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

ле, но выпадают в осадок при охлаждении. Наблюда­ лись случаи, когда горячее, и внешне совершенно про­ зрачное масло при циркуляции через маслоохладители оставляло на холодных стенках трубок обильный шлам, бывший до этого в растворенном состоянии. На различ­ ной растворимости части шлама в горячем н холодном масле основан и способ его выявления: отбирается про­ ба масла из системы смазки работающей турбины и по­ степенно охлаждается до 12—15 °С. Помутнение масла будет свидетельствовать и о наличии в нем растворимо­ го шлама. Такое масло считается ненадежным, и его следует сменить при первой возможности.

Нормы на содержание растворимого в масле шлама еще не установлены. В свежем масле механические при­ меси должны отсутствовать, в эксплуатационном содер­ жание веществ, нерастворимых в нормальном бензине, не должно превышать 0,1%. Метод количественного оп­ ределения механических примесей по ГОСТ 6370-59 тре­ бует не менее 2 суток, поэтому в настоящее время рядом организаций (ВТУЗ ЛМЗ, ВТИ) разработаны экспрессметоды для количественной оценки загрязненности тур­ бинного масла.

Масло содержит определенное количество растворен­ ных примесей, в частности первичные и вторичные про­ дукты окисления его: низкомолекулярные водораствори­ мые кислоты, высокомолекулярные кислоты, раствори­ мые в масле и практически нерастворимые в воде, фенолы, асфальтены, смолы, мыла органических кислот и др.

Следует отметить, что не все смолистые вещества яв­ ляются посторонними примесями. Содержание в масле некоторого количества смол (до 1%) даже необходимо, так как они способствуют стабильности масла, являясь естественными антиокислителями.

Специфическим загрязнителем масла является сера. В турбинных маслах из сернистых нефтей восточных районов СССР активной (свободной) серы не содержит­ ся. Сера входит в структуру органических соединений и находится как бы в скрытом состоянии. Иногда (при не­ кондиционной очистке масла) встречаются и непрочные сернистые ингредиенты, увеличивающие коррозионную активность масла. Благодаря селективной и гидрогенизационной очистке масляных дистиллятов сернистых неф­ тей в товарных турбинных маслах содержание серы даже в малоактивных соединениях обычно не превыша­

ет 0,6— 1,0%. В гидроочищенном масле обычно содер­ жится меньше серы (до 0,2—0,3%), чем в масле фе­ нольной очистки (0,5—0,7%).

В состав примесей, содержащихся в масле, входят как органические, так и неорганические соединения. Не­ органическая часть (называемая также зольной частью примесей) характеризует содержание в масле солей органических и минеральных кислот, продуктов корро­ зии и износа металлов, шеллака, пыли, отбеливающих земель и других несгораемых примесей. Заметное коли­ чество золы получается только в плохо очищенных мас­ лах. В свежем турбинном масле марки 22 зольность не должна превышать 0,005% массы. По мере эксплуатации зольность масла растет в основном за счет попада­ ния металлической пыли (износ деталей), загрязнения пылью, вносимой вместе с вентилируемым воздухом из машинного зала (все то, что принято называть пылью, на 70% состоит из кварцевого песка; органическая часть пыли не превышает 25%, окислы железа составляют 3— 5%). Однако накопление зольной части примесей масла идет значительно медленнее, чем накопление органиче­ ской части примесей.

Прозрачность и цвет масла являются важнейшими характеристиками, по которым можно качественно су­ дить о содержании посторонних примесей. Свежие тур­ бинные масла обычно светлого цвета с желтоватым от­ тенком. Несколько темнее цвет у сернистых масел. Характерна зеленая подцветка у гидроочищенных масел.

вплоть до темно-красного. Цвет масла с присадками за­ висит от типа присадок. Быстрое и сильное потемнение масла указывает на его быстрое изнашивание.

Одним из показателей хорошей очистки масла явля­ ется наличие флюоресценции (отсвечивания). Если рас­ сматривать свежее масло в проходящем свете, то на его поверхности всегда бывает голубоватое или зеленоватое отсвечивание. Специфической ярко-зеленой флюоресцен­ цией (иногда с синеватым оттенком) обладают гидро­ очищенные сернистые масла. В окисленных, загрязнен­ ных маслах флюоресценция выражена слабо (матовая или слегка голубоватая) или совсем отсутствует {Л. 77].

Характеристика свежих турбинных масел приведена в приложении 5.

148

3-6. СМАЗЫВАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ МАСЛА

Смазывающая способность масла [Л. 105] определяется различными механизмами, основанными на двух эффек­ тах: объемном и поверхностном. Объемные (физические) эффекты проявляются при жидкостном режиме трения и характеризуются способностью создавать несущий масляный слой, полностью разделяющий трущиеся по­ верхности. Образование такого слоя происходит в ос­ новном за счет важнейшего объемного свойства масла— вязкостного эффекта, обусловливающего в свою очередь гидродинамический эффект, гидростатический и эффект вязкоупругости.

Поверхностные (физико-химические, химические) эф­ фекты проявляются при граничном режиме трения и ха­ рактеризуются способностью создавать на трущихся поверхностях тонкие, но прочные несущие адсорбиро­ ванные слои смазочного вещества (или отдельных его активных компонентов), химические слои окислов, мыл или присадок.

Трение смазанных поверхностей основано на взаимо­ действии системы «металл — масло — металл», которую можно назвать «триадой трения». Эффективность сма­ зочного действия масел зависит не только от его свойств, но и от сложной системы взаимодействия между всеми составляющими «триады трения», а эти взаимодействия определяются многочисленными факторами физическо­ го, химического, геометрического и кинематического свойств. Поэтому нельзя оценивать износные и фрикци­ онные свойства масла безотносительно к конкретным условиям его применения. «Хорошие» по смазывающим свойствам масла в одних условиях применения могут оказаться «плохими» при ином сочетании внешних фак­ торов: режима трения, свойств материала, геометрии трущейся поверхности и др.

Механизм действия граничной смазки достаточно сложен. На чистых, не защищенных пленками (ювениль­ ных) поверхностях трения создается сильное электроста­

тическое силовое поле. При достаточно тесном сближе-

о

нии таких поверхностей (5— 10 А) возникают огромные силы взаимного притяжения (до 200 000 -105 Па), обус­ ловливающие ювенильное трение. При обработке метал­ лических поверхностей в воздухе они покрываются пер-

О

вичной пленкой окислов (10—50 А). Пленки окислов

149

значительно экранируют силовое поле металлической поверхности, однако и их слабое собственное силовое поле способно формировать вторичные пленки из ком­ понентов масла.

Вторичные пленки образуют с поверхностью физиче­ скую связь (адсорбционные пленки) либо химическую (пленки мыл, окислов, присадок).

Адсорбционная пленка образуется в результате взаимодействия активных центров твердой поверхности с полярными группами, входящими в состав молекул углеводородов масла и их производных, содержащих кислород, серу, азот и другие элементы. К полярным соединениям относятся карбоновые кислоты, спирты, эфиры, смолы, сернистые соединения, различные про­ дукты окисления масла. Основные компоненты нефтя­ ного масла — нафтеновые углеводороды — состоят из полярно инертных молекул и не способны создавать прочные граничные слои.

Не все адсорбционные слои имеют достаточную проч­ ность в условиях трения. Наиболее прочные слои обра­ зуют те молекулы, которые приобретают определенную ориентацию относительно поверхности. В классическом адсорбционном слое полярные молекулы ориентированы параллельно друг другу, направлены хвостами неполяр­ ных цепей кверху и образуют нечто похожее на ворс. При достаточной концентрации полярных веществ в мас­ ле к свободным концам молекул первичного ворса при­ соединяется второй ряд молекул и т. д. до образования слоя толщиной до 0,1 мкм. Представление о классиче­ ском слоистом строении граничного слоя смазки являет­ ся лишь идеализированной схемой. Исследованиями установлено, что на поверхностях трения образуются ориентированные слои с различным углом наклона молекул в монослое и даже располагающиеся парал­ лельно поверхности.

Адсорбированные слои смазки изменяют свои физи­ ческие свойства под воздействием силового поля твер­ дого тела. Тонкая пленка ведет себя почти как много­ слойное кристаллическое образование высокой упруго­ сти, способное выдерживать без разрушения большие нормальные давления (модуль Юнга для адсорбирован­ ных пленок в 2 раза выше, чем у стали!). В то же вре­ мя для сдвига пленки в тангенциальном направлении требуются весьма малые силы. Эти свойства и обеспе-

150

Чйвают эффективную см азку поверхности при гранич­ ном трении.

По мере удаления от металлической поверхности и ослабления ее силового поля стройная ориентация цеп­ ных молекул активных веществ нарушается. Образуется зона постепенного перехода от граничной адсорбиро­ ванной пленки к области жидкостной смазки, если она имеется.

Адсорбционный граничный слой на поверхности тре­ ния разрушается от термических и механических воз­ действий. При значительном повышении температуры кинетическая энергия адсорбированных молекул может превысить энергию их связи с поверхностью, и в ре­ зультате произойдет десорбция молекул в жидкую фазу. Существует критическая температура /, соответствую­ щая температуре полной дезориентации граничного слоя конкретного масла и при определенных материа­ лах поверхностей трения, при которой смазка не спо­ собна защитить поверхности от непосредственного кон­ такта. Для поверхностей трения «сталь — баббит» кри­ тическая температура турбинного масла марки 22 (ГОСТ 32-53) равна ПО—130°С, турбинного масла марки 30 140 °С, авиационного масла МС-20 165 °С. Следует отличать критическую температуру граничного слоя от температуры разрушения i* всего смазочного слоя. Величина t* зависит от специфических условий работы трущегося сопряжения в узлах машин и может изменяться под воздействием ряда факторов: режима смазки (гидродинамический или гидростатический), возникновения пластической деформации в контакте, изменения свойств материала поверхностей под воздей­ ствием окисления в процессе трения. Так, например, для поверхностей трения «сталь — баббит» граничная пленка турбинного масла разрушается при 120°С, а гид­ родинамическая в упорных подшипниках турбомашин — при 150— 170ЧС.

3-7. ПРОЧИЕ СВОЙСТВА МАСЛА

а] Огнестойкость масла

151

Теряет сл ед ую щ ее количество паров:

б| Теплоемкость и теплопроводность масла

152

г) Диэлектрическая проницаемость

153