поэтому увеличение числа оборотов сверх нормального для данной турбины всегда представляет опасность и автоматическое регулирование не должно его допустить. Это предупреждение недопустимого повышения числа оборотов как мера безопасно­сти и защиты турбины — второе назначение регулирования, не менее важное, чем первое (поддержание постоянной ско­рости вращения).

Если же вследствие неисправности регулирующих устройства или их несовершенства число оборотов турбины все же повысится больше, чем на 10—15%, то другой, специальный регулятор немедленно и автоматически вовсе закроет пар на турбину. Этот регулятор, называемый обычно регулятором безопасности, является одним из обя­зательных защитных устройств, которыми снабжается каж­дая турбинная установка.

Турбина очень дорогая машина, жизнь обслуживающих ее людей еще дороже. Понятно, что принимаются все меры, чтобы не могло произойти поломки турбины, не говоря уже об ее разрушении и опасности для жизни людей. Поэтому на страже сохранности турбины стоит целый ряд защитных, автоматически действующих устройств. Кроме регулятора, предохраняющего от опасного увеличения числа оборотов, применяются устройства, которые останавливают турбину, если масла на смазку идет недостаточно или тем­пература подшипников велика. Специальные предохрани­тельные клапаны защищают корпус турбины от недопу­стимого повышения в нем давления. Особые устройства останавливают турбину, если ротор сдвинется в осевом направлении, другие — если возрастет давление пара за турбиной. Применяются еще и другие виды защит.

Наряду с автоматическими защитами, предохраняющими турбину от повреждений, применяется еще большое число приборов, подающих звуковой или световой сигнал при каких-либо нарушениях нормальной работы и предупреж­дающих об опасности. Предупрежденный сигналом персонал принимает меры для устранения ненормальности в работе. Сигналы применяются в случаях, когда есть время и воз­можность воздействовать на турбину и устранить те наруше­ния, о которых сигнализирует прибор. Если же нарушение вышло за пределы допустимых и угрожает безопасности, то соответствующая автоматическая защита останавливает турбину.

Кроме защиты и сигналов, турбина имеет еще большое количество приборов, по показаниям которых машинист судит о работе турбины. В случае замеченного отклонения он может принять нужные меры. Эти приборы обычно уста­навливаются на специальных щитах, недалеко от турбины, где машинисту удобно за ними наблюдать. На этом же щите размещаются и сигнальные лампы.

Щит с приборами, красными и зелеными сигнальными лампами мы сразу же заметили при посещении машин­ного зала.

Регулирование, защита, сигнализация и приборы конт­роля — все это вместе взятое служит средством поддержа­ния нормальной работы турбины, обеспечения ее безопас­ности и сохранности.



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

двенадцать + 9 =