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

исключающих образование диффузорных участков, при­ водит к уменьшению аэрации масла. Такая возможность реализована в ступенчатых подшипниках (рис. 1-2,<3—ж).

Считается целесообразным подводить масло в месте наибольшего разрежения в подшипнике. В этом случае уменьшение аэрации достигается за счет увеличения

Рис. 4-12. Способы уменьшения аэрации масла.

а — плавное очертание торцевой кромки вкладыша; б — поджатне слива отра­ ботанного масла; в, а — деаэрация масла в сливных трубопроводах; д— сту­ пенчатый отвод масла через пучок дренажных трубок.

расхода масла при пропорциональном уменьшении коли­ чества подсасываемого воздуха.

В применяемых подшипниках торцевая кромка несу­ щей поверхности делается острой или слегка притупля­ ется, поэтому вытекающее из зазора масло интенсивно разбрызгивается и смешивается с воздухом. Чтобы из­ бежать этого, ряд зарубежных фирм выходную кромку несущей поверхности вкладыша 3 (рис. 4-12,а) выпол­ няют по плавной кривой. Успокоительная камера 2 и кожух 1 также упорядочивают слив масла в картер.

Для уменьшения разбрызгивания и аэрации отрабо­ танного масла применяют поджатый слив его из коль­ цевых камер 5 (рис. 4-12,6), разобщенных с атмосферой специальными уплотнениями 6. Из камер масло посту-

185

пает в бачок 4, расположенный над подшипником, и да­ лее к насосу; в картер поступает небольшое количест­ во аэрированного масла, просочившегося через уплот­ нения.

6) Деаэрация масла в сливных трубопроводах

Масло в сливных трубопроводах движется с большой скоростью (1—2 м/с и более), поэтому надеяться на до­ статочно глубокое воздуховыделепие из бурного потока не приходится. Однако многочисленные эксперименты, сопровождавшиеся скоростной киносъемкой, показали, что в пограничных слоях, прилегающих ко дну канала, скорость выделения воздуха несоизмеримо выше, чем в ядре потока. Это свойство нисходящего газожидкост­ ного потока и было использовано для интенсификации выделения воздуха в сливных трубопроводах.

Рассмотрим упрощенную схему движения пузырьков в придон­ ной части нисходящего потока масла. Примем следующие допуще­ ния: пузырьки имеют форму шара, режим обтекания пузырька мас­ лом — вязкостный, диффузия воздуха из пузырька в масло отсут­ ствует, поток в канале установившийся и равномерный, распреде­ ление скоростей потока в придонной части канала прямолинейное, взаимное влияние пузырьков проявляется лишь в изменении силы сопротивления их движению. На каждый пузырек действует сила тяжести за вычетом статической силы Архимеда

и сила сопротивления F, пропорциональная в первом приближении разности абсолютной скорости пузырька й и местной скорости по­

186

Рис. 4-13. Векторные диаграммы.

а — эпюра скоростей потока; б — треугольники скоростей; в — силы, действую-

Проектируя уравнение (4-45) на оси координат, получим систе­ му двух неоднородных линейных уравнений второго порядка с по­

чай пространственного обтекания пузырька; v" — скорость подъема единичного пузырька; а — коэффициент взаимодействия совместно всплывающих пузырьков. Формула (4-48) наглядно иллюстрирует

На рис. 4-12,в изображен сливной трубопровод (ло­ ток) прямоугольного сечения, примыкающий непосред­ ственно к масляному баку 7. В лотке параллельно дни­ щу размещены плоские листы 9, смещенные относительно

187

другого (смежного). Расстояния между листами и дни­ щем возрастают по ходу масла. Последний лист 8 погру­ жен под уровень масла в баке. При движении масла возле дна лотка возникают большие градиенты скоро­ стей, обусловливающие в соответствии с формулой (4-18) быстрое выделение пузырьков. По мере удаления от дна лотка градиенты скоростей потока резко умень­ шаются, поэтому слой освобожденного от воздуха масла сравнительно невелик (3—5 мм). Листы 9 установлены именно в таких местах, где они как бы «срезают» аэри­ рованное масло, отделяя его от чистого, причем над каждым листом 9 образуется новая область с повышен­ ными градиентами скоростей потока, способствующая интенсивному выделению воздуха [Л. 67]. Аналогичные процессы происходят и в другой разновидности сливно­ го трубопровода (рис. 4-12, г). В слое масла, прилегаю­ щем к днищу трубопровода 11, возникают большие гра­ диенты скоростей, ускоряющие всплывание пузырьков. Чистое масло через дренажные трубки 12 ступенчато от­ водится в сборный коллектор 10.

Такие конструкции сливных трубопроводов провере­ ны в эксплуатационных условиях и дали положительный результат.

в] Деаэрация масла в баке

Воздух выделяется при медленном движении масла в баке. Установка многоярусных наклонных перегородок интенсифицирует этот процесс. Известны и другие, способы деаэрации масла.

Сетчатые фильтры с малым размером ячеек в свету (50— 100 мкм) при малой скорости потока способны за­ держать значительную часть пузырьков воздуха [Л. 50, 52]. Для уменьшения сопротивления фильтров надо уве­ личивать площадь фильтрации, размещая сетки в плане бака по сложным П-, Д-, Z-образным линиям. Широкому внедрению этого способа препятствует два недостатка: сетки топкой очистки обладают малой механической прочностью и способны быстро загрязняться.

Иногда для интенсификации выделения воздуха в масляном баке устанавливают статические центрифу­ ги [Л. 50]. Много работ посвящено ультразвуковой деаэрации масла [Л. 4], вакуумированию [Л. 43, 50], тер­ мической обработке [Л. 168] и другим способам уда-

188

ления воздуха из масла, не нашедшим широкого приме­ нения в стационарных паровых турбинах. В работе [Л. 19] показано даже вредное влияние от глубокого обескисло­ роживания масла, применяемого для смазки тяжело на­ груженных узлов (подшипников скольжения в режиме граничного трения, зубчатых колес), поскольку в таком масле перестают образовываться вещества, придающие «маслянистость» смазывающей жидкости.

Выделение воздуха из масла резко ухудшается при снижении температуры. Обычно масло нагревается в подшипниках, гидромуфте, редукторах до 50—60°С, иногда до 70 °С. В системах маслоснабжения паровых турбин избыточное масло (т. е. разность между подачей насоса и фактическим потреблением масла исполнитель­ ными механизмами), пройдя охладители, поступает че­ рез маслосбрасывающие клапаны (МСК) в отсек «грязного» масла в баке, где смешивается с нагретым маслом (рис. 2-1, а; 2-4). При завышенной подаче насо­ сов, одновременной работе двух насосов, нарушении нормальной работы МСК через бак проходит явно уве­ личенное (по сранению с расчетом) количество охлаж­ денного и аэрированного масла, что резко ухудшает вы­ деление воздуха и других примесей. Для улучшения работы бака следует отказаться от слива масла из МСК в «грязный» отсек. Целесообразнее сливать избыточное масло в чистый отсек бака, ближе к всасывающейкаме­ ре, т. е. применить схему байпасирования бака. Такая схема (рис. 1) обладает рядом преимуществ: масло деаэрируется при повышенной температуре, через бак проходит расчетное количество масла с умеренными скоростями, маслоохладители работают в оптимальных режимах.

Необходимо позаботиться лишь о том, чтобы в самом МСК не аэрировалось масло. Это возможно, если МСК и его сливные патрубки будут постоянно затоплены маслом.

В настоящее время схема байпасирования бака при­ меняется на многих турбинах большой мощности. Эту схему можно использовать и для слива избытка масла из различного рода емкостей (демпферных, аварийных, промежуточных). Обычно масло из таких емкостей сли­ вают в отсек грязного масла главного бака, так как при движении по переливной трубе оно аэрируется и потому нуждается в очистке. Во избежание аэрации

189

масла его необходимо сливать через пучок дренажных трубок 16 (рис. 4-12,(3) малого диаметра, затопленных как в демпферном 15, так и главном 13 баках. В таких трубках установится напорное движение масла, исклю­ чающее эжектирование воздуха. При колебаниях рас­ хода сливающегося масла должно изменяться и число подключенных дренажных трубок. С этой целью верх­ ние концы трубок, размещенные в демпферном баке, смещаются относительно его дна на постепенно возра­ стающие расстояния. Аварийный перелив масла осуще­ ствляется по трубе 14 большого диаметра.

г] Удаление воздуха из всасывающих маслопроводов

Во всасывающих маслопроводах к насосам воздух мо­ жет скапливаться в виде «мешков», «пробок», «снаря­ дов». Узел отвода масла из бака обычно оформляется в виде козырька 6 (рис. 4-14,а), огражденного внизу

дырчатым листом 7. Верхние точки козырька снабжены воздушниками 5 (трубками диаметром 10— 15 мм). Для выделения воздуха всасывающий маслопровод необхо­ димо делать наклонным, обеспечивающим нисходящее движение масла (§ 4-4,6). Скорость движения масла в таких трубопроводах сравнительно высока, поэтому воздух, скопившийся на потолочной части трубы, не

190

может двигаться в бак навстречу потоку. Для удаления воздуха применяют различные ловушки, соединенные воздушниками с маслобаком. На рис. 4-14,а показан всасывающий маслопровод, верхняя часть которого со­ держит перфорацию 2, закрытую желобом ловушки 3. Воздух через камеру 4 отводится в пенное пространство бака. Масло непосредственно к насосу подводится через патрубок 1, врезанный сбоку всасывающего коллектора.

Визуальные наблюдения на прозрачном трубопрово­ де показали, что эффект улавливания воздуха в устрой­ ствах типа 3, 10 и 11 значительно выше, чем в простом воздушнике 9, врезанном в верхнюю часть трубы без применения ловушек (рис. 4-14,6).

Воздушники 8 устанавливаются и в других местах, где возможно скопление воздуха: в корпусах задвижек

(рис. 4-14,в), насосов и др. (Л. 152].

Схемы отвода воздуха (рис. 4-14) применимы при установке насоса ниже уровня масла в баке. В системах с главным насосом, установленным на валу турбины, целесообразно делать короткие вертикальные всасываю­ щие трубопроводы без ловушек и воздушников. Извест­ ны конструкции масляных насосов, в которых всасы­ вающая полость представляет центрифугу. Такой насос, перекачивая масло, одновременно сепарирует его от воздуха независимо от работы масляного бака. Центри­ фуги, совмещенные с насосом, могут быть достаточно компактными (Л. 50].

4-5. ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ОБВОДНЕНИЯ МАСЛА

Важным моментом, в борьбе с обводнением масла явля­ ется определение источника попадания воды и водяного пара в систему [Л. 12, 68, 86, 87].

Часто масло обводняется из-за несовершенства схе­ мы канализации парового потока в концевых уплотне­ ниях турбины. Во многих случаях несложные 'переделки этой схемы помогают избежать обводнения масла: уве­ личение диаметров трубопроводов подачи и отсоса уплотняющего пара, тщательное удаление водяных «пробок» из нижних точек паропроводов, увеличение по­ верхности охлаждения «сальниковых» подогревателей, интенсификация отсоса несконденсировавшихся газов из «сальниковых» подогревателей или пара в бескаминной схеме уплотнений, повышение стабильности регулироза-

191