Библиотечка электротехника
О. С. Голоднова
УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА
ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
С ВОДОРОДНЫМ
ОХЛАЖДЕНИЕМ
ПРИЛОЖЕНИЕ К ЖУРНАЛУ
©НВРПТПЖ
Вниманию специалистов
Вышли в свет следующие выпуски
“Библиотечки электротехника":
Могузов В. Ф. Обслуживание силовых трансформаторов (часть 1).
Киреева Э. А. Повышение надежности, экономичности и без-
опасности систем цехового электроснабжения.
Овчинников В. В. Защита электрических сетей 0,4 - 35 кВ (час-
ти 1 и 2).
Иноземцев Е. К. Ремонт турбогенераторов (часть 2).
Георгиади В. X. Поведение энергоблоков ТЭС при перерывах
электроснабжения собственных нужд (части 1 - 3).
Вавилов В. П., Александров А. Н. Инфракрасная термографиче-
ская диагностика в строительстве и энергетике.
Файбисович Д. Л., Карапетян И. Г. Укрупненные стоимостные по-
казатели электрических сетей 35 - 1150 кВ.
Добрусин Л А Фильтрокомпенсирующие устройства для преоб-
разовательной техники.
Киреева Э. А., Орлов В. В., Старкова Л. Е. Электроснабжение це-
хов промышленных предприятий
Подписку можно оформить в любом почтовом отделении связи по
объединенному каталогу “ПРЕССА РОССИИ”. Том 1. Российские
и зарубежные газеты и журналы.
Индексы “Библиотечки электротехника”
— приложения к журналу “Энергетик”
88983 — для предприятий и организаций;
88982 — для индивидуальных подписчиков.
Адрес редакции
журнала “Энергетик”:
115280, Москва, ул. Автозаводская, д. 14/23.
Телефон (095) 275-19-06
E-mail: energy@mail.magelan.ru
Библиотечка электротехника
— приложение к журналу “Энергетик ”
Основана в июне 1998 г.
Выпуск 1(61)
О. С. Голоднова
УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА
ТУРБОГЕНЕРАТОРОВ
С ВОДОРОДНЫМ
ОХЛАЖДЕНИЕМ
(УСТРОЙСТВО, ЭКСПЛУАТАЦИЯ,
ПРИЧИНЫ,ПРИЗНАКИ
И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОТКАЗОВ)
Москва
НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”
2004
УДК 621.313.1/3
ББК 31,363
Г61
Главный редактор журнала “Энергетик” А. Ф. ДЬЯКОВ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
“Библиотечки электротехника”
В. А. Семенов (председатель), И. И. Батюк (зам. председателя),
Б. А. Алексеев, К. М. Антипов, Г. А. Безчастнов, А. Н. Жулев,
В. А. Забегалов, В. X. Ишкин, Ф. Л. Коган, В. И. Кочкарев,
Н. В. Лисицын, Л. Г. Мамиконянц, Л. Ф. Плетнев, В. И. Пуляев,
Ю. В. Усачев, М. А. Шабад
Голоднова О. С.
Гб 1 Уплотнения вала турбогенераторов с водородным охлаж-
дением (устройство, эксплуатация, причины, признаки и
предупреждение отказов). — М.: НТФ “Энергопрогресс”,
2004. — 128 с.: ил. (Библиотечка электротехника, приложе-
ние к журналу “Энергетик”; Вып. 1(61)].
В брошюре изложены принцип работы и устройство масляных уплотнений
вала турбогенераторов с водородным охлаждением, назначение оборудования сис-
тем маслоснабжения уплотнений. Приведены данные об опасности потери газо-
плотное™. На основе анализа и обобщения опыта эксплуатации, результатов ис-
следований и испытаний, сформулированы технические требования к узлу, даны
описания причин и признаков характерных дефектов и последствий отказов. Реко-
мендованы способы выявления дефектов и предупреждения отказов уплотнений и
их систем маслоснабжен ия, рассмотрены специфические вопросы, возникающие
при внедрении этих рекомендаций.
Брошюра предназначена для персонала ТЭС и АЭС, занимающегося эксплуа-
тацией, гехпическим обслуживанием и ремонтом масляных уплотнений киш и
оборудования газомасляных систем турбогенераторов с водородным охлаждением.
ISSN 0013-7278 © НТФ “Энергопрогресс”, “Энергетик”, 2004
Предисловие
Нарушения в работе масляных уплотнений вала турбогенерато-
ров с водородным охлаждением и их систем маслоснабжения приво-
дят к вынужденным остановам турбоагрегатов и энергоблоков теп-
ловых и атомных электростанций. От работы этого узла зависят эко-
номические показатели, а также газоплотность генератора, пожаро-
и взрывобезопасность в машинном зале электростанции.
Выполнение требований нормативно-технической документа-
ции эксплуатационным и ремонтным персоналом позволяет обес-
печить высокое качество технического обслуживания и ремонта
уплотнений, предупредить отказы уплотнений и оборудования их
систем маслоснабжения. Однако эта деятельность наиболее эффек-
тивна при ясном понимании принципа работы, назначения отдель-
ных элементов уплотнений и газомасляных систем генератора, зна-
нии причин и признаков возникающих дефектов и способов их пре-
дупреждения, представлении возможных последствий отказов.
Цель данной брошюры — оказать содействие персоналу электро-
станций и ремонтных предприятий в повышении качества обслужи-
вания и ремонта уплотнений вала и их систем маслоснабжения.
Замечания и предложения по данной брошюре
просьба направлять по адресу:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23.
Редакция журнала “Энергетик”.
Автор
3
ГЛАВА ПЕРВАЯ
Основные принципы обеспечения
пожаро- и взрывобезопасности
турбогенераторов с водородным
охлаждением
1.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ
ВОДОРОДА И МАСЛА В ГЕНЕРАТОРЕ
В корпусе турбогенератора поддерживается заданное избыточное
давление водорода, номинальное значение которого для современ-
ных турбогенераторов достигает 0,3 — 0,5 МПа (3 — 5 кгс/см2). Для
запирания водорода в местах выхода вращающегося вала ротора из
торцевых щитов устанавливаются уплотнения вала с двух сторон ге-
нератора между торцевыми щитами и подшипниками [I]. Уплотне-
ния вала могут также встраиваться в торцевые шиты.
Как известно, во всем мире применяются масляные уплотнения
вала двух основных типов: кольцевые (рис. I) и торцевые (рис. 2).
Общий принцип работы уплотнений вала всех типов заключается в
Рис. /. Кольцевое уплотнение (прин-
цип работы)
Рис. 2. Торцевое уплотнение (прин-
цип работы)
4
том, что в узком зазоре между неподвижным вкладышем /, снабжен-
ным баббитовой заливкой 2 и вращающимся валом 3 уплотнения
создается непрерывный поток масла 4, встречный по отношению к
водороду. Давление уплотняющего масла превышает давление водо-
рода, что и препятствует выходу водорода через зазор между вклады-
шем и валом. Обычно перепад давлений масла и водорода составля-
ет 0,04 — 0,09 МПа (0,4 — 0,9 кгс/см2). Для подвода и слива масла
необходима система маслоснабжения с насосами, маслоохладителя-
ми, фильтрами, гидрозатворами, масляными баками и необходимой
арматурой. Таким образом, корпус генератора, узлы уплотнений и
оборудование системы маслоснабжения образуют газомасляную
систему.
Взрывоопасные среды могут образоваться в корпусе генератора,
поплавковом гидрозатворе, картерах подшипников при ошибочном
выполнении операций по заполнению корпуса генератора водоро-
дом и удалению последнего Щ, при отсутствии контроля над соста-
вом газовой смеси, а также вне генератора при аварийных выбросах
и утечках водорода. Кроме того, возможны возгорания струи водо-
рода в местах утечек.
Свойства водородной смеси с воздухом 12]:
Область воспламенения соответствует содержанию:
водорода.........................................от	4 до 75 % объема
воздуха........................................от	96 до 25 % объема
Минимальная энергия зажигания.................... не	более 0,02 мДж
Температура самовоспламенения................ ..............510 °C
Нормальная скорость распространения пламени........	.... 2,7 м/с
Критический диаметр струи................................. 0,0006 м
Минимальное взрывоопасное содержание водорода..........5 % объема
Смесь водорода с кислородом является взрывоопасной при со-
держании водорода от 4 до 94 % (соответственно кислорода от 96 до
6%).
Чтобы избежать появления взрывоопасной смеси в корпусе гене-
ратора и других местах газомасляной системы, нормативные пока-
затели состава газовой смеси установлены с определенным запасом
[3]. Содержание кислорода в корпусе генератора в эксплуатации не
должно превышать 1,2 %, а в емкостях на сливе масла в сторону во-
дорода — 2 %. В водороде, поступающем в генератор, содержание
кислорода по объему не должно быть более 0,5 %. Содержание водо-
рода в корпусе генератора (не ниже): 98 % — в генераторах с непо-
средственным охлаждением обмоток, 97 % — в генераторах с кос-
венным охлаждением обмоток с давлением водорода 0,05 МПа и
выше, 95 % — с давлением водорода ниже 0,05 МПа.
5
При утечках водорода наружу смешивание водорода с воздухом
происходит в турбулентном режиме и в создании взрывоопасной
среды участвует менее 50 % истекающего водорода. Большая часть
водорода рассеивается в воздухе, не образуя горючие смеси.
Условия возгорания водородно-воздушных смесей и перехода го-
рения в детонацию в больших объемах и при повышенном давлении
пока недостаточно изучены. Однако полезно знать некоторые опыт-
ные данные [2].
Видимая скорость распространения пламени зависит от количе-
ства выброшенного водорода. Скорость пламени достигала 110 м/с
для смеси объемом около 80 м3 с содержанием 34 % водорода, а при
возрастании объема до 500 м3 увеличивалась примерно до 300 м/с.
Скорость распространения значительно увеличивалась при проходе
пламени через перфорированную стенку или чередующиеся пре-
пятствия (технологическое оборудование, колонны, фермы, перего-
родки, монтажные площадки, краны ит.п.). Переход горения вдето-
нацию не наблюдался при объеме смеси до 300 м3 даже при иниции-
ровании источником в виде ударной волны.
Характер горения водородно-воздушных смесей и возможность
детонации зависят от обшей и локальной концентрации водорода
под оболочкой и от наличия источников зажигания. Если водород
воспламенится до перемешивания со средой, заполняющей оболоч-
ку, то будет иметь место диффузионное горение. Если воспламене-
ние произойдет после полного перемешивания со средой оболочки
и концентрация смеси будет выше нижнего предела распростране-
ния пламени водорода (4 — 9 %), то будет иметь место горение без
взрыва. При маловероятном развитии аварийной ситуации, когда
водород, не воспламенившись, накопится в таких количествах, что
его концентрация превысит нижний детонационный предел (18,2 %
— для водородно-воздушной смеси), то возгорание смеси может за-
вершиться детонацией. При детонации водородно-воздушных сме-
сей в просторных помещениях взрывные нагрузки могут привести к
полному разрушению сооружений.
Данные, которые могут быть напрямую использованы для коли-
чественных оценок опасности утечек и выбросов водорода из гене-
ратора в машинном зале, отсутствуют. Дополнительные сложности
в прогнозировании возгорания и взрыва появляются при наличии в
составе смесей добавок в виде паров воды, турбинного масла, окси-
дов углерода и азота. Хотя известны, в основном, вероятные источ-
ники поджига водородно-воздушной смеси — искрение на щеточ-
но-контактном аппарате ротора, горение масла, искры от сварки,
соударений металлических деталей и инструмента и т.п., во многих
6
Таблица 1. Сравнение свойств масла ОМТИ и нефтяных масел [4]
Характеристика пожароопасности, °C	ОМТИ	Нефтяные масла
Температура вспышки	Выше 240	Около 190
Температура воспламенения	370 - 400	210-220
Температура самовоспламенения	720	300 - 350
Температура самовоспламенения в присутствии теплоизоляции	600	150
случаях не удавалось выяснить причину возгорания. Бытует мнение
о возможности самовозгорания струи водорода малого диаметра,
выходящей с большой скоростью (например, через трещину сварно-
го шва), от нагрева в результате трения. Сравнительно низкая мини-
мальная энергия зажигания водородно-воздушной смеси делает ве-
роятным такое возгорание смеси.
Опасность пожара усугубляется наличием системы маслоснабже-
ния уплотнений и возгоранием турбинного масла. Горящее масло
растекается и проникает на нижележащие этажи. Скорость увеличе-
ния площади пожара при растекании горящего масла может дости-
гать 25 м2/мин. Опытным путем установлено [2], что при горении
турбинного масла на площади 5 м2 полное задымление машинного
зала объемом более 8000 м3 со снижением видимости до 1 м проис-
ходит в течение 5 мин; через 0,5 — 1 мин после возникновения по-
жара в машинном зале превышаются предельно допустимые кон-
центрации токсичных веществ в местах пребывания персонала; ви-
димость снижается до допустимого предела в течение 1,5 — 3,5 мин;
температура повышается до опасных значений за 6 — 8 мин. Факелы
горящего масла и водорода быстро нагревают металлические фермы
кровли до критической температуры, что приводит к обрушению
ферм и перекрытий.
Радикально решается проблема предупреждения возгорания мас-
ла применением огнестойких и негорючих масел в системах регули-
рования и смазки. Например, масло ОМТИ имеет весьма благопри-
ятные характеристики (табл. I).
Масло ОМТИ не уступает нефтяным маслам по физико-химиче-
ским и эксплуатационным свойствам, по антикоррозийной актив-
ности и термоокислительной стабильности, а превосходит их. Кро-
ме того, ОМТИ не передает пламя по струе.
Попытки снизить пожаро- и взрывоопасность смесей водорода с
воздухом путем ввода в газомасляную систему генератора газообраз-
ных углеводородных ингибиторов (2 — 4 % объема водорода), не
7
привели к успеху из-за того, что растворимость в масле испытывав-
шихся ингибиторов оказалась слишком высока — в десятки раз
выше, чем растворимость водорода в масле. Чтобы поддерживать
требуемую концентрацию ингибитора в водороде, пришлось бы
пойти на растворение гораздо большего количества ингибитора в
масле вплоть до насыщения последнего, что недопустимо, так как
привело бы к нежелательному ухудшению характеристик масла,
особенно если учесть, что углеводородный ингибитор является
горючим.
1.2.	ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОЖАРО-
И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ТУРБОГЕНЕРАТОРА
Опасность возгорания, пожара и взрыва при эксплуатации турбо-
генераторов с водородным охлаждением создается при потере газо-
плотности генератора, т.е при появлении утечек и прорывах водо-
рода. Поэтому турбогенератор должен быть газоплотным, прорывы
водорода должны быть исключены. Для этого необходима прежде
всего надежная конструкция уплотнений вала и надежная система
маслоснабжения.
В конструкции и инструкциях по эксплуатации турбогенераторов
с водородным охлаждением должны быть предусмотрены следую-
щие меры:
необходимая механическая прочность корпуса генератора, на-
ружных щитов и уплотнений вала, оборудования газомасляной сис-
темы [5];
соответствующая нормам [1,3] газоплотность корпуса генерато-
ра, наружных щитов, оборудования газомасляной системы;
надежная система маслоснабжения уплотнений, обеспечиваю-
щая заданное превышение давления масла над давлением водорода
в стационарных, переходных и аварийных режимах работы
генератора;
эксплуатационный контроль давлений газа и масла;
маслоплотность уплотнений вала и оборудования газомасляной
системы;
исключение образования взрывоопасной смеси водорода с возду-
хом в корпусе генератора, газонаполненных емкостях газомасляной
системы, прилегающих узлах (подшипниках, шинопроводах);
контроль газоплотности генератора в процессе эксплуатации и
своевременный вывод из работы при нарушениях газоплотности;
проверки и восстановление газоплотности генератора при ремонтах.
8
Достигнутый уровень реализации указанных принципов в проек-
тно-конструкторской и технологической документации, правилах,
инструкциях и других руководящих нормативно-директивных мате-
риалах, а также в практике эксплуатации и ремонта обеспечил высо-
кую надежность турбогенераторов с водородным охлаждением, экс-
плуатируемых в нашей стране и за рубежом. Об этом свидетельству-
ет средняя частота всех нарушений в работе турбогенераторов,
сопровождающихся загораниями и “хлопками” водорода в машин-
ных залах, которая составляет около 0,01 отказ/ген. • год (средняя
частота тяжелых аварий с пожарами и взрывами водородно-воздуш-
ной смеси примерно на порядок меньше).
1.3.	ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОТЕРИ ГАЗОПЛОТНОСТИ
УПЛОТНЕНИЙ ВАЛА И ГАЗОМАСЛЯНОЙ СИСТЕМЫ
И ВОЗМОЖНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
Итак, пожароопасными нарушениями в работе оборудования га-
зомасляной системы турбогенераторов с водородным охлаждением
являются нарушения, сопровождающиеся потерей газоплотности.
Прежде всего, это — перерывы маслоснабжсния уплотнений или
снижения перепада давлений “масло — водород”. При таких нару-
шениях ранее неизбежно происходила потеря газоплотности узла с
выходом водорода вдоль вала, с попаданием водорода в картеры
подшипников, выплавлением баббита и повреждением упорныхди-
сков вала, но с 1974 г., благодаря внедрению системы резервирова-
ния маслоснабжения уплотнений от демпферного бака, число нару-
шений с потерей газоплотности ежегодно снижалось. В настоящее
время перерывы маслоснабжения уплотнений или снижения пере-
пада давлений “масло — водород” приводят к отключению и оста-
нову турбоагрегата технологической защитой от понижения уровня
масла в демпферном баке [I]. Такие отключения составляют при-
мерно 30 % всех отключений турбогенераторов, обусловленных на-
рушениями в работе оборудования газомасляной системы, и проис-
ходят обычно из-за ошибок персонала при переключениях в масло-
системе, из-за отказов маслонасосов уплотнений, некачественного
ремонта и ошибочной настройки регуляторов перепада давлений
“масло — водород”. При таких отключениях потеря газоплотности
обычно не наблюдается, хотя есть некоторый риск (задержка с вос-
становлением маслоснабжения, с подачей инертного газа, нехватка
масла в баке, ошибочная работа защитных устройств и т.п.). Ущерб
от отключения защитой значительно меньше ущерба от потери газо-
плотности, повреждений баббита и вала.
9
Остальные нарушения в работе оборудования газомасляной сис-
темы, сопровождающиеся утечкой водорода, распределяются при-
мерно следующим образом:
Выдавливание или повреждение уплотняющих резиновых
прокладок (крышки люка, фланца корпуса, газоохладитслей,
корпуса уплотнения, наружного щита).........................30 %
Утечка через фланцевые и сварные соединения трубопроводов
и штуцеры...................................................26 %
Прорыв через поплавковый гидрозатвор и утечка
через фланцевые соединения поплавкового гидрозатвора........16 %
Утечка через вентили на газовом посту.......................10 %
Утечка или прорыв в картеры подшипников.......... . 9 %
Нарушение работы регуляторов перепада давлений масла
и водорода, регуляторов давления прижимающего масла..........6%
Утечка через горизонтальные разъемы торцевых шитов...........3%
Доля случаев утечки водорода, сопровождавшихся возгораниями
и (или) хлопками водорода, составляет примерно 15 %.
Кроме перечисленных случаев, в эксплуатации могут происхо-
дить разуплотнения и других узлов турбогенератора: выводовобмот-
ки статора, водоподводов и системы водяного охлаждения статора,
сопряжения частей корпуса статора, токоподвода ротора, но здесь
они не рассматриваются.
На электростанциях имел место ряд больших аварий с пожаром и
частичным разрушением машинного зала вследствие горения водо-
рода и масла. Хотя первопричиной этих аварий не являлось наруше-
ние работы газомасляной системы и уплотнений вала генератора, но
катастрофическое развитие их происходило как раз за счет выброса
и загорания водорода и масла.
Известны также несколько случаев взрыва в корпусе остановлен-
ного генератора из-за грубого нарушения правил вытеснения и за-
мены газовых сред в сочетании с несвоевременным выполнением и
низким качеством анализа содержания водорода в газовой смеси.
Возможные последствия утечек водорода рассмотрим на неско-
льких примерах.
Пример 1. Трещина в уплотнительной прокладке между корпу-
сом уплотнения и наружным щитом генератора привела к тому, что
подпитка генератора водородом требовалась чаще — 4 — 5 раз в сме-
ну. Водород выходил через неплотность в машинный зал, затем про-
изошел хлопок с возгоранием в верхней (невентилируемой) части
машинного зала. Генератор разгружен и отключен от сети.
Пример 2. Расход водорода на подпитку генератора увеличился
вследствие угечки через трещины в резиновой прокладке газоохла-
дителя. Водород выходил через неплотность в машинный зал, но,
10
благодаря хорошей вентиляции машинного зала, возгорания или
детонации не произошло. Генератор разгружен и отключен от сети.
Пример 3 Падение давления водорода в корпусе генератора нача-
лось вследствие значительной утечки водорода вместе с маслом из
разъема фланца на трубопроводе слива масла из уплотнения. Гене-
ратор разгружен и отключен от сети. Анализ проб воздуха в машин-
ном зале вблизи уплотнения показал концентрацию водорода 0,5 %.
Возгорания не произошло.
Пример 4. При плановом переходе с рабочего масляного фильтра
на резервный фильтр перепад давлений “масло — водород” увели-
чился. Это привело к повышению уровня масла в демпферном баке
и переливу масла. Из-за перелива повысился уровень масла в по-
плавковом гидрозатворе. Снижение уровня масла в затворе произ-
водилось вручную посредством открытия вентиля на байпасе регу-
лятора уровня в гидрозатворе. При этом масло было упущено, и про-
изошел выброс водорода в районе подшипника возбудителя с
возгоранием водорода. Давление водорода в генераторе упало до
0,09 МПа. Турбогенератор был отключен со срывом вакуума по ин-
формации с блочного щита управления “Пожар на генераторе ”.
Пример 5. При частых продувках генератора водородом масло по-
падало в генератор и возникала необходимость слива этого масла че-
рез дренажные трубопроводы. Во время одной из таких операций
произошло возгорание водорода. Генератор отключен от сети, вы-
теснение водорода азотом позволило прекратить горение.
Пример 6. При открытии вентиля газового поста для взятия на
анализ пробы газа из генератора загорелся водород, выходящий из
вентиля. Горящая струя не позволила прекратить горение закрыти-
ем вентиля. Пришлось отключить генератор от сети и ликвидиро-
вать горение путем выпуска водорода из генератора с вытеснением
водорода азотом.
Пример 7. При наборе нагрузки турбогенератора происходили за-
паздывания вкладыша торцевого уплотнения со стороны контакт-
ных колец, что сопровождалось утечками водорода в картер под-
шипника и под защитнуюобшивку. Над подшипником появился за-
метный масляный туман, содержащий водород. Утечки были
достаточно интенсивны для накопления взрывоопасной водород-
но-воздушной смеси. Взрывом сорвало защитную обшивку и смер-
тельно травмировало двух человек, подошедших выяснить причины
появления масляного тумана. Турбогенератор был отключен и оста-
новлен со срывом вакуума. После этого случая были запрещены лю-
бые обшивки, кожухи и другие оболочки вблизи генератора, в кото-
рых может накапливаться водородно-воздушная смесь, и был вве-
11
ден контроль содержания водорода в картерах подшипников с
соответствующей сигнализацией. Аналогично после взрыва и ко-
роткого замыкания в шинопроводах другого генератора были вне-
дрены обязательные вентиляционные отверстия в кожухах шиноп-
роводов и был введен контроль содержания водорода в шинопрово-
дах также с сигнализацией.
Пример 8. Разрыв резиновой уплотнительной прокладки крышки
люка генератора привел к выходу струи водорода в машинный зал.
Генератор был отключен от сети. Немедленно было начато вытесне-
ние водорода азотом, организована усиленная вентиляция машин-
ного зала (открыты ворота) и прекращен доступ людей в машинный
зал, приготовлены средства пожаротушения. Возгорания или дето-
нации водородно-воздушной смеси не произошло как благодаря
принятым мерам, так и по счастливой случайности.
Пример 9. Повреждение и раскрытие наружных щитов генерато-
ра вследствие поломки вала из-за повышенной вибрации, возник-
шей при отрыве лопаток турбины, привели к катастрофическому ра-
зуплотнению системы водородного охлаждения, выходу водорода в
машинный зал и возгоранию водородно-воздушной смеси. Прои-
зошло раскрытие фланцев маслопроводов, выброс и загорание мас-
ла. Хотя персонал успел откл юч ить генератор от сети и начать вытес-
нение водорода азотом, мощный факел водорода и масла в машин-
ном зале привел к деформации ферм кровли под действием
водородного пламени и обрушению кровли над турбогенератором.
Сгорели возбудитель, оборудование системы возбуждения и АГП
под генератором. Пожар распространился в шинопроводы, комп-
лектные распредустройства генераторного напряжения и собствен-
ных нужд, а также далее по кабельным тоннелям.
1.4.	ОСНОВНЫЕ ПУТИ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЗАГОРАНИЯ,
ПОЖАРА И ВЗРЫВА
Условия предупреждения загораний, пожаров и взрывов в ма-
шинных залах электростанций, где установлены турбогенераторы с
водородным охлаждением, весьма просты:
недопущение утечек и прорывов водорода из газомасляной сис-
темы и образования взрывоопасных сред в замкнутых или плохо
вентилируемых объемах;
исключение или снижение вероятности появления источников
зажигания в местах, где возможно появление водородно-воздушной
смеси;
12
контроль концентраций водорода в технологическом оборудова-
нии и сигнализация о превышении допустимых концентраций.
Предупреждение утечек и прорывов водорода из газомасляной
системы, а следовательно, образования взрывоопасных сред, заго-
раний, хлопков, обеспечивается путем своевременного выявления и
устранения неисправностей уплотнений вала и оборудования газо-
масляной системы, приводящих к утечкам водорода. Большую роль
играет автоматизированный контроль состава газовых смесей в кор-
пусе генератора, в картерах подшипников и сливных маслопроводах
на воздушной стороне, в гидрозатворах на сливе масла из уплотне-
ний в сторону водорода.
Для предупреждения тяжелых аварий в машинных залах электро-
станций целесообразен также контроль концентраций водорода в
помещении с устройством аварийной вентиляции, включаемой ав-
томатически при достижении 2 %-ной концентрации водорода. Для
случаев, когда при крупных выбросах водорода вентиляция может
оказаться неэффективной, должны быть предусмотрены системы
активного подавления горения водородно-воздушных сред.
Следуеттакже иметь ввиду, что причиной более 90 % пожаров яв-
ляется несоблюдение персоналом правил работы с оборудованием
газомасляных систем турбогенераторов, а также установленного по-
рядка проведения огнеопасных работ. Этому способствует то обсто-
ятельство, что не каждое нарушение правил сопровождается возго-
ранием и опасностью для жизни. Поэтому большое значение имеют
обучение и систематические тренировки персонала.
Если аварийная ситуация с катастрофическим разуплотнением
генератора возникла, то наиболее действенным способом предот-
вращения развития такой аварии и снижения ущерба является пре-
кращение поступления водорода и масла в очаг возгорания за мак-
симально короткое время. Это возможно, если осуществить уско-
ренный аварийный выброс водорода из генератора в атмосферу
(только после отключения генератора от сети!). Выброс водорода
должен сопровождаться подачей инертного газа в зоны разуплотне-
ния. После снижения давления газа в генераторе до 0,05 МПа может
быть прекращена подача масла в уплотнения.
Существующая штатная газовая схема турбогенераторов не обес-
печивает быстрого выброса водорода в атмосферу и автоматической
подачи инертного газа. Однако разработаны различные варианты
схем аварийного выброса водорода через специальный трубопровод
и клапан с дистанционным управлением. Имеются также разработ-
ки автоматических схем выброса водорода. Основные условия реа-
лизации таких схем, исключающие ложный выброс водорода:
13
1)	наличие автоматического сбросного клапана большого сече-
ния; требования к безотказности клапана — вероятность отказа в
аварийной ситуации не выше 0,001, вероятностьложных срабатыва-
ний не выше 0,0001;
2)	правильный выбор параметра, рост которого должен привести
к срабатыванию схемы аварийного выброса водорода, и аварийной
уставки;
3)	обеспечение высокой достоверности сигнала.
Из известных автору разработок автоматических схем выброса
водорода наиболее перспективной в смысле предупреждения лож-
ных срабатываний представляется автоматическая противопожар-
ная многофункциональная система, срабатывающая по вибродина-
мическому фактору, в которой предусмотрены критерии обеспече-
ния достоверного сигнала на включение ряда противопожарных
мероприятий, втом числе и на аварийный выброс водорода из гене-
ратора (разработка ВТИ, г. Москва).
14
ГЛАВА ВТОРАЯ
Краткое описание конструкции
масляных уплотнений вала
и схем маслоснабжения
2.1.	ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ИСПОЛНЕНИЯ
УПЛОТНЕНИЙ
Назначение узла уплотнения вала — создание кольцевого зазора,
заполненного маслом, между вращающимся валом и вкладышем,
находящимся в корпусе, закрепленном к наружному щиту генерато-
ра; давление масла превышает давление водорода в генераторе, что и
препятствует выходу водорода наружу.
Кольцевые (цилиндрические, радиальные) уплотнения. Вкладыш
типичного простейшего кольцевого уплотнения представляет собой
металлическое (обычно стальное или латунное) кольцо, “плаваю-
щее” на валу и расположенное внутри кольцевой камеры. Возможен
также вкладыш, представляющий собой пакет узких колец.
В кольцевом зазоре между вкладышем и валом поток масла раз-
ветвляется надве стороны (см. рис. I): в сторону водорода и всторо-
ну воздуха. Для целей сборки и разборки кольцевой вкладыш вы-
полняется разъемным или разрезным по окружности. Разъемный
вкладыш состоит из двух или более частей, стянутых болтами. Ци-
линдрическая поверхность вкладыша, охватывающая вал, имеет
обычно баббитовый слой с маслораспределительными отверстиями
и канавками.
Кольцевая масляная камера может быть образована деталями 3 и
4 корпуса уплотнения (рис. 3, о). Масляная камера может также на-
ходиться внутри промежуточной обоймы 3(рис. 3, б), которая ино-
гда устанавливается между вкладышем и корпусом 4 уплотнения.
Внутри кольцевой камеры вкладыш 2 должен иметь возможность
смещаться, следуя за валом 1. Во избежание проворачивания вкла-
15
Рис. 3. Конструктивные исполнения кольцевого уплотнения:
а — конструкция ОАО “Силовые машины — Электросила”; б— конструкция
ЦКБЭнерго
16
дыша, увлекаемого вращающимся слоем масла, в камере предусмат-
ривается стопорный винт.
Зазоры между вкладышем и стенками камеры уплотнены уплот-
няющими кольцами 5 из резинового шприцованного шнура, уста-
новленными с натягом в канавках вкладыша. Камера заполнена
маслом, поступающим по трубопроводу; это масло через маслорасп-
ределительные отверстия поступает из камеры в кольцевой зазор
между вкладышем и валом, создавая уплотняющий поток. Корпус
уплотнения закрепляется болтами к наружному (торцевому) щиту 6
генератора, к которому также закреплен маслоуловитель 7. Про-
странство между корпусом уплотнения и корпусом подшипника пе-
рекрывается щитком 8 с уплотняющим кольцом или гибкой
диафрагмой.
В кольцевом уплотнении нагрузка Сна вкладыш (см. рис. 1) весь-
ма невелика, так как создается лишь массой вкладыша. Уравнове-
шивание ее происходит за счет незначительного эксцентриситета
кольца вкладыша относительно вала. При этом в верхней зоне вкла-
дыша при вращении вала создается масляный клин, в котором раз-
вивается отжимающее вкладыш от вала гидродинамическое усилие
Это усилие зависит от частоты вращения вала, снижаясь до нуля при
останове.
Простейшие уплотнения кольцевого типа обычно выполняются с
гладкой баббитовой поверхностью вкладыша. При вибрации вала
верхняя часть такого вкладыша, которая отделена от вала наимень-
шим зазором, более подвержена соударениям с валом и ускоренно-
му износу. Наибольшее влияние на износ баббита вкладыша оказы-
вают вертикальная и поперечная составляющие вибрации. Поэтому
усовершенствованные конструкции вкладышей кольцевых уплот-
нений для мощных турбогенераторов снабжены гидродинамиче-
ской разделкой баббита в виде клиновидных площадок в направле-
нии вращения вала, аналогично “сапожкам” вкладышей торцевых
уплотнений. Это позволяет обеспечить лучшую — более равномер-
ную по окружности центровку кольца вкладыша относительно вала
и благодаря этому значительно улучшить эксплуатационные харак-
теристики. Прогиб вала при вращении также способствует соударе-
ниям вкладыша с валом и износу баббита. Для исключения этого яв-
ления надо обеспечить самоустанавливание кольца вкладыша в ка-
мере корпуса, предусмотрев необходимые аксиальные и радиальные
зазоры и эластичность уплотняющих колец, уменьшив, насколько
это возможно, аксиальный размер вкладыша.
Средняя толщина масляного слоя в кольцевом уплотнении опре-
деляется разностью радиусов вкладыша и вала: исходное значение
17
по чертежам составляет обычно (0,04 — 0,1) 10 ~ 3 м. В рабочем режи-
ме это значение может увеличиваться вследствие нагрева вкладыша и
вала, а также по мере износа баббитовой поверхности вкладыша.
Торцевые (аксиальные) уплотнения. В уплотнениях торцевого типа
(см. рис. 2) вкладыш должен иметь возможность перемещаться в ак-
сиальном направлении, следуя за упорным диском (гребнем) вала
ротора. Поэтому уплотняющий масляный слой поддерживается пу-
тем искусственного создания аксиального усилия нагрузки F, при-
жимающего несущую баббитовую поверхность вкладыша к торце-
вой поверхности упорного диска ротора. Это усилие уравновешива
ется гидродинамическим усилием в масляном слое между несущей
поверхностью вкладыша и валом, отжимающим вкладыш от вала.
Способы создания усилия /•’определяют конструктивные исполне-
ния торцевого уплотнения (рис. 4).
Во всех применяемых конструкциях торцевых уплотнений вкла-
дыш 2 может скользить по опорной цилиндрической поверхности
корпуса /, следуя за упорным диском 5 вала ротора. Внутри корпуса
имеется камера, заполненная маслом, которое из камеры посту-
пает в кольцевую полость между вкладышем и корпусом, ограни-
ченную уплотняющими кольцами 5 из резинового шприцованного
шнура. Далее через маслораспределительные (маслоразлаточные)
отверстия и канавки во вкладыше масло попадает в промежуток
между вкладышем и упорным диском ротора, создавая охлаждаю-
щий (несущий) поток вегорону воздуха и уплотняющий поток в сто-
рону водорода.
Усилие Fсоздается специальными пружинами 6, а также давле-
нием водорода на вкладыш в однокамерных конструкциях торцевых
уплотнений турбогенераторов типа ТГВ-200, ТГВ-300 завода “Элек-
тротяжмаш” (рис. 4, а), типа ТВФ-100-2 и ТВФ-60-2 завода “Элек-
тросила” (рис. 4, г). Усилие F создается давлением водорода на
вкладыш, пружинами би давлением уплотняющего масла в однока-
мерных конструкциях торцевых уплотнений турбогенераторов типа
ТВВ-165-2, ТВВ-200-2 завода “Электросила” (рис. 4, б). Усилие F
создается давлением водорода на вкладыш и давлением прижимаю-
щего масла в двухкамерных (двухпоточных) конструкциях торцевых
уплотнений турбогенераторов типа ТВВ-320-2, ТВВ-220-2А завода
“Электросила” (рис. 4, в). В ряде двухпоточных (двухкамерных
конструкции) торцевых уплотнений, реконструированных по про-
екту ЦКБЭнерго, усилие /•’создается также давлением водорода на
вкладыш и давлением прижимающего масла.
Как и в конструкции кольцевого уплотнения, корпус уплотнения
/ закрепляется болтами к наружному (торцевому) щиту 4 генератора
18
ко
Рис. 4. Основные варианты конструктивного исполнения торцевых уплотнений
через уплотняющую пластикатовую прокладку 13. К щиту также за-
креплен маслоуловитель 7. Пространство между корпусом уплотне-
ния и корпусом подшипника 9 перекрывается гибкой диафрагмой 8
или щитком / /(или 14) с уплотняющим кольцом. В уплотнениях ге-
нераторов типа ТГВ-200 и ТГВ-300 пружины 6установлены в сталь-
ных стаканах, закрепленных в отверстиях упорного кольца вклады-
ша 10. В однокамерных уплотнениях генераторов типа ТВФ-60-2,
ТВФ-100-2, ТВВ-165-2, ТВВ-220-2 пружины 6 входят в цилиндри-
ческие выточки корпуса. Во избежание проворачивания вкладыша
при вращении масляного слоя, увлекаемого валом, в торцевых
уплотнениях также предусматривается стопор, например 12 на
рис. 4, в, или другой конструкции.
Итак, аксиальная нагрузка /•’на вкладыш торцевого уплотнения, в
общем случае, складывается из нескольких составляющих — уси-
лия, обусловленного избыточным давлением газа в корпусе турбоге-
нератора, усилия пружин, усилия, обусловленного давлением
уплотняющего масла, а для двухпоточных торцевых уплотнений —
усилия, обусловленного давлением прижимающего масла. Значе-
ния этих составляющих зависят от описанных выше конструктив-
ных особенностей и размеров торцевых уплотнений разных типов
генераторов. Очевидно, составляющие усилия “от газа” и “от масла”
пропорциональны соответствующим давлениям газа и масла и пло-
щадям торцевых поверхностей, параллельных упорному диску рото-
ра, на которые действуют эти давления. Усилие от уплотняющего
масла в различных конструкциях может быть как нагружающим,
так и разгружающим вкладыш; при заданном перепаде давлений
масла и газа оно линейно зависит от давления газа.Усилие пружин
обычно невелико по сравнениюс другими составляющими нагруз-
ками. Пружины предназначены для создания начального усилия в
период монтажа и при незначительном давлении газа в корпусе в
тех случаях, когда давление масла не участвует в создании нагрузки
на вкладыш.
При номинальных давлениях масла и газа нагрузка на вкладыш
торцевого уплотнения достигает 12 кН (1200 кг) для генераторов се-
рии ТВФ, 30 — 35 кН (3000 — 3500 кг) для генераторов серии ТВВ и
23 — 27 кН (2300 — 2700 кг) для генераторов серии ТГВ. Допустимые
колебания давления водорода 0,01—0,02 МПа (0,1 — 0,2 кгс/см2)
незначительно влияют на указанные нагрузки, изменяя их на
5-8%.
Аксиальная нагрузка на вкладыш торцевого уплотнения уравно-
вешивается отжимающим усилием, возникающим в слое масла
20
между вкладышем и упорным диском вада. Это усилие имеет гидро-
статическую и гидродинамическую составляющие.
Гидростатическая составляющая усилия зависиттолько от давле-
ния уплотняющего масла на входе и выходе из масляного слоя и от
площади плоских поверхностей, параллельных поверхности упор-
ного диска ротора (включая маслораздаточные канавки).
Для создания гидродинамической составляющей усилия вклады-
ши уплотнений торцевого типа обычно имеют на рабочей (несущей)
баббитовой поверхности специальную клиновидную разделку по
окружности. Несущая поверхность состоит из большого числа пло-
щадок с уклоном в сторону вращения вада (клиновых площадок),
разделенных плоскими участками (“сапожками”), параллельными
упорному диску вада. Разделка баббита выполняется вручную после
разметки рабочей поверхности баббита по шаблону в соответствии с
чертежом.
Различают следующие зоны несущей поверхности (рис. 5): внут-
ренний кольцевой запирающий поясок 1 от кольцевой маслоразда-
точной канавки 2 до кромки вкладыша, соприкасающейся с водоро-
Рис. 5. Основные варианты разделки баббита вкладышей торцевых уплотнений:
о — разделка баббита, применявшаяся обычно заводом “Электросила”; б —
конструкция несущей поверхности вкладыша генератора типа ТГВ-200; в —
конструкция несущей поверхности вкладыша генератора типа ТГВ-300 И ПО
“Электротяжмаш”; г — разделка баббита, применявшаяся на уплотнениях,
реконструированных по проекту ЦКБЭнерго
21
дом; радиальные маслораздаточные канавки 5; клиновая несущая
площадка 4, имеющая скос в направлении вращения; плоская ради-
альная площадка 5. наружный дуговой выступ (“сапожок”) или ко-
льцевой поясок 6; отверстия для подвода масла <?и 10 из масляной
камеры внутри вкладыша в канавки. Кроме того, на ряде генерато-
ров предусматривались перегородки 9 в кольцевой канавке, делив-
шие канавку на отсеки 7; это уменьшало потери на трение и нагрев
от закручивания масла в канавке. “Сапожок” мог и меть добавочный
внутренний выступ //. На запирающем пояске иногда выполнялась
кольцевая канавка малого сечения (треугольник или квадрат сторо-
ной 1 10 ~ 3 м, сообщающаяся с масляной камерой внутри вклады-
ша через специальную риску на разъеме глубиной не более
0,5 -10 3 м. Это позволяло снизить температуру запирающего
пояска.
Гидродинамическое усилие в масляном слое между вкладышем и
валом зависит от числа клиновых площадок (“сапожков”) по окруж-
ности и от глубины клина (скоса) на каждой площадке. Усилие тем
больше, чем выше окружная скорость вала. Это усилие изменяется
при изменении соотношения площадей скошенной поверхности и
плоской, параллельной поверхности упорного диска, снижаясь при
росте доли плоской поверхности, что происходит обычно при изно-
се баббита. Минимальная толщина масляного слоя очевидно,
будет между плоской поверхностью баббита и упорным диском.
Гидродинамическое усилие резко увеличивается при уменьшении и
снижается при увеличении hmjn.
Значение hmin, при котором уравновешиваются нагрузка F на
вкладыш и отжимающее усилие Рвслое масла, является одним из важ-
нейших параметров, определяющих работу торцевого уплотнения.
Уравновешивание наступает обычно при hmjn = (0,05 — 0,12)  10' 3 м.
Зависимость усилия Р от hmjn (рис. 6) обеспечивает способность
вкладыша 2 следовать за валом / в аксиальном направлении, т.е.
способность вкладыша самоустанавливаться. Эта способность не-
обходима при пусках и остановах турбоагрегата, при наборе и сни-
жении электрической нагрузки, когда происходят перемещения
вала ротора в осевом направлении вследствие температурного удли-
нения роторов турбины и генератора, меняется положение упорных
дисков вала относительно корпусов уплотнений.
Далее подробнее рассмотрен процесс самоустанавливания вкла-
дыша при аксиальных перемещениях ротора на примере расчетной
зависимости P=f(h/показанной на рис. 6. График позволяет
определить рабочее значение hmin = /? б, соответствующее рабочей
22
Рис. 6. Зависимость отжимающего уси-
лия Р в масляном клине от минимальной
толщины масляной пленки йш;„ в торцевом
уплотнении
нагрузке F= 28 кН (2800 кгс)
для неизношенного вклады-
ша (кривая а на рис. 6, Лраб =
= 0,085  10 _ 3 м, 6 — глубина
клина).
При отходе упорного диска
от баббитовой поверхности
вкладыша увеличивается hmin
и снижается усилие Рв масля-
ном клине. Равновесие уси-
лий, действующих на вкла-
дыш, нарушается, появляется
разность усилий, прижимаю-
щих вкладыш к упорному ди-
ску, +дГ Когда эта разность
превзойдет усилие трения
вкладыша в корпусе, вкла-
дыш сдвинется и последует за
валом, стремясь вернуться к
прежнему положению отно-
сительно вала, т.е. к прежне-
му значению Л б (стрелка
вверх по кривой а).
Наоборот, приближение
упорного диска к валу приво-
дит к уменьшению hmjn и к
возрастанию усилия Ръ масляном клине, причем возникает неурав-
новешенная разность усилий -Д/7 которая отжимает вкладыш от
вала, преодолевая усилие трения и также стремясь вернуть вкладыш
к прежнему значению Лраб (стрелка вниз по кривой а). Способность
вкладыша самоустанавливаться ухудшается, если Р=/\11тй) имеет
более пологий характер и ДГслишком мало, например, для вклады-
ша с конической разделкой — без уклонов в направлении вращения
вала, а также для изношенного вкладыша с уменьшенной или отсут-
ствующей глубиной клина 5 (кривая б на рис. 6).
Поскольку на каждой из площадок с уклоном усилие в масляном
клине зависит отзначения hmjn площадки, то вкладыш с множеством
площадок обладает свойством саморегулирования от перекосов.
Очевидно, что эта способность вкладыша может быть сведена на
нет, если велики силы трения вкладыша в корпусе, которые не по-
зволят вкладышу вернуться к исходному значению //ра6.
23
2.2.	СХЕМЫ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ УПЛОТНЕНИЙ
Назначение схем маслоснабжения уплотнений и их основных
элементов — бесперебойная подача масла в уплотнения при задан-
ных давлении и температуре с обеспечением требуемого значения
перепада давлений масла и водорода. В схеме маслоснабжения дол-
жно быть установлено не менее трех источников маслоснабжения:
рабочий и резервный маслонасосы с электродвигателями перемен-
ного тока и аварийный маслонасос с электродвигателем постоянно-
го тока. На мощных турбогенераторах АЭС рабочий, резервный и
аварийный маслонасосы снабжены электродвигателями перемен-
ного тока. Для турбогенераторов мощностью 200 М Вт и менее в ка-
честве рабочего источника маслоснабжения может использоваться
масло-масляный инжектор. Масло к инжектору поступает из систе-
мы регулирования турбины (давление до 2 МПа) и из системы смаз-
ки подшипников (после маслоохладителей).
В газомасляной системе турбогенератора предусматривается ав-
томатизация следующих процессов:
а)	регулирование давления уплотняющего масла в зависимости от
давления водорода в корпусе генератора— поддержание постоянно-
го заданного превышения давления масла над давлением водорода
(перепададавлений “масло- водород”),
б)	слив масла, соприкасающегося с водородом, в общий сливной
маслопровод подшипников чере< поплавковый гидрозатвор, пред-
отвращающий выброс водорода под давлением в систему слива мас-
ла в маслобак основных подшипников турбоагрегата;
в)	резервирование подачи масла при отказе или отключении
основного источника маслоснабжения;
г)	резервирование подачи масла при отказе всех источников мас-
лоснабжения — от демпферного бака, постоянно подключенного к
напорным маслопроводам уплотнений;
д)	поддержание постоянного заданного давления прижимающего
масла (для двухкамерных торцевых уплотнений).
В типовых схемах (рис. 7 и 8) масло к источникам маслоснабже-
ния уплотнений /, 2и 5 поступает из главного маслобака турбины 12.
От них масло подается через маслоохладитель 4 (целесообразно
иметь два маслоохладителя — рабочий и резервный) и фильтры 5 —
рабочий и резервный — в регулятор перепада давлений уплотняю-
щего масла и водорода 6. На турбогенераторах 800 МВт и большей
мощности предусматриваются отдельные регуляторы с каждой сто-
роны генератора. В двухпоточной схеме на рис. 8 масло подается
также в регулятор давления прижимающего масла 6 потрубопрово-
24
дам а. Далее масло по напорному трубопроводу поступает в демп-
ферный бак 8, снабженный устройствами контроля уровня масла 9,
трубопроводами для связи с гидрозатвором на сливе масла из уплот-
нений 7и трубопроводом с вентилем /Оддя слива масла из бака. По-
сле демпферного бака масло идет по напорным трубопроводам а в
уплотнения на обе стороны генератора. От регулятора давления
прижимающего масла (6 а на рис. 8) масло также поступает в уплот-
нения на обе стороны генератора (трубопроводы г). Для резервной
подачи прижимающего масла от демпферного бака в типовой схеме
предусмотрен обратный клапан /5.
Слив масла из уплотнений происходит по двум путям: в сторону
водорода и в сторону воздуха (трубопроводы б и в в обеих схемах).
Слив масла в сторону воздуха происходит либо в картер опорного
Рас. 7. Типовая схема маслоснабжения однопоточных уплотнений
25
Рис. 8. Типовая схема маслоснабжения двухпоточных уплотнений
подшипника, либо в воздушную камеру уплотнения, отделенную от
картера опорного подшипника маслоуловителем; в обоих случаях
масло попадает вобщий сливной маслопровод //подшипниковтур-
боагрегата и возвращается в главный маслобак. Масло, соприкасаю-
щееся с водородом, через сливные камеры уплотнений попадает в
сливные маслопроводы и далее — в поплавковый гидравлический
затвор 7, в котором масло “запирает” водород от прорыва последне-
го из сливных маслопроводов уплотнений в общий сливной маслоп-
ровод подшипников турбоагрегата и далее в главный маслобак.
Поддержание заданного уровня масла в гидрозатворе с периоди-
ческим выпуском излишка масла в общий сливной маслопровод
подшипников турбоагрегата производится автоматически с помо-
щью поплавкового клапана. Сливные камеры уплотнений со сторо-
ны водорода и сливные маслопроводы, а также полость гидрозатво-
ра над поплавковым клапаном заполнены водородом, находящимся
под тем же избыточным давлением, что и водород в корпусе генера-
26
тора. Они сообщаются с корпусом генератора через кольцевую щель
между “ножами” маслоуловителя и валом. Сливные маслопроводы
уплотнений с двух сторон генератора присоединяются к корпусу
гидрозатвора. При этом возникает необходимость исключить цир-
куляцию газа вдоль генератора, обусловленную разностью напоров
вентиляторов с обеих сторон ротора. Для этого на одном из сливных
маслопроводов (обычно со стороны возбудителя) предусматривает-
ся петлевой затвор 14, рассчитанный на разность давлений газа с
обеих сторон генератора.
Для предупреждения попадания водорода в главный маслобак 12
перед входом в последний предусмотрен петлевой масляный затвор
13 на общем сливном маслопроводе подшипников. Для удаления
водорода, выделяющегося в маслопроводе 11 из масла, сливающего-
ся из уплотнений, в типовых схемах обычно устанавливаются: вы-
тяжная труба (на крышу машинного зала) в верхней точке сливного
маслопровода //—состороны возбудителя или вытяжной вентиля-
тор (генераторы серий ТВФ и ТВВ). Кроме того, предусматривается
вытяжной вентилятор для отсоса газа из главного маслобака (гене-
раторы серий ТВФ, ТВВ и ТГВ).
Автоматическое поддержание постоянного перепада давлений
“масло — водород” достигается при помощи дифференциальных
грузовых регуляторов прямого действия. Основные типы регулято-
ров перепада давлений “масло — водород” для торцевых уплотне-
ний — РПД-14, ДРДМ-5 (с проточными золотниками), ДРДМ-12,
ДРДМ-12М, ДРДМ-30, 2ДРД-10 (с вращающимися золотниками).
Для кольцевых уплотнений — ДРДМ-20, ДРДМ-21, ДРДМ-21У
(также с вращающимися золотниками). Регулятор перепада давле-
ния “масло — водород” имеет обратную связь по маслу при помо-
щи импульсной трубки, один конец которой подведен к нижней
камере регулятора, а другой конец присоединен к напорному мас-
лопроводу уплотняющего масла вблизи уплотнения со стороны
турбины. Обратная связь с газовым объемом генератора осуществ-
ляется путем соединения верхней камеры регулятора со сливным
маслопроводом уплотнения, который связан также и с газовой по-
лостью гидрозатвора.
Регулятор давления прижимающего масла {6 а на рис. 8) для
двухпоточного торцевого уплотнения — это грузовой регулятор дав-
ления прямого действия типа РПМ-1, РДМ-17. РДМ-19 или
РДМ-27. Он имеет обратную связь по маслу при помощи импуль-
сной трубки, один конец которой подведен к нижней камере регуля-
тора, а другой конец присоединен к напорному маслопроводу при-
27
Рис. 9. Схема маслоснабження уплотнений генераторов Серни ТГВ (с двумя гнд-
розатворами)
жимающего масла вблизи уплотнения со стороны турбины. В ава-
рийном режиме предусматривается возможность подачи масла от
демпферного бака к регулятору давления прижимающего масла че-
рез обратный клапан (15 на рис. 8).
Схема маслоснабження торцевых уплотнений турбогенераторов
серии ТГВ принципиально не отличается от типовой схемы маслос-
набжения однопоточных уплотнений (см. рис. 7), но имеет особен-
ности (рис. 9):
1)	два поплавковых гидрозатвора 7на сливе масла в сторону водо-
рода — рабочий и резервный; для генераторов мощностью до
300 МВт включительно применялись гидрозатворы типа ЗГ-ЗО;
2)	предотвращение сифонного перелива масла черездемпферный
бак при помощи специального противосифонногообратного клапа-
28
Рис. 10. Схема маслоснабжения уплотнений без демпферного бака и промежу-
точным (продувочным) бачком на сливе масла
29
Таблиц а 2. Расстояния в схеме присоединения (см. рис. 11) демпферного бака
Тио турбо генератора	Расстояния в схеме, не менее				
	от центра вала ТГ до дна бака, м, А	от дна бака ло колена переливной трубы, м, Б	от колена переливной трубы до про- ти восифон- ной трубы, м, В	от верха бака до нижнего реле уровня, мм, Г	от верха бака до верхнего реле уровня, мм, Д
ТВ-60-2, ТВФ-60-2. ТВФ-100-2	4	6	2	60 - 70	400
ТВВ-165-2, ТВВ-200-2. ТВВ-320-2	6	5-6	2—4	60-70	400
Таблица 3. Диаметры трубопроводов и арматуры для схем присоединения
демпферного бака
Тип турбо- генератора	Компо- новка машин- ного шла	Схема при- соеди- нения бака	Диаметр условного прохода Dy, мм нс менее для трубопроводов и арматуры						Диаметр дроссель-
			а вен- тиля 7	б вен- тиля 5	«венти- лей 6, 14. 15	г	д	е	ной шай- бы 16 рис. 12), мм
ТВ-60-2. ТВФ-60-2. ТВФ-100-2	закрытая	1	50	70	50	40	70	25	-
ТВ-60-2. ТВФ-60-2. ТВФ-100-2	закрытая	2	50	50	50	40	50	25	10- 13
ТВВ-165-2. ТВ В-200-2	закрытая	1	50	80	60	40	70	25	-
ТВВ-165-2, ТВВ-200-2	закрытая	2	40	70	50	40	50	25	10 - 15
ТВВ-165-2, ТВВ-200-2	открытая	2	40	90	70	40	70	25	10- 15
ТВВ-320-2	закрытая	1	50	80	80	40	70	25	-
ТВВ 320-2	закрытая	2	50	70	70	40	50	25	10- 15
Рис. 12. Установка дроссельной шайбы на бай-
пасе демпферного бака
30
на 16. Остальное оборудование и обозначения соответствуют приве-
денным выше описанию и обозначениям рис. 7 с учетом указанных
особенностей.
В схемах маслоснабжения генераторов ранних выпусков (серии
ТВ и ТВ2 мощностью менее 60 М Вт) демпферный бак отсутствовал,
а слив масла в сторону воздуха из уплотнений выполнялся отдельно
от основных подшипников. Это требовало дополнительного обору-
дования (рис. 10). На сливе масла из уплотнений в сторону водорода
устанавливался бачок продувки, или разделительный бачок 77, от-
куда масло сливалось в поплавковый гидрозатвор 7и далее — в бак
агрегата маслоснабжения 18. Из этого бака масло подавалось на вход
маслонасосов уплотнений. Связь с системой маслоснабжения
основных подшипников осуществлялась через бак агрегата маслос-
набжения 18, нижняя часть которого была связана трубопроводом с
главным маслобаком турбины 12, а верхняя часть — со сливным
маслопроводом основных подшипников 11. В этих схемах преду-
сматривалось два маслонасоса 2и Зе электродвигателями перемен-
ного и постоянного тока. Циркуляция газа вдоль генератора, обу-
словленная разнос тью напоров вентиляторов с обеих сторон ротора,
предотвращалась с помощью разделительного бачка /7сдвумя отсе-
ками, разделенными сплошной перегородкой и связанными по мас-
лу небольшим петлевым трубопроводом.
Демпферный бак ^устанавливается на высоте, которая зависит от
заданного перепада давлений масла и газа (рис. 11 и табл. 2). Диа-
метры трубопроводов и арматуры приведены в табл. 3 [ 1 ]. Труба над
баком, в которой при нормальной работе находится уровень масла,
соединяется с газовым объемом генератора (обычно через полость
гидрозатвора, заполненную водородом). Сифонный перелив масла
предотвращается обычно при помощи второго трубопровода над ба-
ком. Сигнализация о снижении уровня масла втрубе над баком осу-
ществляется при помощи двух реле уровня 9. При ремонтах масло из
демпферного бака может быть удалено через запорный вентиль 10 в
сливной маслопровод подшипников; если газомасляная система на-
ходится поддавлением водорода, этот вентильдолжен быть надежно
закрыт.
Для постоянного прогрева масла в демпферном баке все масло,
поступающее к уплотнениям, или часть этого масла пропускается
через бак, что соответствует последовательной или последователь-
но-параллельной схеме подключения бака.
Схема принципиально не меняется, если предусматриваются не
общий демпферный бак для уплотнений с обеих сторон генератора,
31
а по одному демпферному баку с каждой стороны (турбогенераторы
мощностью 800 — 1200 МВт). Емкость демпферного бака (обычно
1,5 — 2 м3) позволяет обеспечить безнасосное питание уплотнений
маслом в течение нескольких минут при номинальной частоте вра-
щения и в течение 12—15 мин — при выбеге турбоагрегата.
Поплавковый гидрозатвор типа ЗГ-ЗО (7 на рис. 9) располагается
обычно несколько ниже отметки генератора на специальной пло-
щадке. Там же, в старых схемах (см. рис. 10), выше гидрозатвора раз-
мещался бачок продувки (разделительный бачок, позднее исклю-
ченный из схем). Поплавковый гидрозатвор типа ЗГ-500(7на рис. 7
и 8) имеет больший объем, чем ЗГ-ЗО, и располагается внизу, на ну-
левой отметке, вблизи маслонасосов. Поплавковый гидрозатвор
должен иметь дренажную линию с постоянно закрытым вентилем
для слива масла (по необходимости) из нижней части гидрозатвора в
сливной маслопровод.
На трубопроводах слива масла в сторону водорода с обеих сторон,
обычно предусмотрены смотровые окна для контроля расхода мас-
ла, сливающегося в сторону водорода. В старых схемах для такого
контроля обычно использовался бачок продувки. Смотровые окна
(бачок продувки) располагаются и освещаются так, чтобы слив мас-
ла был отчетливо виден с площадки обслуживания генератора.
Для обеспечения надежного слива масла из уплотнений, предот-
вращения переполнения и нарушения связей сливных трубопрово-
дов со стороны водорода с газовым объемом генератора все участки
этих трубопроводов по всей длине должны иметь уклон в сторону
слива. Не допускаются резкие изменения диаметра и петли, за иск-
лючением тех мест, где предусматриваются петлевые затворы.
Чтобы обеспечить надежное соединение по газу поплавкового
гидрозатвора, демпферного бака и регулятора перепада давлений
“масло — водород” с корпусом генератора (через сливной маслоп-
ровод) во всех режимах работы газомасляной системы, независимо
от уровня масла в сливных маслопроводах, место соединения по газу
регулятора, демпферного бака, верхней трубы гидрозатвора и слив-
ного маслопровода должно располагаться на 0,2 — 0,3 м выше обще-
го сливного маслопровода подшипников (12 на рис. 7 — 9). Несо-
блюдение этого условия приводит к забросам масла из уплотнений в
корпус генератора. Все трубопроводы связей по газу должны иметь
уклон в сторону слива масла, чтобы исключить закупорку, наруша-
ющую работу оборудования.
32
2.3.	ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ
РАБОТУ УПЛОТНЕНИЙ
Температура баббита вкладышей является интегральным показа
телем эксплуатационного состояния вкладышей, поскольку она за-
висит от всех остальных параметров (нагрузки на вкладыш, давле-
ния масла, расхода масла, геометрии и состояния клиновой раздел-
ки, толшины масляной пленки и т.д.) и реагирует на изменение
эксплуатационного состояния, вызванное различными неисправ-
ностями. Температура выходящего из уплотнения масла на несколь-
ко градусов выше температуры баббита.
Температура баббита и масла, сливающегося из уплотнений, по-
вышается вместе с повышением температуры масла на входе в
уплотнения. Собственно тепловое состояние вкладышей характери-
зуется разностью температур выходящего и входящего масла (или
температур баббита и входящего масла), но поскольку температура
входящего масла нормируется (35 — 45 °C), то контролируемым по-
казателем нагрева обычно являются температуры баббита и (или)
выходящего масла. Для уплотнений кольцевого типа генераторов
мощностью 100 МВти ниже обычно измеряется нетемпература баб-
бита, а сливающегося температура масла.
Наличие водорода в картерах подшипников фиксируется газо-
анализатором, при этом допускается концентрация водородадо 1 %.
Возможные причины нарушения газоплотности уплотнений вала
подробно рассмотрены в гл. 9.
Расход масла в уплотнении. Поток масла в уплотнении нагревает-
ся и уносит часть тепла, выделяемого за счет трения в слоях масла
между вращающимся валом и неподвижным вкладышем. Другая
часть выделяемого в масле тепла идет на нагрев баббита вкладыша.
При постоянных значениях частоты вращения вала, давления мас-
ла, нагрузки на вкладыш толщина масляной пленки между вклады-
шем и валом определяет расход масла, а также нагрев масла и бабби-
та вкладыша.
Приближенно можно считать, что расход масла в торцевом
уплотнении прямо пропорционален кубу минимальной толщины
масляной пленки hmin, а потери мощности на трение в слоях масла
обратно пропорциональны той же толщине пленки. Поскольку на-
грев масла в уплотнении прямо пропорционален потерям мощности
и обратно — расходу масла, то, очевидно, что нагрев масла обратно
пропорционален четвертой степени минимальной толщины масля-
ной пленки. Для кольцевого уплотнения справедливы те же соотно-
шения, но вместо hmin надо рассматривать средний по окружности
33
радиальный зазор, который в процессе эксплуатации обычно пре-
вышает hmjn в торцевом уплотнении.
Общий расход масла в уплотнении состоит из расхода масла в сто-
рону воздуха и расхода масла в сторону водорода.
Расход масла в сторону водорода определяет расход водорода на
поддержание требуемой концентрации (чистоты) водорода в корпу-
се генератора (подробнее в гл. 3). Общий расход масла в уплотнени-
ях не контролируется. Он определяется, восновном, расходом масла
в сторону воздуха, который существенно выше расхода масла в сто-
рону водорода. Этот расход зависит от частоты вращения вала. Для
турбогенераторов мощностью 100 — 300 МВт при номинальном ре-
жиме и давлении водорода 0,2 — 0,3 МПа (2 — 3 кгс/см2) общий рас-
ход масла обычно находится в пределах соответственно от 100 до
250 л/мин (на два торцевых уплотнения). Для турбогенераторов
500 МВт при номинальном режиме и давлении водорода 0,45 МПа
(4,5 кгс/см2) тот же расход составляет около 500 л/мин.
В процессе эксплуатации расход масла в торцевых уплотнениях
может меняться вследствие изменений толщины масляной пленки
при перемещениях вала, связанных с изменениями электрической
нагрузки агрегата, а также вследствие износа баббита вкладыша. Из-
нос баббита, выражающийся в уменьшении толщины баббитового
слоя, в увеличении площади баббитовой поверхности, параллель-
ной упорному диску, и в постепенном исчезновении площадок с
уклоном, приводит к уменьшению отжимающего усилия в слое мас-
ла, а следовательно, куменьшениютолщины масляной пленки, зна-
чительному уменьшению расхода масла в уплотнении и росту нагре-
ва масла и баббита.
В кольцевых уплотнениях общий расход масла обычно ниже, чем
в торцевых при одних и тех же независимых параметрах. Так, для
турбогенератора 1000 МВтс кольцевыми уплотнениями завод-изго-
товитель предусматривает общий расход масла 350 л/мин при давле-
нии водорода 0,5 МПа (5 кгс/см2). Износ баббита для кольцевых
уплотнений приводит не к росту температуры баббита и масла, а к
увеличению радиального зазора между вкладышем и валом и, следо-
вательно, к росту расходов масла и снижению температуры. Доля
расхода масла в сторону водорода в общем расходе масла кольцевого
уплотнения выше, чем для торцевого уплотнения. Кроме того, в ко-
льцевом уплотнении общий расход масла не так сильно зависит от
частоты вращения вала, как в торцевом.
34
2.4.	ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ РАБОТЫ
УПЛОТНЕНИЙ ВАЛА И СХЕМ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ
При пуске и во время эксплуатации турбогенераторов контроли-
руются с помощью соответствующих измерительных приборов сле-
дующие параметры газомасляной системы [1]:
1)	давление масла на входе в источники маслоснабжения
уплотнений;
2)	давление масла на выходе из источников маслоснабжения;
3)	перепад давлений на масляном фильтре (или давления масла на
входе и на выходе фильтра);
4)	давление масла перед регулятором (регуляторами);
5)	перепад давлений между уплотняющим маслом и водородом;
6)	давление уплотняющего масла на входе в уплотнения с обеих
сторон;
7)	давление прижимающего масла на входе в уплотнения с обеих
сторон генератора (только для двухпоточных ториевых уплотнений);
8)	давление водорода в генераторе;
9)	чистота водорода в генераторе;
10)	температура баббита вкладышей уплотнений с обеих сторон;
11)	температура масла на сливе из уплотнений в сторону воздуха с
обеих сторон генератора;
12)	температура масла на выходе из маслоохладителей.
Для кольцевых уплотнений целесообразно также контролировать
дополнительно температуру масла на сливе в сторону водорода с
обеих сторон генератора.
Контролируется содержание водорода в контрольных точках,
включая картеры подшипников (сливные камеры уплотнений со
стороны воздуха).
Предусматривается сигнализация об уровне масла в демпферном
баке, в поплавковом гидрозатворе, в маслобаке системы, о наличии
водорода в картерах подшипников с обеих сторон генератора (в слив-
ных камерах уплотнений с воздушной стороны), о наличии жидкости
(масла) в дренажных трубопроводах из корпуса генератора.
На местных щитах управления устанавливаются показывающие
манометры (в том числе с сигнальным органом), электроконтакт-
ные манометры, используемые для формирования импульсов на ав-
томатическое включение резервного маслонасоса (АВР). Устанав-
ливается дифференциальный манометр для измерения разности
(перепада) давлений между уплотняющим маслом и водородом, с
вторичным самопишущим сигнализирующим прибором.
35
Рис. 13. Маслоконтрольнын патрубок для измерения расхода масла в сторону
водорода
Температура вкладышей уплотнений измеряется при помощи
малогабаритных термометров сопротивления, например, типа
ТСМ-148 (ГОСТ 6651-59). Устанавливается не менее двух термо-
метров, обычно в верхней и нижней половинах вкладыша диаметра-
льно противоположно. Термометры сопротивления устанавливают-
ся радиально в баббитовой заливке несущей поверхности так, что
измеряется средняя температура по длине (около 0,02 м) участка
термометра, соприкасающегося с нагретым баббитовым слоем.
Чистота водорода в корпусе генератора контролируется автома-
тическим газоанализатором.
В связи с исключительной ответственностью газомасляной сис-
темы турбогенератора предусматривается регистрация основных
показателей исправности системы маслоснабжения — перепада
давлений “масло - водород”, давления водорода, температур баб-
бита вкладышей уплотнений, масла на выходе из маслоохладителей
и масла на сливе из уплотнений в сторону воздуха. Для двухпоточ-
36
ных торцевых уплотнений целесообразно также регистрировать дав-
ление прижимающего масла.
На турбогенераторах, имеющих автоматизированную установку
контроля параметров (типа А 701-03 или более современную), тем-
пературы баббита вкладышей уплотнений и масла, давление газа и
перепад давлений “масло — водород” входят в перечень параметров,
контролируемых и регистрируемых при помощи автоматизирован-
ной установки.
При отсутствии автоматизированного контроля параметров ра-
боты уплотнений вала перепад давлений “масло — водород” и дав-
ление газа в корпусе генератора регистрируются при помощи само-
писцев, а температуры баббита вкладышей уплотнений и масла —
при помощи логометров и регистрирующих мостов. Кроме того, все
эти значения записываются периодически оперативным персона-
лом электростанции.
Визуально контролируется расход масла в сторону водорода — по
диаметру и форме струи, наблюдаемой через смотровые окна на
сливных маслопроводах уплотнений или на бачках продувки. Такой
контроль весьма субъективен и пригоден лишь для оценки измене-
ний расхода. Более точная количественная оценка суммарного рас-
хода масла с обеих сторон генератора может производиться перио-
дически путем измерения повышения уровня масла (по масломер-
ному стеклу) в поплавковом гидрозатворе с известной площадью
поперечного сечения в единицу времени при закрытом выходном
вентиле затвора [3]. Весьма целесообразно использование масло-
контрольных патрубков МП-3, устанавливаемых на обоих сливных
маслопроводах.
Устройство маслоконтрольного патрубка несложно (рис. 13):
вертикальный цилиндрический бачок с входным патрубком 1 для
масла в верхней части и выходным патрубком внизу 2. Бачок разде-
лен на два отсека вертикальной перегородкой 3, приваренной к дни-
щу и стенкам, но не доходящей до верха бачка. В нижней части пере-
городки имеется дросселирующее отверстие 4диаметром 5 — 20 мм
(чем больше расход масла, тем больше должно быть отверстие). Вы-
сота уровня масла h во входном отсеке прямо пропорциональна
квадрату расхода масла при неизменных геометрических размерах. В
боковой стенке бачка устанавливается смотровое стекло 5, позволя-
ющее видеть положение уровня масла во входном отсеке. Патрубки
тарируются перед установкой, и на смотровом стекле наносится
шкала. Очевидно, что шкала нелинейна. При тарировке масло дол-
жно быть подогретым до 50 — 60 °C, чтобы избежать погрешности
измерений в сторону занижения расхода.
37
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
Основные требования к работе
масляных уплотнений вала
и их схем маслоснабжения
3.1.	ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ
Известны два основных критерия хорошей работы уплотнений
вала и их системы маслоснабжения:
I)	надежность, т.е.
отсутствие нарушений газоплотноети газомасляной системы
турбогенератора;
отсутствие вынужденных остановов турбогенератора, вызванных
нарушениями в работе узла уплотнений вала и оборудования систем
маслоснабжения;
сохранение работоспособности узла при случайном перерыве
маслоснабжения уплотнений и при ряде изменений режима работы
турбогенератора, сопровождающихся перемещениями вала ротора
или (и) изменениями частоты вращения (пуск, останов, режим
валоповорота).
2)	экономичность, т.е.
обеспечение расхода водорода, не превышающего предельно
нормируемое значение, при эксплуатации генератора,
ремонтопригодность узла уплотнений вала и оборудования сис-
тем маслоснабжения, позволяющая проводить в короткие сроки ре-
визии и ремонты узла.
3.2.	ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УЗЛУ УПЛОТНЕНИЯ
И СХЕМЕ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ
На вышеприведенных критериях основаны следующие техни-
ческие требования к работе уплотнений и оборудования схем
маслоснабжения:
38
отсутствие пропусков водорода через уплотнения в картеры и
сливные маслопроводы подшипников; если этот дефект имеется, то
в картерах подшипников и сливных маслопроводах на воздушной
стороне допускается содержание водорода менее 1 %; в масляном
баке не должно быть следов водорода;
обеспечение температуры баббита вкладышей торцевых уплотне-
ний, не превышающей 75 °C в течение длительного срока эксплуа-
тации (предельно допустимая температура — 80 °C), а кольцевых —
не более 90 °C;
обеспечение сохранности деталей уплотнений и вала при нару-
шениях маслоснабжения и возврата к нормальному режиму после
восстановления нормального маслоснабжения;
предотвращение прорыва водорода вдоль вала при нарушении
маслоснабжения;
обеспечение работоспособного состояния вкладыша в течение
установленного периода между плановыми ремонтами;
предотвращение попадания масла в корпус генератора;
обеспечение нормативной чистоты водорода при заданном его
расходе;
обеспечение требуемого качества масла.
Отсутствие пропусков водорода через уплотнения обеспечивается
путем соблюдения правильной технологии сборки и наладки
уплотнений, правильной наладки работы оборудования системы
маслоснабжения:
соединение баббита со стальным телом вкладыша должно быть
герметичным (отсутствует отслоение баббита);
разъемы вкладышей и корпусов должны быть правильно собра-
ны, обеспечена газоплотность и маслоплотность разъемов (провере-
но прилегание поверхностей разъемов — щуп 0,03 мм не входит в
разъем далее, чем на 5 мм, наличие уплотнителей, предусмотренных
чертежами, — канавок на разъемах с резиновым шнуром, масляных
канавок и т.п.);
биение и конусность торца упорного диска ротора для торцевого
уплотнения должны быть в пределах допусков, указанных в черте-
жах (рекомендуемые допуски — соответственно 0,02 и 0,05 мм);
биение и конусность цилиндрической поверхности вала для ко-
льцевых уплотнений должны быть еще менее 0,01 — 0,015 мм;
шабровка уклонов на баббитовой поверхности вкладыша уплот-
нения должна быть выполнена в соответствии с чертежом;
должны отсутствовать перекосы вкладыша в корпусе;
расходы масла в уплотнениях не должны быть слишком велики;
39
вкладыш торцевого уплотнения должен легко перемещаться в
корпусе в аксиальном направлении, т.е. следовать за валом (см.
гл. 5);
недопустима коррозия деталей уплотнений, возникающая при
обводненном масле;
вкладыш кольцевого уплотнения должен легко “плавать” — сле-
довать за валом в расточке корпуса (см. гл. 6);
заданный перепад давлений уплотняющего масла и водорода дол-
жен поддерживаться автоматически во всех эксплуатационных ре-
жимах, что обеспечивается при правильном выборе уставок и исп-
равной работе схемы АВР источников маслоснабження, схемы резер-
вирования от демпферного бака (см. гл. 4), правильной настройке и
исправной работе регуляторов перепада давлений “масло — водо-
род” (см. гл. 7);
должна обеспечиваться герметичность мест соединения наруж-
ного щита генератора и корпуса уплотнения; это особенно отно-
сится к генераторам серии ТГВ, где нагрев резиновой прокладки,
перекрывающей зазор между щитом и промежуточной втулкой, к
которой крепится корпус уплотнения, приводит к нарушению элас-
тичности резины и пропускам водорода в этой зоне;
в гидрозатворе на сливе масла из уплотнений в сторону водорода
должны быть исключены заедания поплавкового клапана, которые
могут приводить к переполнению сливной системы маслом либо к
прорыву водорода в сливные маслопроводы турбоагрегата.
Обеспечение допустимой температуры баббита вкладышей
уплотнений. Допустимая температура вкладыша торцевого уплотне-
ния установлена ниже той, которая допустима для упорного под-
шипника турбины (90 — 95 °C). Это объясняется более тяжелыми
условиями работы торцевого уплотнения по сравнению с упорными
подшипниками, а также тем, что измерение температуры баббита
торцевого уплотнения производится не в самой горячей зоне. На-
грев запирающего пояска вкладыша обычно превышает нагрев зоны
“сапожков”, где контролируется температура, на 20 — 30 °C. Иногда
на запирающем пояске наблюдаются даже подплавления баббита
при нормальном состоянии несущей баббитовой поверхности.
Выплавление баббита сегментов упорных подшипников проис-
ходит при температуре колодок 130 °C, следовательно, температур-
ный запас по предельной температуре составляет для подшипника
130 — 95 = 35 °C. Исходя из изложенного выше способа контроля
нагрева в уплотнениях, этот запас для торцевых уплотненИ) дол-
жен быть больше — не менее, чем на 15 °C. Это достигается нор-
мированием предельно допустимой температуры 80 °C, что под-
40
тверждено опытом эксплуатации. При достижении температуры
75 °C необходимо принять меры к снижению нагрева баббита, по-
скольку при повышении температуры сверх 80 °C требуется оста-
нов турбогенератора.
Необходимость снизить нагрев запирающего пояска вкладыша
торцевого уплотнения иногда возникает, если радиальная ширина
пояска превышает 6 мм. Для этого в средней части пояска целесооб-
разно выполнить кольцевую канавку малого сечения, сообщающу-
юся с масляной камерой внутри вкладыша через специальную риску
на разъеме.
Температура баббита вкладышей уплотнений является показате-
лем качества изготовления и сборки уплотнений, а затем эксплуата-
ционного состояния уплотнений. Оптимальная температура вкла-
дышей торцевых уплотнений при пуске в эксплуатацию находится в
пределах 55 — 65 °C (при температуре входящего масла 40 °C) и не
поднимается выше 70 °C при нормальной эксплуатации и неболь-
шом износе.
Кольцевые уплотнения не требуют таких больших запасов по
температуре баббита с точки зрения их надежности. Износ баббита и
приработка вкладышей при отсутствии перекосов ведут здесь к уве-
личению расхода масла и снижению температуры. Поэтому преде-
льная температура здесь может быть принята 90 °C, т.е. аналогично
основным подшипникам.
Обеспечение сохранности деталей уплотнений и вала при наруше-
ниях маслоснабжения и возврата к нормальному режиму после вос-
становления маслоснабжения. Хотя в системах маслоснабжения
уплотнений предусматривается обычно не менее трех источников
маслоснабжения, неизбежны как кратковременные нарушения по-
дачи масла, например, при автоматическом включении маслонасо-
сов (АВР маслонасосов), так и более длительные, например, при от-
казе АВР, ошибочных действиях персонала, отказе всех источников
маслоснабжения с последующим отключением и выбегом турбоге-
нератора. Наиболее чувствительны к нарушениям подачи масла
торцевые уплотнения. Для предупреждения их повреждений воз-
можны различные конструктивные меры, но наиболее эффективно
быстродействующее резервирование подачи масла в уплотнения от
демпферных баков. Многолетний опыт эксплуатации подтвердил,
что демпферные баки позволяют сохранить уплотнения и газоплот-
ность генератора при аварийных нарушениях подачи масла с оста-
новом турбоагрегата, при этом после восстановления нормальной
работы системы маслоснабжения обеспечивается возврат к норма-
льной работе узла.
41
Кольцевые уплотнения не повреждаются при нарушениях мас-
лоснабжения, но в этом случае представляют опасность выход водо-
рода вдоль вала, попадание его на контактные кольца и возгорание.
Поэтому для кольцевых уплотнений при высоких давлениях водо-
рода установка демпферных баков также целесообразна.
Обеспечение работоспособности вк.1адыша в течение межремонт-
ного периода. Должна обеспечиваться безаварийная работа уплотне-
ний в течение всего межремонтного периода. Постепенное сниже-
ние работоспособности торцевых вкладышей в процессе эксплуата-
ции обусловлено износом баббита вкладышей, недостаточной
аксиальной подвижностью вкладышей в корпусах (см. гл. 5).
Работоспособность вкладышей торцевых уплотнений турбогене-
раторов различной мощности характеризуется минимальной нара-
боткой между плановыми ремонтами [6], во время которых прово-
дится ревизия уплотнений, а также с количеством пусков за период
между ремонтами:
Мощность		Свыше	Свыше	Свыше	
турбогенератора.		50	120	200	500
МВт		. До 50	до 120	до 200	до 320	
Количество пусков за период между ремонтами, не более ....	100	80	60	50	30
Наработка между плановыми ремонтами, тыс. ч, не менее .	....	20	20	15	14	10
Если фактическое число пусков превосходит указанное значение,
ревизию уплотнений рекомендуется провести раньше.
Для вкладышей кольцевых уплотнений, при условии тщательной
очистки масла и правильной сборки, минимальная наработка между
плановыми ревизиями уплотнений может быть значительно выше.
Предотвращение попадания масла внутрь генератора диктуется
необходимостью обеспечения надежной работы изоляции обмоток
статора и ротора, активной стали статора и роторных бандажей.
Причины этого явления и способы предотвращения подробно рас-
смотрены далее в гл. 8.
Обеспечение нормативной чистоты водорода при заданном его рас-
ходе. Это требование для всехтипов уплотнений фактически опреде-
ляется зависимостью расхода и чистоты водорода от расходов масла
в сторону водорода. Масло, сливающееся из уплотнений в сторону
водорода, распыляется вращающимся валом, при этом из масла
выделяется растворенный в нем воздух (до 10 % объема масла).
42
Масло поглотает водород (до 7 % объема) и уносит его в сливные
маслопроводы. Выделение воздуха из уплотняющего масла являет-
ся единственным источником попадания воздуха в корпус генера-
тора, находящийся под избыточным давлением водорода. Воздух,
непрерывно поступающий с маслом из уплотнений, смешивается с
водородом в сливных камерах уплотнений. Эта смесь проникает в
корпус генератора через кольцевые зазоры между маслоуловителя-
ми и валом, вследствие чего чистота водорода в корпусе генератора
постепенно снижается. Это приводит к росту вентиляционных по-
терь мощности в генераторе, а главное, снижение чистоты водорода
ниже допустимых пределов может привести к образованию взрыво-
опасных сред.
Чистота водорода оценивается процентным содержанием водо-
рода в корпусе генератора, которое должно соответствовать нормам
[3] (см. гл. 1). Чистота водорода восстанавливается и поддерживает-
ся путем продувки генератора чистым водородом. При этом расход
водорода будет тем больше, чем больше расход масла в сторону водо-
рода и чем выше требования к чистоте водорода. Требуются также
регулярные подпитки генератора водородом для восполнения есте-
ственных утечек и уноса маслом.
Расход водорода на подпитку и продувку нормируется [1, 3]: мак-
симальный суточный расход водорода, необходимый для поддержа-
ния нормативных значений давления и чистоты водорода в корпусе
и газомасляной системе, не должен превышать 10 % общего количе-
ства водорода в корпусе генератора при рабочем давлении, а суточ-
ная утечка водорода из генератора не должна превышать 5 % этого
количества.
Наиболее экономичным режимом эксплуатации является такой,
при котором подпитка генератора водородом одновременно под-
держивает и чистоту водорода в генераторе, без дополнительной
продувки. Для этого должно выдерживаться определенное соотно-
шение между расходом водорода и расходом масла в сторону водо-
рода. Приближенно это соотношение может быть выражено следу-
ющим образом:
а)	для предельной чистоты водорода 97 % расход масла в сторону
водорода, л/мин, должен быть примерно в 5 раз меньше суточного
расхода водорода, м3/сут.;
б)	для предельной чистоты водорода 98 % расход масла в сторону
водорода, л/мин, должен быть примерно в 7 раз меньше суточного
расхода водорода, м3/сут.
Ниже представлены рассчитанные по указанному выше соотно-
шению суммарные допустимые расходы масла в сторону водорода
43
для различных типов генераторов, с учетом их газовых объемов, но-
минальных давлений водорода, норм на предельную чистоту водо-
рода, л/мин:
ТВ2-30-2, ТВС-30...............................................0,5
ТВ-50-2, ТВФ-60-2, ТВФ-63-2, ТВФ-100-2, ТВФ-120-2. . .	.1,0
ТВ-60-2, ТВВ-165-2, ТВВ-200-2, ТВВ-200-2А..................... 1,5
ТВ2-100-2, ТГВ-200, ТГВ-300, ТВВ-320-2 ................... 2 ,0
ТВ2-150-2 ....	...	..............3,0
ТВВ-500-2УЗ....................................................3,5
ТВВ-800-2УЗ, ТВВ-1000-2УЗ, ТВВ-1000-4УЗ.........................5,5
Итак, экономичная эксплуатация обеспечивается при суммар-
ных расходах масла, соприкасающегося с водородом, примерно
1 — 3 л/мин для газовых объемов менее 100 м3 при давлении водоро-
да менее 0,5 МПа (5 кгс/см2) и примерно 5 л/мин для газовьг: объе-
мов более 100 м3 при давлении водорода 0,5 МПа (5 кгс/см2). Эти
значения могут быть вдвое больше, если ориентироваться на общий
расход водорода 10 % газового объема.
Обеспечение требуемого качества масла. В уплотнениях турбо-
генераторов используются турбинные масла следующих марок:
Т-22 по ГОСТ 32-74, Тп-22 по ГОСТ 9972-74 или Тп-22С по
ТУ 38.101.821-81 с содержанием серы в базовом масле не более
0,3 %.
Основные требования к качеству масла, поступающего в уплот-
нения турбогенераторов, — это требования к чистоте и к температу-
ре масла.
Под чистотой масла подразумевается отсутствие взвеси твердых
частиц, особенно механических включений и абразивных частиц, а
также воды. Загрязненное масло оказывает отрицательное влияние
на работоспособность как самих уплотнений — кольцевых и торце-
вых, так и регуляторов перепада давлений уплотняющего масла и
водорода, регуляторов давления прижимающего масла.
Известно, что основной источник загрязнения масла в маслоси-
стеме турбоагрегата — это сливные магистральные маслопроводы.
Из-за несовершенства фильтрации масла в главном маслобаке тур-
боагрегата загрязнения выносятся к уплотнениям вала генератора, в
систему автоматического регулирования, в подшипники. Масло,
подаваемое куплотнениям, проходит фильтрацию при помощи сет-
чатых фильтровтипаФМ-10(см. 5нарис. 7 — 10),устанавливаемых
перед регуляторами давления масла.
В настоящее время известны эффективные методы очистки мас-
лосистем при ремонтах 17]. Ужесточены нормы на остаточные отло-
жения в сливных маслопроводах (0,05 кгс/м2).
44
Температура масла, входящего в уплотнения, должна быть в диа-
пазоне 35 — 45 °C. Повышение температуры масла на входе сверх
45 °C, возможное в случае засорения или отключения маслоохлади-
теля. недопустимо, так как соответственно повышается температура
баббита вкладыша и может превысить предельно допустимое значе-
ние, что в свою очередь приводит к вынужденному останову турбо-
генератора. Снижение температуры масла на входе ниже 35 °C, воз-
можное зимой при низкой температуре технической воды в масло-
охладителях, также недопустимо, так как возрастает вязкость масла,
что ведет к значительному росту потерь напора в трубопроводах, а,
следовательно, к снижению перепада давлений масла и газа на входе
в уплотнения
3.3.	ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ УПЛОТНЕНИЯ ВАЛА
Выбор зависит оттого, какие требования к уплотнениям явля-
ются предпочтительными: надежность, газоплотность, экономич-
ность, простота монтажа и ремонта, простота обслуживания и т.д.
Надежность масляных уплотнений имеет большое значение для
обеспечения надежности эксплуатации турбогенератора в целом.
Особенно это относится к торцевым уплотнениям, отказы которых
связаны с повреждением баббита вкладышей, а часто и упорного ди-
ска ротора и приводят к вынужденным остановам и аварийным ре-
монтам турбогенераторов. Для турбогенераторов мощностью выше
500 МВт торцевые уплотнения не обеспечивают необходимую на-
дежность из-за своей чувствительности к аксиальным перемещени-
ям вала (см. гл. 5).
Кольцевые уплотнения значительно более надежны. Они не-
чувствительны к аксиальным перемещениям вала, что делает их
предпочтительными для турбогенераторов большой мощности.
Однако нарушения нормальной работы кольцевых уплотнений
могут приводить к пропускам водорода через уплотнения, к попада-
нию значительного количества масла в корпус генератора, загрязне-
нию водорода.
Опасность нарушения газоплотности узла вследствие перерыва в
подаче масла для торцевых и кольцевых уплотнений различна. Даже
когда баббит плавится, вкладыши торцевых уплотнений остаются
прижатыми к валу, площадь выходного сечения между вкладышем и
валом существенно снижена, поэтому водород выходит в картеры
подшипников при значительно сниженном давлении. В кольцевых
уплотнениях площадь поперечного сечения зазора между вклады-
шем и валом не снижается при падении давления масла, и давление
45
водорода в картере подшипника может повышаться значительно —
струя водорода “бьет” вдоль вала.
Экономичность эксплуатации уплотнений определяется тем до-
полнительным расходом водорода, который требуется для поддер-
жания чистоты водорода путем продувок генератора и восполнения
уноса водорода маслом. Торцевые уплотнения экономичнее коль-
цевых, так как позволяют обеспечить значительно меньший расход
масла в сторону водорода, а следовательно, и меньший расход водо-
рода. Поэтому экономичность уплотнений следует рассматривать
только в комплексе с системой маслоснабження уплотнений, с сис-
темой водородного охлаждения и даже с общестанционной систе-
мой обеспечения водородом.
Простота монтажа и ремонта, простота обслуживания — эти фак-
торы должны рассматриваться для конкретных конструктивных ис-
полнений обоих основных типов уплотнений также в комплексе с
системой маслоснабження уплотнений и с системой водородного
охлаждения.
46
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
Предупреждение отказов масляных
уплотнений вала из-за недопустимого
снижения перепада давлений
уплотняющего масла и водорода
4.1. ПОСЛЕДСТВИЯ НЕДОПУСТИМОГО СНИЖЕНИЯ
ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЙ “МАСЛО - ВОДОРОД”
Снижение перепада давлений “масло — водород” является одной
из основных причин нарушений работы уплотнений и систем мас-
лоснабжения, приводящих к вынужденному останову турбогенера-
тора. Недопустимым является снижение до нуля перепада давлений
“масло — водород”, т.е. снижение давления уплотняющего масладо
значения, равного давлению водорода. В наихудшем случае проис-
ходит прекращение подачи масла.
Для торцевых уплотнений это обычно приводит к частичному
подплавлению или полному выплавлению баббита. При продолжи-
тельном снижении перепада давлений (прекращении подачи масла)
происходит выплавление баббита, что сопровождается выбросом
дыма и масла из подшипников, утечкой водорода, повреждением
(задиром) стальной поверхности упорного диска вала ротора. В зоне
подшипников появляется масляный туман. Иногда повышается
вибрация подшипников. В таком случае необходим немедленный
останов генератора с вытеснением водорода инертным газом и вос-
становительный ремонт.
Кратковременный перерыв в подаче масла с подплавлением баб-
бита не обязательно приводит к нарушению работоспособности
узла. Если на поврежденной баббитовой несущей поверхности со-
хранились маслораздаточные канавки, некоторый расход масла со-
храняется, и тогда температура баббита может длительно устойчиво
держаться на уровне около 80 °C. Контроль температуры сохраняет-
47
ся, если не произошло повреждение термометров сопротивления.
Слив масла в сторону водорода увеличивается, но температура сли-
вающегося масла весьма возрастает, что видно по наличию пара че-
рез смотровые стекла в сливных маслопроводах (маслоконтрольном
патрубке, продувочном бачке) Газоплотность уплотнений наруша-
ется, но попадание водорода в картеры подшипников может остава-
ться в допустимых пределах. Подплавленный вкладыш может неко-
торое время работать при номинальном или сниженном давлении
водорода.
Понижение перепада давлений до 0,01—0,03 МПа (0,1 —
0,3 кгс/см2) может сопровождаться уменьшением почти до нуля
расхода масла в сторону водорода и пропусками водорода из корпуса
генератора в картеры основных подшипников, поскольку это значе-
ние перепада давлений оказывается менее противодавления масла
на запирающих поясках вкладышей. Температура баббита может
вырасти в связи с ухудшением охлаждения запирающего пояска.
После восстановления нормального перепада давлений такой вкла-
дыш может продолжать работать, если температура баббита и пропу-
ски водорода в картеры основных подшипников не превышают до-
пустимых значений.
Для кольцевых уплотнений снижение перепада давлений “мас-
ло — водород” приводит к некоторому уменьшению расходов масла
и ухудшению охлаждения вкладышей. Снижение до нуля перепада
давлений и перерыв в подаче масла приводят к потере газоплотности
узла уплотнений и к интенсивному выходу водорода вдоль вала с ве-
роятным возгоранием смеси водорода с воздухом. Повреждения
баббита вкладышей и вада не наблюдались.
При наличии системы резервирования подачи масла от демпфер-
ного бака снижение перепада давлений и даже перерыв в подаче
масла не должны приводить к указанным выше последствиям для
обоих типов уплотнений, поскол ьку происходит автоматическое от-
ключение турбогенератора от сети технологической защитой.
4.2. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ И СПОСОБЫ
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СНИЖЕНИЯ ПЕРЕПАДА
ДАВЛЕНИЙ “МАСЛО - ВОДОРОД”
Основные причины снижения перепада давлений “масло —
водород”:
перерыв в подаче масла из-за отказа или переключений источни-
ков маслоснабження при отсутствии или неправильной работе сис-
темы резервирования подачи масла от демпферного бака;
48
неисправности регулятора перепада давлений “масло — водород”;
ошибочное перекрытие вентиля (задвижки) на напорных трубо-
проводах от источников маслоснабжения до уплотнений;
рост гидравлического сопротивления на напорных трубопрово-
дах от источников маслоснабжения до уплотнений;
слишком большой расход масла помимо уплотнений;
резкое увеличение расхода масла в уплотнениях (см. гл. 5, 6).
Перерыв в подаче масла. Чтобы исключить нарушение подачи
масла в уплотнения предусматриваются автоматическое включение
в работу резервного и аварийного источников маслоснабжения
уплотнений при снижении давления масла и при отключении рабо-
чего источника, а также дополнительное резервирование подачи
масла от демпферного бака. Электродвигатель резервного маслона-
соса включается автоматически без выдержки времени при замыка-
нии контактов электроконтактного манометра, установленного не-
посредственно перед регулятором давления уплотняющего масла.
Уставка на замыкание этих контактов выполняется так, чтобы ре-
зервный маслонасос включался при снижении давления масла пе-
ред регулятором на 0.1 —0,15 МПа (1 — 1,5 кгс/см2) от рабочего
давления.
Рабочим давлением считается то, которое обеспечивается
основным источником маслоснабжения (инжектором или масло-
насосом с электродвигателем переменного тока) при номинальной
частоте вращения ротора генератора. Такая уставка выбрана с це-
лью обеспечить быстрейшее включение и разворот резервного мас-
лонасоса, так как при отключении рабочего насоса давление падает
настолько быстро, что ко времени включения резервного насоса
давление перед регулятором успевает снизиться на 0,3 — 0,5 МПа
(3 — 5 кгс/см2). Это установлено при испытаниях. В то же время це-
лесообразно отстроиться от снижения давления, например, на
0,1 МПа (1 кгс/см2) из-за засорения фильтра. Электрическая бло-
кировка обеспечивает включение электродвигателя резервного мас-
лонасоса непосредственно при отключении электродвигателя рабо-
чего маслонасоса. Аварийный маслонасос включается автоматиче-
ски без выдержки времени при снижении давления масла перед
регулятором на 0,15-0,2 МПа (1,5 — 2 кгс/см2) от рабочего давле-
ния. Электрическая блокировка обеспечивает включение электро-
двигателя аварийного маслонасоса при отключении электродвига-
телей рабочего и резервного маслонасосов.
Демпферный бак для резервирования подачи масла при отказе
источников маслоснабжения постоянно включен в работу. Отказ
источников маслоснабжения - это ситуация, когда при отключении
49
по любым причинам рабочего источника (маслонасоса или инжек-
тора) не включаются резервный и аварийный маслонасосы. Демп-
ферный бак значительно сглаживает колебания давления масла на
входе в уплотнения при переключениях источников маслоснабже-
ния, а также предупреждает кратковременные (до I с) связанные с
этими переключениями падения давления масла перед регулятором
перепада давлений до значения, меньшего рабочего давления уплот-
няющего масла. Отключение демпферного бака допускается лишь
кратковременно, на время устранения неполадок.
При увеличении перепада давлений “масло — водород” на
0,015 — 0,02 МПа (0,15 — 0,2 кгс/см2) срабатывает сигнализация;
должны приниматься меры к предотвращению перелива масла из
бака в гидрозатвор.
Демпферный бак имеет ограниченный объем (1,5 — 2 м3), кото-
рый при прекращении подачи масла от источников маслоснабже-
ния расходуется в течение нескольких минут при номинальной час-
тоте вращения ротора генератора. Поэтому, чтобы предотвратить
опорожнение бака и повреждение уплотнений при снижении пере-
пада давлений “масло — водород”, предусматривается сигнализа-
ция снижения уровня масла втрубе над демпферным баком. Сигна-
лизация выполняется при помощи двух реле уровня (см. рис. 11),
обычно индуктивных указателей типа УЖИ или реле ПРУ-5.
Верхнее реле уровня должно срабатывать при снижении уровня
масла до верха бака или ниже верха бака не более чем на 0,02 м. Для
турбогенераторов завода “Электросила” (выпусков после 1972 г.)
верхнее реле уровня должно срабатывать при снижении масла втру-
бе над баком до уровня не менее 0,4 м выше бака. Такое различие от-
меток установки верхнего реле уровня не имеет принципиального
значения, так как падение уровня втрубе над баком на 0,4 м проис-
ходит за дол и секунды. Н ижнее реле уровня должно срабатывать при
снижении уровня масла на 0,07 м ниже верха бака, при этом от мо-
мента срабатывания верхнего реле проходитоколо 10 с (в зависимо-
сти от общего расхода масла в уплотнениях).
При срабатывании верхнего реле уровня подается сигнал “ Низкий
уровень масла в ДБ" и подготовляется цепь включения реле времени.
Если уровень масла в баке продолжает падать, то срабатывает ниж-
нее реле уровня, контакты которого включены последовательно с
контактами верхнего. Подается сигнал “Аварийный уровень масла в
ДБ". При замыкании контактов и верхнего, и нижнего реле уровня
замыкается цепь обмотки реле времени, которое воздействуете вы-
держкой времени до 9 с на технологическую защиту турбоагрегата.
Указанная схема исключает ложную работу защиты, поскольку об-
50
шее время срабатывания превышает обычную продолжительность
кратковременных понижений и колебаний давления. Технологиче-
ская защита обеспечивает автоматическое отключение и останов
турбоагрегата, при этом работает светозвуковая сигнализация. Сра-
батывание реле времени и автоматическое отключение турбоагрега-
та технологической защитой обеспечиваются также и при отключе-
нии всех маслонасосов уплотнений (рабочего, резервного и аварий-
ного). Для этого вспомогательные контакты электромагнитных
пускателей электродвигателей насосов включаются последователь-
но с цепью реле времени.
Останов турбоагрегата при снижении уровня масла в демпфер-
ном баке производится со срывом вакуума, чтобы ускорить процесс
выбега. Это необходимо не только потому, что объем бака ограни-
чен, но и потому, что трудно предвидеть изменения расхода масла,
неизбежные при понижении давления масла в связи со снижением
уровня его в демпферном баке. Для генераторов серий ТВВ и ТВФ с
торцевыми уплотнениями понижение давления масла ведет кувели-
чению толщины масляной пленки и к значительному увеличению
расхода масла в уплотнениях. Для всех турбогенераторов с торцевы-
ми уплотнениями расход масла может увеличиться вследствие за-
паздывания вкладышей при аксиальном перемещении вала во вре-
мя останова. Для турбогенераторов с кольцевыми уплотнениями
расход масла может только снижаться в процессе выбега с подачей
масла от демпферного бака, поэтому продолжительность резервиро-
вания окажется больше.
Различное и в большой мере случайное проявление указанных
факторов на разных генераторах приводит к тому, что результаты
испытаний с безнасосным остановом различаются для генераторов
даже одного и того же типа, т.е. в одних случаях емкость бака доста-
точна для выбега, в других нет. Поэтому, с одной стороны, необхо-
димо обеспечить минимальную продолжительность выбега, а с дру-
гой стороны, принять меры к ограничению расхода масла.
Общая продолжительность резервирования при выбеге, получен-
ная при испытаниях, составила от 6 мин для генератора ТВВ-165-2 и
до 15 мин для турбогенератора ТВФ-100-2 [8]. Применяемые в на-
стоящее время баки вместимостью 1,5 — 2 м3 обеспечивают более
длительную подачу масла к уплотнениям. Продолжительный опыт
эксплуатации многих турбогенераторов с демпферными баками
показывает, что, по-видимому, этого времени достаточно для
восстановления нормального маслоснабження уплотнений. Од-
нако, учитывая указанную выше неопределенность с реальной
продолжительностью резервирования, персонал должен присту-
51
пать к вытеснению водорода в корпусе генератора, не дожидаясь
полного останова генератора. В случае несвоевременного отклю-
чения генератора, задержки с вытеснением водорода, нехватки
масла в баке есть некоторый риск потери газоплотности и повреж-
дения уплотнений.
Неисправности регулятора перепада давлений “масло — водород”
также приводят к недопустимому снижению перепада давлений
“масло — водород”; причины и способы предупреждения рассмот-
рены подробно в гл. 7.
Рост гидравлического сопротивления на напорных трубопроводах
от источников маслоснабжения до регулятора перепада давлений
чаще всего объясняется ростом гидравлического сопротивления
масляного фильтра, маслоохладителя из-за их засорения, а также
попаданием посторонних предметов в трубопроводы во время ре-
монта. В масляном тракте от регулятора до уплотнений возможно
засорение вентилей (задвижек).
К росту гидравлического сопротивления приводят также сниже-
ние температуры масла из-за повышения вязкости и потери напора
в трубопроводах от бака к уплотнениям, которые могут оказаться
слишком велики при неправильном подключении демпферного
бака. Когда диаметры трубопроводов и арматуры ниже указанных в
табл. 2 и 3 (см. гл. 2), а длина трубопроводов выше, возможно сни-
жение перепада давлений до недопустимо низкого значения (даже
до нуля!), что сводит на нет преимущества схемы резервирования.
Слишком большой расход масла помимо уплотнений, который при-
водит к понижению давления масла на входе в регулятор перепада
давлений “масло — водород” и (или) непосредственно на входе в
уплотнения, возникает в следующих случаях:
нарушение маслоплотности (значительная течь) на любом участ-
ке напорных трубопроводов;
значительный перепуск масла после маслонасосов через предо-
хранительный (перепускной) клапан;
сифонный перелив масла через демпферный бак;
слишком большой расход масла через сопла в регуляторе с враща-
ющимся золотником.
Резкое увеличение расхода масла в уплотнениях также может при-
вести к понижению давления масла на входе в регулятор перепада
давлений “масло — водород”, что не всегда принимается во внима-
ние (причины увеличения расхода масла описаны далее в гл. 5, 6).
Как указано выше, снижение давления масла на входе в регулятор
перепада давлений "масло — водород” на 0,1 МПа (1 кгс/см2) и бо-
лее от рабочего давления сопровождается автоматическим включе-
52
нием резервного маслонасоса (АВР), а при дальнейшем снижении
давления — и аварийного маслонасоса. Своевременное выявление
понижения давления масла на входе в регулятор перепала давлений
до срабатывания схемы АВР возможно при обходе и осмотре обору-
дования маслосхемы непосредственно по показаниям манометров.
Другим признаком является прекращение вращения золотника в ре-
гуляторах с вращающимся золотником (типа ДРДМ-12М и др.).
Для определения причин, вызывающих снижение перепада дав-
лений “масло — водород”, необходимо:
установить, работала ли схема АВР и какой насос в работе, при
необходимости включить второй насос;
проверить открытие вентилей (задвижек), которые по схеме дол-
жны быть постоянно открыты, и закрытие постоянно закрытых вен-
тилей (задвижек);
убедиться, что масло после маслонасосов не сбрасывается через
предохранительный клапан;
убедиться, что нет утечек масла по трассе, например, через свищи
в трубопроводах, через неплотности или разрывы в прокладках
фланцев или в воду в маслоохладителе (для этого перейти на другой
маслоохладитель);
убедиться, что нет перелива масла через демпферный бак;
сравнить показания манометров после маслонасосов и перед
регулятором, при подозрении на засорение фильтра (маслоохла-
дителя) отключить его для ревизии и перейти на другой фильтр
(маслоохладитель);
проверить, не возросли расход масла через уплотнения.
Последнее затруднено тем, что контроль общего расхода масла в
уплотнениях обычно не предусматривается. Поэтому возможна
лишь косвенная проверка: признаком возрастания общего расхода
масла является рост уровня масла в трубе над демпферным баком,
который обнаруживается по возникновению перелива. Наличие
сигнала “ Высокий уровень масла в ДБ" (демпферном баке) позволяет
обнаружить рост уровня масла в трубе над демпферным баком до
возникновения перелива. Кроме того, признаком возрастания об-
щего расхода масла может быть возрастание расхода масла в сторону
водорода, который проверяется по смотровым стеклам и маслокон-
трольным патрубкам.
При реконструкции системы маслоснабжения с заменой регуля-
тора РПД или ДРДМ-5 на регулятор с вращающимся золотником
(например, типа ДРДМ-12М) должна быть обязательно проверена
достаточность производительности маслонасосов в связи с неиз-
бежным возрастанием общего расхода масла за счетдополнительно-
53
го его расхода через сопла на крашение золотника. Если это не было
сделано, то повышение общего расхода масла может привести к су-
щественному понижению давления масла на входе в регулятор. Тог-
да надо либо заменить золотник регуляторадругим. имеющим сопла
с меньшим проходным сечением, либо заменить маслонасосы насо-
сами с большей производительностью, а до этого работать с двумя
включенными маслонасосами. Если основным источником маслос-
набжения является инжектор, то надо произвести его переналадку
для увеличения расхода масла и давления на выходе инжектора.
54
ГЛАВА ПЯТАЯ
Причины, признаки и пути
предупреждения отказов
и неисправностей торцевых
уплотнений турбогенератора
5.1. ПОВЫШЕННЫЙ нагрев баббита вкладыша
Одним из основных признаков неисправности торцевого уплот-
нения является повышение температуры баббита вкладыша. Для
оценки теплового состояния вкладыша недостаточно знать темпе-
ратуру баббита, которая контролируется в процессе эксплуатации и
нормируется. Повышение температуры баббита вкладыша вполне
исправного уплотнения может произойти вследствие повышения
температуры входящего масла, что в процессе эксплуатации зачас-
тую упускают из вида. Такое повышение температуры должно быть
немедленно выявлено и устранено. Если с температурой входящего
масла все в порядке, то рост температуры баббита является следст-
вием и признаком большинства неисправностей торцевого уплот-
нения, описанных ниже.
Полноценной характеристикой теплового состояния является
перегрев баббита Тотносительно масла, равный разности темпера-
тур баббита и входящего масла (или перегрев масла, равный разно-
сти температур выходящего и входящего масла), а также — диапазон
Таблица 4. Параметры нормального теплового состояния вкладышей
Параметр	Значения параметров, °C, при нормальном состоянии вкладыша для турбогенераторов мощностью, МВт		
	ло 30	от 30 ло 120	от 120 ло 500
т	Ю- 15	12- 17	I8-25
АГ	4	4	6
55
изменений перегрева баббита А Г одного и того же вкладыша при
максимальных аксиальных перемещениях вала. Втабл. 4 приведены
значения Ги А Т, соответствующие нормальному тепловому состоя-
нию уплотнений для различных турбогенераторов и нормальной ак-
сиальной подвижности вкладышей [6].
Эти значения установлены на основании результатов расчетов,
исследований и опыта эксплуатации. Именно их следует использо-
вать для идентификации неисправностей.
Повышенный перегрев баббита Т относительно масла обычно
бывает при недостаточном расходе уплотняющего масла (причины
см. ниже). Кроме того, перегрев баббита во многом определяется на-
гревом запирающего пояска несущей поверхности, контактирую-
щего с водородом. Температура пояска не контролируется. Она пре-
вышает на 20 — 30 °C температуру контролируемой зоны, а для из-
ношенного вкладыша поднимается выше 100 °C. Поданным ВТИ
повышение температуры баббита подшипников сверх 100 °C недопу-
стимо, так как необходим запас по отношению к температуре плавле-
ния баббита (130 °C). По-видимому, повреждения баббита изношен-
ных вкладышей начинаются с подплавления запирающего пояска;
часто при ревизиях масляных уплотнений именно на запирающих
поясках вкладышей обнаруживаются следы повышенного нагрева.
Обычно это связано с чрезмерной радиальной шириной пояска.
Правильный выбор размеров запирающего пояска заключается в
определении оптимальной ширины пояска, равной разности на-
ружного и внутреннего радиусов плоской торцевой поверхности по-
яска. Основная цель — избежать чрезмерных расходов и перегревов
масла, сливающегося в сторону водорода через запирающий поясок.
Для этого целесообразно провести расчеты по приведенным ниже
несложным формулам, основанным на методике, описанной в [9].
Таблица 5. Расчетные характеристики запирающего пояска торцевых уплот-
нений для Но = (0,07 — 0,1)10“ 3 м, Тт = 40 С
Тип генератора	«1 - ф, х 10 3 м	Др, МПа	Q, л/мин	дт/с	К = Т„, + ЛТ, °C
ТГВ-200	4	0,07 - 0,08	2,2-5	20-40	60-80
ТГВ-300	6	0,08 - 0,09	2-4	30-55	70-95
ТВФ-60-2	6.5	0,07 - 0,08	1 -2,4	25-48	65-88
ТВВ-165-2	6,5	0,07 - 0,08	1 -2,6	31 - 52	71 -92
ТВВ-220-2А	5	0,06 - 0,07	1,5 - 3,3	27-51	67-91
ТВВ-320-2	3,5	0,06 - 0,07	2-5	19-40	59-80
ТВВ-500-2	5	0,06 - 0,07	2-4	35-62	75- 102
56
Рекомендуется подбирать радиальную ширину пояска так, чтобы
расчетный перегрев масла не превышал 60 °C, а расчетный расход
масла через поясок не был слишком велик: 1 — 4 л/мин в зависимо-
сти от газового объема и расхода водорода (см. гл. 3).
В табл. 5 даны результаты расчетов по предложенной методике
для турбогенераторов различных типов для размеров запирающего
пояска, приведенных в [10]. Наиболее высокий перегрев масла, сли-
вающегося в сторону водорода, отмечается для уплотнения турбоге-
нератора ТВ В-500-2.
Расчет запирающего пояска вкладыша торцевого уплотнения
Расход масла через запирающий поясок, м3/с
Q = лЛ^/?2(Лр-рд)/6ц(/?| -Я2),
где Но — минимальная толщина масляной пленки, м; /\’| и R2 — на-
ружный и внутренний радиусы пояска (без закруглений), м; р — ди-
намическая вязкость масла, Па • с; Ар — перепад давлений масла и
газа, Па; р1( — противодавление в слое масла, Па:
=0,15ра>2(/?2-/?2),	(2)
р — плотность масла, кг/м3; <о — угловая скорость вала, 1/с.
Момент трения на запирающем пояске, Н • м:
Мтр = крю(^-^)/2Н{).	(3)
Перегрев масла на запирающем пояске, °C:
АТ = М^ш/cpQ,	(4)
где с — удельная теплоемкость масла, Н - м/(кг  °C).
Рекомендуется принимать М"р = 0,5 МЛр.
Вязкость масла зависит от средней температуры масла на запира-
ющем пояске Т и может быть либо найдена по опытной зависимости
[9], либо вычислена по аппроксимирующей формуле, Па - с:
и =31  10 - Зе-о’°44(7’-40),	(5)
где средняя температура масла на пояске, °C:
Т= Тт +АТ/2,	(6)
где Тгп — температура входящего масла, °C.
Особенностью расчета вязкости масла является выбор значения
средней температуры масла Т, которая заранее неизвестна. Задав-
57
Рис. 14. Результаты расчета запирающего пояска торцевого уплотнения турбоге-
нератора типа ТВВ-500-2:
а— перегрев масла Тв зависимости от Л, — Л, (х 10~3 м); б— расход масла Q
в сторону водорода в зависимости от Л, — R2 (х Ю"3м); / — Но =
= 0,1 10 3 м; 2— //() = 0,07 • 10~3 м
шись некоторой начальной средней температурой масла То > Тт,
проводят расчет по формулам (1) — (6), определяют конечную сред-
нюю температуру Т и сравнивают с То. Проверяют условие
|Г-Г0|<Е/.	(7)
Расчеты повторяют, изменяя начальную температуру 7j(, пока не
будет выполнено условие (7). Можно принимать е,= (0.1 ч- 1)°С.
Результаты расчетов сведены в табл. 5.
Для снижения перегрева запирающего пояска вкладыша уплот-
нения турбогенератора ТВВ-500-2 надо уменьшить ширину пояска
/?1 — /?2, но при этом возрастет расход масла в сторону водорода.
Расчетные зависимости, приведенные на рис. 14, помогают прави-
льно выбрать ширину пояска.
58
5.2. НЕДОСТАТОЧНЫЙ ИЛИ СЛИШКОМ ВЫСОКИЙ
РАСХОД МАСЛА
Поток масла в уплотнении разделяется на основной охлаждаю-
щий поток в сторону воздуха и поток масла, запирающий водород.
Как показано выше, при постоянных значениях частоты вращения
вала, давлений уплотняющего масла и водорода, толщина hm!n мас-
ляной пленки между вкладышем и валом определяет расход масла, а
также нагрев масла и баббита вкладыша. Значение hmjn соответствует
уравновешиванию аксиальной нагрузки Гна вкладыш и отжимаю-
щего усилия Р в слое масла (см. рис. 2 и 6). Составляющие аксиаль-
ной нагрузки на вкладыш — это усилия от давления водорода и мас-
ла, усилия пружин. Основной составляющей отжимающего усилия
Р является гидродинамическое несущее усилие, представляющее
собой сумму усилий, возникающих при вращении вала в масляном
клине между упорным диском и каждой несущей площадкой.
Основные причины недостаточного или завышенного расхода
масла в уплотнении:
1) недостаточное или завышенное гидродинамическое усилие Р
на несущей поверхности вкладыша при заданной аксиальной на-
грузке Лна вкладыш;
2) завышенная или недостаточная аксиальная нагрузка Гна вкла-
дыш при заданном гидродинамическом усилии Рна несущей повер-
хности вкладыша.
Недостаточное или завышенное гидродинамическое усилие Р на не-
сущей поверхности вкладыша может иметь место вследствие оши-
бочной (относительно заданной в чертеже) разделки баббита. Усилие
в масляном клине зависит от угла скоса клиновой площадки по отно-
шению к плоской баббитовой поверхности, параллельной упорному
диску ротора.
При заданных диаметрах и заданном количестве клиновых пло-
щадок угол скоса однозначно определяется максимальной глубиной
скоса. Чем больше глубина скоса, тем больше (в определенных пре-
делах) усилие в масляном клине на каждой отдельной площадке и,
следовательно, тем больше суммарное несущее усилие, отжимаю-
щее вкладыш от вала, а при неизменной нагрузке на вкладыш боль-
ше толщина масляной пленки, больше расходы масла в сторону во-
дорода и воздуха. Правильное проектирование скосов и выемок на
баббитовой поверхности вкладыша производится конструкторами
на основании расчетов несущих усилий [9], расходов масла и темпе-
ратур торцевого уплотнения, проверяется в процессе стендовых ис-
пытаний, а затем в процессе эксплуатации.
59
Таким образом, завышенное гидродинамическое несущее усилие
получается, когда вследствие недостаточного контроля увеличивает-
ся глубина скоса сверх установленных допусковлибо на всех “сапож-
ках”, либо на части их, увеличивается число “сапожков". Иногда та-
кое завышение является результатом заблуждения, будто увеличение
отжимающих усилий в масляном клине повысит надежность рабо-
ты. Однако увеличение несущей способности вкладышей против
расчетного значения приводит лишь к необходимости увеличить ак-
сиальную нагрузку на вкладыш. Это возможно на работающем гене-
раторе только для двухпоточных уплотнений (путем увеличения
давления прижимающего масла), да и то в ограниченных пределах. В
случае же неизменной нагрузки в однопоточных уплотнениях завы-
шение несущего усилия, отжимающего вкладыш от вала, приводит к
увеличению толщины масляной пленки и к соответственному уве-
личению расхода масла в сторону воздуха и водорода, которое может
оказаться чрезмерным. К повышению расхода масла в сторону воз-
духа приводит также слишком большая длина и глубина выемок на
наружной кромке баббита для выхода масла.
Завышенный расход масла в сторону водорода ухудшает эконо-
мичность эксплуатации уплотнения, так как увеличение этого рас-
хода приводит к росту расхода водорода на продувки генератора (см.
гл. 3), и способствует попаданию масла в генератор (см. гл. 8).
Увеличение расхода масла в сторону воздуха приводит к значите-
льному снижению температуры баббита вкладыша, но возможны
пропуски водорода через уплотнение вследствие эжектирования.
Когда уплотнение длительно работаете увеличенным расходом мас-
ла в сторону воздуха, водород в картеры подшипников и сливные
маслопроводы попадает непрерывно, и если вентиляция последних
недостаточна, то содержание его может быстро возрастать до недо-
пустимых значений.
Кроме того, увеличение общего расхода масла в уплотнениях мо-
жет привести к тому, что при пуске турбоагрегата и наборе оборотов
производительность рабочего маслонасоса окажется недостаточ-
ной, будет включаться резервный маслонасос, перепад давлений
“масло — водород” окажется недостаточным, и турбоагрегат будет
отключен технологической защитой. Переход на ручное регулиро-
вание перепада давлений “масло — водород” в конечном итоге при-
ведет к тому же финалу.
Недостаточное гидродинамическое несущее усилие приводит к
уменьшениютолщины масляной пленки и, следовательно, к сниже-
нию расхода масла, который может оказаться недостаточным для
охлаждения и привести к повышению перегрева баббита. Причиной
60
этого дефекта может быть заниженная глубина скоса, уменьшенное
число клиновых площадок (“сапожков”) по окружности. К анало-
гичным последствиям приводит также увеличение доли плошади
плоских поверхностей по сравнению с площадью клиновых площа-
док (“сапожков”), например, вследствие износа баббита. К сниже-
нию расхода масла в сторону воздуха приводит также уменьшение
длины и глубины выемок для выхода масла на наружной кромке
баббита. Недостаточный расход масла в уплотнении приводит к по-
вышению перегрева баббита.
Завышенная или недостаточная аксиальная нагрузка /'па вкладыш
в однопоточных торцевых уплотнениях объясняется неправильным
(завышенным) натягом пружин или применением пружин с харак-
теристикой. отличающейся от той, которая соответствует расчетно-
му натягу, указанному в инструкции завода-изготовителя. Напри-
мер, для турбогенераторов типов ТГВ-200 и ТГВ-300 расчетная ха-
рактеристика пружин в уплотнениях линейна и соответствует
сжатию пружин на 40  10 _ 3 м при усилии 300 Н (длина пружины в
свободном состоянии 132 ± 2  10 _ 3 м). Натяг (сжатие при установ-
ке), указываемый в инструкции, рассчитан заводом-изготовителем с
учетом указанной характеристики и обеспечивает заданное усилие,
прижимающее вкладыш к валу. Не рекомендуется использовать для
работы пружину, если ее реальная характеристика отличается от
расчетной более, чем на 10 %. Чтобы новые пружины не меняли сво-
их свойств в процессе эксплуатации, целесообразно стабилизиро-
вать их, например, путем выдерживания в сжатом состоянии в тече-
ние 12 ч.
Натяг пружин указывается в инструкциях или формулярах заво-
дов-изготовителей обязательно с учетом максимально возможного
аксиального смещения ротора в направлении от турбины к контакт-
ным кольцам. Поэтому натяг пружин, выполняемый во время сборки
уплотнений, должен быть на стороне контактных колец больше, чем
на стороне турбины, на 5  10 3 м для турбогенераторов ТВ-60-2,
ТВФ-60-2,ТВФ-100-2; наб  10-3 м для турбогенераторовТГВ-200;
на 7 - 10“3 м для турбогенераторов ТГВ-300. В работе вследствие
теплового удлинения ротора эти различия сглаживаются — на сто-
роне турбины натяг увеличивается, на стороне контактных колец
уменьшается.
В двухпоточных уплотнениях недостаточное или чрезмерное уси-
лие, прижимающее вкладыш к валу, может быть вызвано неправи-
льной настройкой или дефектами регулятора давления прижимаю-
щего масла.
61
Другие причины завышенного расхода масла, связанные с дефекта-
ми собственно узла уплотнения:
I)	значительный перекос вкладыша в корпусе;
2)	недостаточная подвижность вкладыша при аксиальном
перемещении;
3)	повреждение (отслоение) баббита;
4)	дефекты сборки вкладыша и корпуса —течи масла из масляных
камер по разъемам или в местах неплотного прилегания резиновых
уплотняющих колец;
5)конусность упорного диска;
6)	низкое качество обработки сопряженных поверхностей вкла-
дыша и упорного диска
Если возрастание расходов масла в уплотнении происходит за
счет утечек непосредственно из масляных камер вкладыша и кор-
пуса в обе стороны через неплотности, вызванные деформацией и
повреждениями резиновых уплотняющих колец, повреждением
(отслоением) баббита, некачественной пригонкой разъемов, то эти
неплотности, кроме утечек масла, могут приводить также и к нару-
шению газоплотности
Итак, для предупреждения недостаточного или завышенного
расхода масла необходимо прежде всего выполнение разделки баб-
бита по чертежам в пределах установленных допусков. Предупреж-
дения перекоса и недостаточной подвижности вкладыша в корпусе,
неправильной установки резиновых колец рассмотрены ниже.
Чтобы избежать утечек масла и газа по разъемам вкладыша, надо
обеспечить такую плотность прилегания поверхностей разъемов вкла-
дыша при затянутых болтах, чтобы щуп толщиной 0,03  10-3 м не
входил на глубину более, чем на 3  10“ 3 м. К корпусам уплотнений
предъявляется аналогичное требование: при затянутых болтах разъ-
емов корпуса (без резины в канавке) щуп толщиной 0,03  10 _ 3 м не
должен входить на глубину более, чем 5 10 ~ 3 м. Кроме того, дол-
жно быть обеспечено высокое качество сопряжения болтов повы-
шенной точности (призонных) в отверстиях соединяемых половин
вкладышей и корпусов. Конусность упорного диска не должна пре-
вышать 0,05  10-3 м. Торцевое биение рабочей поверхности упор-
ного диска не должно превышать 0,02  10-3 м.
Должны соблюдаться требования к качеству обработки и пригон-
ки сопряженных поверхностей вкладыша и упорного диска: бабби-
товая поверхность вкладыша должна быть подогнана по краске к ра-
бочей поверхности упорного диска (не менее 16 пятен на квадрате со
стороной 0,025 м). Шероховатость рабочей поверхности упорного
диска должна быть не более 1,25- 10 “ 6 м (ГОСТ 9378-75).
62
Возрастание общего расхода масла может происходить не только
по перечисленным выше причинам, но и вследствие появления рас-
хода масла помимо уплотнения. Так, сифонный перелив масла через
верх демпферного бака значительно увеличивает общий расход мас-
ла; он обнаруживается по смотровому патрубку на переливной трубе
из бака или — при отсутствии патрубка — на ощупь: переливная тру-
ба становится теплой; кроме того, понижается давление масла на
входе в уплотнения.
В двухпоточных уплотнениях к заметному возрастанию общего
расхода масла может привести чрезмерный дополнительный расход
прижимающего масла. Расход прижимающего масла обусловлен, в
основном, диаметром отверстий в камере прижимающего масла, че-
рез которые этот поток масла сливается в картеры основных под-
шипников. Диаметр указанных отверстий в уплотнениях должен
быть не более заданного в чертежах. Установлено, что для турбоге-
нераторов типа ТВ В-320-2 этот диаметр должен быть не более
2 • 10 _ 3 м, иначе расход масла будет слишком велик, и фактически
выполненные отверстия большего диаметра тогда следует заглушить
резьбовыми пробками с новыми отверстиями диаметром 2 • 10 _ 3 м.
Чрезмерное возрастание общего расхода масла в уплотнениях мо-
жет стать причиной нехватки масла, подаваемого от демпферного
бака, при аварийном безнасосном выбеге турбоагрегата. Например,
на одном турбогенераторе 300 МВт увеличение отверстий в камере
прижимающего масла до диаметра 4  10~3 м, вместо 2  10“ 3 м, по-
высило общий расход масла на 15 — 20 %. Это стало причиной опо-
рожнения демпферного бака во время выбега уже при 1000 мин-1.
К возрастанию общего расхода масла могут приводить неисправ-
ности регулятора перепада давлений “масло — водород", а также
установка регулятора перепада давлений с вращающимся золотни-
ком, имеющего слишком большой расход масла через сопла на вра-
щение золотника.
5.3.	ИЗНОС БАББИТА ВКЛАДЫША
Износ баббита вкладыша неизбежен в процессе длительной эксп-
луатации турбогенераторов, несмотря на то, что поверхности вкла-
дыша и вращающегося ротора разделены масляной пленкой. Под
износом подразумевается изменение формы рабочей поверхности, в
основном, уменьшение клиновых площадок с одновременным уве-
личением поверхности, параллельной упорному диску ротора,
вплоть до исчезновения “сапожков”.
63
Уменьшение (исчезновение) клиновых площадок на баббите в
результате износа приводит к уменьшению рабочей толщины мас-
ляной пленки, уменьшению расхода масла и проявляется в возрас-
тании перегрева баббита (Г) в рабочем режиме. Снижается также
способность вкладыша к самоустанавливанию, что ведет к случай-
ным изменениям толщины масляной пленки, а следовательно, и
температур баббита при изменениях нагрузки турбогенератора, т.е.
износ как бы снижает подвижность вкладышей и проявляется ана-
логично ухудшению подвижности.
Износу баббита способствует низкая подвижность вкладыша при
пуске и останове турбогенератора, при изменениях его электриче-
ской нагрузки. Замечено, что быстрее изнашивается и чаще повреж-
дается при изменениях нагрузки вкладыш со стороны турбины.
Износу способствуют высокие удельные нагрузки на трущихся
поверхностях. Чем больше нагрузка на вкладыш, тем меньше рабо-
чая толщина масляной пленки, тем выше частота вращения ротора,
при которой в процессе разворота образуется масляный слой доста-
точной толщины. Большое значение имеет удельная нагрузка на пло-
ских площадках вкладыша, работающих в режиме валоповорота при
полусухом трении. Опыт эксплуатации показывает, что вкладыши
уплотнений генераторов ТВВ-165-2, ТГВ-200. ТГВ-300, имеющие
примерно вдвое большее удельное давление на площадках полусухого
трения в указанном режиме (табл. 6), чем вкладыши уплотнений ге-
нератора ТВВ-320-2, изнашиваются быстрее, чем последние. На
многих генераторах ТВВ-165-2 и ТГВ-200, работающих с частыми
остановами, износ баббита обычно приводит к повышению темпе-
ратуры до 75 °C через 6 — 8 мес. эксплуатации.
Скорость износа баббита зависит от ряда факторов. Основным
фактором является чистота масла. Наличие механических включе-
ний в масле, подаваемом в уплотнения, ускоряет износ. В эксплуа-
тации отмечено, что износ баббита ускоряется при увеличении чис-
ла остановов генератора в сочетании с увеличением общей продол-
жительности работы в режиме валоповорота. Стендовые испытания
Таблица 6. Давления на баббит вкладыша торцевого уплотнения в режиме
валоповорота для турбогенераторов различных типов
Тип турбогенератора	Давление. МПа(кгс/см2)
ТВФ 60-2, ТВФ-100-2	0,27 (2.7)
ТВВ-320-2	0,43 (4,3)
ТВВ 165-2, ТВВ-200-2, ТВВ-220-2АУЗ	0,7 (7,0)
ТГВ-200, ТГВ-300	0,9(9,0)
64
показали, что сама по себе работа при малой частоте вращения безо-
пасна для баббита вкладышей уплотнений. Так, работа в этом режи-
ме в течение 500 ч не привела к заметному изменению формы раз-
делки вкладышей, выполненных в габаритах уплотнений генератора
ТГВ-300. Однако отмечено, что наличие механических включений в
масле особенно опасно втаком режиме, когда плоские поверхности
вкладыша и упорного диска, прижатые друг к другу, разделены лишь
тончайшей масляной пленкой и работают практически в режиме
полусухого трения, — на баббите появляются глубокие царапины.
Для снижения скорости износа баббита необходимо обеспечить
максимально высокую чистоту масла (см. гл. 3), особенно при пуске
из ремонта. Необходимо также исключить коррозию металла дета-
лей узла уплотнений, которая возможна при обводненном масле.
Против коррозии металла применяют хромирование корпусов
уплотнений или исполнение внутренней опорной части корпуса в
виде вставки из нержавеющей стали.
Чтобы снизить износ баббита уплотнений генераторов типа
ТГВ-200, ТГВ-300 при вращении вала от валоповоротного устройства,
повышают перепад давлений “масло — водород” до 0,16 — 0,17 МПа
(1,6— 1,7 кгс/см2), что соответствует повышению уровня масла в
трубе над демпферным баком почти до переливной трубы. Это по-
зволяет при отсутствии гидродинамического усилия увеличить мас-
ляный слой между вкладышем и упорным диском ротора за счет
усилия от статического давления масла.
Следует исключить также эксплуатационные причины загрязне-
ния масла, например, накопление осадка шлама в демпферном баке
и сброс его в уплотнения при изменении режима работы (см. гл. 3).
Имеют значение также вопросы контроля напряжения на валу
турбогенератора, изоляции подшипника и узла уплотнений.
Основной причиной возникновения напряжения на валу элект-
рической машины являются несимметрия магнитной системы из-за
эксцентриситета ротора, разницы в шихтовке пакетов стали статора,
витковые замыкания в обмотке ротора; при определенных условиях
эта несимметрия вызывает переменный кольцевой поток в сердеч-
нике статора, индуцирующий напряжение на валу. Напряжение на
валу возникает также при электростатическом заряде лопаток тур-
бины (и может быть достаточно высоким), а также при наличии ем-
костной связи со статической системой возбуждения. В последнем
случае высокочастотные импульсы напряжения при нарушении
цепи заземляющей щетки могут пробить пленку масла между шей-
кой вала и вкладышем подшипника.
65
Рис. 15. Зависимость общего расхода
масла Q, % исходного значения Qo, в тор-
цевом уплотнении от глубины износа баб-
бита несущих клиновых площадок Д5, %
первоначальной глубины скоса
Обычно изолируют подшипник и уплотнение только со стороны
контактных колец. Отсутствие изоляции корпуса уплотнений со
стороны турбины приводит к тому, что к рабочим поверхностям
вкладыша и вала, разделенным слоем масла, прикладывается боль-
шая разность потенциалов, чем со стороны контактных колец. При
аксиальных перемещениях вала уменьшение толщины слоя масла в
уплотнении со стороны турбины может приводить к пробою этого
масла и повреждению или к ускоренному износу баббита. Имеются
данные о снижении перегрева баббита вкладышей уплотнений со сто-
роны турбины некоторых турбогенераторов, где была установлена до-
полнительная изоляция корпусов уплотнений. Целесообразно также
внедрение приборов, позволяющих постоянно контролировать значе-
ние напряжения на валу и своевременно принимать меры к восстанов-
лению щеточного контакта заземления вала со стороны турбины.
Вкладыш с высокой степенью износа баббита и даже с полным
износом, но с сохранившимися маслораздаточными канавками и
отверстиями еще работоспособен. Однако при резких изменениях
нагрузки, пусках и остановах изношенный вкладыш не может без за-
паздывания следовать за ротором, что приводит к нарушениям газо-
плотности узла, повышению температуры и повреждениям баббита.
Такой вкладыш при первой возможности следует заменить. Для это-
го желательна своевременная фиксация недопустимой степени из-
носа. Штатный метод контроля баббита вкладышей потермометрам
сопротивления, установленным на несущей поверхности, плохо от-
ражает степень износа вкладыша, так как измеряемая температура
во многом определяется нагревом запирающего пояска, который
превышает на 20 — 30 °C нагрев контролируемой зоны.
Стендовые исследования износа баббита вкладышей, соответст-
вующих габаритам уплотнений генератора ТГВ-300, показали, что
66
износ баббита наиболее четко проявляется не в показаниях термо-
метров сопротивления, которые могут не превышать предельных, а
в значении расхода масла в сторону воздуха, т.е. практически обшего
расхода масла.
На рис. 15 приведена зависимость общего расхода масла 0, % но-
минального значения, от глубины износа, измеряемой долей макси-
мальной глубины скоса А5, % номинального значения на неизно-
шенном баббите. Эта зависимость практически линейна. Полному
отсутствию скосов соответствует снижение общего расхода масла в
уплотнении до 30 % первоначального значения.
Отсюда следует, что организация контроля общего расхода масла
в уплотнениях позволила бы в процессе эксплуатации более объек-
тивно контролировать степень износа баббитовой поверхности
вкладыша без разборки уплотнений.
Для контроля расхода масла на напорных маслопроводах уплот-
нений могут устанавливаться расходомеры (например, с использо-
ванием в качестве первичного датчика расходомерных трубок кон-
струкции УралВТИ). Когда все масло прокачивается через демп-
ферный бак, возможен приближенный контроль изменений расхода
масла, например, при помоши дифференциального манометра, ре-
гистрирующего разность давлений масла на входе и выходе демп-
ферного бака, или разность давлений масла в демпферном баке и
газа (высоту столба масла в трубе над баком).
На одном из турбогенераторов типа ТГВ-200 в течение 4 лет про-
ходил опытную эксплуатацию способ контроля износа баббита
вкладышей, основанный на контроле расходов масла, поступающих
в каждое уплотнение, и сравнении их с первоначальными значения-
ми, соответствующими неизношенным вкладышам. С нарастанием
наработки до 3000 — 4000 ч расходы масла снижались и стабилизиро-
вались на уровне 60 — 70 %, соответствующем износу баббита при-
мерно на 35 %, причем вкладыш со стороны турбины изнашивался
быстрее. Наработка уплотнений без ревизии превысила 25 000 ч, за
этот период было 144 пуска.
5.4.	ПЕРЕКОС ВКЛАДЫША
Причиной перекосов вкладыша обычно является различие акси-
альных усилий, воздействующих на вкладыш по окружности. Осо-
бенно важно равенство суммарных усилий для верхней и нижней
половин вкладыша. Аксиальному перемещению нижней половины
вкладыша препятствует сила трения в корпусе от массы вкладыша.
Неравенство суммарных аксиальных усилий для верхней и нижней
67
половин вкладыш за счет сил трения может достигать несколько де-
сятков килограммов. При вращении вала такая разность не вызыва-
ет заметного перекоса вкладыша за счет способности вкладыша кса-
моустанавливанию (см. рис. 6), если нет дополнительных причин
для перекоса, к которым относятся:
значительное различие суммарных отжимающих усилий в масля-
ном слое на половинах вкладыша (верхней и нижней, правой и ле-
вой) за счет неравномерности разделки баббита по окружности
вкладыша;
большая разница натягов или характеристик пружин по окруж-
ности вкладыша (для однопоточных уплотнений с пружинами);
наличие момента дополнительных локальных сил трения, кото-
рые действуют в стопорном (шпоночном) узле;
значительная неравномерность по окружности сил трения, дей-
ствующих на поверхностях контакта резиновых уплотняющих ко-
лец с корпусом;
значительный износ баббита, снижающий способность вклады-
ша к самоустанавливанию, особенно неравномерный износ по
окружности.
Основным признаком перекоса вкладыша является существен-
ное различие температур по термометрам сопротивления наодном и
том же вкладыше: на 5 — 6 °C — небольшой перекос, выше 10 °C —
значительный. Дополнительные признаки — повышенный расход
масла в торцевых уплотнениях (общий и в сторону водорода) и про-
пуски водорода через уплотнение. При разборке обнаруживаются
местные потемнения и подплавления баббита. Увеличенные силы
трения и вызванный ими перекос вкладыша способствуют недоста-
точной аксиальной подвижности, запаздыванию (застреванию)
вкладыша в корпусе.
5.5.	НЕДОСТАТОЧНАЯ АКСИАЛЬНАЯ ПОДВИЖНОСТЬ
ВКЛАДЫША В КОРПУСЕ
Застревание вкладыша в корпусе при аксиальном перемещении
за валом, как и перекос, является одной из основных причин по-
вреждений вкладышей торцевых уплотнений.
Внешние признаки, позволяющие выявить в процессе эксплуата-
ции нарушение аксиальной подвижности вкладыша в корпусе, про-
являются в нарушении стабильности работы уплотнения. Так, при
аксиальном перемещении вала не восстанавливается первоначаль-
ная толщина масляной пленки. Поэтому при изменениях нагрузки
турбогенератора наблюдаются колебания температуры баббита
68
вкладыша, расхода масла в сторону водорода. Меняется, конечно, и
расход масла в сторону воздуха, усугубляя изменения температуры
баббита. В конечном итоге этот дефект приводит к застреванию
вкладыша в корпусе, т.е. либо к отставанию вкладыша от упорного
диска — увеличению зазора между вкладышем и валом, нарушению
масляного слоя и появлению водорода в картерах основных под-
шипников, либо к чрезмерной нагрузке на вкладыш со стороны
упорного диска — перегреву и выплавлению баббита.
Замечено, что плохая подвижность вкладышей при снижении на-
грузки генератора ведет к заметному увеличению температуры вкла-
дыша со стороны контактных колец и уменьшению расхода масла как
в сторону воздуха, так и в сторону водорода. В уплотнении со стороны
турбины при тех же условиях снижается температура вкладыша, уве-
личивается расход масла как в сторону воздуха, так и в сторону водо-
рода. Происходит как бы перераспределение расходов масла в уплот-
нениях с обеих сторон генератора. При повышении нагрузки описан-
ные признаки меняются местами для уплотнений с двух сторон.
При значительных нарушениях подвижности вкладыша, сопро-
вождающихся увеличением толщины масляной пленки, т.е. отходом
вала от вкладыша, отмечается появление водорода в картерах основ-
ных подшипников, которое имеет случайный характер. Оно может
самоустраняться при изменениях нагрузки генератора. Концентра-
ция водорода в картерах также является случайной величиной: она
может быть в безопасных пределах (до 1 %), но при недостаточном
контроле может стать взрывоопасной и приводить к “хлопкам” и за-
гораниям. При этом увеличивается скорость падения давления во-
дорода в корпусе генератора. Поэтому застревания вкладышей, со-
провождающиеся увеличением толщины масляной пленки, создают
опасность пожара или взрыва.
Значительные нарушения подвижности вкладыша при ходе рото-
ра, уменьшающем толщину масляной пленки, сопровождаются слу-
чайными повышениями температуры, а в крайнем случае — при за-
стревании вкладыша — подплавлением или выплавлением баббита
вкладышей. В таком случае необходим немедленный останов гене-
ратора с вытеснением водорода из корпуса генератора инертным га-
зом для восстановления работоспособности узла.
Из опыта эксплуатации и испытаний следует, что быстрее изна-
шивается и чаще повреждается при изменениях нагрузки турбогене-
ратора вкладыш состоронытурбины. Основное различие в условиях
работы вкладышей торцевых уплотнений с обеих сторон генератора
заключается в том, что вкладыш со стороны турбины оказывается в
худших условиях в процессе набора нагрузки вследствие особенно-
69
стей реакции регулятора перепада давлений “масло — водород”,
имеющего обратную связь лишь с уплотнением на стороне турбины.
Некоторое повышение давления уплотняющего масла на стороне
турбины, вызываемое ростом гидродинамического усилия между
вкладышем и валом при росте нагрузки, может приводить к умень-
шению общей подачи масла через регулятор. Это, в сочетании с ука-
занным выше перераспределением расходов масла, дополнительно
ухудшает условия работы вкладыша на стороне турбины. Возможно,
в условиях частых пусков следует отказаться от одностороннего
присоединения обратной связи по маслу регулятора перепада давле-
ний “масло — водород” и присоединять эту связь к трубопроводу
после демпферного бака до разветвления к уплотнениям.
Наблюдения, проведенные над двухпоточными торцевыми
уплотнениями, показали, что имеется еще один фактор, связанный
с перемещениями вала, — изменения давления в камерах прижима-
ющего масла. При перемещении вала в сторону возбудителя (режим
нагружения) падает давление в камере прижимающего масла со сто-
роны возбудителя и возрастает со стороны турбины, что сопровож-
дается колебаниями давления. Измерения показали, что минима-
льное и максимальное давления прижимающего масла при колеба-
ниях достигали соответственно 0,1 — 0,3 МПа (1 — 3 кгс/см2) при
номинальном значении 0,15 МПа (1,5 кгс/см2). Кратковременно
давление прижимающего масла может подниматься и до больших
значений (может оказаться полезной установка предохранительно-
го клапана, не допускающего резкого повышения давления прижи-
мающего масла). Усугубляющим фактором является одностороннее
присоединение обратной связи регулятора прижимающего масла,
которое в условиях частых пусков целесообразно заменить присое-
динением к общему трубопроводу прижимающего масла до разветв-
ления к уплотнениям.
Увеличение усилий трения при перемещении вкладыша в корпусе,
как правило, приводит к ухудшению подвижности вкладыша, чему
способствуют перекос вкладыша и износ баббитовой поверхности.
Основные причины увеличения усилий трения:
деформация резиновых уплотняющих колец;
отсутствие центровки вкладыша в корпусе уплотнения;
деформация наружного щита и деформация корпуса уплотнения
(обоймы) вследствие недостаточной жесткости
неправильная обработка или повреждение сопряженных поверх-
ностей стопорного (шпоночного) узла.
Иногда застревание вкладыша происходит из-за ошибочного вза-
имного расположения вкладыша и корпуса при сборке.
70
Рис. 16. Выдавливание уплотняющих колец в зазор между вкладышем и корпу-
сом торцевого уплотнения под действием давления масла в камерах:
1 — резиновые уплотняющие кольца; 2, 3 — вкладыш и корпус уплотнения;
4 — масло
Эти причины связаны каке дефектами конструкции, так и с несо-
вершенством технологии. Далее подробно рассмотрены способы их
предотвращен ия.
Деформация резиновых уплотняющих колец в процессе эксплуата-
ции и частичное выдавливание резины в уплотняемый зазор
(рис. 16) создают значительное сопротивление аксиальному пере-
мещению вкладыша и могут стать причиной утечек масла помимо
вкладыша.
Причины деформации резинового шнура: слишком большой
уплотняемый зазор, слишком большое первоначальное сжатие ре-
зины, низкое качество резины. Значительная деформация резино-
вых уплотняющих колец необратима; повторно эти кольца исполь-
Рис. 17. Деформация резиновых уплотняющих колец на турбогенераторах типа
ТВФ-ЮО-2 (я) и ТВВ-165-2 (б)
71
зовать нельзя (рис. 17). Чтобы избежать деформации резины, требу-
ется при установке уплотняющих колец применять минимально
возможный по технологическим соображениям уплотняемый ради-
альный зазор между вкладышем и валом и не завышать начальное
сжатие резинового шнура.
Начальное сжатие резинового шнура (рис. 18) составляет:
Дг/ = d — (Лк + Дг),
где d—диаметр резинового шнура в свободном состоянии; йк— глу-
бина кольцевой канавки для резинового шнура; Дг = — г2; Ч — ра-
диус расточки корпуса; г2 — радиус цилиндрической поверхности
вкладыша у кромки канавки.
Минимально допустимое начальное сжатие для резинового шну-
ра диаметром d = (7 + 12) - 10“3 м составляет&dmin = 0,25 10“3 м.
Максимальное начальное сжатие &dmax не должно превышать
значений, указанных ниже:
Д<„,д, • 1(»	3 м ......................... 0,4	0,4	0,5	0,6	0,7
</,.'10 -’м................................ 7	8	9	10	12
При этом площадь поперечного сечения кольцевой канавки под
резиновое кольцо должна быть больше площади поперечного сече-
ния резины примерно на 20 %, т.е. приближенно hKbK > d2, где bi: —
ширина кольцевой канавки. Это условие особенно важно прове-
рять, если при ремонте приходится менять резиновый шнур на шнур
другого диаметра.
Ниже приведены рекомендуемые значения средних радиальных
зазоров Дг между вкладышем и корпусом в зависимости от перепада
давлений с обеих сторон резинового кольца Др-
Аг, -10~3м.............. 0,7+ 0,9 0.6+ 0,7	0,5	0,5
40 + 80	140+180 200 + 250 250 + 450
(0,4+ 0,8) (1,4+1,8) (2,0+ 2,5) (2,5 + 4,5)
Ад. кПа
(кгс/см3)
Рис. 18. Установка резинового уплот-
няющего кольца:
а — размеры канавки и сжатие кольца;
б — кольцо в свободном состоянии
72
Отсутствие центровки вкладыша в корпусе характеризуется не-
равномерностью радиального зазора и усилий от трения по окруж-
ности вкладыша. Если вкладыш в корпусе не отцентрован, то в ниж-
ней части расточки корпуса радиальный зазор будет снижен до нуля,
а в верхней — увеличится до максимального значения (разности
диаметров корпуса и вкладыша), т.е. вдвое. Это может свести на нет
все усилия по предупреждению деформации резиновых колец, по-
скольку значительно увеличит Лг/ в нижней части уплотнения. При
этом в верхней части может оказаться Лг/ = 0 и даже зазор между ре-
зиновым шнуром и корпусом (лг/< 0). Последнее приведет к нару-
шению маслоплотности и автономности масляных камер уплотне-
ния, т.е. к высокому расходу масла через зазор и к недопустимому
изменению давлений в масляных камерах.
Наилучшим образом равномерность радиального зазора обеспе-
чивается при помощи центровки вкладыша в расточке корпуса на
так называемых сухарях, которые располагаются по окружности с
учетом направления вращения вала и положения стопора-шпонки
от проворачивания вкладыша. При наиболее распространенном
расположении стопора-шпонки 1 — вверху (рис. 19, а) — один су-
харь 4 располагается в расточке корпуса 2 внизу под вкладышем 3,
воспринимая усилие РТ от массы вкладыша; а второй сухарь — в го-
ризонтальной плоскости со сдвигом по направлению вращения
вала, не допуская сближения вкладыша с корпусом под действием
усилия Рм. Это усилие приложено к вкладышу от крутящего момен-
та Л/кр, передаваемого от вала и уравновешиваемого моментом от
усилия реакции шпонки Рш.
При расположении стопора в горизонтальной плоскости вполне
достаточно одного сухаря 4внизудля центровки вкладыша в корпу-
се (рис. 19, б, в). Если же стопор находится в н ижней части, то, как и
в первом случае, требуются два сухаря: один (опорный) — внизу ря-
дом со стопором, другой — в горизонтальной плоскости со сдвигом
против направления вращения вала (рис. 19, г).
Качество обработки рабочих поверхностей сухарей вкладыша про-
веряется пригонкой по поверхности расточки корпуса по краске —
должно быть не менее 10 пятен на квадрате со стороной 25 • 10”3 м.
Точность центрирования вкладыша в расточке корпуса должна
быть не менее 0,1  10-3 м. При отклонении расточки корпуса от
цилиндрической формы должна быть обеспечена симметричность
радиального зазора относительно оси уплотнения с точностью до
0,1  Ю“3 м.
Шероховатость поверхности расточки корпуса в местах установ-
ки резиновых колец и сухарей должна быть не более 1,25  10 ' 6 м
73
Рис. 19. Расположение центрирующих сухарей при различном расположении
стопора-шпонки
(ГОСТ 9378-75), а отклонение образующей расточки корпуса от
прямой в местах установки сухарей не должно превышать
0,05 • 10 ~3 м.
Сухари выполняются в виде опорных колодок из антифрикцион-
ного материала (например, бронзы БРОФ 10-1), устанавливаемых
на сферической поверхности вкладыша, как показано на рис. 20.
Очевидно, что равномерность радиального зазора по окружности,
т.е. идеальная центровка, будет достигнута, если выступающая часть
сухаря hc = &г. Если hc < Аг, то в зоне расположения сухаря будет
максимальное начальное сжатие Лг/С = d - (//к + Лс), а диаметрально
противоположно — минимальное начальное сжатие Adr= d — (hK +
+ 2Лг — hc).
Необходимо убедиться, что А<± < Ad.,,.,,., а Аг/>Л<7„„.
V-	fflCLX	f	Ifllfl
Деформация наружных (торцевых) щитов вследствие их недоста-
точной жесткости наблюдается на некоторых генераторах, что приво-
дит к нарушению условий для нормального следования вкладышей за
валом, поскольку к шитам крепятся корпуса уплотнений. Поэтому
74
Рис. 20. Крепление центрирующего сухаря к вкладышу:
/ - вкладыш; 2 — центрирующий сухарь
надо проверять биение торцевой поверхности наружного щита турбо-
генератора, к которой закрепляется корпус уплотнения. Максималь-
но допустимое торцевое биение указанной поверхности должно со-
ставлять примерно 15 — 20 % отношения диаметра окружности рас-
положения болтов крепления корпуса к расстоянию от внутренней
кромки центрирующего сухаря (или центра опорной поверхности
вкладыша) до внутреннего торца вкладыша.
Деформация корпусов уплотнений из-за недостаточной жесткости
наблюдается на турбогенераторах ТВФ-100-2 и ТВВ-165-2 ранних
выпусков, что также препятствует нормальному перемещению
вкладышей.
Дефекты сопряженных поверхностей сто порных(шпоночных)уз-
лов возникают в результате смятия металла в месте контакта из-за
длительного воздействия больших удельных давлений, если шпон-
ка, стопорящая вкладыш от проворота, и контактирующая с нею де-
таль изготовлены из сравнительно мягкой стали без термообработ-
ки. Имеетзначение также чистота поверхностей указанных деталей.
Для изготовления деталей шпоночного узла рекомендуется сталь
марок 10, 15 или 20 с цементацией и последующей закалкой. Твер-
дость контактных поверхностей шпоночного узла должна быть не ме-
нее 300 НВ. Допустимое отклонение от плоскостности контактных
поверхностей шпоночного узла не должно превышать 0,05  10 ~ 3 м,
шероховатость контактных поверхностей для плоских шпонок —
75
0,63 • Ю-6 м (по ГОСТ 9378-75), для роликовых шпонок — вдвое
большее значение.
На ряде генераторов обнаруживаются электроэрозионные по-
вреждения шпонки-стопора, контактирующей с ней поверхности
вкладыша и поверхностей контакта вкладыша с корпусом. Ожоги
поверхностей, перенос металла с одной поверхности на другую уве-
личивают силу трения вкладыша в корпусе и препятствуют аксиаль-
ному перемещению вкладыша. Наиболее часто электроэрозионные
повреждения поверхностей трения в уплотнениях наблюдаются на
турбогенераторах с ухудшенной изоляцией корпуса уплотнения со
стороны возбудителя, которая в процессе эксплуатации не может
контролироваться. Если появляются подобные повреждения, необ-
ходимо принять меры к обеспечению изоляции от подшипниковых
токов, исключить появление напряжения на валу. Если последнее
не может быть устранено, то целесообразно установить закоротку из
жгута тонких медных гибких проводников между вкладышем и кор-
пусом, исключив, таким образом, возможное появление разности
потенциалов. Закоротка не должна препятствовать аксиальному пе-
ремещению вкладыша.
Застревание вкладыша с аварийными последствиями происходит,
если при аксиальном перемещении упорного диска опорная поверх-
ность вкладыша или крайнее резиновое кольцо выходят за пределы
расточки корпуса. При конструировании узла уплотнений монтаж-
ные аксиальные расстояния торцевых поверхностей и кромок,
определяющие взаимное расположение вкладыша и корпуса при
сборке, обычно назначаются с учетом следующих величин, которые
должны быть заранее известны (для каждой стороны генератора):
начальное положение упорного диска ротора относительно ториа
наружного щита генератора в холодном состоянии при отсутствии
избыточного давления в корпусе генератора;
аксиальное перемещение упорного диска ротора во всем диапа-
зоне нагрузок турбоагрегата относительно начального положения;
деформация наружного щита при повышении и снижении давле-
ния газа в корпусе генератора с учетом нагрева и охлаждения;
заданный аксиальный зазор (с учетом запаса на возможную необ-
ходимость проточки упорного диска) до 10 мм.
76
ГЛАВА ШЕСТАЯ
Причины, признаки и пути
предупреждения отказов
и неисправностей кольцевых
уплотнений турбогенератора
6.1.	ПОВЫШЕННЫЙ НАГРЕВ БАББИТА ВКЛАДЫША
Повышение сверх допустимого значения температуры баббита
вкладыша кольцевого (как и торцевого) уплотнения обычно вызва-
но либо повышением температуры масла на входе в уплотнения,
либо недостаточностью охлаждающего расхода масла (в сторону
воздуха).
В кольцевом уплотнении допустимо повышение температуры
баббита до 90 °C. В период приработки температура масла, сливаю-
щегося в сторону водорода в кольцевых уплотнениях, может подни-
маться кратковременно до 100 °C и выше. Это не нарушает работо-
способности узла, недлительная работа при такой температуре спо-
собствует ухудшению качества масла.
Обычно в кольцевых, как и в торцевых, уплотнениях больше все-
го нагрет запирающий поясок в сторону водорода. Температура по-
яска тем выше, чем меньше кольцевой зазор между вкладышем и ва-
лом и чем больше аксиальная длина. Значительная часть тепла с по-
яска отводится через вкладыш к основному охлаждающему потоку
масла, роль которого в связи с этим возрастает.
Как и для торцевого уплотнения, полноценной характеристикой
теплового состояния вкладыша является перегрев баббита относи-
тельно масла 7°, равный разности температур баббита и входящего
масла, а также перегрев масла, равный разности температур выходя-
щего и входящего масла. Допустимым можно считать перегрев баб-
бита в пределах 35 — 45 °C и масла — в пределах 40 — 50 °C. Если
фактический перегрев оказался выше и не снижается в процессе
77
приработки, а расходы масла — не менее заданных, то это является
одним из признаков ухудшения радиальной подвижности вклады-
ша, а также дефекта конструкции или сборки.
Следует отметить, что гидродинамическая разделка баббита зна-
чительно увеличивает потери мощности в уплотнении, и если рас-
ход масла недостаточен для отвода тепла, то применение такой раз-
делки приводит к повышению температуры.
6.2.	НЕДОСТАТОЧНЫЙ ИЛИ СЛИШКОМ ВЫСОКИЙ
РАСХОД МАСЛА
Поток масла в кольцевом (как и вторцевом) уплотнении разделя-
ется на основной охлаждающий поток в сторону воздуха и запираю-
щий поток масла в сторону водорода.
При постоянных значениях частоты вращения вала, давлений
уплотняющего масла и водорода расходы масла с каждой стороны, а
также нагревы масла и баббита вкладыша зависят от радиального и
аксиального размеров кольцевого зазора между баббитовой поверх-
ностью вкладыша и валом (см. гл. 2). Зачастую недостаточный рас-
ход масла объясняется неудачным выбором размеров кольцевого за-
зора между вкладышем и валом: слишком малый радиальный раз-
мер и большая аксиальная длина этого зазора. В этом случае
повышение нагрева баббита не приводит к его повреждению, так
как тепловое расширение вкладыша вызывает увеличение радиаль-
ного зазора, а, следовательно, и увеличение охлаждающего потока
масла, снижающее перегрев баббита и масла до допустимых значе-
ний. Аналогичное “саморегулирование” расхода масла в кольцевом
уплотнении происходит при износе (приработке) баббита.
Если же недостаточный расход масла вызван снижением перепа-
да давлений “масло — водород” из-за большого расхода масла поми-
мо уплотнений (см. гл. 4) или недостаточной производительности
маслонасоса, то саморегулирования расхода и нагрева масла не про-
исходит, а нагрев и тепловое расширение вкладышей способствуют
нарушению газоплотности уплотнений. Свойство саморегулирова-
ния расхода и нагрева масла в кольцевом уплотнении не зависит от
наличия гидродинамической клиновидной разделки баббита.
Слишком высокий расход масла в кольцевом уплотнении объяс-
няется следующими причинами:
увеличенным радиальным размером и малой длиной кольцевого
зазора между баббитовой поверхностью вкладыша и валом;
перекосом вкладыша относительно вала и (или) деформацией
вкладыша в корпусе;
78
недостаточной плотностью и (или) повреждениями резиновых
колец, перекрывающих зазоры между вкладышем и корпусом и
между промежуточной обоймой и корпусом;
неплотностями разъемов вкладыша и (или) корпуса;
повреждением (отслоением) баббита.
К завышенному расходу масла в сторону воздуха может приво-
дить также неправильная гидродинамическая разделка баббита.
Увеличенные радиальные зазоры между вкладышем и валом либо
обусловлены ошибками проектирования, изготовления, сборки,
либо возникают в процессе эксплуатации вследствие износа бабби-
та. Чем меньше аксиальная длина вкладыша, тем меньше должен
быть радиальный зазор.
Минимально возможный зазор по условиям технологии изго-
товления равен (0,03 — 0,04)10-3 м на радиус при внутреннем диа-
метре вкладыша примерно 0,3 — 0,5 м. Для некоторых конструк-
ций при проектировании назначается большее значение зазора —
(0,05 — 0,06)10-3 м, а на генераторе ТГВ-200М радиальный зазор
увеличен до 0,12 • 10 '3 м. При этом учитывается принятая форма
баббитовой поверхности и наличие гидродинамической разделки.
Последняя увеличивает потери мощности на трение в слое масла, и
для снижения нагрева масла требуется повышенный расход масла в
сторону воздуха. Поэтому следует придерживаться заданных в чер-
тежах ограничений по глубине скоса клиновой плошадки и по раз-
мерам выходов для масла в сторону воздуха (аналогично торцевым
уплотнениям).
Как и для торцевых уплотнений, увеличение расхода масла в сто-
рону воздуха не только снижает температуру баббита и масла, но и
может приводить к нарушению газоплотности узла и попаданию во-
дорода в картеры подшипников (см. гл. 9).
Повышение расхода масла в сторону водорода, как и в торцевом
уплотнении, ухудшает экономичность эксплуатации уплотнения,
так как приводит к росту расхода водорода на продувки генератора
(см. гл. 3), а также способствует попаданию масла в генератор (см.
гл. 8). Поэтому должны приниматься различные конструктивные
меры по снижению расхода масла в сторону водорода (например,
винтовая канавка на запирающем баббитовом пояске со стороны
водорода, сниженный перепад давлений масла и водорода) или по
уменьшению соприкосновения масла с водородом в сливной камере
(см. гл. 8).
Признаком увеличенного радиального зазора между вкладышем
и валом является обычно низкая температура баббита при наблю-
даемом со стороны водорода повышенном расходе масла. Но если
79
повышение расхода масла в сторону водорода происходит из-за не-
плотностей резиновых колец, разъемов и отслоения баббитовой за-
ливки, то это может сопровождаться повышенным нагревом бабби-
та вкладыша на запирающем пояске, поскольку значительная часть
масла идет помимо пояска и не участвует в охлаждении последнего.
Признаком значительного увеличения общего расхода масла в
кольцевых уплотнениях при недостаточной производительности
рабочего маслонасоса является снижение перепада давлений масла
и газа, которое может привести к отключению турбоагрегата техно-
логической защитой от понижения уровня масла в демпферном баке
(см. гл. 3, 4). Чрезмерное возрастание общего расхода масла может
стать причиной нехватки масла, подаваемого от демпферного бака,
при аварийном безнасосном выбеге турбоагрегата. К тем же послед-
ствиям может приводить появление значительного расхода масла
помимо узла уплотнений (см. гл. 4).
6.3.	ИЗНОС БАББИТА ВКЛАДЫША И ВАЛА
Износ баббита вкладыша зависит от ряда факторов. Основным
фактором, как и для торцевого уплотнения, является чистота масла.
Наличие механических включений в масле, подаваемом в уплотне-
ния, ускоряет износ. Отрицательным фактором является также об-
воднение масла. Решающими факторами являются вибрация вала и
недостаточная ргщиальная подвижность вкладыша. Предельно сжа-
тые в рабочем режиме резиновые кольца со стороны воздуха препят-
ствуют самоустанавливанию вкладыша относительно вала, что спо-
собствует перекосу вкладыша и нарушению его радиальной подвиж-
ности. Износ баббита приводит к увеличению радиального зазора
между вкладышем и валом и расходов масла, т.е. снижению темпе-
ратуры баббита.
Редко встречающийся случай — износ и повреждения поверхно-
сти шейки вала в зоне расположения запирающего пояска и рабочей
баббитовой поверхности вкладыша, что фактически приводит к си-
льно увеличенным радиальным зазорам (рис. 21). Причинами тако-
го износа являются не только загрязнения и механические примеси
в масле, но и наличие напряжения на валу, т.е. дефекты заземляю-
щей щетки и электрической цепи, заземляющей вал.
Причиной возникновения напряжения на валу электрической
машины является несимметрия магнитной системы из-за эксцент-
риситета ротора, разницы в шихтовке пакетов стали статора, витко-
вые замыкания в обмотке ротора. При определенных условиях эта
несимметрия вызывает переменный кольцевой поток в сердечнике
80
Рис. 21. Износ шейки вала под вкладышем кольцевого уплотнения:
/ — кольцевые царапины; 2 — кольцевые выработки на шейке глубинок до
0,15  10-3 м
статора, индуцирующий напряжение на валу. Именно по этой при-
чине с одной стороны генератора (со стороны возбудителя) изоли-
руются подшипники, уплотнения, связанные с ними трубопроводы.
Но напряжение на валу возникает также при электростатическом
заряде лопаток турбины и может быть достаточно высоким, а также
при наличии емкостной связи со статической системой возбужде-
ния. В последнем случае высокочастотные импульсы напряжения
при нарушении цепи заземляющей щетки, могут пробить пленку
масла между шейкой вала и вкладышем подшипника.
6.4.	ПЕРЕКОС КОЛЬЦЕВОГО ВКЛАДЫША
Перекос кольцевого вкладыша относительно вала (различие ко-
льцевых зазоров по длине вкладыша) возникает оттого, что весьма
затруднительно и маловероятно обеспечение строгой перпендику-
лярности к валу торцевой поверхности выточки в корпусе, жестко
закрепленном на наружном щите. Если вкладыш прижат к этой по-
верхности, то неизбежен перекос вкладыша относительно вала, что
81
усугубляется деформацией корпуса уплотнения и наружного щита
генератора при повышении давления водорода, а также изгибом
вала ротора.
Чтобы перекос был минимален, аксиальный размер (длина) вкла-
дыша должен быть тем меньше, чем больше габариты наружного
щита и вала. Однако есть конструктивные ограничения на отноше-
ние диаметра кольца вкладыша к его аксиальной длине, предупреж-
дающие коробление и деформацию вкладыша. Поэтому необходи-
мы дополнительные меры по минимизации перекоса вкладыша.
Необходимо исключить прижатие вкладыша к стенке корпуса,
для чего следует не только обеспечить максимальную радиальную
подвижность вкладыша, но и предусмотреть необходимые для само-
устанавливания вкладыша относительно вала зазоры между вклады-
шем и стенками корпуса. Кроме того, уплотняющие резиновые ко-
льца не должны быть слишком деформированы и сжаты, так как это
препятствует самоустанавливанию вкладыша относительно вала и
нарушает его радиальную подвижность, способствуя перекосу вкла-
дыша. В этом смысле конструкция уплотнения, где между вклады-
шем и корпусом имеется самоустанавливающаяся в корпусе проме-
жуточная обойма (см. рис. 3, б), весьма перспективна, так как вмес-
те с обоймой самоустанавливается относительно вала и вкладыш.
Перекос вкладыша является дополнительной причиной значите-
льного увеличения расходов масла. При этом разность температур
баббита в разных точках кольца вкладыша возрастает, а в отдельных
точках температура может оказаться значительно повышенной.
6.5.	НЕДОСТАТОЧНАЯ РАДИАЛЬНАЯ ПОДВИЖНОСТЬ
ВКЛАДЫША В КОРПУСЕ
В идеальном кольцевом уплотнении вкладыш должен двигать-
ся вместе с валом. Однако реальный вкладыш инерционен и тор-
мозится при радиальном перемещении силами трения. Сила
инерции пропорциональна массе вкладыша. Поэтому обычно ста-
раются снизить инерционность вкладыша за счет уменьшения мас-
сы вкладыша, например, путем применения коробчатого сечения,
использования составного вкладыша (из ряда колец) и т.п. Сила тре-
ния пропорциональна аксиальному усилию, с которым вкладыш
(через резиновые уплотняющие кольца) прижат к стенкам выточки
в корпусе уплотнения. Это усилие определяется давлением водорода
и площадью вкладыша, соприкасающейся с водородом. Чем выше
82
давление водорода, тем больше усилия, требующиеся для радиаль-
ного смещения вкладыша в корпусе уплотнения.
Недостаточная радиальная подвижность вкладыша приводит к
тому, что при радиальных перемещениях вала баббитовая поверх-
ность вкладыша подвергается ускоренному износу.
Гидродинамическое усилие в масляном слое кольцевого уплот-
нения должно существенно превышать силу трения резиновых ко-
лец в корпусе, препятствующую радиальному смещению вклады-
ша, в противном случае неизбежно отставание по фазе движения
вкладыша от движения вала в радиальном направлении, значитель-
ное сближение вала и вкладыша, вплоть до соударения вала с бабби-
товой поверхностью вкладыша (при вибрации вала), вследствие чего
ускоряется износ баббита. В обычном кольцевом уплотнении с ма-
лым эксцентриситетом вала относительно вкладыша при высоком
давлении водорода гидродинамические усилия в масляном слое мо-
гут оказаться недостаточными, чтобы исключить ускоренный износ
баббитовой поверхности вкладыша при вибрации вала.
Гидродинамическая разделка баббитовой поверхности вклады-
шей кольцевых уплотнений позволяет устранить этот недостаток,
так как значительно увеличивает усилия, возникающие в масляном
слое при сближении вкладыша и вала, делает их зависимыми от ми-
нимальной толщины масляного слоя и практически исключает соу-
дарения с валом при нормальных уровнях радиальной вибрации.
Наличие клиновых площадок центрирует вкладыш относительно
вала, способствует самоустанавливанию вкладыша относительно
вала и предотвращает перекос вкладыша.
Другой весьма эффективный способ обеспечения радиальной по-
движности кольцевого вкладыша — компенсация аксиального уси-
лия, действующего на вкладыш со стороны водорода, путем созда-
ния противоположно направленного усилия от давления масла (см.
ниже). То же достигается при помощи дополнительных потоков
масла (двух- и трехпоточные уплотнения). Дополнительная компен-
сация усилия со стороны водорода может быть достигнута также со-
зданием между вкладышем и корпусом боковой воздушной камеры
со стороны водорода, отделенной от водорода и масла резиновыми
кольцами.
Компенсация аксиального усилия разгружает вкладыш и значи-
тельно снижает усилия трения, препятствующие радиальному сме-
щению вкладыша, т.е. следованию вкладыша за валом. Опыт эксп-
луатации показал, что вкладыш в таком уплотнении очень долго не
изнашивается, а резиновые кольца деформируются незначительно.
83
Нарушению радиальной подвижности вкладыша способствует
обводнение масла, которое приводит к коррозии металла, отложе-
нию продуктов коррозии в узких зазорах между вкладышем и валом.
Чтобы этого не происходило, следует не только заботиться о качест-
ве масла, но и изготавливать корпус и вкладыш уплотнения из мате-
риалов, не подверженных коррозии (вкладыш — из латуни или
бронзы, корпус — из нержавеющей стали). Кстати, это снижает на-
грев узла в мощных генераторах, имеющих высокий уровень элект-
ромагнитных полей рассеяния в торцевых зонах.
Уплотняющие резиновые кольца должны устанавливаться в ко-
льцевом уплотнении с более жесткими, чем вторцевом уплотнении,
требованиями к соблюдению допусков, предусмотренных в конст-
рукторско-технологической документации. Отступления от задан-
ных значений уплотняемых зазоров, диаметра резинового шнура и
размеров кольцевых канавок, слишком большое начальное сжатие
резины, а также значительное давление от аксиального усилия, дей-
ствующего на вкладыш. — все это приводит к тому, что в процессе
эксплуатации резина деформируется, частично выдавливаясь в за-
зор. “закусывается”, что создает значительное сопротивление ради-
альному перемещению вкладыша и может стать причиной утечек
масла помимо вкладыша. Поэтому начальное сжатие этих резино-
вых колец не должно превышать0,2  К) 3 м. При конструировании
следует учитывать давление на кольца от аксиального усилия, дейст-
вующего на вкладыш, принимая предельно допустимое давление на
резиновое уплотняющее кольцо, равным 0,25 — 0,3 МПа.
В то же время недостаточно сжатые в рабочем режиме резиновые
кольца со стороны водорода могут привести к значительной утечке
масла помимо вкладыша в сторону водорода, а для некоторых кон-
струкций — к нарушению газоплотности узла.
6.6.	КОМПЕНСАЦИЯ АКСИАЛЬНЫХ УСИЛИЙ,
ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ВКЛАДЫШ КОЛЬЦЕВОГО
УПЛОТНЕНИЯ
Компенсация аксиального усилия может осуществляться за счет
подбора боковых площадей вкладыша, на которые действуют давле-
ния газа и масла, так, чтобы вкладыш был практически полностью
разгружен при том рабочем давлении водорода, с которым турбоге-
нератор работает длительно. Обычно таким давлением является но-
минальное давление газа.
84
Рис. 22. Схема действия аксиальных усилий на вкладыш кольцевого уплотнения
Рассмотрим возможности компенсации аксиального усилия
на вкладыш на примере кольцевого уплотнения конструкции
ЦКБЭнерго.
Аксиальные усилия, действующие на вкладыш 3в корпусе ^/коль-
цевого уплотнения (рис. 22), от избыточного давления газа Fr = рД.,
от давления масла FM = pMSM, где pY ирм — давления газа и масла со-
ответственно; = л(/?2-/?2) — площадь поверхности вкладыша,
на которую действует давление газа; 5М = л(/?2 - /Ц) — площадь по-
верхности вкладыша, на которую действует давление масла; Rx и /?2 —
радиусы расположения резиновых уплотняющих колец 1 и 2; /?3 —
радиус вала 5.
Компенсация проводится так, чтобы максимально разгрузить
вкладыш, т.е. минимизировать результирующее усилие FF= Fv — F ,
действующее на вкладыш в аксиальном направлении в рабочем диа-
пазоне давлений водорода. При ры= pv +кр AF=pr(5r - 5М) -
— Ар5м. Например, для уплотнения турбогенератора типа ТВФ-60-2
5Г = 0,0382 м2; 5М = 0,0256 м2; pr = 100 кПа, Др = 60 кПа.
85
Т а б л ина 7. Аксиальное усилие Л/-, кН, действующее на вкладыш при различ-
ных р, и Др
р,, кПа	Др, кПа			
	50	60	70	80
50	-0,65	-0,906	-1,162	-1,418
100	-0,02	-0,276	-0,532	-0,788
150	0,61	0,354	0,098	-0,158
200	1,24	0,984	0,728	0,472
250	1,87	1,614	1,358	1,102
Предельно допустимому давлен ию на резиновое уплотняющее
кольцо 0,25 МПа соответствует предельное аксиальное усилие
А^пред — 0’5 кН.
Значения АД рассчитанные для различных рг и Др, приведены в
табл. 7. Видно, что результирующее аксиальное усилие AF< АГпред
обеспечивается при давлении водорода 0,2 МПа и менее. Знак А/7
указывает направление результирующего усилия; “плюс” означает
F < Гг, т.е. Л/7 сжимает резиновое кольцо 2, “минус”, наоборот,
FM > У7, т.е. Л^сжимает резиновое кольцо /.
Очевидно, могут быть подобраны такие сочетания рг и Ар, кото-
рые позволят минимизировать Л/7 и не перегружать резиновые
уплотняющие кольца. Однако эти сочетания фиксированы при 'за-
данной настройке регулятора перепада давлений и заданном давле-
нии водорода. При постоянном значении перепада давлений масла
и газа (регуляторы РПД-14, ДРДМ-5, ДРДМ-12М и т.п.) достаточ-
ная компенсация достигается лишь в узком интервале давлений газа
вблизи того значения, для которого предусмотрена максимальная
разгрузка вкладыша.
Если турбогенератор часто работает с переменным графиком на-
грузки при различных давлениях водорода ниже номинального значе-
ния, целесообразно предусмотреть компенсацию аксиального усилия
в достаточно широком диапазоне давлений водорода. Для этого необ-
ходим регулятор, обеспечивающий заданную характеристику — зави-
симость перепада давлений масла и газа от давления газа. Так, регуля-
тор типа ДРДМ-21У имеет линейную характеристику. Чтобы обеспе-
чить компенсацию аксиального усилия на вкладыш в заданном
диапазоне давлений водорода, надо подобрать параметры характери-
стики регулятора для заданных размеров вкладыша и корпуса уплот-
нения В гл 7 дан пример подбора характеристики такого регулятора.
86
6.7.	ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ, ОСНОВАННЫЕ
НА РАСЧЕТНЫХ ОЦЕНКАХ НАГРЕВА И РАСХОДА
МАСЛА, СЛИВАЮЩЕГОСЯ В СТОРОНУ ВОДОРОДА
Основные расчетные формулы аналогичны формулам, приведен-
ным в гл. 5 для торцевых уплотнений.
Расход масла в сторону водорода через запираюгции поясок
с _
6рВ
Нагрев масла, сливающегося в сторону водорода,
G^2R2B2
сррБ4
где В — длина пояска; Ra— радиус вала;/?— перепад давлений масла
и газа; с — удельная теплоемкость масла; р — плотность масла; со —
угловая скорость вала; р — динамическая вязкость масла, р =
= 0,031 е-0044(7’-40). р _ средняя температура масла на пояске,
Т= Тт + А 7/2; Тт — температура входящего (холодного) масла.
Поскольку необходимо учесть зависимость вязкости масла от
температуры, расчет проводится методом итераций аналогично
описанному в гл. 5.
Особенностью кольцевого уплотнения является увеличение зазо-
ра 5 между вкладышем и валом при нагреве из-за теплового расши-
рения вкладыша, благодаря которому происходит саморегулирова-
ние нагрева вкладыша. Зависимость зазора 5 от нагрева вкладыша и
вала
б(Г) = R(t) - Яв(/) = /?(! + ХАГ) - Яв(1 + ХВДГВ) =
= R — R. + 8XAt 4- R ХА/ — R X А/
где R, Rt. — радиусы вкладыша и вала, R = 5 + /?в; X, Хв — коэффици-
енты теплового расширения вкладыша и вала; А/, А/в — нагревы
вкладыша и вала по отношению к начальной температуре.
Поскольку нагрев вала может меняться в пределах от 20 до 60 °C,
обозначим его 20А, где варьируется к = 1 т 3. Допустим также, что
нагрев А/ вкладыша линейно зависит от нагрева масла А'Д т.е
А/ = А£Т, где коэффициент нагрева вкладыша At зависит от конст-
87
Рис. 23. Зависимость расхода масла в сторону водорода в кольцевом уплотнении от
коэффициента нагрева вкладыша А, при нагревах вала на 0 (/ ), 20 (2) и 40 °C (3)
Рис. 24. Зависимость нагрева масла в кольцевом уплотнении от коэффициента
нагрева вкладыша А, при нагревах вала на 0 (/), 20 (2) и 40 °C (3)
рукции; 0<Аг < 1. Можно принимать для практических расчетов
А, = 0,4 т 0,6 и 1 = Хв.
С учетом указанных допущений, получим следующее:
8(/) = 8(1 + ХА^Т) + R^AfiT- 20А).
Приведенные формулы позволяют уточнять фактический зазор в
процессе итераций при определении средней температуры масла на
запирающем пояске. Практические расчеты реальной конструкции
уплотнения турбогенератора типа ТГВ-200М, выполненные с доста-
точной для практики точностью, показали, что потребовалось
33 — 35 шагов итераций. Результаты расчетов приведены на рис. 23 и
24. При нагреве вала в диапазоне 20 - 40 °C расходы масла в сторону
водорода составят 4 — 7 л/мин при нагреве масла 40 — 65 °C.
88
Диагностический признак для кольцевого уплотнения формули-
руется аналогично приведенному выше для торцевого уплотнения:
если фактически измеренный расход масла в сторону водорода пре-
вышает более чем на 20 % максимальное значение расчетного диа-
пазона, то имеет место утечка масла помимо запирающего пояска —
через неплотности резинового кольца; при этом перегрев масла мо-
жет быть ниже минимального расчетного значения.
89
ГЛАВА СЕДЬМАЯ
Отказы и неисправности оборудования
систем маслоснабження уплотнений,
их причины и пути предупреждения
7.1.	ОТКАЗЫ И НЕИСПРАВНОСТИ РЕГУЛЯТОРА
ПЕРЕПАДА ДАВЛЕНИЙ “МАСЛО - ВОДОРОД”
Дифференциальный грузовой регулятор перепада давлений
“масло — водород” настраивается на заданное значение превыше-
ния давления уплотняющего масла над давлением водорода — пере-
пада давлений “масло — водород” (масла и газа) Ар.
Для большей части регуляторов, находящихся в эксплуатации
(типа РПД-14, ДРДМ-5, ДРДМ-12М и т.п.), это значение постоян-
но, так как не зависит от давления газа рг и давления масла рм, а зави-
сит только от массы груза т (включая массу золотника) и площади
сечения золотника 5, на которое действуют давления масла и газа.
Установившееся положение золотника в этих регуляторах соответ-
ствует равновесию усилий, действующих на золотник, площадь се-
чения которого 5= (рис. 25, д),
P^S-pYS-
откуда
ДР = Рм - Рг = mS/S.
Признаки неисправности такого регулятора — это отклонения
от нормы перепада давлений “масло — водород”, которые сопро-
вождаются работой соответствующей сигнализации и могут
быть определены и проверены по показаниям приборов. Опас-
ность понижения перепада давлений “масло — водород” для уплот-
90
нений показана в гл. 4. Повышение пе-
репада давлений масла и газа более чем
на 0,02 - 0,03 МПа (0,2 - 0,3 кгс/см2),
приводит к увеличению общего расхода
масла, а часто и к переливам масла из
демпферного бака, вследствие чего со-
держание кислорода в гидрозатворе бы-
стро нарастает, вплоть до превышения
допустимых значений.
Для кольцевых уплотнений с аксиа-
льной разгрузкой вкладыша целесооб-
разно применять регуляторы перепада
давлений “масло — водород”, обеспечи-
вающие заданную зависимость перепа-
да давлений от давления газа. Эта зави-
симость должна учитываться при назна-
чении уставок срабатывания устройств
схемы сигнализации.
Так, регуляторы типа ДРДМ-20 и
ДРДМ-21У имеют линейную характе-
ристику, т.е. перепад давлений масла и
газа линейно зависит от давления газа:
Др = арг + б,
где коэффициент а = (5| — 52)/52 =
= Z)2 /(Z)2 - Р2) — при постоянном диа-
метре £>! зависит от соотношения диа-
метров золотника £)| и /ф; коэффициент
б= mg/Si — постоянная составляю-
щее. 25. Схема действия
усилий по оси золотника регу-
лятора перепада давлений
“масло — водород”:
а — регуляторы типа
ДРДМ-12М, РПД-14; б -
регулятор типа Д РДМ-21У
щая перепада давлений, зависящая только от массы т груза
(включая массу золотника).
Такая зависимость обеспечивается, если в регуляторе различны
площади поверхностей золотника (рис. 25, б), на которые действу-
ют давления газа (5| = л/9 2 / 4) и масла (S2 =	- D%) / 4).
Подбор характеристики такого регулятора заключается в выборе
коэффициента а для компенсации результирующего аксиального
усилия ДЩдля кольцевого уплотнения. Рассмотрим это на примере
кольцевого уплотнения конструкции ЦКБЭнерго (см. гл. 6). Резу-
льтаты расчета характеристики регулятора для различных значений
а приведены на рис. 26, зависимости аксиального усилия AFot дав-
91
Рис. 26. Характеристики регулятора ДРДМ-21У для различных соотношений
диаметров золотника
Рис. 21. Зависимость результирующего аксиального усилия t\P, действующего на
вкладыш кольцевого уплотнения, от давления газа />г для различных характери-
стик регулятора ДРДМ-21У
ления газарг для различных характеристик регулятора ДРД М-21У —
на рис. 27.
Видно, что для регулятора с постоянным значением Др =
= 0,09 МПа (а = 0) имеет место самая резкая зависимость результи-
92
рующего усилия AFot давления водорода. Для рабочего диапазона
давлений водорода 0,1 —0,2 МПа наилучшая разгрузка вкладыша,
т.е. минимальное усилие дЛцостигается при а = 0,4, но при этом Ар
повышается сверх предельно допустимого значения для этого типа
генераторов, равного 0,09 МПа. Можно рекомендовать а = 0,3; та-
кая характеристика регулятора обеспечивает приемлемую компен-
сацию аксиального усилия на вкладыш AF< 0,5 кН в заданном диа-
пазоне давлений водорода при Ар < 0,09 МПа.
Рассмотрим основные причины отказов и неисправности регуля-
торов с заданным постоянным значением перепада давлений “мас-
ло — водород”.
Неисправности золотника регулятора в большинстве случаев при-
водят к отклонениям от нормы перепада давлений масла и газа. По-
ложение равновесия золотника в буксе регулятора по вертикальной
оси всегда соответствует определенному расходу масла и давлению
масла на входе в регулятор, а также давлению газа в генераторе и
установленному при наладке регулятора грузу в верхней камере.
При изменениях указанных давлений и расхода масла золоти и к дол-
жен сместиться вверх или вниз и занять новое положение равнове-
сия. Наиболее распространенным дефектом золотника является за-
едание (застревание) его в буксе при смещении в новое положение.
В результате регулятор начинает работать в качестве дросселя, т.е.
перепад давлений становится зависимым от давления масла перед
регулятором, давления газа, расхода масла. При этом наблюдаются
более или менее значительные отклонения фактического перепада
давлений “масло — водород” от заданного значения.
Признаки заедания золотника любого регулятора обычно прояв-
ляются в следующих изменениях перепада давлений “масло — водо-
род” при различных изменениях режима работы:
снижение давления газа увеличивает перепад давлений “мас-
ло — водород”, а повышение давления газа — уменьшает;
увеличение расхода масла в уплотнениях (например, при пуске
турбогенератора или в случае запаздывания аксиального перемеще-
ния одного из вкладышей торцевого уплотнения) приводит к пони-
жению перепада давлений “масло — водород”, а следовательно к
тому, что не обеспечивается необходимый по условиям охлаждения
вкладышей расход масла (в этом случае возможен не только пропуск
водорода через уплотнения, но и повышенный перегрев баббита);
уменьшение расхода масла в уплотнениях (например, при оста-
нове турбогенератора или в случае запаздывания вкладыша торце-
вого уплотнения) приводит к повышению перепада давлений
“масло — водород”; в период останова турбогенератора некоторое
93
повышение давления масла оказывается полезным с точки зрения
уменьшения износа баббита в том случае, если оно не приводит к си-
фонным переливам масла издемпферного бака и к пропускам водо-
рода через уплотнения; однако случайное заедание золотника не
всегда может оказаться стольудачным, поэтому случайные повыше-
ния перепада давлений следует рассматривать лишь как признаки
неисправности регулятора:
снижение давления масла на входе в регулятор в пределах, допус-
каемых уставками АВР (отключение и включение маслонасосов,
повышение сопротивления фильтра), приводит к соответствующе-
му снижению давления масла на выходе регулятора;
повышение давления масла на входе в регулятор (например,
вследствие одновременного включения двух маслонасосов) увели-
чивает перепад давлений масла и водорода и зачастую приводит к
сифонному переливу масла издемпферного бака и пропуску водо-
рода через уплотнения.
Эти признаки можно выявить путем эксплуатационных испыта-
ний регулятора, во время которых варьируется давление газа в кор-
пусе генератора (в допустимых пределах) и давление масла на входе в
регулятор (например, включением резервного маслонасоса).
Если давление масла на входе в регулятор понижается до значе-
ния менее рабочего давления уплотняющего масла, то в течение
времени, необходимого для включения резервного или аварийного
маслонасоса, перепад давлений масла и газа снижается даже при ис-
правном перемещении золотника регулятора. Золотник в этом слу-
чае переходит в свое крайнее положение, обеспечивающее максима-
льное пропускание масла через регулятор. Восстановление норма-
л ьного давлен ия масла на входе в регулятор в этом случае приводит к
повышению перепада давлений масла и газа и колебаниям давления
вследствие некоторой инерционности регулирования, прежде чем
восстановится нормальный перепад. Эти колебаниядавленияобыч-
но невелики, поэтому процесс восстановления давления масла безо-
пасен для уплотнений. Повышение давления масла на входе в регу-
лятор при исправном регуляторе приводитлишь к незначительному
и кратковременному повышению давления уплотняющего масла,
что не опасно.
При включенном демпферном баке заедание золотника вызывает
изменения уровня масла в баке при изменении давления масла на
входе в регулятор. Чем меньше расход масла в уплотнениях, тем ме-
ньше меняется уровень масла в баке и перепад давлений масла и
газа. Наличие переливной трубы ограничивает повышение перепада
давлений. Отклонения перепада давлений “масло — водород”, свя-
94
занные с заеданием золотника регулятора, немного сглаживаются за
счет изменения уровня масла в трубопроводе над демпферным ба-
ком. Происходит снижение уровня и расходование части масла из
бака при увеличении расхода масла (либо при увеличении давления
газа) и повышение уровня при уменьшении расхода масла (либо при
уменьшении давления газа). Подача дополнительного масла из дем-
пферного бака облегчает режим работы уплотнений, поддерживая
необходимые условия охлаждения баббита вкладышей.
Изменение перепада давлений масла и газа вследствие неисправ-
ности регулятора может быть отмечено только после установления
нового уровня масла в демпферном баке (возможно, после некото-
рых колебаний уровня). Если же этот уровень станет ниже уставок
реле уровня масла в демпферном баке, то сработает сигнализация, а
технологическая защита обеспечит автоматическое отключение ге-
нератора и останов турбоагрегата (см. гл. 3).
Причины заедания золотника регулятора перепада давлений мас-
ла и газа часто заключаются в следующих дефектах изготовления и
монтажа регулятора:
отклонения диаметров золотника и буксы сверх допусков;
значительные отклонения оси буксы от вертикали;
значительная шероховатость сопряженных поверхностей золот-
ника и буксы.
Другая весьма распространенная причина — это загрязнение
масла механическими частицами, соизмеримыми по размерам с за-
зорами между золотником и буксой, вследствие недостаточной очи-
стки маслопроводов после ремонта и неэффективной фильтрации
масла.
Регуляторы, в конструкции которых не предусмотрено вращение
золотника (РПД-14, ДРДМ-5 и др.), более подвержены заеданию зо-
лотника, но их надежность можно повысить путем ликвидации фа-
сок на поршнях золотника. Наличие острых кромок на поршнях
уменьшает затягивание механических частиц в зазор между буксой и
золотником и снижает вероятность застревания золотника по при-
чине недостаточной очистки масла.
Естественные утечки маслачерез кольцевой зазор междубуксой и
золотником в верхнюю газовую полость регулятора, сливающиеся
затем через трубку обратной связи регулятора, создают масляный
слой между днищем полости и нижним грузом. Прилипание груза к
поверхности масляного слоя способствует застреванию золотника.
Чтобы избежать этого явления, рекомендуется на обращенной к
маслу поверхности груза выполнить кольцевые канавки или устано-
вить под нижний груз ограничитель высотой (2 — 3)  10 ~ 3 м.
95
Для регуляторов с вращающимся золотником признаком воз-
можного заедания золотника является прекращение или значитель-
ное замедление вращения золотника. Однако заедание золотника
должно быть подтверждено и другими признаками (см. выше), так
как есть и другая причина прекращения вращения золотника — зна-
чительное снижение давления масла перед регулятором. В этом слу-
чае прекращение вращения золотника является одним из признаков
неполадок в работе маслонасосов и оборудования схемы маслоснаб-
жения на пути от маслонасосов до регулятора.
Вращение золотника в значительной степени предотвращает зае-
дание золотника из-за засорения зазора между золотником и буксой
и тем самым повышает надежность регуляторов с вращающимся зо-
лотником по сравнению с регуляторами других типов. Если все же
золотник перестал вращаться вследствие засорения, но режим рабо-
ты уплотнений остался неизменным, то перепад давлений масла и
водорода, как правило, сохраняется некоторое время, в течение ко-
торого могут быть приняты меры к устранению неисправности. Лег-
кие удары по корпусу регулятора могут устранить заедание и возоб-
новить вращение золотника. В противном случае регулятор должен
быть отключен и отревизован.
Дефекты обратной связи регулятора по водороду обычно заключа-
ются в засорении или перекрытии импульсной трубки и приводят к
постепенному понижению перепада давлений масла и газа. Влияние
демпферного бака в этих случаях аналогично описанному выше. Пе-
рекрытие импульсной трубки по водороду не всегда требует отклю-
чения регулятора. Если трубка заполнилась маслом, что может быть
видно по наличию масла в верхней камере регулятора, то этот недо-
статок иногда удается устранить путем восстановления непрерыв-
ного уклона трубки в сторону слива, ликвидации подъема провис-
шей трубки. Когда такие меры не помогают при полностью открытом
вентиле на импульсной трубке, необходимо отключить регулятор и
произвести ревизию трубки и вентиля, в котором, возможно, раз-
бухла или выступила резиновая уплотняющая прокладка.
Есть специфические недостатки в работе регулятора перепада
давлений масла и газа, вызванные неудачным подключением обрат-
ной связи по водороду. На заводских чертежах схем маслоснабже-
ния уплотнений обычно не указывалась высотная отметка места
подключения обратной связи по водороду. Поэтому при монтаже
это подключение выполнялось не всегда так, как это необходимо
сделать для нормальной работы регулятора. В схемах, где установле-
ны гидрозатворы ЗГ-500, обратная связь по водороду регулятора пе-
репада обычно подключалась к камере в верхней части гидрозатво-
96
ра, связанной по газу с корпусом генератора через сливной маслоп-
ровод уплотнения и с демпферным баком через переливную трубу
последнего. Поскольку гидрозатвор 3Г-500 обычно устанавливается
внизу (на нулевой отметке), то место подключения обратной связи
регулятора по водороду оказывалось заведомо ниже общего сливно-
го маслопровода подшипников, с которым связана нижняя часть
гидрозатвора.
В процессе перехода с водорода на воздух при снижении давления
газа в корпусе генератора до значения, меньшего, чем уравновеши-
ваемое столбом масла в вертикальном трубопроводе, соединяющем
нижнюю часть гидрозатвора со сливным маслопроводом подшип-
ников, этот трубопровод и гидрозатвор начинают работать, как со-
общающиеся сосуды. Уровень масла в гидрозатворе поднимается,
масло заполняет тидрозатвор и трубопроводы, присоединенные к
верхней части гидрозатвора, вытесняя газ в корпус генератора. При
этом разъединяются газовый объем корпуса генератора и газовые
полости регулятора перепада давлений, демпферного бака, верхней
части гидрозатвора. Это нарушает работу регулятора и приводит
сначала к завышению, затем к занижению перепада давлений масла
и газа. Когда давление газа в корпусе генератора становится равным
атмосферному давлению, уровень масла в трубопроводах над гидро-
затвором, в том числе в сливных маслопроводах уплотнений, распо-
лагается немного выше сливного маслопровода подшипников.
Разъединение газовых полостей отрицательно влияет на работу
регулятора перепада давлений масла и газа и при повышении давле-
ния газа в корпусе в процессе пуска турбогенератора. Так, если на-
стройка регулятора на заданный перепад давлений с установкой со-
ответствующих грузов проводилась при низком (атмосферном) дав-
лении газа в корпусе генератора, то при повышении давления газа до
номинального значения и снижении уровней масла в сливных мас-
лопроводах и в гидрозатворе перепад давлений изменится (снизит-
ся) и настройку регулятора придется менять.
Таким образом, для нормальной работы регулятора перепада дав-
лений масла и газа с неизменной настройкой в любых режимах по
давлению газа необходимо исключить разъединение газового объе-
ма генератора и газовой полости регулятора. Для этого место под-
ключения обратной связи по водороду регулятора перепада давле-
ний масла и газа к трубе, выходящей из верхней точки гидрозатвора
ЗГ-500, должно располагаться выше общего сливного маслопровода
подшипников (на 0,2 — 0,3 м).
Реконструироватьэтотузел целесообразно монтажом дополните-
льной трубы Dy 25, соединяющей газовую полость регулятора с гид-
97
розатвором ЗГ-500 в соответствии с указанным требованием, при
этом прежняя трубка обратной связи будет служить для слива масла,
проникающего в газовую полость регулятора через кольцевой зазор
между золотником и буксой.
В схемах, где установлены гидрозатворы ЗГ-ЗО, также имело мес-
то неправильное подключение обратной связи по водороду регуля-
тора перепада давлений масла и газа к верхней части гидрозатвора.
Это также приводило к разъединению газового объема генератора и
газовой полости регулятора и к забросам масла в генератор в пере-
ходных режимах. Чтобы это исключить, следует подключать обрат-
ную связь регулятора по водороду к трубке в верхней точке гидрозат-
вора, так чтобы место подключения располагалось выше общего
сливного маслопровода подшипников.
Нарушение обратной связи по маслу вследствие перекрытия или
засорения импульсной трубки обратной связи или утечки масла так-
же приводит к отклонению от нормы перепада давлений масла и
газа. Влияние демпферного бака в этих случаях аналогично описан-
ному выше. Этот дефект способствует повышению перепада давле-
ний масла и газа. Как правило, засоряется отверстие в дроссельной
шайбе на импульсной трубке к регулятору от маслопровода уплотне-
ний, хотя обычно имеются сетки для защиты этого отверстия от за-
сорения. Шайба устанавливается для демпфирования колебаний
давления масла из-за чрезмерной чувствительности обратной связи.
Для устранения засорения отверстия в шайбе требуется кратковре-
менное отключение регулятора и ревизия импульсной трубки и
шайбы. Утечки масла из импульсной трубки обычно происходят че-
рез трещину, неплотность штуцера или сварного шва, неплотность
камеры обратной связи на дне регулятора. Место утечки обнаружи-
вается визуально. Для устранения утечки требуется вывод регулято-
ра из работы.
Следует иметь в виду, что создание регулируемого малого расхода
масла из камеры обратной связи в сливной маслопровод подшипни-
ков через трубку с регулирующим вентилем Dy 10— 15 позволяет
поднимать перепад давлений масла и водорода без перенастройки
регулятора в длительном режиме вращения вала устройством вало-
поворота, чтобы избежать ускоренного износа баббита вкладышей
торцевых уплотнений. При этом необходимо избегать перелива мас-
ла через переливную трубу демпферного бака. По окончании режи-
ма валоповорота нормальный перепад давлений должен быть вос-
становлен путем закрытия указанного регулирующего вентиля.
Недостаточная автономность камер на входе и выходе регулято-
ра приводит к большим перетокам масла между золотником и бук-
98
сой. Независимо от наличия или отсутствия заедания золотника в
буксе, следствиями и признаками недостаточной автономности ка-
мер являются:
нестабильность (повышение и понижение) перепада давлений
масла и газа при изменениях расхода масла и давления масла перед
регулятором;
заполнение маслом верхней (газовой) камеры регулятора;
некоторая зависимость частоты вращения золотника от давления
масла перед регулятором (с вращающимся золотником).
Недостаточная автономность масляных камер регулятора —
это следствие серьезных дефектов изготовления, обычно обнару-
живаемых в процессе проверки впервые установленного регуля-
тора: отклонений диаметров золотника и буксы сверх допусков,
раковин и других дефектов металла, деформации и повреждения
уплотняющих прокладок, колец и т.п. Устранение этих дефектов,
как правило, требует замены регулятора или, по крайней мере, за-
мены золотника.
В некоторых случаях выполняются увеличенные зазоры между
золотником и буксой с целью предотвращения заедания золотника
при сильно загрязненном масле, но такой способ “компенсации”
загрязнения масла нельзя рекомендовать, так как недостаточная ав-
тономность масляных камер регулятора приводит к тем же нежела-
тельным последствиям, что и заедание золотника.
7.2.	ОТКАЗЫ И НЕИСПРАВНОСТИ РЕГУЛЯТОРА
ДАВЛЕНИЯ ПРИЖИМАЮЩЕГО МАСЛА
Регуляторы давления прижимающего масла устанавливаются в
системах маслоснабження двухпоточных торцевых уплотнений, в
которых усилие прижима вкладыша к упорному диску вала создает-
ся не пружинами, а маслом в специальной камере, отделенной рези-
новыми уплотняющими кольцами от камеры уплотняющего масла и
от воздуха. Эти регуляторы с газом не связаны и имеют одну обрат-
ную связь — по прижимающему маслу Для нормальной работы ре-
гулятора давления прижимающего масла не рекомендуется безрас-
ходный режим работы, поэтому в камере прижимающего масла
между вкладышем и корпусом уплотнений предусмотрены малые
отверстия, через которые осуществляется небольшой слив масла в
картеры основных подшипников. Диаметр указанных отверстий в
уплотнениях должен быть не более заданного в чертежах (для турбо-
генераторов типа ТВВ-320-2 — не более 2 мм).
99
Неправильная настройка регулятора прижимающего масла либо
дефекты сборки или изготовления этого регулятора приводят к не-
достаточности усилия, прижимающего вкладыш к валу (см. гл. 4).
Причины дефектов — заедание золотника, нарушение обратной
связи по маслу и др. — аналогичны описанным выше дефектам регу-
ляторов перепада давлений уплотняющего масла и водорода.
Нарушение обратной связи по маслу чаще всего возникает вслед-
ствие засорения линии обратной связи или дроссельного устройства
на входе в регулятор, в котором предусматривается дроссельная
шайба с малым отверстием и устанавливаются сетки для защиты
этого отверстия от засорения. Другая причина — неплотность линии
обратной связи и утечка масла. При таком нарушении регулятор за-
вышает давление прижимающего масла, и, если нет ограничителя
хода золотника, завышенное давление может значительно превы-
сить заданное значение давления, а это, в свою очередь, может при-
вести к чрезмерному росту нагрузки на вкладыш и повреждению
баббита.
Заедание золотника регулятора давления прижимающего мас-
ла может возникнуть также вследствие засорения, т.е. при загряз-
ненном масле, и, кроме того, при подаче масла от демпферного
бака по трубопроводу с обратным клапаном, в котором при обыч-
ном эксплуатационном режиме масло не прокачивается и остыва-
ет. Остывание масла приводит к значительному повышению по-
терь напора. Отсутствие прокачки масла приводит к накоплению
шлама и загрязнению масла на этом участке. Подача холодного и
загрязненного масла в регулятор давления прижимающего масла
может приводить к заеданию золотника. Так как давление на вхо-
де в регулятор при подаче масла от демпферного бака ниже, чем
при нормальной подаче масла от маслонасоса, заедание золотни-
ка обязательно сопровождается снижением давления прижимаю-
щего масла, т.е. снижением усилия, прижимающего вкладыш, и
увеличением расхода масла в уплотнениях. Для предотвращения
этого дефекта целесообразно в указанном обратном клапане выпол-
нить небольшое (диаметром 2 мм) отверстие для постоянного про-
тока и прогрева масла этой линии.
7.3.	НЕПОЛАДКИ В СИСТЕМЕ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ
ПОДАЧИ МАСЛА В УПЛОТНЕНИЯ ОТ ДЕМПФЕРНОГО
БАКА
Возрастание потерь напора в маслопроводах, присоединяющих
бак, происходит, если бак установлен с отклонениями от норм (см.
100
гл. 2) и если низка температура масла, заполняющего бак и маслоп-
роводы. Большие потери напора, обусловленные большим расходом
масла при малом диаметре трубопровода от бака к уплотнениям,
приводят к тому, что подача масла от бака к уплотнениям сопровож-
дается значительным падением перепада давлений масла и газа на
входе в уплотнения (вплоть до нуля). Это установлено как стендовы-
ми испытаниями уплотнений с демпферным баком в системе мас-
лоснабжения, так и испытаниями систем маслоснабження действу-
ющих турбогенераторов.
Условие надежности аварийного маслоснабження уплотнений от
демпферных баков — суммарные потери напора во всех элементах
масляного тракта от демпферного бака до уплотнений не должны
превышать0,02 МПа (0,2 кгс/см2).
Для приближенной оценки фактических потерь можно пользова-
ться экспериментальными данными, приведенными в табл. 8.
Пересчет на другой диаметр условного прохода и на другой расход
масла можно сделать ориентировочно, исходя из того, что потери
напора в вентиле прямо пропорциональны квадрату расхода масла и
обратно пропорциональны четвертой степени внутреннего диамет-
ра, а потери на линейных участках маслопроводов прямо пропорци-
ональны первой степени расхода масла и обратно пропорциональны
четвертой степени внутреннего диаметра. Изгибы трубопроводов
дают дополнительные потери напора, которые достигают 10 — 20 %
значения потерь в остальной части тракта.
Слишком низкая температура масла (ниже 35 °C) в демпферном
баке и трубопроводе над баком также приводит к значительному па-
дению давления масла на входе в уплотнения, поскольку растут по-
тери напора из-за значительного повышения вязкости масла при
снижении температуры [4]:
г, °C................................... 25
И, 10 “ 3 Па  с	66.7
30	35	40	45	50
47,48 39.63	31,78	26,26	18.74
Охлаждение масла в баке неизбежно, если отсутствует прокачка
масла через бак. Этот недостаток был присущ параллельной схеме
подключения масла в демпферном баке, когда бак подключался к
напорному маслопроводу одной трубой. Такая схема применялась
первоначально и привлекала своей простотой. Однако резервирова-
ние подачи масла при такой схеме происходило при существенном
понижении перепада давлений масла и газа на входе в уплотнения и
могло обеспечиваться только при достаточно высокой наружной
температуре.
101
Таблица 8. Потери напора в маслопроводах D,, 50 при расходе масла
2,5  10 ~ 3 м3/с (150 л/мин) и различных температурах’ масла
Температура масла, °C	Потери напора на трение в трубо проводах на 10 малины, МПа (кгс/см2)	Потери напора в запорном вентиле, М Па (кгс/см2)
12	0.028 (0,28)	0,015-0,02 (0,15-0,2)
40	0,015(0.15)	
60	0.01 (0,1)	
При прокачке масла через бак большую роль играет высота столба
масла в трубе над баком, поскольку это масло (застойная зона) осты-
вает быстрее, чем масло в баке. Степеньснижения температуры мас-
ла в трубе над баком зависит от температуры окружающего воздуха и
от диаметра трубы. Рисунок 28 иллюстрирует изменение по высоте
над баком температуры поверхности трубопровода D 50 при темпе-
ратурах масла в баке 37, 40.7 и 49 °C (графики /, 2 и 3 соответствен-
но). На том же рисунке показаны температуры масла в центре трубо-
провода (точки 4, 5и 6), соответствующие указанным выше темпе-
ратурам масла в баке, а также температура окружающего воздуха
(3 — 5 °C, график 7).
Итак, нецелесообразно чрезмерно повышать уровень масла над
баком, так как в трубопроводе над баком масло остывает и становит-
ся более вязким. Это повышает потери напора, т.е. дополнительно
снижает давление масла, поступающего к уплотнениям при резер-
вировании. Следует считать нормальным, если уровень масла рас-
полагается на высоте 1,5 — 2,5 м над баком. Этот уровень обеспечи-
вается при последовательной и последовательно-параллельной схе-
мах, если выдержаны заданные диаметры трубопроводов и вентилей
(см. табл. 3) и расход масла не слишком велик.
В настоящее время применяются схемы только с протоком масла
через бак, полным (последовательная схема подключения) или час-
тичным (последовательно-параллельная схема подключения). Нор-
мы на диаметры трубопроводов и вентилей [ 1 ] для различных типов
турбогенераторов (см. табл. 3), а также схемы подключения бака (см.
рис. 11 и табл. 2) учитывают вышеуказанные экспериментальные
данные и обеспечивают при полном открытии вентилей достаточ-
ный прогрев масла в баке и допустимые значения потерь напора.
Следует учесть, что подача масла из демпферного бака неизбежно
сопровождается некоторым понижением перепада давлений масла
и газа — на 0,01 — 0,02 МПа (0.1 — 0,2 кгс/см2), поскольку уровень
масла снижается за несколько секунд до верха бака. После срабаты-
вания масла из трубы над баком перепаддавлений масла и газа полдер-
102
Рис. 2S. Распределение температур по
высоте L трубопровода нал демпферным
баком в установившемся режиме
живается примерно постоян-
ным, благодаря горизонтально-
му расположению демпферного
бака, пока не израсходуется весь
объем масла в баке.
Проверка системы резерви-
рования подачи масла от демп-
ферного бака должна произво-
диться обязательно в процессе
предпусковых испытаний тур-
богенератора после капиталь-
ного ремонта или монтажа,
после текущих ремонтов, если
производились какие-либо из-
менения в схеме маслоснабже-
ния или в самих уплотнениях,
а также при появлении при-
знаков неудовлетворительной
работы системы резервирова-
ния — частого возникновения
сифонного перелива, сниже-
ния перепада давлений масла и
газа на уплотнениях более, чем
на 0,02 МПа (0,2 кгс/см2) при
номинальной частоте враще-
ния вала генератора.
После монтажа (или каких-
либо переделок) системы ре-
зервирования с демпферным
баком прежде всего должно
быть проверено соответствие чертежам и другой технической доку-
ментации фактических диаметров трубопроводов, вентилей, высот-
ных отметок расположения бака, трубопроводов, арматуры, реле
уровня масла. После включения маслонасосов производится пред-
пусковой прогрев масла в демпферном баке. Достаточно прогрет
должен быть и столб масла в трубе нал баком.
Проверка АВР и схемы сигнализации уровня масла в демпфер-
ном баке проводится на холостом ходу генератора, при этом
фиксируются:
а)	значения давления масла по манометрам после демпферного
бака и на уплотнениях, которые должны снизиться не более, чем на
0,02 МПа (0,2 кгс/см2);
103
б)	продолжительность промежутка времени т с момента перекры-
тия вентиля перед регулятором перепада давлений и до появления
сигнала от первого реле уровня.
Значение т должно быть не более Юс для генераторов завода
“Электротяжмаш” и не более 2 с для генераторов завода “Электро-
сила”. Слишком большая продолжительность т по сравнению с при-
веденными выше примерными значениями говорит о возможных
дефектах в схеме сигнализации, в монтаже реле уровня, о недоста-
точном прогреве масла, о слишком больших потерях напора, о весь-
ма сниженном расходе масла; слишком малая продолжительность т
говорит о чрезмерно большом расходе масла в уплотнениях.
Если давление масла в уплотнениях при подаче его от демп-
ферного бака и неизменном давлении газа понизится по сравне-
нию с давлением в нормальном режиме более чем на 0,02 МПа
(0,2 кгс/см2), то это свидетельствует о наличии каких-то дополните-
льных гидравлических сопротивлений (например, неполное откры-
тие вентиля), недостаточном прогреве масла в баке (в трубе над ба-
ком) и (или) чрезмерно большом расходе масла в уплотнениях. Воз-
можные нежелательные последствия — перелив масла через бак в
нормальном режиме, значительное снижение перепада давлений
“масло — водород” в режиме резервирования, слишком быстрое
опорожнение демпферного бака при безнасосном аварийном оста-
нове турбоагрегата.
7.4.	НЕИСПРАВНОСТИ ПОПЛАВКОВОГО ГИДРОЗАТВОРА
НА СЛИВЕ МАСЛА В СТОРОНУ ВОДОРОДА
Масло, сливающееся в сторону водорода, через сливные камеры
уплотнений и сливные маслопроводы попадает в поплавковый гид-
равлический затвор, в котором оно "запирает” водород от прорыва
последнего в общий сливной маслопровод подшипниковтурбоагре-
гата и далее в главный маслобак. В этот маслопровод масло из гидро-
затвора выбрасывается периодически под воздействием давления
газа при открытии поплавкового клапана. Этот клапан должен авто-
матически выпускать масло из гидрозатвора при повышении уровня
масла и надежно перекрывать выходной патрубок при снижении
уровня масла.
Неработоспособность поплавкового клапана — это основная неис-
правность гидрозатвора. Причины могут быть различны: дефекты
монтажа, трещины поплавка и заполнение его маслом из-за дефек-
тов изготовления, накопление осадка шлама и грязи в масле, дефор-
мация и смещение поплавка или его деталей крепления от прямого
104
воздействия потока масла, особенно при переливе из демпферного
бака. Последняя причина устраняется установкой в баке гидрозат-
вора ЗГ-500 защитного “козырька” над поплавком.
Чаще всего встречается заедание в закрытом положении клапана
поплавкового гидрозатвора или попадание масла в поплавок. Это
нарушает слив масла и обнаруживается по повышению уровня мас-
ла, о котором поступает сигнал от верхнего реле уровня гидрозатво-
ра. Заедание клапана устраняют легкими ударами по затвору, а из-
быток масла сливают, открыв сливной вентиль помимо клапана.
Если не удается восстановить работоспособность гидрозатвора, то
приходится периодически выпускать масло вручную, открывая бай-
пасный вентиль помимо клапана. Повышение уровня масла в гид-
розатворе может приводить:
а)	к попаданию масла в генератор — вследствие нарушения нор-
мального слива, повышения уровня масла в сливных трубопроводах
и перетока загрязненного маслом водорода из сливных камер в кор-
пус генератора;
б)	к снижению уровня масла в трубе над демпферным баком и
ложной работе технологической защиты на отключение турбогене-
ратора; это происходит, когда нарушена связь по газу с корпусом
генератора.
Заедание (зависание) клапана гидрозатвора может произойти и в
открытом положении, что весьма опасно, так как приводит к проры-
ву водорода в сливную систему подшипников турбоагрегата. Такое
нарушение сначала проявляется в понижении уровня масла в затво-
ре и появлении сигнала от нижнего реле уровня в гидрозатворе. В
этом случае необходимо закрыть вентиль на сливе масла из клапана
и попытаться устранить дефект промывкой клапана маслом, накап-
ливая масло и открывая вентиль. Можно попробовать устранить за-
едание клапана легкими ударами по корпусу гидрозатвора. Если это
не помогает, то работают с закрытым вентилем на сливе, периодиче-
ски вручную выпуская масло, до тех пор, пока не появится возмож-
ность остановить турбогенератор для ремонта гидрозатвора Опыт
показывает, что ручное регулирование уровня масла в гидрозатворе
зачастую оказывается неуспешным из-за недостаточной трениро-
ванности персонала, поэтому длительная эксплуатация турбогене-
ратора в таком режиме нежелательна. Для предупреждения опасных
последствии целесообразно на трубопроводе слива из гидрозатвора
установить дополнительный вентиль с электромагнитным приво-
дом, действующим на закрытие вентиля по сигналу от нижнего реле
уровня гидрозатвора.
105
Другие дефекты гидрозшпвора — трещины маслоуказательного
стекла, негерметичность резиновой прокладки фланца маслоука-
зательного стекла и т.п. — приводят обычно к такому нарушению
газоплотности, которое нс допускает дальнейшей эксплуатации
турбогенератора, требуя вывода в ремонт для устранения дефекта
гидрозатвора.
На ряде генераторов старых выпусков, имеющих кроме поплав-
кового гидрозатвора еще и петлевой, можно не останавливать ге-
нератор для устранения дефекта гидрозатвора; достаточно вывес-
ти последний из работы, перейдя на петлевой затвор, предварите-
льно понизив избыточное давление водорода в генераторе до
0,05 МПа (0,5 кгс/см2). На генераторах серии ТГВ 200 и 300 МВт
предусмотрены два поплавковых гидрозатвора (ЗГ-ЗО), что позволя-
ет вывести из работы любой из них для ремонта, не останавливая
турбогенератор.
В настоящее время ОАО “Силовые машины — Электросила”
предлагает установку резервного гидрозатвора ЗГ-500 на мощных
генераторах серии ТВВ мощностью 500 и 1000 МВт, что весьма це-
лесообразно, гак как позвочяет исключить вынужденные остановы
турбоагрегата для устранения дефектов гидрозатвора генератора.
7.5.	ПРИЧИНЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МАСЛА И ПУТИ ИХ
УСТРАНЕНИЯ
Загрязненное масло содержит взвеси твердых частиц — механи-
ческих включений и абразивных частиц. Механические включения
попадают в маслопроводы уплотнений либо в результате плохой
очистки системы маслоснабжения при ремонтах (стружка, грат и
т.п.), либо в результате коррозии металла, которая особенно интен-
сивна при обводненном масле. Кроме того, при длительной работе
турбоагрегата в масле накапливаются продукты старения, разложе-
ния (шлам), которые выпадают в осадок в сливных маслопроводах,
тупиковых отсеках и емкостях.
Для предупреждения загрязнения масла на электростанциях
рекомендована промывка маслосистем турбоагршатов при капи-
тальных ремонтах пневмогидроимпульсным способом с исполь-
зованием полиамидной ткани с ячейками 0,05 мм. Свежее масло
должно заливаться только в чистые маслосистемы после удаления
всех отложений.
Рабочий и резервный фильтры в схеме маслоснабжения уплотне-
ний гипа ФМ-10 имеют металлические сетки саржевого переплете-
ния, пропускающие частицы размерами от 0,3- 10~3м и менее.
106
Сетки должны систематически проверяться и очищаться, иначе эф-
фективность очистки падает, а потеря напора масла в фильтре воз-
растает до 0,1 МПа (1 кгс/см2) и выше. Для этого фильтры необхо-
димо периодически выводить из работы, переключая поток масла на
другой фильтр.
По зарубежным данным износа баббита вкладышей торцевых
уплотнений и вала можно избежать, если удалять из масла твердые
частицы размерами более 5 - 10“ 6 м. При первом пуске после мон-
тажа или ремонта рекомендуется частая замена сеток с ячейками
(10 — 20) 10 6 м до полной очистки масла в системе.
Общими недостатками фильтров, применяемых в настоящее вре-
мя на электростанциях, являются горизонтальная конфигурация
сетчатых поверхностей и малый объем приемной масляной камеры.
На горизонтальных участках сетки, через которые масло проходит
сверху вниз, осаждается основная часть загрязнений. Другая часть
отфильтрованных частиц оседает на дно приемной камеры. Вслед-
ствие того, что размеры приемной камеры обычно малы и нет гря-
зесборника, осевшие на дно частицы взбалтываются потоком посту-
пающего в фильтр масла и вновь попадают на сетку, интенсифици-
руя ее загрязнение. Это приводит к возрастанию гидравлического
сопротивления фильтра до 0,05 МПа (0,5 кгс/см2) и более, а в ряде
случаев и к прорыву сеток.
Фильтр может быть лишен описанных выше недостатков, если
сетчатую поверхность фильтрации выполнить вертикальной, а в
нижней части приемной камеры поместить грязесборник, исклю-
чающий загрязнение сеток и позволяющий удалять осадок без
разборки фильтра. Испытания такого фильтра при расходах масла
2,5 — 4,2 м3/с (150 — 250 л/мин) и температуре масла 30 — 40 °C по-
казали, что его гидравлическое сопротивление может быть не более
5 кПа [11].
В системах маслоснабження уплотнений вала генератора имеется
ряд специфических причин загрязнения масла. Длина трубопрово-
дов между уплотнениями и масляным фильтром в системе маслос-
набжения уплотнений на некоторых станциях достигает 30 — 60 м
Поэтому возможно загрязнение масла и в этих трубопроводах (ока-
лина, ржавчина) при недостаточно качественной очистке последних
и при обводнении масла. А главное — на пути движения масла от
фильтра до уплотнений имеется демпферный бак, в котором ско-
рость течения масла снижается до 0,03 м/с и твердые частицы и
шлам накапливаются на дне бака.
Особенно резко падает скорость течения масла в демпферном
баке в период останова турбоагрегата, так как расход масла на уплот-
107
пения уменьшается. При изменениях и колебаниях уровня масла в
трубе над демпферным баком, обусловленных изменениями расхо-
да масла и работой регуляторов давления масла в переходных режи-
мах при пуске турбоагрегата, осадок, находящийся на дне бака, пе-
реходит во взвешенное состояние и поступает вместе с маслом в
уплотнения.
Таким образом, в наиболее неблагоприятный, с точки зрения
износа, период работы уплотнений — период пуска и останова — в
уплотнения поступает загрязненное масло. Это может приводить
к ускоренному износу баббита вкладышей, а также к отложениям
грязи и шлама непосредственно в маслораспределительных каме-
рах уплотнений в зоне опорных поверхностей вкладыша и корпу-
са, что приводит к ухудшению подвижности вкладышей в корпусах
уплотнений.
Чтобы избежать накопления осадка в демпферном баке, целесо-
образна прокачка масла через демпферный бак на остановленном
турбогенераторе либо установка дополнительных фильтров на на-
порных маслопроводах после демпферного бака. Однако в этих фи-
льтрах потери напора не должны превышать 10 кПа (0,1 кгс/см2) во
избежание значительного снижения эффективности резервирова-
ния подачи масла от демпферного бака.
108
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
Причины попадания масла из
уплотнений в корпус турбогенератора
и способы устранения этого явления
8.1.	ПРИЗНАКИ ПОПАДАНИЯ МАСЛА В КОРПУС
ГЕНЕРАТОРА И ВЛИЯНИЕ ЭТОГО ЯВЛЕНИЯ
НА НАДЕЖНОСТЬ СТАТОРА И РОТОРА
Попадание масла в корпус генератора — весьма распространен-
ный недостаток в работе уплотнений вала всех типов. Интенсивное
попадание масла, как и воды, сигнализируется при помощи индук-
тивных указателей жидкости (УЖИ), установленных на дренажных
трубопроводах в нижней части корпуса генератора. Появляется све-
тозвуковой сигнал "Вода, масло в генераторе”. Получив такой сиг-
нал, персонал должен слить жидкость из дренажного трубопровода,
установить, что это за жидкость, и проверить, как быстро она накап-
ливается, снова открыв вентиль через определенный промежуток
времени [I]. Если повторное открытие дренажного вентиля показы-
вает, что попадание жидкости в корпус генератора продолжается, то
необходимо выяснить причину и попытаться устранить это явление
(хотя это часто не удается без останова генератора).
Бывает, что сигнал от УЖИ отсутствует и замасливание обмотки
и сердечника статора генератора обнаруживается лишь при выводе
генератора в ремонт, при этом масляная пленка может покрывать
достаточно большую поверхность обмотки и сердечника статора.
Возможно и появлениелишь местных масляных пятен (так называе-
мые “забросы” масла) и только с одной стороны статора. Масло мо-
жет проникать в корпус генератора как при нормальной эксплуата-
ции под нагрузкой, так и на остановленной машине. Соответствен-
но причины попадания масла в указанных режимах различны и
определяются рядом факторов (недостатками конструкции узла
109
уплотнений и схемы маслоснабжения. дефектами монтажа, недо-
статками ремонта, ошибками персонала), подробно рассмотренных
далее.
Попадание масла в корпус генератора отрицательно влияет на на-
дежность работы генератора, что может проявляться следующим
образом:
при продолжительном воздействии масло разъедает изоляцион-
ные лаковые покрытия обмоток статора и ротора;
проникая в мельчайшие зазоры между листами активной стали,
масло уменьшает коэффициент трения и способствует относитель-
ным смещениям листов, появлению контактной коррозии, что мо-
жет значительно ускорить повреждение листов активной стали в
крайних пакетах сердечника, особенно при ослабленной прессовке
сердечника;
смесь масла с пылью, образующейся от контактной коррозии ли-
стов активной стали, образует “пробки” в вентиляционных каналах
сердечника, что ухудшает охлаждение;
воздействие масла, особенно содержащего влагу, способствует
коррозионному растрескиванию поверхностей роторных бандажей;
масло вместе с полупроводящей пылью от контактной коррозии
становится причиной образования “мостиков” — витковых замыка-
ний в обмотке ротора;
на генераторах с микалентной компаундированной изоляцией
обмотки статора происходит растворение и вытекание компаунда в
лобовых частях, что при водит затем к механическим повреждениям
изоляции, особенно при частых пусках с циклическими перемеще-
ниями обмотки.
8.2.	ПРИЧИНЫ ПОПАДАНИЯ МАСЛА В КОРПУС
ГЕНЕРАТОРА
Физическая суть явления проникновения масла в корпус генера-
тора при вращающемся вале представляется с помощью упрощен-
ной схемы на рис. 29. Масло, сливающееся из уплотнения в камеру
/, отделенную от корпуса 3 генератора маслоуловителем, разбрызги-
вается и распыляется вращающимся валом, многократно отражаясь
от стенок сливной камеры и вала, и затем стекает по стенкам камеры
в сливной трубопровод. Газовые объемы сливных камер 1 и соеди-
ненных с ними полостей сливных трубопроводов с обеих сторон ге-
нератора, а также полость гидрозатвора сообщаются с корпусом 3
генератора через малые кольцевые зазоры 2 между маслоуловителя-
ми и валом. Сливные камеры через сливные маслопроводы связаны
НО
Рис. 29. Схема связей по газу в газомасляной системе турбогенератора
с трубопроводом 4 над демпферным баком, газовой камерой 5 регу-
лятора перепада давлений и с газовой полостью 6 поплавкового гид-
розатвора. Выпуск газа в атмосферу при продувках генератора и за-
полнении инертным газом производится через вентили «S’от коллек-
тора в корпусе генератора, продувка также может производиться
через вентили 7 на сливных маслопроводах.
Газообмен между сливными камерами уплотнений и корпусом ге-
нератора неизбежен в переходных режимах:
при повышении давления газа в корпусе генератора, снижении
уровня масла в поплавковом гидрозатворе или демпферном баке
возникают потоки газа из корпуса внутрь сливных камер;
при снижении давления газа в корпусе генератора, повышении
уровня масла в гидрозатворе или демпферном баке а также при по-
вышении температуры газомасляной смеси в сливной камере по
сравнению с температурой газа в генераторе потоки газа из сливных
камер направлены в корпус генератора и увлекают распыленное
111
масло; этот процесс идет тем интенсивнее, чем быстрее снижается
давление газа или резче меняется уровень масла.
Повышение температуры газомасляной смеси в сливных камерах
по сравнени го с тем пературой газа в генераторе также ведет к перето-
ку газомасляной смеси в корпус генератора; это происходит тем ин-
тенсивнее, чем выше температура сливающегося масла.
Проникновение распыленного масла в генератор (в виде “масляного
тумана”) сопровождается осаждением масла на обмотке, на деталях
крепления и сердечнике. При частом повторении этого явления, на-
пример при частых продувках генератора, образуются капельки мас-
ла, которые могут стекать вниз, в дренаж, где потом обнаруживается
попадание масла до (100 - 500) 10 _ 3 м3 (100 — 500 мл) в сутки и ме-
нее. Такое проникновение масла может и не обнаруживаться, если
оно недостаточно интенсивно, чтобы масло накапливалось в дре-
нажном трубопроводе. Но при ремонте таких генераторов находят
замасленные лобовые части обмоток статора, ротора, активную
сталь.
Нарушения слива масла, переполнение сливного маслопровода и
сливной камеры уплотнений при сбросах давления газа, резкие ко-
лебания (“броски”) уровня масла на сливе при ненадежном соеди-
нении газовых объемов обычно приводят к разовым “забросам”
масла в корпус и появлению местных масляных пятен на лобовых
частях обмотки статора и крайних пакетах сердечника.
Следующие особенности слива масла из уплотнения при вращении
вала установлены экспериментально [12|:
масло не “идет по валу”, а отбрасывается по касательной в на-
правлении вращения вала и разбрызгивается, образуя маслогазовую
смесь;
маслогазовая смесь активно вспенивается, особенно при высо-
кой температуре масла; большое количество пены препятствует
сливу;
закручивание газа от вращающегося вала создает подпор давления,
препятствующий сливу, со стороны, противоположной вращению;
при недостаточном объеме сливной камеры и сечении сливных
трубопроводов, затрудняющем слив масла, и значительном вспени-
вании масла уровень пены становится выше нижней границы коль-
цевого зазора между маслоуловителем и валом, что ведет к захвату
пены валом;
маслогазовая пена резко ухудшает эффективность маслоуловителя.
112
8.3.	ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ПОПАДАНИЯ МАСЛА В КОРПУС
ГЕНЕРАТОРА
Усовершенствование конструкции узла уплотнения рекомендуется
в следующих направлениях:
снижение расхода масла в сторону водорода и нагрева его;
улучшение условий слива масла;
совершенствование конструкции и размещение маслоуловителей;
предотвращение циркуляции газа вдоль генератора.
Расход масла в сторону водорода и условия слива масла — это взаи-
мосвязанные факторы. Увеличение расхода масла в сторону водоро-
да способствует попаданию масла в генератор обычно при условии
недостаточного объема сливной камеры и слишком малого сечения
сливного трубопровода. При создании или изменении конструкции
уплотнения необходимо, чтобы заданному расходу масла соответст-
вовали достаточный объем сливной камеры и сечение сливного тру-
бопровода. Это особенно важно учитывать при реконструкциях тор-
цевых уплотнений на кольцевые, когда для улучшения условий сли-
ва масла целесообразно увеличить объем сливной камеры и плошадь
сечения сливного трубопровода.
Рекомендуется сливную трубу расположить не в центре сливной
камеры (в нижней точке), а сместить слив по окружности против
вращения вала. Подпор давления в этом случае будет способство-
вать сливу масла.
Там, где это возможно конструктивно, следует принимать меры
против закручивания маслогазовой смеси, устанавливая в сливной
камере радиальные щитки, что уменьшит подпор давления, препят-
ствующий сливу масла.
Повышенный нагрев масла, сливающегося в сторону водорода,
способствует его вспениванию, а это, как указано выше, резко
снижает эффективность маслоулавливания. Необходимо умень-
шать вспенивание масла путем снижения температуры масла и дру-
гими известными мерами.
Кольцевые уплотнения, в которых допускается более высокая
температура вкладышей, имеют и более высокую температуру сли-
вающегося масла. Для уплотнений этого типа особенно важно со-
блюдение вышеприведенных требований к условиям слива масла, к
конструкции маслоуловителей и установке последних.
Конструкция и размещение маслоуловителей имеют большое зна-
чение для эффективного предотвращения попадания масла в корпус
генератора. Маслоуловитель представляет собой разъемное кольцо
вокруг вала, подлине внутренней цилиндрической поверхности ко-
113
торого закреплен ряд тонких маслоотбойных щитков (гребней, “но-
жей”) с заостренными кромками, изготовляемых обычно из латуни.
Наибольшую роль играет первый, ближайший к вкладышу уплотне-
ния щиток (гребень, “нож”), далее называемый основным.
Увеличение числа маслоотбойных “ножей” положительно влияет
на эффективность маслоулавливания, но только при наличии дре-
нажных канавок между ними с отверстиями достаточного сечения,
через которые масло удаляется в сливную камеру в нижней полови-
не маслоуловителя. После первых двух-трех “ножей” в маслоулови-
теле необходима большая дренажная камера, обтекаемая форма ко-
торой должна по возможности исключить повторное попадание ка-
пель масла на вал, уменьшить разбрызгивание и создать пути для
слива масла по окружности стенок. То же требование предъявляется
к форме деталей, поверхности которых образуют стенки сливной ка-
меры уплотнения.
Важна правильная установка маслоуловителя в соответствии со
следующими требованиями:
1)	центровка по валу в пределах заданных допусков;
2)	минимальные зазоры между заостренными кромками маслоот-
бойных “ножей” маслоуловителя и валом в рабочем режиме;
3)	размещение маслосбрасывающих канавок на валу между “но-
жами” маслоуловителя с учетом возможного теплового перемеще-
ния вала;
4)	правильное расположение основного “ножа” по отношению к
краю шейки вала;
5)	плотность разъемов маслоуловителя и стыков.
Маслоуловитель необходимо устанавливать так, чтобы при лю-
бых аксиальных перемещениях вала все маслоотбойные “ножи”
оставались в пределах шейки вала, а основной “нож” располагал-
ся на некотором расстоянии (до 0,02 м) от края шейки вала. Это
значительно повышает эффективность маслоулавливания за счет
маслосбрасывающего эффекта галтели вала. Уменьшение радиа-
льных зазоров между кромками “ножей” и валом повышает эф-
фективность маслоулавливания, но нс всегда. Такая мера не будет
успешной, если высок уровень масла или пены в сливной камере
вплоть до захвата последней вращающимся валом, а также при по-
вышенной вибрации вала, которая приводит к увеличению радиа-
льных зазоров.
Весьма эффективна установка дополнительного маслоотбой-
ного щитка (рис. 30) непосредственно после вкладыша уплотне-
ния с закреплением щитка на корпусе уплотнения, но только если
обеспечивается независимый слив масла из камеры между щит-
114
Рис. 30. Установка дополнительного маслоотбойного щитка между вкладышем и
валом:
/ — корпус уплотнения; 2— вкладыш уплотнения; 3— вал; 4 — маслоотбой-
ный щиток; 5— слив масла
ком. корпусом и вкладышем в нижнюю часть сливной камеры или
лучше непосредственно в сливной трубопровод. Фирма “VEB Вег-
gmann-Borsig/Gorlitzer Mashinenbau” (VEB BB/GMB) выполняла
слив этого масла через отдельный трубопровод непосредственно в
гидрозатвор под уровень масла в последнем, чтобы эта часть масла
не соприкасалась с водородом, что дало хороший эффект.
Для уменьшения распыления и вспенивания сливающегося мас-
ла следует предусматривать в сливной камере промежуточные щит-
ки-экраны (лучше конической формы), уменьшающие разбрызги-
вание масла и повторное попадание капель масла на вал, направля-
115
Рис. 31. Эффективный маслоуловитель фирмы “Westinghouse”
юшие масло по окружности стенок вниз к сливному маслопроводу.
Эффективная система промежуточных щитков предусматривается
ОАО “Силовые машины — Электросила” на мощных турбогенера-
торах с кольцевыми уплотнениями (см. рис. 3, а).
Усовершенствованные конструкции маслоуловителей зарубеж-
ных фирм (например, рис. 31, 32) свидетельствуют о стремлении
исключить попадание масла внутрь корпуса генератора.
Конусность вала под маслоуловителем также имеет значение для
предупреждения попадания масла. Следует исключить такую ко-
нусность, когда увеличение диаметра вала происходит в направле-
нии от шейки вала внутрь генератора. Это надо учесть в допусках на
обработку.
Следует избегать повторения некоторых неудачных попыток усо-
вершенствования маслоуловителей. К весьма интенсивному попа-
данию распыленного масла в генератор приводила реконструкция
маслоуловителей, при которой промежуточную камеру маслоулови-
теля соединяют с зоной высокого давления газа в генераторе, чтобы
создать подпор давления газа внутри камеры. Неудачи подобных ре-
конструкций повторялись неоднократно вследствие заблуждения,
будто газообмен между сливной камерой уплотнения и корпусом ге-
116
Рис. 32. Усовершенствованные конструкции маслоуловителей (фирма АВ В):
/ — кольцевые вкладыши уплотнения; 2 — корпус уплотнения; 3 — шейка
вала; 4— маслоуловители
117
нератора можно исключить путем повышения давления газа в про-
межуточной камере маслоуловителя; фактически дополнительный
поток газа из этой камеры внутрь генератора захватывает и распы-
ленное масло из зазора между маслоуловителем и валом.
Другим заблуждением является идея перекрытия кольцевого
зазора между ножами маслоуловителя и вращающимся валом ге-
нератора каким-либо уплотнителем. Если бы удалось это осуще-
ствить, и газообмен между сливными камерами и корпусом был
бы исключен, то масляные уплотнения вала, по-видимому, были
бы не нужны. Реализация этой идеи обычно наталкивается на тех-
нологические трудности, связанные с вибрацией вала, высокими
окружными скоростями и нагревами, т.е. с факторами, разрушаю-
щими уплотнитель.
Предотвращение циркуляции газа вдоль генератора возникает при
наличии связи по газу между сливными маслопроводами, так как
всегда имеется некоторое различие напоров вентиляторов с двух
сторон генератора. Для генераторов серии ТГВ это различие сущест-
венно, так как с одной стороны генератора на валу установлен высо-
конапорный компрессор, асдругой — вентилятор. Циркуляция газа
всегда приводит к весьма интенсивному постоянному попаданию
распыленного масла из сливных камер в корпус генератора, накоп-
лению масла в дренажах, причем нередко с необходимостью еже-
сменного слива. Чтобы исключить циркуляцию газа, на сливном
маслопроводе с одной стороны перед входом в общий поплавковый
гидрозатвор предусматривается небольшой петлевой гидрозатвор,
рассчитанный на разность давлений газа с обеих сторон генератора.
На старых генераторах петлевой гидрозатвор соединяет разделен-
ные глухой перегородкой отсеки разделительного бачка или бачка
продувки, в которые входят сливные маслопроводы с двух сторон ге-
нератора. Имели место случаи, когда мелкие неплотности в сварных
швах такой перегородки приводили к постоянному попаданию мас-
ла в генератор. Такие неплотности надо находить при ремонтах пу-
тем раздельной опрессовки отсеков бачка продувки и устранять.
Усовершенствование способа продувки генератора рекомендуется
как весьма эффективное мероприятие для уменьшения перетока га-
зомасляной смеси из сливных камер уплотнений в корпус на ра-
ботающем генераторе. Продувки генератора чистым водородом
производятся в целях восстановления необходимой концентра-
ции (чистоты) водорода или снижения его влажности. Чаше всего
на электростанциях применяется ступенчатая продувка из коллек-
тора в центральной части корпуса генератора. Такая продувка за-
ключается в последовательном чередовании выпуска загрязненно-
118
го водорода и впуска чистого водорода. При выпуске загрязненно-
го водорода давление в корпусе кратковременно снижается на
0,02 - 0,05 МПа (0,2 - 0,5 кгс/см2) и тут же восстанавливается пу-
тем впуска чистого водорода. Скорость снижения давления газа со-
ставляет обычно 0,01 — 0,02 МПа/мин.
Поскольку при продувках генератора обязательно происходит
снижение давления водорода в корпусе, то неизбежны перетоки га-
зомасляной смеси из сливных камер уплотнений в корпус генерато-
ра. Возможны и другие причины снижения давления водорода в ге-
нераторе, например, сброс давления водорода при вращающемся
вале в аварийных ситуациях, но наиболее важно рассмотреть имен-
но продувки, как рутинную процедуру, часто повторяемую на мно-
гих генераторах.
Испытания, проведенные на ряде действующих турбогенерато-
ров, подтвердили, что ступенчатая продувка приводит к некоторому
попаданию масла в корпус практически на каждом генераторе. Так,
во время испытаний генератора типа ТВВ-165-2 наблюдался выход
распыленного масла вместе с водородом из выхлопной грубы. Попа-
дание масла тем больше, чем выше скорость выпуска водорода.
Чтобы исключить попадание масла в генераторы при продув-
ках, целесообразно отказаться от периодических продувок из кол-
лектора со сбросами давления и применять продувку из сливных
маслопроводов (через вентили 7, рис. 29). Тогда смесь водорода с
распыленным маслом удаляется в атмосферу, не попадая внутрь
корпуса генератора. Чтобы не вызвать случайно циркуляцию газа
вдоль генератора при такой продувке, целесообразно внедрить
схему непрерывной продувки, разработанную ОАО “Фирма ОРГ-
РЭС” или ОАО “Силовые машины — Электросила”. Следует отме-
тить, что из тех же соображений нельзя вы поднять эту операцию че-
рез продувочный вентиль поплавкового гидрозатвора.
Повышение надежности поплавковых гидрозатворов также необ-
ходимо для исключения попадания масла в генератор. Нарушение
слива масла и повышение уровня масла в поплавковом гидрозатворе
вследствие неисправности клапана приводит к попаданию распы-
ленного масла в генератор, поскольку газ из гидрозатвора вытесня-
ется в генератор через сливные камеры. Если не удается восстано-
вить работоспособность клапана и приходится периодически выпу-
скать масло вентилем помимо клапана, то также периодически
вытесняется внутрь генератора газомасляная смесь из сливной ка-
меры, которая связана с поплавковым гидрозатвором непосредст-
венно — трубопроводом без петлевого затвора. Аналогично проис-
ходит попадание газомасляной смеси из той же сливной камеры в
119
генератор при колебаниях уровня масла в трубе над демпферным
баком.
Нарушение слива масла возникает не только вследствие неисп-
равности поплавкового гидрозатвора. При исправном гидрозат-
воре нарушение слива масла может быть вызвано неправильным
монтажом маслопроводов на сливе (обратные уклоны трубопро-
водов, посторонние предметы, перекрывающие частично сечение
трубопроводов и т.п.). Слив масла нарушается также при умень-
шении размеров сливной камеры, которое иногда получается в
результате некоторых реконструкций.
Предупреждение забросов масла из уплотнений в корпус генерато-
ра требует прежде всего надежной связи газовых объемов сливной
системы уплотнений, регулятора перепада давлений и демпферного
бака. Сливная система уплотнений рассчитана на слив масла под
действием давления водорода через поплавковый гидрозатвор в об-
щий сливной маслопровод подшипников. Операции перехода с во-
дорода на воздух и обратно с промежуточным заполнением корпуса
генератора инертным газом сопровождаются резкими неоднократ-
ными снижениями давления. При пониженном давлении (близком
к атмосферному) уровень масла в сливных маслопроводах значите-
льно повышается, гидрозатвор заполняется, его выпускной клапан
перестает работать. В пределе при атмосферном давлении в корпусе
генератора уровень масла в сливных маслопроводах должен устанав-
ливаться выше уровня масла в сливном маслопроводе подшипников
(тем выше, чем больше слив масла и выше гидравлическое сопро-
тивление сливных маслопроводов).
В чертежах схем маслоснабження обычно не указываются высот-
ные отметки мест присоединений к сливному маслопроводу трубо-
проводов от газовых объемов гидрозатвора, демпферного бака и ре-
гулятора. Обследования показали, что различия в расположении по
высоте этих точек на разных турбогенераторах достигают I м и бо-
лее. Во многих случаях монтаж выполняется так, что в режиме пони-
женного давления газа эти точки оказываются под уровнем масла.
Кроме того, газовая полость поплавкового гидрозатвора, как прави-
ло, также сообщается с генератором только через сливные трубопро-
воды. Поэтому при быстром подъеме уровня масла в гидрозатворе и
сл ивныхтрубопроводах газовые объемы гидрозатвора, демпферного
бака и регулятора перепада давлений “масло — водород” теряют
связь с генератором. Быстрый сброс давления газа в последнем при-
водит к тому, что давление оставшегося газа в гидрозатворе или дем-
пферном баке может в какой-то момент превысить давление газа в
генераторе и произойдет “заброс” масла из сливных трубопроводов
120
в корпус генератора. “Заброс” масла увеличивается, если в это время
происходит перелив масла из демпферного бака в сливную систему,
а также если быстрый сброс давления газа производится аварийно
до окончания выбега вала.
Для предупреждения “забросов” масла из уплотнений в корпус
генератора при остановах и при вытеснении газа, как и для обеспе-
чения нормальной работы регулятора перепада давлений “мас-
ло — водород” (см. гл. 7), необходимо обеспечить надежное соеди-
нение по газу корпуса генератора, гидрозатвора на сливе масла из
уплотнений, демпферного бака и регулятора перепада давлений
“масло — водород” во всех режимах работы газомасляной системы,
независимо от уровня масла в сливных маслопроводах. Для этого
место подключения связи по газу регулятора перепада давлений
масла и газа, демпферного бака со сливным маслопроводом к верх-
ней трубе гидрозатвора должно располагаться выше общего сливно-
го маслопровода подшипников (на 0,2 — 0,3 м).
121
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ
Попадание водорода
в картеры подшипников
Попадание водорода в картеры подшипников имеет место как на
торцевых, так и на кольцевых уплотнениях не только в аварийной
ситуации при нарушении подачи масла, но и при нормальном
маслоснабжении.
Известны следующие причины попадания водорода в картеры
подшипников:
дефекты сборки вкладышей и корпусов — неплотности разъемов
вкладышей и корпусов уплотнений;
повреждение (отслоение) баббита;
неплотности уплотняющих резиновых колец (недостаточное на-
чальное сжатие);
нарушения аксиальной подвижности вкладышей торцевых и ра-
диальной подвижности кольцевых уплотнений;
эжектирование водорода.
Анализ изменений содержания водорода в картерах подшипни-
ков в зависимости от изменения давления водорода в корпусе гене-
ратора, частоты вращения и давлений масла помогает отличить и
выделить действительную причину из приведенного ряда.
Утечки водорода через неплотности отличаются тем, что содержа-
ние водорода в картерах уменьшается при снижении давления водо-
рода в корпусе генератора. Оно также не зависит от частоты враще-
ния и давления уплотняющего масла (а также и прижимающего мас-
ла — в двухпоточных торцевых уплотнениях). Слив масла в сторону
водорода и температура баббита при этом могут быть достаточно
высоки.
Нарушение аксиальной подвижности (запаздывание) вкладыша
торцевого уплотнения приводит к такому появлению водорода в
картерах подшипников, когда при изменениях нагрузки генератора
содержание водорода может изменяться и даже снижаться до нуля.
122
Содержание водорода в картерах может оставаться в безопасных
пределах (до 1 %), но может повышаться и до возникновения “хлоп-
ков”, а при быстром падении давления водорода в корпусе генерато-
ра — даже до загораний водорода и взрывов. Это наиболее опасный
случай.
Повышенная аксиальная составляющая вибрации вала способст-
вует повышению содержания водорода в картерах подшипников
Нарушение радиальной подвижности вкладыша кольцевого уплот-
нения может приводить к появлению водорода в картерах подшип-
ников при повышении вертикальной и поперечной составляющих
вибрации вала. Содержание водорода в картерах в этом случае сни-
жается при повышении давления масла.
Эжектирование водорода в картер подшипника — это выход водо-
рода с маслом, который тем интенсивней, чем больше толщина мас-
ляного слоя между вкладышем и валом, а, следовательно, чем боль-
ше расход масла в сторону воздуха. Причины этого явления предпо-
ложительно заключаются в наличии вихревых течений в слое масла.
Это явление сопровождается обычно пониженным сливом масла в
сторону водорода и незначительным перегревом баббита (10 °C и
менее).
При эжектировании водорода в торцевом уплотнении содержа-
ние водорода в картере весьма существенно зависит от частоты вра-
щения ротора, увеличиваясь при росте последней в связи с соответст-
вующим возрастанием расхода масла. Содержание водорода в картере
увеличивается при снижении давления водорода в корпусе генера-
тора, поскольку снижается аксиальная нагрузка на вкладыш, и воз-
растает расход масла. Повышение давления прижимающего масла в
двухпоточном торцевом уплотнении (увеличение нагрузки на вкла-
дыш) может существенно снизить, а то и прекратить попадание во-
дорода в картер подшипника. Несколько улучшает дело также сни-
жение давления уплотняющего масла, но только втех случаях, когда
при этом либо не меняется, либо увеличивается аксиальная нагрузка
на вкладыш.
При эжектировании водорода в кольцевом уплотнении содержа-
ние водорода в картере подшипника в меньшей степени, чем в тор-
цевом уплотнении, зависит от частоты вращения ротора, поскольку
от последней меньше зависит расход масла в сторону воздуха.
Устранение попадания водорода в картеры подшипников без
останова турбогенератора иногда получается за счет снижения рас-
хода масла в сторону воздуха путем снижения давления водорода,
перепада давлений “масло — водород”, повышения давления при-
жимающего масла (для двухпоточных торцевых уплотнений) в допу-
123
стимых пределах. Для этого требуется соответствующая перена-
стройка регуляторов.
Если все перечисленные меры не помогают, то остается одно —
останов генератора, разборка и ревизия узла с выявлением и устра-
нением причин дефекта — увеличенного расхода масла в сторону
воздуха.
Иногда снижение вибрации вала также позволяет устранить по-
падание водорода в картеры.
124
Список литературы
I.	Типовая инструкция по эксплуатации газомасляной системы водородного
охлаждения генераторов. РД 153-34.0-45.512-97. М.: СПООРГРЭС, 1998.
2.	Микеев А. К. Противопожарная защита АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1990.
3.	Объем и нормы испытаний электрооборудования. / Под общей ред.
Б. А. Алексеева, Ф. Л. Когана, Л. Г. Мамиконянца. - 6-е изд. - М.: НЦ
ЭН АС, 1998.
4.	Казанский В. Н. Системы смазывания паровых турбин. М.: Энергоато-
миздат, 1986.
5.	Цихапович Б. Г., Фомин Б. П. Турбогенераторы. Том I. Л.: Энергоато-
миздат, 1989.
6.	Уплотнения торцовые роторов турбогенераторов с водородным охлажде-
нием: правила эксплуатации и ремонта. ОСТ 34-38-454-79. М.: СПО Со-
юзтехэнерго, 1980.
7.	Промывка маслосистем турбоагрегатов пневмогидроимпульсным спосо-
бом / А. М. Балашов, В. А. Демин, А. К. Халитов и др. // Электрические
станции. 1997 № 5.
8.	Голодиова О. С. Уплотнения вала турбогенераторов с водородным охлаж-
дением и их системы маслоснабження. М.: НТФ "Энергопрогресс”. При-
ложение кжурналу "Энергетик” 1999, № 12 и 2000, № 1.
9.	Токарь И. Я. Проектирование и расчет опор трения. М.: Машинострое-
ние, 1971.
10.	Справочник по ремонту турбогенераторов / Под обшей ред. П. И. Устино-
ва. М.: Энергия. 1978.
II.	Герцык И, Р., СидоровА. М., Голодиова О. С. Уменьшение износа баб-
бита вкладышей торцовых уплотнений улучшением фильтрации масла //
Электрические станции. 1977. № 12.
12.	Герцык И. Р,, Голодиова О. С., Корииевский Ю. А.. Людвикевич Е. Л.
Исследование причин пропуска масла из водородных уплотнений в тур-
богенератор // Электрические станции. 1981. № 4.
13.	Н. van Ravenswaay Н., Schuchart Т. L., Montgomery L. W., Nilsson L. S.,
Markewka B., Osadnik J., Kulik A., Kubos E. 1200 MW Generator Moderni-
zation program in Poland. Коллоквиум СИГРЭ и EPRI (США)
14— 16.04.97, Флоренция.
14.	Голодиова О. С„ Максимов М. В. Диагностика уплотнений вала турбоге-
нератора (перспективы математического моделирования). Труды VII Сим-
позиума “Электротехника 2010”, доклад 4.16. М.. 2003.
125
Содержание
Предисловие.................................................3
ГЛАВА ПЕРВАЯ. Основные принципы обеспечения
пожаро- и взрывобезопасности турбогенераторов
с водородным охлаждением..................................4
1.1.	Обшие сведения о пожарной опасности водорода
и масла в генераторе.....................................4
1.2.	Обеспечение пожаро- и взрывобезопасности
турбогенератора..........................................8
1.3.	Основные причины потери газоплотности
уплотнений вала и газомасляной системы
и возможные последствия..................................9
1.4.	Основные пуги предупреждения загорания,
пожара и взрыва.........................................12
ГЛАВА ВТОРАЯ. Крактое описание конструкции масляных
уплотнений вала и схемы маслоснабжения...................15
2.1.	Основные конструктивные исполнения уплотнений......15
2.2.	Схемы маслоснабжения уплотнений....................24
2.3.	Основные параметры, характеризующие
работу уплотнений.......................................33
2.4.	Эксплуатационный контроль работы уплотнений вала
и схем маслоснабжения...................................35
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Основные требования к работе масляных
уплотнений вала и их схем маслоснабжения.................38
3.1.	Основные критерии..................................38
3.2.	Технические требования к узлу уплотнения
и схеме маслоснабжения..................................38
3.3.	Выбор конструкции уплотнения вала..................45
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Предупреждение отказов масляных
уплотнений вала из-за недопустимого снижения перепада
давлений уплотняющего масла и водорода.................. 47
4.1.	Последствия недопустимого снижения
перепада давлений “масло — водород” . ..............47
4.2.	Основные причины и способы предупреждения
снижения перепада давлений “масло—водород” .	.... 48
126
ГЛАВА ПЯТАЯ. Причины, признаки и пути
предупреждения отказов и неисправностей
торцевых уплотнений турбогенератора......................55
5.1.	Повышенный нагрев баббита вкладыша..................55
5.2.	Недостаточный или слишком высокий расход масла .....59
5.3.	Износ баббита вкладыша..............................63
5.4.	Перекос вкладыша....................................67
5.5.	Недостаточная аксиальная подвижность
вкладыша в корпусе.......................................68
ГЛАВА ШЕСТАЯ. Причины, признаки и пути
предупреждения отказов и неисправностей
кольцевых уплотнений турбогенератора.....................77
6.1.	Повышенный нагрев баббита вкладыша................ .77
6.2.	Недостаточный или слишком высокий расход масла......78
6.3.	Износ баббита вкладыша и вала.......................80
6.4.	Перекос кольцевого вкладыша.........................81
6.5.	Недостаточная радиальная подвижность
вкладыша в корпусе.......................................82
6.6.	Компенсация аксиальных усилий, действующих
на вкладыш кольцевого уплотнения.........................84
6.7.	Диагностические признаки, основанные
на расчетных оценках нагрева и расхода масла,
сливающегося в сторону водорода..........................87
ГЛАВА СЕДЬМАЯ. Отказы и неисправности
оборудования систем маслоснабжения уплотнений,
их причины и пути предупреждения........................ 90
7.1.	Огказы и неисправности регулятора
перепада давлений “масло — водород”...................90
7.2.	Отказы и неисправности регулятора давления
прижимающего масла.......................................99
7.3.	Неполадки в системе резервирования подачи масла
в уплотнения от демпферного бака........................100
7.4.	Неисправности поплавкового гидрозатвора
на сливе масла в сторону водорода.......................104
7.5.	Причины загрязнения масла и пути их устранения.....106
ГЛАВА ВОСЬМАЯ. Причины попадания масла
из уплотнений в корпус генератора и способы
устранения этого явления................................109
8.1.	Признаки попадания масла в корпус генератора
и влияние этого явления на надежность статора и ротора . . . 109
8.2.	Причины попадания масла в корпус генератора.........ПО
8.3.	Предупреждение попадания масла в корпус генератора . ... 113
ГЛАВА ДЕВЯТАЯ. Попадание водорода в картеры
подшипников........................ .	. . .	........122
Список литературы..........................................125
127

Библиотечка электротехника
Приложение к производственно-:массовому журналу "Энергетик "
ГОЛОДНОВА ОЛЬГА СЕРГЕЕВНА
Уплотнения нала турбогенераторов с водородным охлаждением
(устройство, эксплуатация, причины, признаки и предупреждение
отказов)
АДРЕС РЕДАКЦИ И:
115280, Москва, ул. Автозаводская, 14/23
Телефоны: (095) 275-19-06, тел. 275-00-23 доб. 22-47; факс 234-74 21
Редакторы: Л. Л. Жданова, Н, В. Ольшанская
Худож.-техн редактор Т. Ю. Андреева
Сдано в набор 24.12.2003 г. Подписано в печать 20.01.2004 г.
Формат 60x84'/|6. Печать офсетная.
Печ. л. 8,0. Заказ БЭТ/1 (61 )-2004
Макет выполнен издательством “Фолиум”: 127238, Москва, Дмитровское ш., 58.
Отпечатано типографией издательства "Фолиум”: 127238, Москва, Дмитровское ш„ 58.
Журнал “Энергетика за рубежом”
— приложение к журналу “Энергетик”
Подписывайтесь на специальное приложение к жур-
налу “Энергетик” — “Энергетика за рубежом”. Это
приложение выходит один раз в два месяца.
Журнал “Энергетика за рубежом” знакомит читателей
с важнейшими проблемами современной зарубежной
электроэнергетики, такими, как:
—	развитие и надежность энергосистем и
энергообъединений;
—	особенности и новшества экономических и рыночных
отношений в электроэнергетике;
—	опыт внедрения прогрессивных технологий в энерге-
тическое производство;
—	модернизация и реконструкция (перемаркировка)
оборудования электростанций, электрических и теп-
ловых сетей;
—	распространение нетрадиционных и возобновляе-
мых источников энергии;
—	энергосбережение, рациональное расходование
топлива и экологические аспекты энергетики.
Подписку можно оформить в любом почтовом от-
делении связи по объединенному каталогу “ПРЕССА
РОССИИ”. Том 1. Российские и зарубежные газеты
и журналы.
Индексы журнала “Энергетика за рубежом”
— приложения к журналу “Энергетик”
87261 — для предприятий и организаций;
87260 — для индивидуальных подписчиков.
06 авторе
Ольга Сергеевна Голодиова —
кандидат технических наук,
специалист в области
исследований и анализа
эксплуатации турбогенераторов.
О С. Голодиова — соавтор книги “Эксплу-
атация турбогенераторов с непосредст-
венным охлаждением” (1972), автор бро-
шюры “Эксплуатация схем маслоснабже-
ния и уплотнений турбогенераторов”
(1978), автор и соавтор ряда статей, а
также руководящих материалов по повы-
шению надежности эксплуатации мощных турбогенераторов на
тепловых и атомных электростанциях, основанных на результатах
исследований и анализа опыта эксплуатации. В настоящее время
руководит лабораторией электрических машин во Всероссийском
научно-исследовательском институте по эксплуатации атомных
электростанций.
Безотказная и экономичная эксплуатация
масляных уплотнений вала
турбогенераторов вполне достижима