Способы нормализации тепловых расширений

Все мероприятия по нормализации тепловых расширений паровых турбин можно разделить на две основные группы [77, 100, 104...120]:

— мероприятия по снижению сил трения на подошве корпуса подшипников;

— мероприятия по снижению сил трения на продольной шпонке.

Как отмечено в [7], величина силы трения на подошвах выносных корпусов подшипников зависит от весовой нагрузки, передаваемой на фундаментную раму через корпус подшипника, и от коэффициента трения на поверхности скольжения корпус подшипника — фундаментная рама. В настоящее время для снижения сил трения обычно выполняют периодическую ревизию опорных поверхностей, нанесение на поверхности скольжения различных смазок или установку в узел скольжения антифрикционных материалов и установку грязезащитных экранов для предотвращения дальнейшего загрязнения поверхностей скольжения.

В нормативных документах [77, 120] рекомендуется наносить на поверхности скольжения спецпасту ВТИ-ЛМЗ, изготавливаемую в условиях станции из дисульфида молибдена и синтетического масла ИВВИОЛЬ-3 (или ОМТИ), взятых в равных весовых отношениях; предельная температура применения такой спецпасты — 120 °С. Также рекомендована паста АФП-90 (ТУ ВТИ 43.006-90), обладающая более термостабильными свойствами, являющаяся усовершенствованным вариантом спецпасты ВТИ-ЛМЗ. При соблюдении требуемых условий работы и пылезащитного экранирования поверхностей скольжения возможна эксплуатация пасты в течение одного межремонтного периода.

Для случаев, когда в процессе эксплуатации турбоагрегата не может быть гарантирован уровень температур фундаментной рамы ниже 100 °С, в работе [77] рекомендуется применять сухой чешуйчатый графит. В заводской технологии монтажа турбин также предусматривается сохранение расчетных усилий с помощью сухого чешуйчатого графита. Однако, как показали неоднократные химические анализы проб остатков продуктов износа, выполненные специалистами ВТИ, графит дает временный эффект лишь в начальный момент эксплуатации [114]. В последующие 3...5 лет он осыпается, выдувается либо вымывается сконденсировавшимся паром из концевых уплотнений и маслом системы смазки. При повышенной температуре происходит образование шлаков, содержащих абразивные включения из оксидов железа, частицы тепловой изоляции и промышленную пыль.

Хорошие результаты по снижению сил трения дает также установка различных композитных материалов на поверхность скольжения корпуса подшипников.

В последние годы для снижения усилий пары трения корпус подшипника — фундаментная рама широко применяется металлофторопластовая лента (МФЛ), которая снижает коэффициент трения почти в два раза [77, 101, 104, 111...113]. Металлофторопластовая лента представляет собой композиционный многослойный антифрикционный материал, который состоит:

Рис. 11.9. Установка МФЛ и грязезащитного экрана:

1 — металлофторопластовая лента (МФЛ); 2 — крепежные болты; 3 — крепежная накладка; 4 — фундаментальная рама; 5 — корпус подшипника; 6 — грязезащитный экран из нержавеющей фольги

___________________________________________________________

— из стальной ленты, покрытой с двух сторон слоем меди или латуни, толщиной не менее 0,01 мм;

— пористого слоя, из гранул бронзы размером 0,063...0,160 мм, напеченных на стальную омедненную или латунированную основу;

— слоя из фторопласта с наполнителем MоS₂, покрывающего гранулы бронзы и заполняющего пустоты бронзового слоя.

Лента устанавливается на фундаментные рамы или корпус подшипника. Фиксация ленты на фундаментной раме обеспечивается разностью коэффициентов трения антифрикционной и металлической сторон ленты. Однако во избежание перемещения ленты ее концы отгибаются и прикручиваются к торцам фундаментной рамы болтами через крепежную полосу (рис. 11.9). Аналогично можно прикрепить МФЛ к корпусу подшипника.

Крепление ленты целесообразно проводить одновременно с креплением грязезащитного экрана, без которого эксплуатация ленты может быть неэффективной. При качественном экранировании зазора между корпусом подшипника и фундаментной рамой МФЛ надежно эксплуатируется в течение 1...2 межремонтных периодов.

Одним из основных достоинств использования МФЛ является возможность ее установки без демонтажа корпуса подшипников. При этом возникает необходимость корректировки центровки опорных подшипников и обойм масляных уплотнений на толщину подложенной ленты.

Другим вариантом использования композиционных материалов является установка на поверхности скольжения корпусов подшипников специально изготовленных плиток, имеющих высокие антифрикционные свойства. Фирма ABB, например, при выполнении работ по нормализации тепловых расширений на турбине Т-250/300-240 ТМЗ (ст. № 4 Киевской ТЭЦ-5) установила в фундаментные рамы специальные пластины из агломерированной бронзы, а в корпус подшипника — встречные стальные пластины с полированной рабочей поверхностью. Аналогичные триботехнические свойства имеют плитки Jonson, предлагаемые фирмой Siemens [111]. Применение плиток из композиционных материалов — более трудоемкий и дорогостоящий способ по сравнению с применением МФЛ, однако он обеспечивает нормальную работу системы тепловых расширений турбины в течение более длительного времени.

Высокие антифрикционные качества и хорошие прочностные характеристики имеют композиционные материалы на базе кремниевой бронзы [115].

В табл. 11.1 представлены свойства различных антифрикционных материалов, применяемых для уменьшения сил трения на подошвах корпусов подшипников [111].

Для установки пластин из композиционного материала, так же как для плиток Jonson и плиток ABB из агломерированной бронзы, требуется выполнение большого объема работ по демонтажу цилиндра и корпусов подшипников и дополнительной механической обработке фундаментных рам и подошв корпусов подшипников.

В некоторых случаях для нормализации тепловых расширений используются также съемные пластины модульного типа (рис. 11.10) [77]. Такие пластины, выполненные из чугуна СЧ-20 толщиной 20 мм, размещают под опорными поверхностями корпусов подшипников. Каждая пластина фиксируется от смещения в осевом направлении поперечной шпонкой и прижимается к фундаментной раме тремя шпильками, которые служат и для крепления боковых "Г-образных" прижимов. Пластины имеют резьбовые отверстия под винтовые домкраты для удаления их из-под стула при ремонтных работах. Съемные пластины позволяют, в случае необходимости (при кратковременных остановах), зачистить поверхности скольжения и заменить изношенный материал с низким коэффициентом трения. Для этого поочередно приподнимают мостовым краном одну из лап цилиндра на 0,1...0,2 мм, помогая подъему клиновым домкратом, заведенным в боковой паз под стулом. После этого соответствующая пластина легко выводится из-под стула с помощью винтового домкрата. Свежая антифрикционная паста наносится после промывки от грязи и остатков старого смазывающего материала.

Таблица 11.1

Основные эксплуатационные свойства композиционных материалов, используемых для узлов трения скольжения

Свойства	Композиционные материалы [114]	Агломерированные бронзы (плитки Jonson и ABB)	Металл офторопласт
Прочность на сжатие, МПа	Свыше 1000	170...200
Предел пропорциональности при
сжатии, МПа		—	—
Износостойкость, мм/км	0,01	0,01...0,015
Коэффициент термического
расширения	1,1X10-5	1,2X10-5	(1,5...2,1)X10-5
Коэффициент трения скольжения
(сухое трение)	0,05...0,07	0,15...0,18	0,18
Работа в присутствии масла Работа в присутствии воды Работа в присутствии пыли	Допустима Допустима Допустима	Не допустима Не допустима Не допустима	Не допустима Не допустима Не допустима

Рис. 11.10. Установка съемных пластин модульного типа:

а — вид на корпус среднего подшипника с фундаментальной рамой сбоку; б — вид на фундаментальную раму при снятом корпусе подшипников; 1 — фундаментальная рама; 2 — продольная шпонка; 3 — съемные пластины; 4,5 — лапы цилиндров; 6 — корпус подшипников

_____________________________________________________________________________________

На место пластины устанавливаются в обратной последовательности.

Все перечисленные выше мероприятия направлены на снижение коэффициента трения на контактных поверхностях. Другой способ уменьшения силы трения на подошве корпуса подшипника — использование разгружающих устройств, передающих часть весовой нагрузки непосредственно на фундаментную раму, т. е. уменьшающих весовую нагрузку, передаваемую через подошву корпуса подшипников.

Для уменьшения силы, передающейся на корпус подшипника, на ряде турбин ЛМЗ [7] применяют установку дополнительной гибкой опоры 6 с калиброванной пружиной непосредственно под лапу цилиндра 5 (рис. 11.11). Опора воспринимает часть вертикальной нагрузки, разгружая корпус подшипника, а ее гибкость не препятствует свободному расширению лап.

Наряду с силами трения на подошвах корпусов подшипников значительное влияние на работу системы тепловых расширений турбины оказывают силы, приводящие к заклиниванию корпусов подшипников на продольных шпонках. Как уже отмечалось в разделе 11.2, основными причинами заклинивания шпоночного соединения корпус подшипника — продольная шпонка считаются заклинивание поперечного шпоночного соединения одной из лап цилиндра и неодинаковость тепловых расширений отдельных лап цилиндра турбины в продольном направлении.

Для исключения заклинивания в поперечном шпоночном соединении обычно применяют:

• периодическую ревизию шпоночных соединений;

• увеличение зазоров в поперечном шпоночном соединении;

• снижение сил трения в поперечном шпоночном соединении;

• изменение конструкции поперечного шпоночного соединения.

При разработке систем тепловых расширений паровых турбин предполагалось, что свобода тепловых перемещений в заданных направлениях будет обеспечиваться тепловыми зазорами между элементами системы. Зазоры по поперечным и продольным шпонкам обычно составляли 0,04...0,06 мм, а зазоры по вертикальным шпонкам — 0,08...0,1 мм [99...100]. Учитывая накопленный опыт эксплуатации, для исключения заклинивания подвижных элементов зазоры в шпоночных соединениях крупных турбин несколько увеличили. В таблице 11.2 в качестве примера представлены величины зазоров в шпоночных соединениях систем тепловых расширений турбин, выпускаемых ТМЗ [10].

Для исключения заклинивания в поперечном шпоночном соединении применяют также различные антифрикционные материалы, например твердосмазочные гальванопокрытия на основе серебра — двуокиси рения в паре трения поперечная шпонка—паз [101, 113, 115].

Кардинальным способом решения задачи по исключению закусывания в поперечных шпонках считается модернизация узла сочленения лапы цилиндра и корпуса подшипников [100].

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рис. 11.11. Установка дополнительной опоры под лапу для уменьшения силы, действующей со стороны лапы на корпус подшипника: 1 — фундаментная рама; 2 — корпус подшипника; 3 — поперечная шпонка; 4 — скоба; 5 — лапа; 6 — дополнительная опора

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Таблица 11.2

Дата добавления: 2015-08-18