Аварии и неполадки газовых турбин и компрессоров

Ротор турбины работает при высокой температуре и на него воздействуют силы, пропорциональные квадрату частоты враще­ния. Наиболее опасно увеличение частоты вращения ротора выше установленной нормы. При этом разрушаются рабочие лопатки турбины. При значительном превышении частоты вращения раз­рушается и сам ротор, что приводит к разрушению корпуса турби­ны, а зачастую и здания электростанции.

При нормальной работе системы регулирования повышение час­тоты вращения при сбросе нагрузки невелико и автомат безопас­ности не вступает в работу. Основным условием безопасной рабо­ты роторов турбин и компрессоров является нормальное состояние системы регулирования, соответствующее требованиям «Правил технической эксплуатации», а также своевременное проведение необходимых испытаний и ремонтных работ.

. В наиболее тяжелых условиях работают рабочие лопатки тур­бины: на них воздействуют большие центробежные силы, потоки Газа., имеющие высокие скорости и температуры, переменные на­грузки. В этих условиях часто наблюдается усталостное разру­шение¹ лопаток турбины, бандажей, бандажной проволоки. Уста-

Щ . ■

лостные разрушения возникают вследствие того, что собственные частоты колебаний лопаток совпадают с частотой возмущающее силы, т. е. лопатки попадают в резонанс. Частота переменных уси­лий, действующих на лопатки со стороны газа, зависит от часто­ты вращения ротора. Даже при небольшом изменении частоты вращения лопатки могут попасть в резонанс и разрушиться через короткое время. Так как частота вращения ротора турбины зави­сит от частоты электрического тока сети, в которую включен элек­трический генератор, то работа его при пониженной частоте недо­пустима.

При усталостном разрушении происходит отрыв части или всей лопатки, части бандажа или бандажной проволоки. Отрыв одной лопатки обычно приводит к повреждению всех рабочих лопаток данной ступени, а также сопловых лопаток соседней ступени. Внешне повреждение рабочих лопаток проявляется в появлении слышимых металлических звуков и необычных шумов внутри тур­бины. Если слышны удары различной силы в проточной части или посторонние звуки турбину немедленно останавливают. \/ При поломке лопаток и "задеваниях в проточной части турбины возрастает вибрация ротора. О поломке нескольких рядов лопаток судят по снижению нагрузки при постоянном расходе топлива. '

При работе на запыленном воздухе или топливе высокой зольности лопатки турбины подвергаются эрозии. Как правило, эрозий подвергается рабочие лопатки со стороны входной кромки, а соп­ловые— со стороны выходной. Лопатки, поврежденные эрозией, легко обнаруживают при очередном ремонте и заменяют. Лопатки первых ступеней турбин обычно повреждаются окалиной или мелким сварочным гратом, остающимся после монтажа или ре­монта. Поверхность их становится шероховатой, входные кромки имеют вмятины и загибы. При ремонте лопатки заменяют в зави­симости от их состояния и наличия трещин. Эрозия и износ лопа­ток являются дополнительными источниками вибрации ГТУ.

Основными источниками вибрации являются наиболее массив­ные вращающиеся детали: роторы турбины, компрессора, элек­трического генератора и возбудителя. Причины, вызывающие повышенную вибрацию, могут быть различны. Одни из них свя­заны с особенностями конструкции установки, другие появляются в процессе ее изготовления и монтажа, третьи обусловлены ре­жимом эксплуатации. При воздействии на ротор периодической силы, изменяющейся с частотой, равной одной из частот собст­венных колебаний, ротор попадает в резонанс. При этом откло­нения ротора от положения равновесия будут наибольшими и его вибрация резко увеличивается. Когда ротор разгоняется до рабо­чей частоты вращения, он может один или несколько, раз попа­дать в резонанс с различными формами колебаний. Частоты вра­щения, на которых ротор попадает в резонанс, являются опасными для работы ГТУ. Этот период ее работы должен быть возможно короче. Для каждой ГТУ в инструкции по эксплуатации оговоре­ны резонансные частоты вращения роторов.

Частоты собственных колебаний зависят от размеров ротора и «го массы. На значение резонансных частот влияет жесткость под­шипников, корпуса турбины, компрессора и фундамента. Ампли­туду вибрации измеряют на подшипниках. Если при первом пуске ГТУ амплитуда вибрации не укладывается в пределы оценки «хо­рошо», монтажная организация или завод-изготовитель проводят работы, необходимые для ее снижения.

Повышенную вибрацию может вызвать недостаточно тщатель­ный монтаж ГТУ. Если оси подшипников выставлены неточно, по­является повышенная вибрация. Монтажная организация при этом должна провести дополнительные работы по устранению ее при-

/ЧИН.

\/ Если во время эксплуатации проточные части турбины и ком­прессора загрязняются отложениями", разбалансировка ротора мо­жет увеличиваться. К разбалансировке приводит также вылет ра­бочих лопаток, остаточный прогиб оси ротора из-за задеваний в уплотнениях, смещение обмотки ротора электрического генератора в пазах или лобовых частях, замыкание витков обмотки на землю или между собой. Вибрация повышается и в том случае, когда коробится корпус турбокомпрессора из-за неравномерного нагрева или заеданий между корпусами подшипников и фундаментными - плитами, препятствующих их свободному перемещению при про­греве и остывании.

\/ Повышенная вибрация турбокомпрессора может служить при­чиной разрушения газоходов, маслопроводов, водоводов, трубок, охладителей и других элементов. Под воздействием вибрации осе­дает фундамент, нарушается установка подшипников, что в свою очередь приводит к ее увеличению.

Совершенно недопустим заброс пламени в проточную часть турбины и горение топлива в ней, так как за 1—2 мин может сго­реть значительная часть рабочих лопаток.

Некоторые виды разрушений рабочих и сопловых лопаток мо­гут появляться после длительной работы турбины. Так, при слиш­ком- быстрых пусках и остановах в рабочих и сопловых лопатках турбины возникают большие температурные напряжения, в ре­зультате которых появляются трещины в кромках лопаток из-за малоцикловой усталости металла. С каждым таким пуском и ос­тановом трещины растут и в конечном счете лопатки разрушаются. По той же причине могут растрескиваться диски, ротор или кор­пус турбины.

По истечении длительного времени лопатки турбины могут разрушиться в результате исчерпания запаса длительной прочно­сти. Это возможно, если лопатки выработали ресурс или работали при недопустимо высокой температуре газа. В первом -случае не­обходима своевременная замена рабочих лопаток, а во втором — строгое соблюдение температурного режима.

При содержании в воздухе вредных примесей может возникать коррозия лопаток, турбины и компрессора. При недостаточно хо­рошей очистке загрязненного топлива в газовой' турбине развивается высокотемпературная коррозия, появляются отложения на "сопловых и рабочих лопатках. Отложения вызывают уменьшение кпд турбины. Специфичным видом отложений является обледене­ние проточной части компрессора, работающего на холодном влажном воздухе. Наиболее эффективное средство борьбы — подогрев воздуха на входе в компрессор.

Если загрязнения проточной части компрессора избежать нель­зя (например, при частых пыльных бурях), ее периодически чис­тят мягкими абразивами (минеральными и растительными отхо­дами, мелкодробленой скорлупой плодовых косточек), вводя их "во всасывающий патрубок компрессора с помощью сжатого воз­духа на работающей ГТУ. Кроме того, для удаления отложений промывают проточную часть компрессора водой или специальны­ми составами при низкой частоте вращения.

Источником аварий и неполадок ГТУ могут также служить под­шипники. Основной неисправностью подшипников турбины являет­ся подплавление баббитовой заливки и, как следствие, уменьшение осевого зазора между статором и ротором в упорном подшипнике и радиального в опорном. В том и другом случаях появляются за­девания ротора о статор. Повреждение упорных подшипников воз­никает при увеличении осевого усилия, а опорных —при повышен­ной вибрации.

При плохом качестве заливки баббит может отслаиваться от вкладышей, особенно при работе подшипника в условиях повы­шенной вибрации. Как правило, повреждение подшипников не на­ступает мгновенно. Судить о нем можно заранее по увеличению температуры масла на сливе. В современных турбинах в баббит подшипников устанавливают термопары, с помощью которых из­меряют его температуру.

,- Перегрев и подплавление колодок подшипников могут также произойти при снижении давления в системе смазки. Обычно ус­танавливается три контрольных уровня давления масла.. При сни­жении-давления масла до первого и второго уровней включаются соответственно резервный и аварийный маслонасосы, а при треть­ем контрольном уровне срабатывает электромагнитный выключа­тель, который подает сигнал на останов турбины. Если защита не срабатывает, турбину останавливает машинист.