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

На рис. 4-4,6 показаны временные зависимости отно­ сительного изменения воздухосодержания масла ф2/ф1

для различных условий эксперимента.

Опыты показали, что любое свежее турбинное масло марки 22 (Л-22, ТСп-22,. Т-22П, Ткп-22) и их смесь в любых пропорциях обладают приблизительно одина-

Рис. 4-4. Определение скорости выделения воздуха из неподвижного слоя масла [Л. 63].

ковой деаэрируемостью. С увеличением кислотности масла скорость выделения воздуха резко замедляется, а время полного удаления воздуха увеличивается. Характерен в этом отношении следующий лабораторный эксперимент (Л. 64]: метровый слой турбинного масла марки 22 освобождается полностью от воздушных пу­ зырьков при температуре 50°С за время т = 240—250 с, если кислотность масла не превышает 0,1 мг КОН на

170

1 г масла; при кислотности 0,25 мг К'ОН на 1 г масла деаэрирующие свойства масла ухудшились приблизи­ тельно в 2 раза, время т составило величину 480—500 с; при кислотности масла 0,5 мг КОН на 1 г масла время т увеличилось до 900 с.

Отдельные капли воды, частицы металла и шлама осаждаются в большом объеме неподвижного слоя мас­ ла со скоростью, равной:

и площадь миделева сечения частицы; ф — коэффициент сопротивления движению частицы.

Для шарообразных частиц диаметром d при числах

р*—р' скорость осаждения даже больших капель влаги

ждения единичных капель воды в чистом турбинном масле марки 22 при 50 °С:

Рядом исследований было установлено, что при ма­ лых концентрациях загрязнений (до 1 объемн. %) ско­ рость осаждения примесей значительно превышает ско­ рость свободного падения отдельной частицы. При повышенной же концентрации ‘загрязнений происходит «стесненное», а поэтому и замедленное (по сравнению

сединичной частицей) осаждение примесей [Л. 26].

Ваэрированном масле скорость осаждения тяжелых примесей замедляется. Действительно, плотность и вяз­ кость аэрированного масла равны:

171

где р" — плотность воздуха; р — динамическая вязкость

Анализ выражения (4-9) показывает, что с увеличе­ нием воздухосодержания масла скорость V* уменьшает­

ся. Таким образом, отмеченные выше нежелательные свойства аэрированного масла дополняются еще одним: ухудшать осаждение механических примесей и капель воды. Некоторые частицы шлама, коллоидные вещества прочно прилипают к воздушным пузырькам и вместо свободного падения, наоборот, выносятся на поверх­ ность, в пенный слой. С течением времени пена разру­

из масла в баке зависит от соотношения фактического времени пребывания масла Тф в отстойнике и времени т0, необходимого для удаления нежелательных примесей. Существует очевидная зависимость '[Л. 63]

примесей; (5 — коэффициент использования объема бака. Связь между величинами Т ф /т 0 , тр/т0 и р наглядно иллюстрирует график (рис. 4-5). Если отношение времен

172

удовлетворительного отстоя примесей (получить Тф^>т0)

доведение коэффициента р до 1,0 позволит повысить эффективность выделения примеси за счет простого упорядочения потоков, рационального размещения се­ ток, порогов, лотков. Однако эти возможности ограни­ чены. Так, при тр/то< 1 (бак с повышенной кратностью циркуляции) при любом значении р вплоть до 1,0 прин­ ципиально невозможно осуществить полную очистку масла, и все попытки интенсифицировать выделение воз­ духа и осаждение грязи путем простого упорядочения потоков в баке оказыва­ ются безрезультатными, поскольку по-прежнему Тф/то<1. В этом случае интенсифицировать про­ цесс отстоя масла в баке возможно при использо­ вании пакетов наклонных перегородок, сепараторов и других устройств, кото­ рые смогли бы сущест­ венно уменьшать вре­

вершенство формы и кон­ струкции бака можно оценить при его испытании на элек­

тростанции. Однако результаты таких испытаний лишь с осторожностью могут быть использованы для теорети­ ческих обобщений. Для последних большую ценность представляют данные, полученные при помощи лабора­ торных методов, где влияние различных факторов не на­ кладывается п где легче добиться отсутствия трудноучитываемых факторов. Испытания масляных баков турбомашин на прозрачных моделях производились в МЭИ и УралВТИ [Л. 50, 63, 119]. Вопросы подобия движения взвесенесущих потоков в натурных отстойни­ ках и их моделях изложены в [Л. 50, 166]. Испытания на моделях и натурных баках показали, что аэрирован­ ное н нагретое масло ведет себя в отстойниках как

173

поток плотности. В баке простейшей конструкции (рис. 4-6,а) поток газожидкостной смеси сосредоточен­ ной струей направляется вдоль поверхности и занимает небольшую часть живого сечения отстойника. Постепен­

О)

Р и с. 4-6. С хем ы д в и ж ен и я аэрированны х поток ов м асл а в п р озр ач ­ ны х м о д ел я х баков [Л . 1 1 9 ].

« — простейший бак; б — бак для турбин серии «В» ЛМЗ; в — многокамерная ■конструкция бака Харьковского филиала ЦКБЭНЕРГО; 1 сетчатый плоский фильтр.

174

бака вихревые зоны с обратными токами жидкости. Из-за интенсивного перемешивания выделение воздуха происходит крайне плохо. Нижние слои в обменном движении не участвуют. Перед всасывающим устрой­ ством поток снова сужается и, опускаясь, увлекает за собой с поверхности большое количество пузырьков. Возникающий возле всасывающего устройства вихрь препятствует поступлению чистой жидкости из нижних слоев бака.

В многокамерной конструкции бака (рис. 4-6,в) по­ перечные перегородки турбулизируют поток и ухудшают отделение примесей. Более целесообразна установка в «грязном» отсеке бака отражательных щитов, дырча­ тых листов и других устройств, которые гасят кинети­ ческую энергию потока и равномерно распределяют поток по ширине бака.

Сетки, обычно устанавливаемые в баке для тонкой фильтрации масла, непосредственно задерживают круп­ ные пузырьки и, кроме того, заставляют вступить в ра­ боту практически все поперечное сечение бака. Аэриро­ ванный поток, опускаясь по сетке в глубь бака, замед­ ляет свое движение, чем способствует выделению тех пузырьков, скорость всплывания которых больше ско­ рости опускания жидкости. Однако сетки, дырчатые листы, вертикальные стенки деформируют основной поток, способствуют возникновению вторичных, вихре­ вых течений, ухудшающих работу бака. Как правило, в таких водоворотных зонах в движении участвуют са­ мые мелкие пузырьки, которые постепенно сосредоточи­ ваются в верхней половине вихря и уносятся в следую­ щий отсек. Особенно вреден вихрь перед всасывающим устройством (рис. 4-6,а, б).

При визуальном наблюдении за распределением окрашенных струй в моделях можно было установить, что движение потока турбулентное. Даже при отсутст­ вии в потоке пузырьков не удавалось получить лами­ нарного режима при числах Re вплоть до 600 (за харак­ терный размер принимался средний гидравлический радиус бака). Это вызывалось тем, что поток не запол­ нял равномерно живое сечение отстойника, и фактиче­ ские скорости в 3—6 раз превышали средние расчетные скорости, принятые при вычислении критерия Re. Турбулизации потока способствуют процесс барботажа слоя пузырьками, отсутствие равномерного движения среды,

175

относительно малая длина бака, недостаточная для стабилизации потока, наличие вертикальных перегоро­ док и порогов, температурный градиент по высоте бака и др.

4-3. МНОГОЯРУСНЫЕ МАСЛЯНЫЕ БАКИ

В турбинах малой мощности устанавливаются масляные баки небольшой емкости (1—5 м3). Средняя толщина слоя масла в таких баках настолько незначительна (300—500 мм), что примеси успевают довольно быстро выделиться даже при повышенной кратности циркуля­

тр задавалось по-прежнему равным 300—360 с (крат­ ность циркуляции 10—12 ч-1), как и для турбин малой мощности. Это привело к тому, что при сниженных зна­

с функциями отстойника. Любые мероприятия, направ­ ленные на улучшение формы бака, снижение застойных зон, уменьшение глубины бака при одновременном раз­ витии его размеров в плане давали положительные ре­ зультаты. В турбинах большой -мощности (200—800 МВт) емкость :масляного бака увеличилась до 30—50-м3, а глубина до 1,5—2 -м и более (рис. 4-7). Все -попытки повысить деаэрирующую способность бака за счет по­ вышения коэффициента использования объема масла

можным выполнить условие Тф/т0 > 1. К насосам посту­

пало масло, содержащее 4—8% воздуха, вследствие чего они работали явно в нерасчетных условиях [Л. 63].

Наиболее простым и эффективным -мероприятием по улучшению деаэрирующих способностей бака явилось уменьшение глубины слоя -масла в баке. Однако при заданной емкости снижение высоты бака означало бы существенное увеличение его размеров в плане, что не­ приемлемо. Избежать увеличения габаритов можно, применив многоярусную конструкцию бака [Л. 65]. Дей­ ствительно, если слой масла в баке рассечь -перегород­ ками на п ярусов, то время т0, необходимое для полной

176