A 10/2007 (II. 27.) SzMM rendelettel módosított 1/2006 (II. 17.) OM rendelet Országos Képzési Jegyzékről és az Országos Képzési Jegyzékbe történő felvétel és törlés eljárási rendjéről alapján. Szakképesítés, szakképesítés-elágazás, rész-szakképesítés, szakképesítés-ráépülés azonosító száma és megnevezése, valamint a kapcsolódó szakképesítés megnevezése: 52 522 07 0000 00 00 Erőművi turbinagépész Erőművi turbinagépész
1. feladat Összesen: 20 pont Ön turbinagépészként véleményt mond egy gőzturbina forgórészről, hogy szükséges-e a kiegyensúlyozás. Mikor van erre szükség általában a forgórészeknél? Mi a jelenség oka, és mit okoz ez? Ismertesse, hogy statikus vagy dinamikus kiegyensúlyozás szükséges-e hosszú forgórészeknél! A válaszát részletesen indokolja, és ismertesse a választott eljárás lefolytatását! Mutassa be a kiegyensúlyozatlanság és a kritikus fordulatszám közötti kapcsolatot! A turbina forgórész kiegyensúlyozatlansága járulékos feszültségeket ébreszt és csapágyrezgés-növekedést, berázást okoz. Kiegyensúlyozatlanság esetén a forgórész súlyvonala nem esik egybe a geometriai középvonallal, így a forgás közben fellépő erők nem lesznek egyensúlyban. A kiegyensúlyozás a forgórész tömegeloszlását úgy javítja, hogy a centrifugális erő a forgórészen sehol sem lépi túl az engedélyezett értéket, és az ébredő feszültségek a biztonsági tényezővel csökkentett igénybevételek alatt maradnak. Kiegyensúlyozást az alábbi esetekben kell végezni: a gyártás során, ill. a gyártás végén a túlpörgetés előtt; a forgórész javítása, újralapátozása esetén a gyárban; a helyszínen, ha az üzemi rezgéselemzés kiegyensúlyozatlanságot mutat ki. Kétféle kiegyensúlyozási módszer van: a statikus és a dinamikus kiegyensúlyozás. (A kiegyensúlyozást balanszírozásnak is nevezik.) A statikus kiegyensúlyozás álló helyzetben végezhető. Csak ott alkalmazható hatásosan, ahol a tengelyhossz/tengelyátmérő viszonylag kicsi, azaz a forgórész rövid, de az átmérő viszonylag nagy (kisebb gépek forgórészei, ill. az akciós gépek tárcsái, a szabályozófokozatok, a kiegyenlítő-dugattyú stb.). 1kiegyensúlyozandó forgórész; 2 prizma; m excentrikusan eloszló tömeg; m e ellensúly Hosszabb forgórészeknél a statikus kiegyensúlyozás már nem hatásos, ezért dinamikus kiegyensúlyozást kell alkalmazni. Mint az ábráról látható, ha az egyenlőtlenség a forgórész két végén egymással ellentétes oldalon van, akkor statikusan kiegyenlített (az m 1 tömegű ellensúly az m 2 tömegű ellensúllyal egyensúlyt tart). Ha a tengely forgásba jön, az m 1 tömegű ellensúly helyén F 1, az m 2 tömegű ellensúly helyén F 2 centrifugális erő keletkezik. Ez a két erő ellentétesen hat, és a tengelyen nyomaték keletkezik, ami a É 2/7
csapágyakon rezgést, ill. erős rázást okoz. Ez a jelenség kiküszöbölhető, ha a tengelyt mind a két síkban dinamikusan kiegyensúlyozzák, azaz az m l tömegű ellensúllyal szemben m 1e, az m 2 tömegű ellensúllyal szemben m 2e ellensúlyt helyeznek fel. A dinamikus kiegyensúlyozás során a forgórészt kiegyensúlyozó padra szerelik, ahol bizonyos fordulatszámmal (általában 300 500 l/min) forgatják. Kiegyensúlyozatlanság esetén rezgés keletkezik. A korszerű elektronikus kiegyensúlyozó padok esetében számítógép segítségével meghatározható az ellensúly nagysága és elhelyezésének szöge, ill. helyzete. A dinamikus kiegyensúlyozást általában megelőzi a statikus kiegyensúlyozás, amellyel a nagyobb kiegyensúlyozatlanságok megszüntethetők. A kiegyensúlyozást nagyobb és bonyolultabb forgórészek esetén több részletben végzik (a tárcsán és tengelykapcsolón külön, vagy statikusan kiegyensúlyozva). Előfordul, hogy a forgórészt nem javítóműhelyben, a próbapadon, hanem a helyszínen egyensúlyozzák ki. Korábban grafikus módszert alkalmaztak, itt a megfestett tengelyen rajzeszközt közelítve a tengelyre, az vonalakat rajzol, jelölve az ütés irányát. Korszerűbb a hárompontmódszer, ahol üzemi fordulatszámon a rezgéselemzéssel és próbasúlyok felrakásával lehet az ellensúly helyét, ill. súlyát meghatározni. Gondot okozhat a kiegyenlítő súlyok elhelyezése. Régebben, főleg akciós tárcsák esetén, a túlsúly helyén a tárcsa anyagából leköszörülték az egyensúlyt rontó túlsúlyt, vagy befúrtak a tárcsába. Újabban, főleg a reakciós turbinák tárcsáinak az elején és végén, már a gyártás során hornyokat készítenek, és a berakónyíláson át az ellensúlyok elhelyezhetők. Az ellensúlyt nem szabad hegesztéssel rögzíteni. Elgörbült tengelyt nem szabad kiegyensúlyozással javítani", hanem ki kell egyengetni! A legtökéletesebben kiegyensúlyozott forgórésznek is van egy kicsi kiegyensúlyozatlansága, amelyből eredő erők lengéseket gerjesztenek. Bizonyos fordulatszámnál a lengésszám megegyezik a forgórész saját rezgésszámával, a rezgések összeadódnak, és a forgórész fokozottabban rezeg. Ezt nevezzük kritikus fordulatszámnak. Rugalmas tengelyeknek ahová a turbina forgórészek is tartoznak a kritikus fordulatszáma az üzemi fordulatszám alatt van. Minden forgórésznek egy vagy több kritikus fordulatszáma van. Az üzemviteli szempontból többházas turbinák esetén az egész turbinára érvényes kritikus fordulatszámok a mérvadók. A kritikus fordulatszám-tartományban a turbinát megállítani, ill. melegíteni tilos, azt minél gyorsabban túl kell lépni! 2. feladat Összesen: 26 pont Ön erőművi gőzturbinagépész. Feladata, hogy elvégezze egy reakciós rendszerű ABB turbina felkészítését az indításra, melyhez a kondenzátorban vákuumot készít. Ismertesse válaszában az előírások szerinti kondenzátorvákuum készítésének legfontosabb feltételeit és az általános lépéseket a helyes sorrendben! A kondenzátorvákuum-készítés megkezdése előtt a következő feltételeknek kell teljesülniük: 1. a kondenzátort hűtővízoldalon üzembe helyezték; 2. a kondenzvízrendszert üzembe helyezték; 3. a turbina tömszelencegőz-rendszerét üzembe helyezték, a tömszelencegőznyomás megfelelő; 4. az összes vákuum alatti rész tömör (kondenzátor, előmelegítők stb.); É 3/7
5. a kondenzátorba csatlakozó, légköri nyomás alatti vezetékeknek zárva kell lenniük (pl. előmelegítők csapadékvezetése, légtelenítése, vészürítő stb.). Általános lépések: 6. Ha ezek a feltételek teljesültek és a tömszelencegőz-nyomás jó, lehet indítani a sugárszivattyúkat. 7. Vízsugárszivattyúk alkalmazásakor el kell indítani a munkaszivattyúkat, és ki kell nyitni a légelszívó tolózárakat. 8. Gőzsugárszivattyúk esetén indítani kell az indítási gőzsugár-gyorselszívót, és ezzel egyidejűleg üzembe kell helyezni az üzemi gőzsugárszivattyúkat. 9. Ehhez az üzemi gőzsugárszivattyúk hűtőjén áramlást kell létesíteni, és gondoskodni kell a csapadék elvezetéséről. 10. Ki kell nyitni a légtolózárakat. 11. A vákuum kialakítását figyelemmel kell kísérni. 12. Ha valamilyen nyomásnál kisebb vákuumot nem lehet elérni, ennek oka valamilyen tömörtelenség miatti légbetörés. Ezt is ki kell deríteni, ill. a tömszelencegőz-nyomást kell növelni. 13. Ha a vákuum megfelelő, az indítási gyorselszívót üzemen kívül kell helyezni. A jó válasz egyenként 2 pont 3. feladat Összesen: 14 pont Ön gőzturbinagépészként jó, ha tanul más erőművekben előforduló súlyos üzemzavarokból, és ezeket kielemezve megelőzi a kezelési hiányosságból adódó eseteket munkája során. Az alábbiakban ismertetjük egy 200 MW-os turbina átömlővezetékének szakadását mint tanulságos esetet. Vonja le a fontos általános és speciális tanulságokat, hogy milyen negatív körülmények, esetleg hibák vezettek az esethez! Az üzemzavar: A turbina üzeme közben a nagynyomású előmelegítő kilyukadt, de az előmelegítő védelmi szelepek nem működtek. A megnövekedett tápvízforgalom miatt a főtápszivattyú túlterhelődött, indult a tartalék tápszivattyú, ami feszültségletörést okozott. Ennek következtében a blokk szabályzásában zavar következett be. A blokkszabályozás zavara és ennek elhárítása közben a nem megfelelő kezelői beavatkozás a turbina túlterhelését okozta. A túlterhelés következtében a turbinában a gőznyomások megnövekedtek, amelynek hatására a közép- és a kisnyomású ház közötti alsó, 750 mm-es átömlővezetékbe épített kompenzátorok közül a középnyomású ház kilépő oldalán levő első kompenzátor teljes keresztmetszetben szétszakadt. A szakadás következtében a turbinanyomás lefolyása eltorzult, a vákuum megszűnt. A megnövekedett axiális erőket a támcsapágy nem volt képes felvenni, emiatt a tengelyelmozdulás-védelem működött, és a támcsapágy is megsérült. A szétszakadt átömlővezeték vízszintes szakasza az újrahevítő melegági vezeték tartókeretére zuhant és deformálta azt. Az 5. megcsapolásnak a szétszakadt átömlővezetékből kiágazó csonkja is kiszakadt, a megcsapolóvezeték is deformálódott. A leszakadt átömlővezeték számos víztelenítő vezetéket letépett, és kábelsérüléseket is okozott. A nagy átmérőjű csőszakadás az átáramló gőz gyors kisülését eredményezte, ami a turbinasátor üvegezését rongálta meg. A turbinasátort az átömlővezetékből kiáramló 9 bar-os, 340 o C-os gőz árasztotta el. Mivel kezelő nem tartózkodott a közelben, így szerencsére személyi sérülés nem történt. É 4/7
Az eset arra példa, hogy egy segédberendezéstől származó üzemzavar kiterjedése milyen következményekkel járhat. Az esetből levonható tanulságok: a segédberendezéstől származó hiba is súlyos meghibásodáshoz vezethet; az üzemzavar során a túl sok információ miatt a kézi beavatkozás nehéz, ezért ezeket automatikára kell bízni; az üzemzavar során keletkezett sérülést, hibát meg kell vizsgálni, hogy esetleg nem típushibával állunk-e szemben (átömlővezeték-dilatáció); a biztonsági szerelvényeknek mindig működőképesnek kell lenniük; a nagyjavítás utáni próbákat és ellenőrzéseket fokozott gonddal és körültekintéssel kell végezni. 4. feladat Összesen: 20 pont Ön feladata szerint egy ellennyomású gőzturbinát indít, amikor párhuzamosan kapcsolja azt a szinkronizálást követően. Ismertesse a generátor párhuzamos kapcsolásának feltételeit, és mutassa be a kapcsolást követően elvégzendő szükséges lépéseket! Válaszában térjen ki az ellennyomású, az elvételes, az elvételes ellennyomású és a kondenzációs gép közötti lényeges különbségekre ennél a folyamatnál! A generátor párhuzamos kapcsolásának három feltétele van, amelyeknek egyidejűleg kell teljesülniük: a generátor és a hálózat feszültsége közel azonos legyen; a generátor és a hálózat frekvenciája közel azonos legyen; a generátorral előállított feszültség a hálózattal azonos fázisban, azaz szinkronban legyen. A szinkronizálást kézzel vagy automatikusan lehet végrehajtani, a generátorral termelt áram frekvenciáját a turbinafordulatszám-szabályozó állítása határozza meg. Ha a három feltétel teljesült, a főmegszakítót be lehet kapcsolni, és ezzel a párhuzamos kapcsolás megtörtént. Rögtön párhuzamos kapcsolás után a turbóegységet kismértékben terhelni kell, hogy a visszwatt-védelem működését elkerüljük. Az elvételes kondenzációs turbinák indítása lényegében megegyezik a kondenzációs turbinák indításával. Párhuzamos kapcsolás előtt a turbinanyomás-szabályozó bénítva van, vagy ki van iktatva. Ekkor az elvetéli elzáró- és visszacsapó szelep zárva van, de az átömlőszelep teljesen nyitva. Terhelésfelvétel után az elvételi elzárószelepeket a vezetékszakasz megfelelő víztelenítése és nyomás alá helyezése után lehet nyitni, majd az elvételinyomás-szabályozó bevételével a kívánt nyomás beállítható. Ellennyomású turbinák induláskor kipufogásra dolgoznak, és az ellennyomású hálózatra csak akkor kapcsolhatók, ha a hálózat és az ellennyomás értéke megegyezik. Ekkor a kipufogószelep fokozatos zárásával, lassan kell a gőzt a gőzhálózatra engedni. A vezetékek megfelelő mértékű felmelegítését mindezek előtt természetesen el kell végezni. Ezután lehet az ellennyomás-szabályozót üzembe venni. Az elvételes ellennyomású turbinát először mint ellennyomású turbinát kell indítani, és az elvételinyomás-szabályozót csak megfelelő teljesítmény után szabad bevenni. É 5/7
5. feladat Összesen: 20pont Ön feladata szerint figyelemmel kíséri és szabályozza a segédrendszerek paramétereit a felterhelés alatt. Ismertesse a turbinacsapágyolaj-ellátás zavarait és ezek okait is! Ezek kiindulópontjai lehetnek akár egy komoly turbina-üzemzavarnak is. A turbinacsapágyak, illetve a csapágyolaj-ellátás zavarai a legsúlyosabb turbinaüzemzavarok és meghibásodások okozói lehetnek. Ezeket gyakorlati tapasztalatok igazolják. A csapágyolajrendszerben a következő zavarok keletkezhetnek: 1. Csapágyolajnyomás-csökkenés, ezt okozhatja: a csapágyolaj-szivattyú meghibásodása; a nyomástartó szelep meghibásodása; az olajszűrő elpiszkolódása és a szűrőellenállás növekedése; a csapágyolajtartály-szint csökkenése, illetve a leürülés; a helytelen kezelői beavatkozás az olajszűrő- vagy az olajhűtő-átálláskor (pl. az üzemelő hűtőt olajoldalról tévedésből azelőtt zárják ki, mielőtt a tartalékot üzembe helyezik stb.). 2. Csapágyolajhőmérséklet-eltérés: a csapágyakra jutó, olajhűtő utáni olajhőmérséklet 42 45 C-tól való eltérése (amely a kenőképességet rontja). Különösen az olajhőmérséklet növekedése a veszélyes, mert ekkor a legjobban terhelt csapágy hőmérséklete annyira megemelkedhet, hogy a védelem működését, rosszabb esetben a csapágy kiolvadását okozza. Az olajhőmérséklet-növekedés leggyakoribb okai: az olajhűtő elpiszkolódása; az olajhűtőn a vízoldali áramlás elégtelensége (hűtővíznyomás-csökkenés, hűtővíz-armatúráknál az elpiszkolódás); a hőmérséklet-szabályozó (hűtővízszelep, érzékelők stb.) meghibásodása; a hőmérséklet-szabályozó meghibásodása. 3. A csapágyolaj-áramlás zavara: a csapágyra az olajszűkítőn keresztül jut. Az áramláscsökkenés leggyakoribb okai a következők: nem megfelelő méretű a szűkítő; a szűkítő elé idegen tárgy vagy szennyeződés került, ami a hozzáfolyás keresztmetszetét csökkenti. Számtalan csapágy-meghibásodás oka volt a javításnál a szűkítő helyett betett nyeles teli lemez (blind), illetve a csapágyvezetékben felejtett rongy vagy szerszám; a csapágy elfolyóvezetékének dugulása vagy az ebbe tett nyeles teli lemez (blind). Ilyenkor az olaj nem képes elfolyni, és a csapágyból az olajfogó lemezeken keresztül a környezetbe jut, ami tűzveszélyes. A csapágyolaj-áramlás csökkenése először a csapágyfém-hőmérséklet növekedését, illetve az elfolyó olaj hőmérsékletének növekedését okozza. Ezt idejében észlelve és a turbinát leállítva a súlyosabb csapágy-meghibásodás elkerülhető. Sajnos sok esetben erre nincs lehetőség, ekkor a csapágyfém elkenődik, kiolvad. Nagyobb mértékű csapágysérülésnél a tengelycsap is megsérülhet, sőt a forgórész annyira leülhet, hogy a lapátvégek, illetve a tömszelencék besúrlódnak. 4. Csapágyhiba: az olajellátástól függetlenül a csapágy is sérülhet, kiolvadhat. Ennek okai: a helytelenül beállított csapágy; a nem megfelelő csapágyhézag; a túl nagy rezgés, ami a turbina berázásakor először az olajfogó lemezeket, majd a csapágyat is megsértheti; a támcsapágynál túlzott tengelyirányú erő keletkezik. É 6/7
5. Olajtartályszint-csökkenés: ha az olajtartályban az olaj egy minimális szintet elér, és ennek okát nem lehet elhárítani, a turbinát le kell állítani, mert a túl alacsony olajtartályszintnél az olajszivattyúk az olajat elejthetik. Az olajtartályszint-csökkenés okai: a nagymértékű olajfolyás; az olajhűtő lyukadása (ha az olajnyomás nagyobb, mint a hűtővízé); az ürítő, a vészürítő armatúrák áteresztése; a helytelen csőkapcsolás (pl. olajcentrifugálás esetén). 6. A csapágyolajrendszer tömörtelensége: a csapágyolajrendszeren bekövetkezett nagymértékű tömörtelenség (tömítetlenség) esetén az olajtartályszint csökkenése és a tűzveszély megakadályozása érdekében a turbinával le kell állni. A csapágyolaj-ellátás zavara esetén a turbinát azonnal le kell állítani, és a forgórész kifutási idejének csökkentésére vákuumrontást kell alkalmazni. A megoldókulcstól eltérő, más helyes megoldásokat is el kell fogadni. Összesen: 100 pont 100% = 100 pont EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 40%. É 7/7