Garo turbina yra rotacinė jėgainė, kuri garo energiją paverčia mechaniniu darbu, dažniausiai naudojama kaip pagrindinis energijos gamybos variklis. Be to, ji gali tiesiogiai varyti įvairius siurblius, ventiliatorius, kompresorius ir laivų sraigtus. Garo turbinos išmetamųjų dujų garas arba tarpinis ekstrahavimo garas taip pat gali būti naudojamas gamybos ir šildymo poreikiams patenkinti. Nors tekstas pateikia informacijos apie automobilių turbokompresorius, pagrindinė straipsnio tema susijusi su garo turbinų galios reguliavimu, todėl automobilių turbinų priežiūros ir gedimų aprašymai yra atfiltruojami.
Garo turbinos galios reguliavimo metodai
Yra trys pagrindiniai būdai reguliuoti garo turbinos įleidimo garą, siekiant kontroliuoti jos galią:
1. Droselio reguliavimo metodas (kokybės reguliavimas)
Šiuo metodu garo turbinos garų įsiurbimas patenka į visus purkštukus per vieną ar kelis reguliavimo vožtuvus, kurie atsidaro ir užsidaro tuo pačiu metu. Kai turbina veikia vardine apkrova, reguliavimo vožtuvas yra visiškai atidarytas, droselio nuostoliai yra mažiausi, o garo turbinos efektyvumas šiuo metu yra didžiausias. Sumažinus apkrovą, reguliavimo vožtuvas užsidaro, sukeldamas droselio efektą, kuris sumažina garų slėgį prieš jiems patenkant į garo turbiną. Dėl drosavimo efekto prarandama dalis energijos, todėl sumažėja garo turbinos efektyvumas.
2. Purkštukų reguliavimo metodas (išjungties reguliavimas)
Šis metodas, dar vadinamas išjungties koregavimo metodu, reguliuoja garo kiekį, patenkantį į garo turbiną, per kelis reguliavimo vožtuvus, kurie atsidaro ir užsidaro iš eilės. Garo srautas patenka į garo turbinos pirmojo etapo antgalį, taip reguliuojant turbinos apkrovą. Kiekvienas reguliavimo vožtuvas valdo purkštukų grupę, o reguliavimo vožtuvų skaičius nustatomas pagal apkrovą. Kai kiekvienas reguliavimo vožtuvas nėra visiškai atidarytas, atsiranda droselio nuostolis, tačiau jis yra mažesnis nei viso šviežio garo droselio nuostolis esant mažai apkrovai. Šio metodo trūkumas yra sudėtingesnis reguliavimas techninės priežiūros ir montavimo metu. Be to, pasikeitus darbo sąlygoms, reguliuojančios garų kameros temperatūra labai keičiasi, todėl apkrovos keitimo greitis negali būti per greitas.
3. Apėjimo (angl. bypass) reguliavimo metodas
Šis metodas plačiai naudojamas garo turbinose su droseliniu reguliavimu, ypač reakcijos tipo garo turbinose. Paprastai esant ekonominei garo turbinos apkrovai, pagrindinis reguliavimo vožtuvas yra visiškai atidarytas. Viršijus ekonominę apkrovą, atidaromos aplinkkelio durys, nukreipiančios naują garą į vėlesnius mentes etapus. Šio metodo privalumas - didžiausias veikimo efektyvumas esant ekonominei (projektinei) apkrovai ir mažiausi droselio nuostoliai.
Garo turbinų veikimo principai ir sandara
Garo turbinos, kaip ir kiti garo varikliai, yra vieni sudėtingiausių energetikos objektų. Turbina - tai variklis, kuriame potencinė garo energija paverčiama kinetine garo srauto energija, o kinetinė garo srauto energija paverčiama į mechaninę turbinos veleno sukimosi energiją. Šiluminėse ir atominėse elektrinėse turbinų sukami elektros generatoriai pagamina apie 80-85 % bendro gaminamos elektros energijos kiekio. Garo ir dujų turbininiai įrenginiai pasižymi dideliu manevringumu, kas įgalina patenkinti maksimalų elektros poreikį.
Turbinų evoliucija
- Maždaug 100 metų prieš Kristų Egipto mokslininkas Hero iš Aleksandrijos pagamino „reaktyvinį variklį“, kuriame vandeniui verdant katile susidaręs garas priversdavo sferą suktis.
- 1629 metais italų inžinierius Dž. Brankas (Giovanni Branca) išrado aktyviąją garo turbiną, kuri suko jo malūną.
- Pirmąją pramoninę garo turbiną 1883 metais (arba 1889 m.) įrengė švedų inžinierius G. Lavalis (Gustav Laval). Lavalio turbina buvo ašinė, vienpakopė, aktyvioji (impulsinė), pasižyminti labai dideliais sūkiais (> 500 aps/s) ir nedidele galia (< 500 kW).
- 1884 metais anglų inžinierius Č. Parsonsas (Charles Parsons) pasiūlė daugiapakopės reaktyviosios turbinos su slėgio pakopomis idėją.
- 1896 metais prancūzas A. Rato (Auguste Rateau) išrado daugiapakopę aktyviąją turbiną su trimis aktyviosiomis slėgio pakopomis.
- Tais pačiais metais amerikietis Č. Kertis (Charles Curtis) užpatentavo pirmąją daugiapakopę garo turbiną su greičio pakopomis.
Šiuolaikinės galingos turbinos gaminamos ne tik daugiapakopės, bet ir kelių skirtingo slėgio cilindrų. Garo turbinų galia siekia 1700 MW ir daugiau.
Garo jėgainės ciklas
Garo jėgainės paprastai dirba Renkino ciklu, sudarytu iš dviejų izobarų, adiabatės ir izochoros. Principinė garo jėgainės schema apima:
- Garo katilas
- Garo perkaitintuvas
- Garo turbina
- Elektros generatorius
- Garo kondensatorius
- Maitinimo (kondensato) siurblys
Renkino ciklo terminis naudingumo koeficientas apskaičiuojamas pagal formulę: ηt = (q1 - q2) / q1, kur q1 yra tiekiama šiluma (perkaitintojo garo entalpija minus kondensato entalpija po siurblio: h1 - h3), o q2 yra šalinama šiluma (entalpijų skirtumas kondensacijos procese: h2 - h'2).
Garo turbinų patikimumas ir priežiūra
Garo turbinų patikimumas tiesiogiai priklauso nuo savalaikio ir kokybiško planinio prevencinio remonto (PPR). Statistiniai duomenys rodo, kad turbinų pažeidimai sudaro 15-25 % visų šiluminių elektrinių (TĖS) įrenginių gedimų.
Medžiagos ir kritiniai mazgai
Daugumos galingų turbinų, pavyzdžiui, K-300-240 (LMZ arba HTZ gamybos), aukšto slėgio cilindrai (CVD) ir vidutinio slėgio cilindrai (CSD) gaminami iš liejamų legiruotų karščiui atsparių plienų, tokių kaip 15X1M1FL, 20XMF L arba 20XML.
Turbinos rotoriai (RVD, RSD, RND) dirba ekstremaliomis sąlygomis: aukšti sūkiai (3000 aps./min.), didelės centrinės jėgos ir aukšta temperatūra. Kritiniai mazgai yra darbinės mentelės ir diskų stebulės.
Defektų nustatymas ir kontrolė
Defektų nustatymui naudojami neardomieji kontrolės metodai:
- MPD (magnetinių miltelių defektoskopija)
- UZK (ultragarsinė kontrolė)
- CD (spalvota defektoskopija)
Mentelių pažeidimai (erozija, korozinis trūkinėjimas) nustatomi naudojant TVK (sūkurinių srovių kontrolę).
Guoliai ir sandarinimas
Atraminiams ir atraminiams-uпорiniams guoliams naudojamas antifrikcinis lydinys - babitas B-83 (83 % alavo, 11 % stibio, 6 % vario). Remonto metu guolių įdėklai perliejami arba atstatomi užpurškiant babitą. Svarbu užtikrinti tikslią centruotę pagal pusmovius ir radialinius tarpus labirintiniuose sandarikliuose.
Tikrinant traukos guolių mazgą (OEM nuoroda: 882-550-T), inžinierius privalo patikrinti mikroskopinį Babbitt B-83 įkloto ir plieninio korpuso sukibimo vientisumą, naudojant ultragarsinį storio matavimą. Aptikus atlipimą ar „tuščią“ garsą rezonanso bandymo metu, būtina nedelsiant pakartotinai padengti Babbitt sluoksniu, nes sluoksnių atsiskyrimas sukelia katastrofišką terminį užsikirtimą esant didelėms ašinio stūmimo apkrovoms.
Labirintinių sandariklių segmentai, ypač nurodyti techninio brėžinio kodu L-SEAL-X99, turi būti tiksliai apdirbti, kad atitiktų specifinį „pakopinį“ tarpelio profilį, reikalingą K-300-240 turbinai, siekiant sumažinti garų srauto nuotėkį ir parazitinius nuostolius.
Reguliavimo sistemos
Svarbus aspektas yra elektrinio-hidraulinio reguliavimo sistemos (EHR) elementų, pavyzdžiui, aukšto slėgio valdymo vožtuvų pavarų (kodas 048-001-A), tikslus kalibravimas. Netinkamas signalo perdavimas iš jutiklių į servovariklius sukelia virpesius, kurie ilgainiui pažeidžia vožtuvų lizdų sandarumą. Būtina reguliariai tikrinti grįžtamojo ryšio traukių ašinį laisvumą, kad būtų užtikrinta stabili srauto kontrolė.
Elektrohidraulinės valdymo (EHC) sistemos funkcionalumas priklauso nuo tikslių pilotinio vožtuvo mazgo (modelis PV-220-MOD) osciliacijų slopinimo charakteristikų. Mechaninė atgalinio ryšio jungtis, ypač pasukama galvutės jungtis (detalės numeris 559-002-C), reikalauja periodinio matmenų patikrinimo naudojant didelio tikslumo mikrometrus; net 0,05 mm nuokrypis sukelia fazės vėlavimą hidraulinėje reakcijoje, dėl ko atsiranda reguliatoriaus sistemos medžioklės elgesys ir padidėja vožtuvo lizdo smūginis nuovargis.
Mato Petrėno garo turbinos modelis
Alyvos kokybės valdymas
Alyvos kokybės kontrolė yra kritinė turbinos ilgaamžiškumo sąlyga. Terminio skilimo procesai („oil coking“) skatina anglies nuosėdų kaupimąsi guolių įdėklų kanaluose, todėl mažėja tepimo srautas. Būtina atlikti spektrinę alyvos analizę, ieškant metalo dalelių, rodančių ankstyvą guolių babito B-83 nusidėvėjimą, ir užtikrinti, kad priemaišų koncentracija neviršytų leistinų normų.
Guolių atramų tepalinės alyvos kokybės valdymas reikalauja griežtai stebėti oksidacijos indukcijos laiką (OIT), kad būtų išvengta lako susidarymo, kuris paprastai nusėda mažu greičiu tekančiose srityse nuo pasvirusių atraminių guolių. Šis lakas veikia kaip izoliatorius, skatinantis lokalizuotus karštus taškus, viršijančius Babbitt B-83 fazinio transformacijos temperatūrą, todėl pagreitėja šliaužimas ir paviršiaus duobėjimas. Kai spektrinė analizė (pvz., ICP arba RDE spektroskopija) atskleidžia vario ar alavo koncentraciją, viršijančią 15 ppm, tai yra aiškus įrodymas apie įdėklo eroziją arba guolio apkrovos zonos nuovargį.
Rotoriaus balansavimas ir terminis stabilumas
Turbinos rotoriaus dinaminio balansavimo metu būtina tiksliai sureguliuoti įvorę, jungiančią rotorių su reduktoriumi (detalė Nr. 745-920-B). Net mažiausias nesutapimas sukelia didelę vibraciją, kurią fiksuoja „Bently Nevada“ tipo stebėsenos sistemos.
Rotoriaus terminis stabilumas paleidimo-išjungimo ciklais yra stipriai įtakojamas movos diafragmos (komponento numeris D-990-K) būklės. Mechaninio įtempio koncentracijos movos varžtų apskritimo sąsajoje dažnai pasireiškia kaip subsunchroninė vibracija, kurią Bently Nevada 3500 serijos stebėjimo sistemos užfiksuoja kaip trumpalaikes orbitos anomalijas. Siekiant tai ištaisyti, specializuota lazerinio išlygiavimo įranga turi kompensuoti numatomą HPC ir MPC korpusų šiluminį išsiplėtimą šildymo fazės metu, užtikrinant, kad movos nuokrypis liktų nurodytose šalto išlygiavimo tolerancijose +/- 0,02 mm.
Sandarinimo takų vientisumas
Didelio slėgio rotoriaus (DSR) sandarinimo takų vientisumas labai priklauso nuo šepetėlinio sandariklio arba korio tipo įdėklų, ypač tų, kurie sumontuoti pakeičiant standartinius labirintinius segmentus, tokius kaip kodas L-SEAL-X99. Atliekant pagrindinį kapitalinį remontą, tarp sandariklio dantukų ir rotoriaus veleno esantis radialinis tarpas turi būti patikrintas naudojant plastigauge arba specializuotus tarpų matuoklius, siekiant užtikrinti K-300-240 agregato šaltosios būklės projektinę toleranciją, kuri yra 0,35-0,45 mm. Bet kokie nustatyti nuokrypiai - dažnai atsirandantys dėl terminio išlinkimo arba asimetrinio korpuso iškraipymo - reikalauja tikslaus sandarinimo paviršių perapdorojimo, kad būtų išvengta „garų sukelto virpėjimo“ (SIV), reiškinio, kai didelio greičio apskritiminis garų srautas sukuria skersiniais būdais sujungtas standumo jėgas, kurios destabilizuoja rotorių jo atramų diapazone. Jei šie tarpai nėra pašalinami, tai sukelia lokalizuotą kaitimą, sukeliantį rotoriaus terminį nestabilumą, kuris pasireiškia kaip 1X dažnio virpesių pikai Bently Nevada 3500 stebėjimo sąsajoje, galiausiai pažeidžiant menčių šaknų tvirtinimo elementų nuovargio trukmę.
tags: #garo #turbino #galingumo #reguliavimas