Книга адресована специалистам-гидроэнергетикам, персоналу гаэс, проектировщикам, преподавателям и студентам гидроэнергетических специальностей. Может быть полезна также специалистамэнергетикам

Рис. 21.4. Эластичный металлопластмассовый сегмент:
1 – двухслойная эластичная накладка; 2 – стальное основание; 3 – кольцевые контрольные риски (мерные базы)
попытки найти другие современные эластичные материалы, имеющие большую механическую износостойкость, чем фторопласт.2
В табл. 21.1 приведены сравнительные данные по наиболее нагруженным подпятникам обратимых агрегатов ГАЭС, оснащенных ЭМП-сегментами.
Та б л и ц а 21.1

Наименование и мощность агрегата ГАЭС, МВт
Чаира, Болгария, 220	726	67,5 (6,6)	1,36	9	600 (43)	283
Динорвиг, Великобритания, 313	515	51,8 (5,08)	1,23	10	500 (32)	163
Загорская, Россия, 220	1430	32 (3,14)	3,04	16	150 (23,8)	75
Тиссаврос, Греция, 128	530	32 (3,14)	2,155	12	214,3 (24,2)	76

Как правило, в случае применения подпятников с ЭМП-сегмен- тами система принудительной подачи смазки к поверхностям трения при пусках и остановках не используется. Однако, например, на ГАЭС Динорвиг в Великобритании при замене на одном из агрегатов баббитовых сегментов на ЭМП-сегменты маслосистема высокого давления была оставлена в работе. В дальнейшем для обеспечения надежной работы подпятников на агрегатах этой ГАЭС была установлена система магнитной разгрузки подпятников, разработанная и изготовленная фирмой «Фойт Фуджи» (Япония). Система по существу является электромагнитом, который при подаче тока создает притягивающее усилие в зазоре между вращающимися и неподвижными частями агрегата, уменьшая осевую нагрузку на подпятник на величину около 200 т.
Такой способ облегчения работы подпятника является довольно сложным и широкого применения не нашел. В частности, на ГАЭС Динорвиг для этого потребовалось изменить конструкцию грузонесущей крестовины для размещения электромагнита разгрузки и создать специальную систему контроля и управления электромагнитом. Вообще этот способ разрузки не является новым: такой способ был применен в России в конце 1940-х гг. на тяжелых гидро- агрегатах Рыбинской ГЭС на р. Волге. Подпятники агрегатов этой ГЭС имеют осевую нагрузку 2100 т. Для облегчения пуска агрегатов завод «Электросила» – изготовитель гидрогенераторов этой ГЭС – оснастил их системой электромагнитной разгрузки. Однако используется эта система очень редко – только в случаях каких-либо неполадок с подпятниками.
В зависимости от конструкции опоры ЭМП-сегментов характер их вероятных повреждений различен и отличается от сегментов с баббитовым покрытием. При повреждении хотя бы одного из сегментов, облицованных баббитом, повреждение лавинообразно распространяется на остальные сегменты, так как расплавленный баббит вращающимся диском переносится с одного сегмента на другой. Совершенно иной характер имеет развитие повреждений ЭМПсегментов.
При истирании поверхности одного сегмента на какую-то величину в подпятнике на гидравлической опоре с автоматическим выравниванием нагрузки между сегментами система гидравлического выравнивания поджимает сегмент к диску на такую же величину, и истирание продолжается непрерывно.
В подпятниках, не имеющих автоматического выравнивания нагрузки между сегментами, например, в подпятниках на жесткой винтовой опоре, при истирании рабочей поверхности одного из сегментов он выйдет из соприкосновения с зеркальной поверхностью диска, а нагрузку будут нести оставшиеся сегменты. При большом числе сегментов и отсутствии термодатчика в таком сегменте это может оставаться незамеченным до очередного вскрытия и визуального осмотра.
На Загорской ГАЭС в 1997 г. при осмотре подпятника агрегата № 3 было обнаружено местное повреждение рабочей поверхности ЭМП-сегментов у внешнего края сбегающей кромки в насосном режиме. Повреждение выразилось в износе части рабочей поверхности до выхода бронзы на поверхность. К этому времени агрегат отработал более 20 тыс. ч (около 2700 ч в год). За это же время агрегат имел более 6 тыс. пусков, из них 3400 – в турбинный режим и около 2600 – в насосный. При последующем обследовании подпятника и анализе нештатных режимов был сделан вывод, что наиболее вероятной причиной повреждения явился нештатный останов агрегата при срезанном пальце и поврежденном упоре рычага лопатки направляющего аппарата. Останов производился вручную, сопровождался переменой направления вращения ротора и длился значительно дольше, чем это происходит при потере привода насоса. Очевидно, в этом режиме условия для работы подпятника были наиболее тяжелыми, с местным нарушением масляной пленки и повреждением рабочих поверхностей ЭМП-сегментов подпятника. Благодаря высокой надежности ЭМП-покрытия сегментов повреждение поверхности не привело к аварийным последствиям. Более того, агрегат после обнаружения повреждения сегментов отработал еще 3 года до замены сегментов на новые.
В результате многолетнего опыта эксплуатации и испытаний подпятников были разработаны нормативные значения показателей, характеризующих состояние подпятников с баббитовыми сегментами. Для подпятников с ЭМП-сегментами таких нормативов пока нет, но накопленный опыт их эксплуатации позволяет ориентировочно установить такие показатели.
В соответствии с «Руководящими указаниями по эксплуатации подпятников вертикальных гидроагрегатов» величина неровности зеркальной поверхности диска допускается 0,08 мм для однорядных подпятников на жесткой винтовой опоре и 0,12 мм для двухрядных и гидравлических подпятников. Для подпятников с ЭМП-сегмен- тами эти нормы могут быть увеличены приблизительно в 2 раза: соответственно 0,15 и 0,25 мм.
Требование к шероховатости зеркальной поверхности диска, установленное для подпятников, имеющих баббитовую облицовку сегментов, остается в силе и для подпятников с ЭМП-сегментами: 0,32–0,16 мкм (9 класс шероховатости). Повышение шероховатости ведет к ускорению износа фторопластовых поверхностей ЭМПсегментов. На агрегатах Загорской ГАЭС в течение ряда лет производятся измерения шероховатости зеркальных дисков: после 15–20 лет эксплуатации фактический класс шероховатости 9–10 и только около 10 % поверхности – 8.
Требования к равномерности распределения нагрузки между ЭМП-сегментами в сравнении с баббитовыми значительно снижены. Если для подпятников на жесткой винтовой опоре, имеющих сегменты с баббитовым покрытием, требуется равномерность распределения нагрузки 10 %, то для подпятников с ЭМП-сегментами она может быть принята 15 %. Соответственно, для подпятников на гидравлической опоре разница высотного положения упругих камер может считаться допустимой 0,3 мм при ЭМП-сегментах, в то время как при сегментах, облицованных баббитом, она не должна превышать 0,2 мм.
Все остальные требования к состоянию подпятника с ЭМПсегментами (обеспечение плотности сопрягаемых поверхностей, легкая самоустанавливаемость и др.) сохраняются такими же, как и для подпятника с баббитовыми сегментами.
Срок службы ЭМП-сегментов определяется фактически износом их фторопластовой поверхности. Износ происходит в основном в короткие отрезки времени при пусках и остановках агрегата, когда нет полной гидродинамической смазки и имеется непосредственный контакт поверхностей трения ЭМП-сегментов и диска. Скорость износа зависит от числа пусков и остановов агрегата, чистоты зеркальной поверхности диска, от чистоты масла, удельной нагрузки на сегменты и других факторов.
На основании опыта Загорской ГАЭС, на которой число пусков и остановок составляет в среднем 760 в год, можно сделать вывод, что срок службы ЭМП-сегментов составляет не менее 20 лет. Окончательный ответ о ресурсе ЭМП-сегментов даст более продолжительный опыт эксплуатации.
Однако опыт Загорской ГАЭС позволил выявить предельный ресурс другого узла подпятника на гидравлической опоре. В 2007 г. на агрегате № 2 произошла просадка ротора на величину, превышающую уставку соответствующей защиты. При обследовании было обнаружено, что произошла разгерметизация гидравлической опоры подпятника из-за трещины в одной из гофр. По заключению главного конструктора генератора-двигателя количество набранных циклов деформации гидравлических опор приблизилось к критическому, и в гофрах начинают проявляться усталостные явления. Поэтому принято решение перевести дефектный подпятник с гидравлических на жесткие опоры, а в дальнейшем предусмотреть такой перевод для подпятников остальных агрегатов. Таким образом,
можно сказать, что предельный ресурс гидравлических опор (гофр) подпятника на гидравлической опоре по критерию усталости металла гофр не превышает 20 лет.
В данной ситуации в более общем виде встает вопрос о возможности замены дефектных гофр. На этот счет существует две точки зрения. Представители уральской школы конструирования гидрогенераторов считают, что гофры, изготовленные в разное время либо на разных заводах, не идентичны друг другу, и при замене могут возникнуть трудности с обеспечением корректной работы автоматического распределения нагрузки между сегментами; поэтому на агрегате необходимо заменять все гофры единовременно. В свою очередь, конструкторы Харьковского завода – изготовителя гидрогенераторов считают замену отдельных гофр вполне возможной и ссылаются на имеющийся опыт.
Кстати выяснилось, что российские заводы либо утратили технологию изготовления гофр, либо потеряли к этому интерес, тогда как Харьковский завод готов исполнить заказы на их изготовление.
Учитывая, что срок службы подпятников всех агрегатов Загорской ГАЭС с точки зрения ресурса гофр приближается к критическому, принято решение в плановом порядке предусматривать либо замену гофр, либо перевод всех подпятников на жесткую опору. Но даже если будет принято окончательное решение о замене гофр и сохранении гидравлических опор, один из подпятников будет оставлен на жесткой опоре для накопления опыта эксплуатации.