При эксплуатации паровых и газовых турбин и турбогенераторов различных типов и мощностей возникают случаи электроэрозионного повреждения подшипников. Электроэрозии подвержены так же: муфты, уплотнения, фланцевые разъемы цилиндров турбин, шейки роторов, детали узла регулирования, но больше всего вкладыши подшипников.
Не смотря на то, что ответная часть подшипника – шейка ротора изготовлена из более прочной стали, на ней также могут возникать электроэрозионные повреждения, нарушающие ее гладкую поверхность. В дальнейшем все эти повреждения на поверхности шейки вала и баббитовом слое подшипника приводят к повышению температуры подшипника, вибрации, аварийному останову турбоагрегата.
Одним из условий электроэрозионных повреждений является нарушение цепи заземления ротора турбины. В результате этого электроэрозионный ток (или другие встречающиеся названия – контурный ток, ток утечки, ток Фуко, вихревой ток), а так же электростатический заряд проходит не через щётки заземления, а в первую очередь через подшипники турбины, тем самым выплавляя в них баббит.
Существующие меры защиты турбоагрегата
Основной мерой защиты турбоагрегата от электроэрозионных повреждений является установка токосъёмных щеток заземления вала. Выполнение данного мероприятия обеспечивает стекание на землю электростатических зарядов, вызванных трением роторов турбины о пар. А также создаёт контур заземления для роторных токов в обход подшипников турбины и деталей узла регулирования.
На турбинах изготовленных до 90-ых годов прошлого столетия, как правило, установлены самодельные заземляющие щетки, требующие частого ремонта и обслуживания из-за потери контакта с валом. Неудовлетворительная работа заземляющих щеток и сложность их обслуживания на работающей турбине приводят к угрозе электроэрозионных повреждений подшипниковых узлов и регулятора турбины, что снижает надежность работы турбоагрегата в целом.
Подшипники турбины и детали узла регулирования являются наиболее близко расположенными заземленными узлами к ротору турбоагрегата. Поэтому они наиболее уязвимы в части прохождения роторных токов. Это подтверждает практика отказов – при отсутствии заземления в 80% случаев электроэрозионные повреждения имеют первые три (по порядку) подшипника турбины, детали узла регулирования и автомата безопасности.
По рекомендациям заводов изготовителей заземляющие щетки необходимо устанавливать только в одном сечении вала турбины во избежание дополнительных контуров замыкания роторных токов. Располагать щетки следует как можно ближе к узлу регулирования для его защиты. Установка заземляющих щеток возможна только в зазорах между корпусами подшипников и цилиндров, где есть доступ к открытым участкам поверхности роторов.
На большинстве турбин, эксплуатируемых в настоящее время, выполнение данных требований затруднено, в виду весьма малого расстояния открытых участков вала (данные турбины проектировались без требования установки заземляющих щеток). Как правило, расстояние в осевом направлении между корпусами узлов турбины (подшипники, узел регулирования, цилиндры) составляет 30-50 мм. А расстояние открытых участков вала – не более 20-30 мм. Наличие высоких температур и пропаривания в месте установки щеток обуславливает необходимость частого обслуживания и ремонта токосъёмного узла.
В связи с вышеперечисленными обстоятельствами эксплуатационному персоналу невозможно провести замену заземляющих щеток, техническое обслуживание самих щеткодержателей и их ремонт во время работы турбины. Обслуживание заземляющих устройств возможно только в период плановых ремонтов. Поэтому большую часть времени турбина работает без исправного заземления ротора.
Заземляющие токосъёмные щетки JUVTEK K10-1
Компания ЮВТЕК осуществляет производство и монтаж запатентованной схемы заземляющих токосъёмных щеток JUVTEK K10-1 для заземления роторов паровых и газовых турбин. Устройство KК10-1 защищает подшипники и другие узлы примыкающие к роторам паровых и газовых турбинах любого типа и мощности от электроэрозионного разрушения.
Заземляющее устройство К10-1 выполнено в виде отдельных конструктивных модулей: блок настройки и индикации; направляющая для хода щетки; кронштейн для крепления щеткодержателя к корпусу вращающейся машины и регулировки его относительного положения.
Направляющая и блок настройки и индикации расположены вертикально друг относительно друга на одной оси. Все функции по настройке, индикации, техническому обслуживанию и замене щеток объединены в блоке настройки и индикации, выполненного в виде цельного модуля. Блок вынесен из зоны контакта щетки с валом и в смонтированном состоянии токосъёмного устройства располагается над корпусами узлов турбины в зоне свободного доступа. В зазоре между узлами турбины располагается только направляющая со щеткой. Направляющая и блок настройки и индикации имеют разъемное резьбовое соединение, что обеспечивает быстрый доступ к щетке при её замене. Все детали и узлы щеткодержателя изготовлены из нержавеющей стали, что обеспечивает долгий срок службы.
Токосъемное заземляющее устройство поставляется в состоянии монтажной готовности. Кронштейн монтируется на внешнюю часть корпуса узлов турбины при помощи болтового соединения, что исключает необходимость демонтажа и доработки данных узлов. Щеткодержатели устанавливаются преимущественно в районе 1-го подшипника турбины, либо в другом месте, определенным заводом – изготовителем, где имеется свободный участок вала в осевом направлении не менее 19 мм.
Заземляющие щетки К10-1 обеспечивают:
- Формирование надежного скользящего контакта щетки с открытыми участками поверхности вала, в частности, находящихся в труднодоступных местах – в зазорах между корпусами и узлами машины.
- Надежную работу токосъемного устройства в агрессивных условиях окружающей среды: температура до +450оС, наличие пыли, масляных и водяных паров.
- Возможность технического обслуживания щеток и их замену при работе турбины.
- Регулировку и индикацию усилия прижатия щеток во время работы турбины.
- Индикацию износа щетки.
- Электрическую изоляцию токоведущих частей щеткодержателя от корпуса турбины.
- Защиту персонала от поражения электрическим током при техническом обслуживании устройства.
- Монтаж токосъемного устройства без доработки и демонтажа корпусов турбины, в том числе: маслозащитных колец, подшипников, концевых уплотнений цилиндров.
