RU2186225C2 - Turbogenerator - Google Patents

Abstract

FIELD: thermal power stations. SUBSTANCE: turbogenerator has turbine casing and generator stator, turbine and generator rotors, speed governing system incorporating delivery header, drain header, working medium (water) tank, and pumps, plain bearings, lubricating system for plain bearings incorporating delivery and drain headers. Delivery header of speed governing system and that of bearing lubricating system are interconnected by means of pipeline incorporating pressure-reducing valve and water-to-water cooler arranged in tandem; drain header of speed governing system and that of bearing lubricating system are interconnected by means of pipeline; plain bearings are multilayer flexible structures made of elastically deforming composite metal- plastic material. Due to such design friction power loss in water-lubricated bearings is reduced by 8-10 times; there is no need in expensive mineral and synthetic oils for their lubrication. EFFECT: improved environmental friendliness, reduced fire hazard, and enhanced efficiency of power units. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики. The invention relates to the field of energy.

Известны паровые турбогенераторы (Н.К.Бодашков "Эксплуатация паровых турбин", ГОСЭНЕРГОИЗДАТ, Москва - 1955 - Ленинград, стр. 174-176), в которых применяется единое рабочее тело - минеральные или синтетические масла для системы регулирования оборотов и для смазки подшипников скольжения, а опорные и упорные подшипники выполнены однослойными из баббита. Steam turbogenerators are known (N.K. Bodashkov "Operation of steam turbines", GOSENERGOIZDAT, Moscow - 1955 - Leningrad, p. 174-176), in which a single working fluid is used - mineral or synthetic oils for the speed control system and for lubrication of sliding bearings and thrust and thrust bearings are made of single layer of babbitt.

Недостатком известных конструкций является то, что они требуют применения минеральных или синтетических масел. Минеральные масла горючи и являются одной из причин пожаров на тепловых электростанциях с тяжелыми экономическими потерями. A disadvantage of the known designs is that they require the use of mineral or synthetic oils. Mineral oils are combustible and are one of the causes of fires in thermal power plants with heavy economic losses.

Существенным недостатком известных устройств является выделение в окружающую среду большого количества паров масла, которое подвергается нагреву до + 80^oС при прокачивании через подшипники скольжения. Наличие паров масла в окружающей среде ухудшает экологию и повышает пожароопасность.A significant disadvantage of the known devices is the release to the environment of a large number of oil vapors, which is heated to + 80 ^o With pumping through bearings. The presence of oil vapors in the environment worsens the environment and increases fire hazard.

Кроме того, в известных устройствах имеют место безвозвратные потери минеральных и синтетических масел при утечках через уплотнения. In addition, in the known devices there are irretrievable losses of mineral and synthetic oils due to leaks through seals.

Потери минеральных и синтетических масел на тепловых электростанциях исчисляется десятками и даже сотнями тонн. Это обстоятельство приводит к повышению себестоимости тепловой и электрической энергии. Losses of mineral and synthetic oils in thermal power plants amount to tens and even hundreds of tons. This circumstance leads to an increase in the cost of heat and electricity.

Дополнительным недостатком известных устройств является также то, что в результате относительно большой вязкости минеральных и синтетических масел потери мощности на трение в подшипниках скольжения велики и составляют 0,15-0,2% от мощности энергоблока. An additional disadvantage of the known devices is also the fact that, as a result of the relatively high viscosity of mineral and synthetic oils, the friction power losses in sliding bearings are large and amount to 0.15-0.2% of the power of the power unit.

Это обстоятельство ведет к дополнительным затратам топлива на преодоление трения в подшипниках скольжения и, как следствие, к повышению себестоимости тепловой и электрической энергии. This circumstance leads to additional fuel costs for overcoming friction in sliding bearings and, as a result, to an increase in the cost of heat and electric energy.

Недостаток известных устройств также заключается в том, что радиальные (опорные) и осевые (упорные) однослойные жесткие баббитовые подшипники неработоспособны при смазке водой даже при удельных нагрузках (0,2-0,8) МПа, что в несколько раз меньше имеющих место удельных нагрузок в современных тепловых и газотурбинных энергетических установках. A disadvantage of the known devices also lies in the fact that radial (support) and axial (thrust) single-layer rigid babbit bearings are inoperative when lubricated with water even at specific loads (0.2-0.8) MPa, which is several times less than specific loads in modern thermal and gas turbine power plants.

Это обстоятельство исключает применение воды для смазки баббитовых подшипников скольжения турбогенераторов. This circumstance precludes the use of water for the lubrication of babbitt plain bearings of turbogenerators.

Существенным недостатком известных конструкций является то обстоятельство, что однослойные баббитовые подшипники, даже при смазке маслом, повреждаются и выходят из строя. A significant drawback of the known designs is the fact that single-layer babbit bearings, even when lubricated with oil, are damaged and malfunction.

Известно наиболее близкое устройство, являющееся прототипом к предлагаемому турбогенератору и содержащее корпус турбины, статор генератора, роторы турбины и генератора, систему регулирования оборотов с коллектором нагнетания и коллектором слива, емкостью с рабочим телом - водой, насосами, подшипники скольжения, систему смазки подшипников скольжения с коллекторами нагнетания и слива, емкостью с рабочим телом - маслом, насосом, водо-масляным радиатором. (В.Н.Веллер, Г.А.Киракосьянц, Д.М.Левин, В.В.Лыско "Водяная система регулирования паровых турбин", "ЭНЕРГИЯ", Москва, 1970, стр. 228, рис. 11-18). The closest device is known, which is a prototype of the proposed turbogenerator and contains a turbine housing, a generator stator, turbine and generator rotors, a speed control system with a discharge manifold and a drain manifold, a reservoir with a working fluid — water, pumps, plain bearings, a lubrication system for plain bearings with headers of discharge and discharge, with a capacity with a working fluid - oil, pump, water-oil radiator. (V.N. Weller, G.A. Kirakosyants, D.M. Levin, V.V. Lysko "Water system for regulating steam turbines", "ENERGY", Moscow, 1970, p. 228, Fig. 11-18) .

Недостаток известного устройства заключается в том, что турбогенератор, система регулирования которого работает на воде, содержит в своем составе две автономные гидравлические системы с емкостями, трубопроводами, насосами и арматурой. Одна - водяная, вторая - масляная для смазки однослойных жестких баббитовых подшипников скольжения. A disadvantage of the known device is that the turbogenerator, the regulation system of which is operated on water, contains two autonomous hydraulic systems with tanks, pipelines, pumps and valves. One is water, the second is oil for lubricating single-layer rigid babbit plain bearings.

Кроме того, в прототипе неизбежно применяется в больших объемах минеральное масло для смазки подшипников скольжения. Таким образом, все недостатки, присущие аналогу: высокая пожароопасность, загрязнение окружающей среды маслом и его парами с ухудшением экологии, потери масла, потери мощности на трение в подшипниках скольжения, повышенная себестоимость тепловой и электрической энергии, практически сохранены. Следовательно, прототип не позволяет решить одну из актуальных проблем тепловой энергетики - исключить применение минеральных и синтетических масел на турбогенераторах тепловых электростанций. In addition, in the prototype mineral oil is inevitably used in large volumes to lubricate sliding bearings. Thus, all the disadvantages inherent in the analogue: high fire hazard, environmental pollution by oil and its vapors with environmental degradation, oil loss, friction power loss in sliding bearings, increased cost of thermal and electric energy, are practically preserved. Therefore, the prototype does not allow one of the urgent problems of thermal power to be solved - to exclude the use of mineral and synthetic oils on turbine generators of thermal power plants.

Кроме того, прототип усложняет по сравнению с аналогом конструкцию и эксплуатацию турбогенератора, т.к. в нем используются две гидравлические системы. In addition, the prototype complicates the design and operation of the turbogenerator compared to the analogue, because It uses two hydraulic systems.

Поставлена задача - снизить пожароопасность, потери мощности на трение в подшипниках скольжения, уменьшить загрязнение окружающей среды, снизить расходы на применение минеральных и синтетических масел, снизить себестоимость тепловой и электрической энергии, повысить коэффициент полезного действия турбогенераторов на тепловых электростанциях. The goal is to reduce fire risk, friction power loss in sliding bearings, reduce environmental pollution, reduce the cost of using mineral and synthetic oils, reduce the cost of heat and electricity, increase the efficiency of turbine generators in thermal power plants.

Поставленная задача решается за счет того, что в турбогенераторе тепловой электростанции, содержащем корпус турбины, статор генератора, роторы турбины и генератора, систему регулирования оборотов с коллектором нагнетания и коллектором слива, емкостью с рабочим телом - водой и насосами, подшипники скольжения, систему смазки подшипников скольжения с коллекторами нагнетания и слива, согласно изобретению коллектор нагнетания системы регулирования оборотов и коллектор нагнетания системы смазки подшипников скольжения соединены между собой трубопроводом, на котором установлены последовательно редукционный клапан и водо-водяной радиатор, коллектор слива системы регулирования оборотов и коллектор слива системы смазки подшипников скольжения соединены между собой трубопроводом, а подшипники скольжения выполнены многослойными эластичными из композитного металлопластмассового упругодеформирующегося материала. The problem is solved due to the fact that in a turbine generator of a thermal power plant containing a turbine housing, a generator stator, turbine and generator rotors, a speed control system with a discharge manifold and a drain manifold, a tank with a working fluid — water and pumps, sliding bearings, a bearing lubrication system sliding with the discharge and discharge collectors, according to the invention, the discharge manifold of the speed control system and the discharge manifold of the lubrication system of the sliding bearings are interconnected the th pipeline, on which the pressure reducing valve and the water-water radiator are installed in series, the drain manifold of the speed control system and the drain manifold of the lubrication system of the sliding bearings are connected by a pipeline, and the sliding bearings are made of multilayer elastic made of a composite metal-plastic elastic deforming material.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена компоновка турбогенератора. The invention is illustrated in the drawing, which shows the layout of the turbogenerator.

В корпусе 1 турбины и статоре 2 генератора установлены радиальные (опорные) 3 и осевые (упорные) 4 подшипники скольжения, выполненные многослойными эластичными из композитного металлопластмассового упругодеформирующегося материала. Роторы турбины и генератора содержат соответственно вал 5 турбины и вал 6 генератора и установленные на них соответственно турбину высокого давления 7, турбину низкого давления 8 и ротор генератора 9. Вал 5 турбины и вал 6 генератора опираются на радиальные (опорные) подшипники 3 и осевые (упорные) подшипники 4. In the turbine housing 1 and the generator stator 2, radial (support) 3 and axial (thrust) 4 sliding bearings are installed, made of multilayer elastic from a composite metal-plastic elastically deformable material. The rotors of the turbine and generator respectively comprise a turbine shaft 5 and a generator shaft 6, and a high pressure turbine 7, a low pressure turbine 8 and a generator rotor 9 mounted on them, respectively. The turbine shaft 5 and the generator shaft 6 are supported by radial (thrust) bearings 3 and axial ( thrust bearings 4.

Блок системы регулирования оборотов 10 соединен коллектором 11 нагнетания с насосом 12 и емкостью 13, Трубопровод 14 соединен с коллектором нагнетания 11 системы регулирования оборотов 10 и через редукционный клапан 15 и водо-водяной радиатор 16 с коллектором 17 нагнетания системы смазки подшипников скольжения 3 и 4, а трубопровод 18 соединен с коллектором 19 слива системы регулирования оборотов 10 и с коллектором 20 слива системы смазки подшипников скольжения 3 и 4. The block of the speed control system 10 is connected to the discharge manifold 11 with the pump 12 and the capacity 13, The pipe 14 is connected to the discharge manifold 11 of the speed control system 10 and through the pressure reducing valve 15 and the water-water radiator 16 with the collector 17 of the discharge lubrication system of the sliding bearings 3 and 4, and the pipe 18 is connected to the collector 19 of the drain of the speed control system 10 and to the collector 20 of the drain of the lubrication system of the sliding bearings 3 and 4.

Турбогенератор работает следующим образом. Вода из емкости 13 с помощью насоса 12 подается под давлением в коллектор 11 нагнетания системы регулирования оборотов 10. The turbogenerator operates as follows. Water from the tank 13 using the pump 12 is supplied under pressure to the manifold 11 of the discharge system of the speed control 10.

По трубопроводу 14 через редукционный клапан 15 и водо-водяной радиатор 16 вода поступает в коллектор 17 нагнетания системы смазки подшипников скольжения 3 и 4 и далее поступает под давлением в подшипники скольжения 3 и 4. Вода из блока системы регулирования оборотов 10 поступает в коллектор 19 и сливается в емкость 13. Вода, прошедшая через подшипники скольжения 3 и 4, сливается в коллектор 20 и далее через трубопровод 18 и коллектор 19 попадает в емкость 13. Through a pipe 14, through a pressure reducing valve 15 and a water-water radiator 16, water enters the manifold 17 of the lubrication system of the sliding bearings 3 and 4 and then flows under pressure into the sliding bearings 3 and 4. Water from the speed control unit 10 enters the manifold 19 and discharged into the reservoir 13. Water passing through the sliding bearings 3 and 4 is discharged into the manifold 20 and then through the pipe 18 and the collector 19 enters the reservoir 13.

При начале вращения валов 5 и 6 смазка - вода вовлекается за счет вязкостных сил в зону трения между поверхностями трения шеек вала и упорных дисков и поверхностями трения радиальных (опорных) и осевых (упорных) подшипников скольжения 3 и 4 по известным классическим законам гидродинамики, как это и происходит при смазке минеральными либо синтетическими маслами (С. А.Чернавский "Подшипники скольжения" МАШГИЗ, Москва, 1963, стр. 62-107, стр. 209-231). At the beginning of the rotation of shafts 5 and 6, lubricant - water is drawn due to viscous forces into the friction zone between the friction surfaces of the shaft necks and thrust disks and the friction surfaces of radial (thrust) and axial (thrust) sliding bearings 3 and 4 according to the well-known classical laws of hydrodynamics, as this happens when lubricated with mineral or synthetic oils (S. A. Chernavsky "Friction bearings" MASHGIZ, Moscow, 1963, pp. 62-107, p. 209-231).

В результате под действием гидродинамических давлений, развивающихся в смазочном слое в клиновом зазоре, многослойные эластичные, выполненные из композитного металлопластмассового упругодеформирующегося материала подшипники 3 и 4 деформируются. As a result, under the influence of hydrodynamic pressures developing in the lubricating layer in the wedge gap, multilayer elastic bearings made of composite metal-plastic elastically deformable material are deformed.

Эта местная деформация приводит к изменению формы зазора, перераспределению эпюры гидродинамических давлений и возрастанию несущей способности смазочного слоя, то есть увеличению грузоподъемности радиальных (опорных) 3 и осевых (упорных) 4 подшипников скольжения (Д.С.Коднир, Е.П.Жильников, Ю.И. Байбородов "Эластогидродинамический расчет деталей машин", МАШИНОСТРОЕНИЕ, Москва, 1988, стр. 13-24; 125- 157). This local deformation leads to a change in the shape of the gap, redistribution of the diagram of hydrodynamic pressures and an increase in the bearing capacity of the lubricant layer, i.e., an increase in the load capacity of radial (support) 3 and axial (persistent) 4 sliding bearings (D.S. Kodnir, E.P. Zhilnikov, Yu.I. Bayborodov "Elastohydrodynamic calculation of machine parts", MECHANICAL ENGINEERING, Moscow, 1988, pp. 13-24; 125-157).

Теоретический эластогидродинамический расчет упругодеформирующихся подшипников скольжения показывает, что в результате эластоэффекта в многослойных композитных подшипниках скольжения возможно создавать режим жидкостного трения при удельных нагрузках до 3,0 МПа при смазке водой, вязкость которой в 80-100 раз меньше вязкости минеральных и синтетических масел. Theoretical elastohydrodynamic calculation of elastically deforming plain bearings shows that as a result of the elasto effect in multilayer composite plain bearings, it is possible to create a fluid friction mode at specific loads of up to 3.0 MPa when lubricated with water, whose viscosity is 80-100 times lower than the viscosity of mineral and synthetic oils.

Таким образом, оказывается возможным применение воды для смазки подшипников скольжения на турбогенераторах, подшипники которых выполнены многослойными эластичными из композитного металлопластмассового упругодеформирующегося материала. Thus, it is possible to use water to lubricate sliding bearings on turbine generators, the bearings of which are made of multilayer elastic from a composite metal-plastic elastic deforming material.

Благодаря этому предлагаемый турбогенератор с единой гидравлической системой для регулирования оборотов и смазки подшипников скольжения, рабочим телом которой является вода, по сравнению с прототипом позволит:
- снизить пожароопасность;
- улучшить экологию окружающей среды;
- снизить расходы на применение дорогостоящих минеральных и синтетических масел;
- снизить себестоимость тепловой и электрической энергии;
- повысить коэффициент полезного действия турбогенераторов.Due to this, the proposed turbogenerator with a single hydraulic system for controlling the speed and lubrication of sliding bearings, the working fluid of which is water, in comparison with the prototype will allow:
- reduce fire hazard;
- improve the ecology of the environment;
- reduce the cost of the use of expensive mineral and synthetic oils;
- reduce the cost of heat and electricity;
- increase the efficiency of turbogenerators.

Claims (1)

Турбогенератор тепловых электростанций, содержащий корпус турбины, статор генератора, роторы турбины и генератора, систему регулирования оборотов с коллектором нагнетания и коллектором слива, емкостью с рабочим телом - водой, насосами, подшипники скольжения, систему смазки подшипников скольжения с коллекторами нагнетания и слива, отличающийся тем, что коллектор нагнетания системы регулирования оборотов и коллектор нагнетания системы смазки подшипников скольжения соединены между собой трубопроводом, на котором установлены последовательно редукционный клапан и водо-водяной радиатор, коллектор слива системы регулирования оборотов и коллектор слива системы смазки подшипников скольжения соединены между собой трубопроводом, а подшипники скольжения выполнены многослойными эластичными из композитного металлопластмассового упругодеформирующегося материала. A turbine generator of thermal power plants comprising a turbine housing, a generator stator, turbine and generator rotors, a speed control system with a discharge manifold and a drain manifold, a reservoir with a working fluid — water, pumps, plain bearings, a lubrication system for plain bearings with discharge and drain manifolds, characterized in that the discharge manifold of the speed control system and the discharge manifold of the lubrication system of the sliding bearings are interconnected by a pipe on which the tionary pressure reducing valve and the water-water radiator, collector drain speed control system and manifold system draining lubricating the slide bearings are interconnected by a conduit, and plain bearings are made from multilayer composite elastic uprugodeformiruyuschegosya with plastic material.