ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.10.2024
Просмотров: 128
Скачиваний: 0
2. После прогрева прибора в течение 2—3 мин в по токе масла быстрым смещением стакана относительно золотника отсекают пробу масла (рис. 3-4,в). Затем отборник следует оставить в потоке масла на 5—6 мин.
3. После того как выделятся все воздушные пузырь ки, прибор извлекают из бака и переворачивают измери тельной трубкой кверху (рис. 3-4,г). В таком положении определяется абсолютный объем воздуха V" в отобран ной пробе масловоздушной смеси 1/См. Относительное
объемное воздухосодержание подсчитывается по фор муле
Ф '= V'jVcu—аД/, |
(3-12)' |
где а—термический коэффициент объемного расширения
масла; A t— разность температур |
масла в баке (в мо |
мент отбора пробы) и в приборе |
(в момент измерения). |
Если пробоотборник не извлекается из бака сразу же |
|
после взятия пробы и процесс выделения воздуха не со провождается охлаждением масла, то разность темпера тур At равняется нулю и вторым членом в формуле (3-12) можно пренебречь. В противном случае возможны погрешности измерений.
В ряде случаев, например для расчета масловоздуш ных отстойников; определения скорости растворения пузырьков, попавших с маслом в систему регулирования; изучения процессов зарождения и развития аэрации масла; определения влияния антипенных присадок на дробление воздушных пузырьков в сливных трубопро водах и др., необходимо знать спектр размеров пузырь ков.
Обычно для этой цели применяют метод микрофо тографирования небольшого объема масловоздушной смеси, отобранной в прозрачные ловушки [Л. 53, 55].
По данным измерений пузырьков строят интеграль ные кривые N(d) счетного распределения пузырьков по размерам. В вероятностно-логарифмических координа тах эта зависимость представляется прямой линией (рис. 3-5,6). Графическим дифференцированием интег ральной зависимости получаются дифференциальные кривые n(d) счетного распределения пузырьков по раз мерам (рис. 3-5,а). Максимум функции ti(d) определяет модальный размер пузырька, т. е. размер наибольшего по счету пузырька. Аналогичным способом можно по строить интегральные M(d) и дифференциальные m(d)
132
Рис. 3-5. Дифференциальные (а) и интегральные (б) кри вые счетного (1) и объемного (2) распределения размеров воздушных пузырьков в турбинном масле [Л. 55].
кривые объемного распределения пузырьков по размерахМ. Для характеристики спектра размеров пузырьков могут быть использованы среднеарифметический, сред неквадратичный и среднекубический радиусы или диаме тры пузырьков.
г) Пенообразование масла
Пенообразование — это результат сложения ряда непре рывно протекающих процессов: образования в слое мас ла газовой эмульсии, выделения пузырьков газа на по верхность и образования пенного слоя, разрушения пенного слоя из-за ограниченной его устойчивости. Мас ловоздушная эмульсия образуется в результате: 1) выде ления растворенного воздуха или другого газа при сни жении давления ниже той величины, при которой проис ходило насыщение масла воздухом (или другим газом); 2) «вскипания» масла, т. е. образования кавитационных паровых пузырьков при снижении давления ниже пре дела упругости масляных паров; 3) увлечения тонкой кольцевой прослойки воздуха струями отработанного масла и последующего распадения ее на множество пузырьков [Л. 3, 52, 174].
133
Когда пузырек находится в слое масла, избыточное давление газа и пара р" внутри него уравновешивается гидростатическим давлением и силами поверхностного натяжения [Л. 32]:
р"=р + 2о/Д, |
(3-13) |
где R —радиус пузырька; гг — коэффициент |
поверхност |
ного натяжения. |
|
Под влиянием подъемных сил пузырек всплывает, и в момент прорыва его через поверхность состояние его резко нарушается: вследствие быстрого уменьшения гид ростатического давления он начинает расширяться и де формироваться. Если прочность поверхностной пленки окажется недостаточной, избыточное давление р" приве дет пузырек к разрушению. Так и происходит обычно с чистыми (гомогенными) жидкостями, у которых по верхностная прочность мала, а поверхностное натяже ние, обеспечивающее значительную величину р", доста точно велико [Л. 32].
Нефтяные масла не являются гомогенными жидко стями. Они представляют сложную смесь различных углеводородов (§ 3-1), содержащую поверхностно-актив ные и иные вещества в форме грубых дисперсоидов, кол лоидных систем и истинных растворов. Эти вещества по нижают поверхностное натяжение, а следовательно, обу словливают сравнительно небольшое избыточное давле ние в пузырьке. Кроме того, поверхностный слой такого пузырька, насыщенный различными дисперсоидами, об разует достаточно прочную, эластичную и подвижную пленку. В момент выхода пузырька на поверхность проч ность адсорбированной пленки оказывается вполне до статочной для сохранения «жизни» пузырька. Так обра зуется пенный слой, состоящий из множества элементар ных пенных ячеек [Л. 32, 42, 105].
Ячейки пены постепенно разрушаются. Это происхо дит вследствие стекания масла между тонкими адсорби рованными слоями, нарушения связующей способности углеводородных молекул и других особенностей строения поверхностных пленок. Время существования ячейки пены определяют устойчивость ее и всего пенного слоя. На место разрушенных ячеек поступают новые порции всплывающих пузырьков. Таким образом, высота пенно го слоя, находящегося в динамическом равновесии, за висит от количества ячеек пены, образующихся в еди-
134
ницу времени над поверхностью, и от устойчивости пены к разрушению (рис. 3-6).
На процесс образования и разрушения пены оказы вают совокупное влияние физико-химические свойства масла (поверхностное натяжение, характер и концентра ция растворенных веществ; гетерогенность раствора, т. е. разность концентрации веществ в поверхностном слое и в остальной массе масла; вязкость; упругость паров и др.) и вся гидродинамическая обстановка.
Гетерогенность раствора одинаково влияет и на об разование пены, и на ее устойчивость. Опыты показали [Л. 32], что наибольшее вспенивание отвечает условиям максимальной гетерогенности раствора веществ в масле. При последовательном увеличении концентрации поляр ных и других пенообразующих компонентов высота пен ного слоя сначала возрастает до момента достижения наибольшей гетерогенности, а затем падает, несмотря на непрерывное уменьшение поверхностного натяжения. На сыщенные растворы, как и чистые жидкости, не способны к пенообразованию, так как их гетерогенность равна нулю.
Вещества, стабилизирующие пленку пены, теряют свои свойства после отекания масла из пленки. Это про исходит вследствие синерезиса, который способствует оставлению адсорбированных веществ как бы в твердом, хрупком, неподвижном состоянии в противоположность жидкому, эластичному и подвижному состоянию, пред шествовавшему разрушению ячейки пены. Для полез ного использования этих свойств пленок в масло иногда
вводят антипенные |
присадки, |
например, |
силиконового |
||
происхождения. Силиконы |
способны образовывать в мас |
||||
ле быстро |
насыщающиеся |
коллоидные |
растворы. При |
||
очень малых концентрациях |
силикона |
гетерогенность |
|||
раствора |
велика |
и масло |
интенсивно |
вспенивается |
|
(в данном |
случае |
силиконы |
ведут себя |
как пенообра |
|
зующие агенты). Добавление силикона выше предела растворимости устраняет гетерогенность раствора и обу словливает такое состояние пленки, при котором она теряет эластичность, а потому быстро разрушается
[Л. 42].
Вязкость масла оказывает двустороннее влияние на пенообразование. С одной стороны, если масло имеет пониженную вязкость, то оно способно интенсивнее вы делять ранее растворенный газ, увлекать больше газа
Рис. 3-6. Влияние отдельных факторов на пенообразование масла
[Л. 32].
и затем дробить его на пузырьки; с понижением вяз кости ускоряется подъем пузырьков на поверхность. Иначе говоря, чем ниже вязкость, тем больше «приход ная» составляющая пенного слоя. С другой стороны, изза быстрого стекания маловязкого масла между адсор бированными слоями пенных ячеек устойчивость их сни жается, вследствие чего возрастает и «расходная» со ставляющая пенного слоя. В зависимости от того, какой процесс будет превалировать (образование пены или раз рушение), будет и конечный эффект пенообразования. Например, с повышением температуры и уменьшением
130
вязкости турбинного масла ценообразование вначале
возрастает, причем с тем большей интенсивностью, чем меньше номинальная вязкость исходного масла. В этом случае образование пены превалирует над ее устойчиво стью. Однако при достаточно высокой температуре (90—95°С), несмотря на интенсивное пополнение пенно го слоя новыми пузырьками, на поверхности остается весьма рыхлый и неустойчивый тонкий слой пены. При умеренной температуре (40—60°С) образуется наиболее толстый слой пены турбинного масла.
При попадании в масло воды или другого активного агента, снижающего упругость насыщенного пара жидко сти, интенсивно образуется устойчивая пена [Л. 3].
При пенообразовании большую роль играют гидро динамические факторы. Образование масловоздушной эмульсии, количество и размер пузырьков, скорость их подъема на поверхность во многом зависят от динамиче ской и кинематической обстановки процесса. Известно, что выделение растворенного газа из циркулирующего или иным способом возмущенного масла протекает за несколько секунд. При спокойном же состоянии масла этот процесс протекает медленнее, и в известных усло виях масло может находиться даже в пересыщенном со стоянии. Пузырьки воздуха, подсасываемого в насос через негерметичный трубопровод или через уплотнение вала, размельчаются настолько, что могут находиться в смеси с маслом в течение многих часов. Бурное движе ние отработанного масла по сливным трубопроводам со провождается захватом воздуха и его дроблением на мельчайшие пузырьки. При упорядоченном же движении масла в тех же трубопроводах происходит, наоборот, процесс слияния (коалесценции) пузырьков. Крупные пузырьки быстрее выделяются на поверхность и быстрее разрушаются, чем мелкие. Перемешивание и возмуще ние пенного слоя иногда ускоряют его разрушение. Из вестна, например, высокая эффективность воздействия ультразвука на разрушение пены [Л. 4].
Гидродинамическая обстановка влияет на образова ние и разрушение пены, не только прямым, но и косвен ным путем изменяя физико-химические свойства адсор бированных пленок. Например, упорядоченное движение масла в баке способствует выделению шлама, воды и других активных (в отношении вспенивания) компонен тов. Это приводит к изменению поверхностного натяже-
137
Мйя, гетерогенности раствора таких веществ, к измене нию прочности и других свойств пленок, совокупность которых определяет весь процесс ценообразования. С другой стороны, свойства масел и характер их загряз нений влияют на кинематические условия образования масловоздушной эмульсии. Например, снижение поверх ностного натяжения приводит к интенсивному дроблению пузырьков, к образованию высокодисперсной вязкой пены.
Следует еще раз подчеркнуть, что ни вязкость, ни по верхностное натяжение, ни гидродинамическая обстанов ка процесса не могут исчерпать в отдельности все мно гообразные физико-химические свойства масла и физикотехнические факторы, определяющие сложный процесс пенообразования.
3-4. ОБВОДНЕНИЕ МАСЛА
а] Гигроскопичность масла
Масло способно поглощать воду и водяные пары из окружающей среды [Л. 85]. Гигроскопичность турбинного масла хотя и незначительна, но она оказывает большое каталитическое воздействие на процессы старения масла.
Содержание поглощенной (растворенной) воды в нефнятом масле при данной температуре определяется за коном Генри (рис. 3-7,а ) :
X = Хмаксф = ХмаксР/ра= kp, |
(3-14) |
где х — равновесная концентрация воды, % |
массы; |
хМакс — максимально возможная концентрация раствори мой воды при данной температуре, % массы; ф — отно сительная влажность воздуха, %; р — упругость паров воды в воздухе; ря — упругость насыщенных паров воды в воздухе при данной температуре; k—xM&KC/pH.
Нагрев масла при неизменных температурах и влаж ности окружающего воздуха сопровождается осушкой масла. Наоборот, при охлаждении масла (но неизменной температуре и влажности воздуха) часть ранее раство ренной воды выделяется в виде мелких капель, образуя эмульсию «вода в масле». Наличие в масле продуктов окисления, полярных компонентов (кислот, мыл, спир тов) ведет к повышению гигроскопичности масла и на-
1 3 8
Рис. 3-7. Влияние температуры (а) и кислотности (б) на гигроско пичность нефтяного масла [Л. 85].
Кислотность в мг КОН на 1 г масла: 1 — 0,02; 2 — 0,17; 3 — 0,21.
рушению линейной зависимости поглощающей способ ности от влажности воздуха (рис. 3-7,6). Наиболее ин тенсивно повышают гигроскопичность масла низкомоле кулярные кислоты (муравьиная, пропионовая, уксусная) и нафтенаты некоторых металлов. Поэтому масло, недо статочно очищенное или сильно окисленное в процессе эксплуатации, обладает большей гигроскопичностью и труднее поддается обезвоживанию. Насыщение масла во дой, так же как и обратный процесс — выделение влаги из масла в виде капель, происходит с определенной ско ростью, зависящей от толщины слоя масла, размеров свободной поверхности, соотношения между упругостями паров воды в масле и воздухе, температуры и других факторов.
Для определения количества растворенной влаги в нефтяном масле используют стандартизированные ме тоды (ГОСТ 1574-42, 7822-50).
6] Эмульгируемость масла
Попадание воды в масло — весьма распространенное явление при эксплуатации паровых турбин. Если вода не смешивается с маслом, она опускается на дно масля-
139