Файл: Казанский, В. Н. Системы смазки паровых турбин.pdf

Т а б л и ц а 3-1

Растворимость газов в турбинном масле

шает максимально возможного (равновесного) объема растворенного газа, но заметно замедляет скорость диффузии газа в масло, иначе говоря, увеличивает вре­ мя для полного насыщения масла данным газом.

Насыщение масла газами растянуто по времени. В поверхностном слое масла, находящемся в непосред­ ственном соприкосновении с газом, при повышении дав­ ления практически мгновенно устанавливается концен­ трация растворенного газа а, соответствующая полному насыщению при данных условиях. В частности, в этот первоначальный период времени (длительностью не бо­ лее 1 с) может раствориться сразу до 25% общего объема воздуха, заключенного в диспергированных пу­ зырьках. Затем наступает режим стационарного раство­ рения воздуха. В результате конвективной диффузии частицы масла с повышенным содержанием растворен­ ного воздуха постепенно переходят в более отдаленные слои объема масла. Практически во всем объеме масла (за исключением поверхностного слоя) концентрация раствора с поддерживается одинаковой. Скорость же проникновения воздуха через поверхностный слой ока­ зывается прямо пропорциональной разности концентра­ ций воздуха а—с. Время, необходимое для полного на­ сыщения заданного объема масла растворенным газом, можно найти, решив следующую систему дифферен­ циальных уравнений:

127

чие поверхностно-активных веществ и, главное, интен­ сивность перемешивания масла с газом. Ниже приведе­ на зависимость коэффициента скорости адсорбции воз­ духа в турбинном масле марки 22 от температуры t при отсутствии перемешивания масла и воздуха:

Скорость растворения воздуха в масле при переме­ шивании увеличивается в 20—30, а в некоторых случаях даже в 100 раз.

Кислород, растворенный в масле, является основной причиной окисления углеводородов. Все остальные газы, растворенные в масле, не оказывают существенного влияния на его свойства до того времени, когда при определенных условиях (например, при снижении дав­ ления ниже атмосферного) они не выделятся в виде пузырьков и не образуют механическую смесь с маслом.

б] Объемная прочность масла

Объемная прочность масел, как и любых других жидко­ стей, характеризуется тем отрицательным давлением (напряжением растяжения), при котором происходит «разрыв сплошности» однородной среды, образуется га­ зожидкостная смесь. Знание величины объемной проч­ ности масла необходимо при решении задач о повыше­ нии виброустойчивости подшипников турбомашин, при разработке методов повышения кавитационной стойкости элементов маслосистемы (насосов, редукционных клапа­ нов, золотников), работающих на новых маслах (синте­ тических или нефтяных, но с присадками). Для опреде­ ления объемной прочности масел разработано много при­ боров, работа которых основана на различных принци­ пах: капиллярном, ультразвуковом, механическом [Л. 78].

Для экспресс-анализа объемной прочности масла в УралВТИ разработан простой прибор, основанный ца

12&

Рис. 3-3. Прибор для определе­

фонной камере. В нем в отличие от аналогичных приборов исследуемое ма­ сло заливается в прозрач­ ную камеру с наружной стороны сильфона (рис. 3-3). Это позволяет обна­ руживать скопление воз­ духа между гофрами силь­ фона, легко и быстро уда­ лять его, визуально опре­ делять места разрыва ма­ сла при нагружении силь­ фона, получать более до­ стоверные результаты эксперимента [Л. 51].

В результате деформа­ ции сильфона происходит

разрыв масла, сопровождающийся характерным щелчком; одновременно идет бурное «кипение» масла с выделением пузырьков газа. Давление р, при котором происходит «разрыв сплошности» масла, подсчитывается по формуле

сильфона; х, у, — перемещение дна сильфона и нижнего конца пружины; р а — барометрическое давление; k i, k 2 —

коэффициенты жесткости сильфона и пружины.

Опыты УралВТИ показали, что объемная прочность

для масла марки ТСп-22 с антипенными (0,001%) и де­ эмульгирующими (0,005%) присадками.

в) Механическая смесь масла и воздуха

Нерастворенный воздух, присутствующий в масле, умень­ шает модуль объемной упругости рабочей жидкости, замедляет скорость передачи гидравлических импульсов в системе регулирования, вызывает пульсацию диффе­ ренциальных поршней, снижает устойчивость шипа на масляной пленке, способствует эрозийному износу дрос­ селирующих поверхностей, снижает подачу и напор мас­ ляных насосов, ускоряет окисление масла и вызывает повышенные потери его (пена очень текуча и проникает через незначительные неплотности), ухудшает теплооб­ мен в маслоохладителях, усложняет эксплуатацию эле­ ментов масляной системы и прежде всего масляного бака [Л. 50, 52]. Известен случай аварийного разрушения маслопроводов на работающей турбине 25 МВт из-за интенсивных гидравлических ударов в масляной системе, появившихся вследствие недопустимых пульсаций золот­ ников и качания нагрузки. Было обнаружено, что от­ верстия для эвакуации воздуха из тупиковых камер про­ точно-импульсных линий системы регулирования заби­ лись смолистыми продуктами окисления чрезмерно об­ водненного и аэрированного масла [Л. 50].

Важно знать количественное содержание воздуха в масле.

Согласно общепринятой терминологии под относи­ тельным объемным воздухосодержанием 'ср масловоздуш­ ной смеси понимают отношение объема всех воздушных включений V" к суммарному объему смеси VCM=V' + V",

Т’ 6' <p=V"/{V' + V"). (3-11)

Величину ф> иногда называют «концентрацией возду­ ха», степенью аэрации масла или просто воздухосодер­ жанием масла.

Для его измерения применяют различные методы: не­ посредственное взвешивание отобранной пробы масла; гидростатическое взвешивание поплавковыми приборами или дифференциальным манометром; отстаивание ото­ бранной пробы масла; фотоэлектроколориметрический, радиоактивный, ультразвуковой, компрессионный, электроемкостный способы [Л. 20, 50, 53, 54, 178].

Для измерения воздуха в масляных баках часто при­ меняют поршневые герметичные пробоотборники, одна из конструкций которого показана на рис. 3-4,а [Л. 54].

130

Пробоотборник состоит из прозрачного стакана 5, в ко­ тором перемещается золотник 6, снабженный резиновы­ ми уплотнениями 4 и 8. К стакану привернута труба 3, через которую проходит шток 2. Стакан и золотник мо­ гут быть плотно прижаты друг к другу накидной гайкой 1. К золотнику гайкой 9 крепится протарированная

в объемных единицах измерительная трубка 10 из орга­ нического стекла. Чтобы избежать сжатия воздуха при отсечении пробы масловоздушной смеси, в гайке 7 сде­ лан специальный вырез.

Пробы отбираются в три этапа:

1.Измерительная трубка заливается чистым маслом,

чоткрытый прибор осторожно погружается в исследуе­

мую точку бака (рис. 3-4,6).