KHAI THÁC VẬN HÀNH TUA BIN HƠI
5.5. Một số hư hỏng, sự cố của tua bin và tổ hợp
Thiếu sót khi làm việc và những sự cố của tua bin cũng rất đa dạng, nên sau đây chỉ đưa ra những thiếu sót, sự cố thường gặp và điển hình trong tổ hợp tua bin.
Các thiếu sót, sự cố xảy ra đối với các chi tiết thiết bị của tua bin có thể chung quy lại là do hai nguyên nhân tổng quát sau:
- Vận hành không đúng.
- Thiếu sót về cấu tạo, thiết kế, do vật liệu hoặc do chất lượng chế tạo.
Phần lớn các sự cố mà con người gây ra là do:
- Sai lầm trực tiếp khi chuẩn bị khởi động, khi khởi động, khi dừng động cơ và khi thay đổi chế độ công tác của tổ hợp.
- Trình độ nghiệp vụ kém, ý thức lao động kém không xác định kịp thời hoặc chính xác những hiện tượng bất thường khi động cơ làm việc.
5.5.1. Rung động của tua bin và nguyên nhân
Mục này chỉ đề cập đến rung động của tua bin ở vòng quay bình thường chứ không phải rung động ở vòng quay cộng hưởng.
Bất kỳ động cơ tua bin nào, kể cả tua bin hoàn toàn tốt, khi làm việc đều có rung động nhỏ, nhưng bất kỳ thiếu sót nào của động cơ, cung động đều làm tăng lên và có thể dẫn đến nguy hiểm, không an toàn. Rung động quá giới hạn bình thường là một hiện tượng chứng tỏ trong tua bin có thiếu sót nào đó.
Nguyên nhân gây rung động có thể chia ra ba loại chính:
- Do cấu tạo và những thiếu sót về cấu tạo - Do lắp ráp, thiếu sót về lắp ráp và đặt máy.
- Do vận hành, hư hỏng do vận hành gây ra.
* Rung động của các cánh động: Cánh động đàn hồi nên sinh ra dao động riêng dưới ảnh hưởng của ngoại lực tác dụng có chu kỳ. Bánh động có hai dao động cơ bản là: Dao động khi bánh tua bin uốn võng tạo thành hình cái dù thắt nút hoặc không thắt nút.
Khi tồn tại dao động sẽ dẫn đến rung động tua bin. Sự tăng hoặc giảm đột ngột phụ tải động cơ thì bánh động có thể bị rung động mạnh và rơi vào vùng cộng hưởng. Sự cố thường bắt đầu bằng một đường nứt ở thân bánh do mỏi của kim loại gây ra và cuối cùng sự cố có thể gây ra (gãy, vỡ bánh) ngay ở ứng suất thấp hơn ứng suất cần để làm gãy bánh động.
Để tránh rung động mạnh, ta chế tạo bánh động với kim loại cứng hơn và khoan các lỗ cân bằng.
Khi chuẩn bị khởi động được làm ấm đồng đều thì ở giá trị nhiệt độ cao của bánh sẽ làm giảm được tần số dao động riêng của nó (nhờ sự làm thấp mô đun đàn hồi của kim loại). Nếu vành bánh nóng hơn may ơ (khi sấy không đều, khi tải tăng đột ngột) sẽ làm tăng dao động, do sức kéo của các lớp kim loại có nhiệt độ cao hơn.
* Rung động của cánh động và vành đai gia cường: rung động của nhóm này là nguyên nhân thường gây ra sự cố các cánh động, phá vành đai, gãy cánh, vì kim loại bị mỏi. Nói chung, những lực phức tạp hỗn loạn gây ra rung động thường do độ không đồng đều cấp hơi và luồng hơi chảy trong tua bin. Đường nứt của cánh động do rung động thường xuất hiện ở chân cánh động, nơi ứng suất tập trung.
* Rung động toàn bộ tua bin: Có thể do lắp ráp vận hành gây ra, các nguyên nhân về lắp ráp như:
- Không cân bằng các chi tiết quay;
- Lắp ráp không chính xác, không xét đến sự dãn nở nhiệt khi công tác;
- Các khe hở hướng tâm, hướng trục không đúng, không đối xứng;
Các nguyên nhân do vận hành có thể là:
- Việc sấy tua bin không đầy đủ, hoặc thực hiện không đúng qui trình làm cong trục;
- Các khối quay bị mất cân bằng do cánh bị mòn, gãy và đóng muối...;
- Thân tua bin bị dãn nở vĩnh viễn của gang, do sấy nóng không đều, phụ tải thay đổi đột ngột, hoặc lực kéo từ các đường ống bắt với thân tua bin;
- Dầu bôi trơn không đủ hoặc không tốt;
- Hơi có thông số cao hơn định mức.
5.5.2. Thuỷ kích
Nguyên nhân gây ra thủy kích là khi đưa hơi có lượng nước khá lớn vào tua bin và thường gây ra các sự cố rất nghiêm trọng, phần nhiều do khai thác nồi hơi và việc xả nước ở thân, các tầng công tác với hơi bão hòa không được chu đáo.
Nước từ nồi hơi lọt vào đường ống hơi theo những nguyên nhân sau:
- Nồi hơi bị quá tải đột ngột;
- Lượng nước cấp vào nồi quá lớn;
- Nước sủi bọt do chất lượng quá kém;
- Nước ngưng đọng ở bộ quá nhiệt trong nồi thời gian ngừng công tác.
Thủy kích có thể xảy ra trong thời gian khởi động tua bin, nếu đường ống hơi, các hộp van không được sấy nóng và xả nước đọng cẩn thận qua các bộ phận tách nước.
Những hiện tượng thủy kích:
- Nhiệt độ hơi đo bằng nhiệt kế ở cửa vào tua bin bị hạ thấp đột ngột. Đây là hiện tượng chính xác nhất (ví dụ: Có tua bin hoạt động bình thường với hơi quá nhiệt là 3500C, nhiệt độ ở cửa vào thân tua bin chỉ còn 1500C và kéo dài hàng chục phút).
- Các van trên đường hơi công tác và các mép bích ở khu vực áp suất cao bị rỉ nước và hơi ẩm.
- Số vòng quay tua bin hạ thấp và xuất hiện tiếng ù, rung động trong thân tua bin.
- Bị giảm độ chân không trong bầu ngưng.
- Nhiệt độ dầu ra khỏi các ổ đỡ, ổ chặn tăng lên, có thể có hơi dầu bốc lên.
Trong các hiện tượng trên, đôi khi xảy ra mà không thủy kích.
Khi thủy kích, trong tua bin đáng lẽ cánh động của các tầng đều bị phá hoại trước tiên. Nhưng thực tế thường là các tầng trung gian hoặc các tầng cuối bị hư hỏng. Nước bị cuốn hút theo buồng hơi sẽ có động năng rất lớn phá hoại bất kỳ chi tiết nào trên đường đi của nó. Tuy nhiên trước khi vào tua bin, nước bị phân tách ở các bình tách nước, bình này bị thủy kích đầu tiên sau đó luồng hơi và nước qua các van, rãnh quang co, nó bị giảm dần động năng. Như thế nếu nói rằng động năng của luồng nước là nguyên nhân chính phá hỏng các chi tiết bên trong tua bin là không chính xác.
Nghiên cứu quá trình thủy kích trong tua bin ta thấy rằng: Khi có khối lượng nước khá lớn vào tua bin hay nước đọng ở các tầng công tác mà không được xả ra ngoài thì sẽ có một phần cánh động ngập nước. Do rô to đang quay nước bị cuốn theo vành bánh tạo nên vòng nước quay. Vì có những vòng nước này, vì độ ẩm hơi khá lớn và sự làm việc của các tầng lúc này rất xa với chế độ tính toán, tổn thất trong tua bin tăng lên.
Dẫn tới giảm công suất và vòng quay tua bin. áp suất tăng đột ngột tác dụng vào thân máy những lực phụ do lực ly tâm của nước tạo ra làm cho các mép bích xì hơi. Lưu lượng bị dao động, lực dọc trục tăng, làm tăng phụ tải ở các ổ đỡ và ổ chặn. Phụ tải này có thể rất lớn nếu vòng nước quay theo vành bánh được choán đầy tầng này lúc do áp lực trước tầng tăng lên còn sau tầng áp lực giảm đi. Độ chênh này làm cho lực dọc trục tăng lên đột ngột rô to bị đẩy lùi về sau gây ra va chạm giữa phần động và phần tĩnh, va chạm ở các bộ làm kín. Tất nhiên ở những phần có khe hở hướng kính bé hơn sẽ bị phá hủy trước.
Khi phát hiện dấu hiệu thủy kích, để không dẫn tới sự cố nghiêm trọng, cần lập tức đóng hơi ở cửa vào tua bin. Tiếng thủy kích ở các bộ phận tách nước, các hộp van rất lớn, khi ta nhận thấy điều đó ta phải cắt hơi vào động cơ.
Cần đo đà quay của tua bin bị sự cố vì thủy kích nếu thời gian đó nhỏ hơn bình thường cần tháo để kiểm tra các ổ đỡ, ổ chặn.
Biện pháp cơ bản ngăn ngừa thủy kích là việc vận hành phải đúng đắn. Các van xả nước trên ống và thân phải công tác tin cậy ở các chế độ sấy, khởi động. Khi khởi động phải từ từ với lượng hơi nhỏ của van ma nơ.
Khi chuyển đường hơi này sang đường hơi khác cần thận trọng vì lúc đó dễ gây ra thủy kích.
5.5.3. Sự uốn võng các bánh tĩnh
Bánh tính là một vách ngăn hai bánh động kề nhau nó chịu áp lực hướng về phía áp suất thấp. Trị số của áp lực này phụ thuộc vào độ chênh áp suất ở hai phía bánh tĩnh và diện tích bị làm ướt bởi hơi. Dưới tác dụng của áp lực này bánh tĩnh sẽ bị uốn.
Khi khai thác bánh tĩnh có thể bị uốn vì lý do sau:
- Phụ tải tăng đột ngột;
- Tua bin quá tải;
- Phụ tải dao động;
- Sự dãn nở vĩnh cửu của bánh tĩnh bằng gang;
- Cong bánh tĩnh do thủy kích.
5.5.4. Sự cố do thiếu sót ổ đỡ và ổ chặn
Sự cố của nhóm này thường gây ra những hậu quả nghiêm trọng. Vì gối chặn bị chảy ba bít, rô to sẽ dịch dọc trục phá hoại các chi tiết động và tĩnh.
Một số tua bin có đặt rơ le cảm ứng mức dịch dọc trục để cắt hơi vào tua bin nhưng không hoàn toàn tin cậy vì rơ le chỉ hoạt động khi có sự dịch trục.
Nguyên nhân sự cố các gối chặn là:
- Thủy kích làm tăng dọc trục đột ngột (có tính chất bước nhảy);
- Tăng lựcdọc trục do rò hơi nhiều theo dọc trục;
- Tăng lực dọc trục do các rãnh cánh bị bẩn, hình dạng rãnh bị mất chính xác;
- Chất lượng dầu nhờn kém;
- Không khí lọt vào hệ thống bôi trơn, khó hình thành màng dầu và nêm dầu;
- Lắp ráp ổ sai.
5.5.5. Cong trục
Khi rô to nóng rồi nguội hoặc sấy không đều, sẽ tồn tại độ cong nào đó (độ cong này chỉ có tính chất tạm thời và mất đi khi động cơ sấy tốt) và làm ẩm khi chạy vòng quay nhỏ. Ngoài ra, độ cong vĩnh cửu của trục có thể do:
- Sau khi động cơ bị thủy kích.
- Do va chạm trục với các phần tĩnh.
5.5.6. Thiếu sót của cánh động
Cánh động tua bin là bộ phận chủ yếu nhất của động cơ, giá thành chế tạo rất cao. Việc thay cánh rất phức tạp, tốn công, vì thế cần tìm mọi biện pháp để kép dài tuổi thọ của cánh.
Những nguyên nhân gây ra hư hỏng cánh có thể chia ra làm 4 nhóm:
- Thiếu sót do chế tạo, vật liệu, lắp ráp sai;
- Thiết sót về kết cấu;
- Ăn mòn do tác dụng hóa học đóng muộn...;
- Thủy kích và va chạm vào phần tĩnh.
Những dấu hiệu gián tiếp biểu hiện hư hỏng cánh động.
- Thay đổi trị số bình thường của áp suất hơi công tác trên các tầng kiểm tra, hoặc cường độ dòng điện của động cơ via trục bị thay đổi.
- Xem xét hóa nghiệm nước ngưng tụ: Nếu cánh bị gãy có thể các phần cứng sẽ chọc thủng ống bầu ngưng làm nước biển lẫn vào nước ngưng.
5.5.7. Thiếu sót của bầu ngưng
Trong thực tế, thiếu sót của bầu ngưng biểu thị bằng sự hạ thấp độ chân không đột ngột hoặc từ từ với trị số tương đối nhỏ. Nguyên nhân của hiện tượng đầu thường phụ thuộc vào thiếu sót của bơm phun tia hoặc của bơm tuần hoàn và dễ dàng tìm ra còn hiện tượng sau khó tìm được nguyên nhân.
Khi khai thác, các nguyên nhân hạ thấp độ, chân không có thể là:
- Nước làm mát không đủ.
- Nhiệt độ nước làm mát quá cao.
- ống ngưng tụ bị bẩn.