книги из ГПНТБ / Казанский, В. Н. Системы смазки паровых турбин

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

154

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТУРБИННОГО МАСЛА

4-1. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МАСЛА

Надежность работы паровых турбин во многом зависит от чистоты масла, циркулирующего в системе. Во время работы турбины происходит загрязнение масла как внешними, так и внутренними примесями (рис. 4-1). Влага, пыль, окалина, песок, зола и сажа, попавшие в систему смазки через вентиляционные устройства, составляют внешние примеси, которые могут находиться и в свежем, и в работавшем масле. Особым видом внеш­ них примесей является воздух, образующий с маслом газожидкостную смесь (аэрированное и вспененное масло). К внутренним загрязнениям относятся шлам, продукты износа деталей турбины (баббит от вклады­ шей подшипников, бронзовая пыль от зубчатых колес), формовочная земля, оставшаяся в плохо очищенном литье; адсорбенты (силикагель, отбеливающие земли), проникшие в систему через неплотные фильтры в адсор­ бере; краска, отслоившаяся от стенок масляного бака или картеров подшипников; продукты разложения при­ садок и др. К внутренним загрязнениям относится и водород, проникший в систему в виде газомасляной эмульсии или (при аварийной обстановке) в виде боль­ шого газового потока.

В исполнительных механизмах турбины (подшипни­ ках, уплотнениях генератора, гидромуфте, редукторах и др.) масло нагревается, перемешивается с газами (воздухом, водородом, летучими продуктами окисления масла), обводняется, окисляется, запыливается. Такое масло нельзя повторно подвести к исполнительным ме­ ханизмам, не подвергнув его вначале деаэрации, обез­ воживанию, очистке от шлама и грязи. Фактическое

155

Р и с . 4 -1 . К л асси ф и к ац и я п о ст о р о н н и х п р и м есей в тур би н н ом м асле.

содержание различных примесей в масле зависит йо многом как от эффективности применяемых средств отстоя и фильтрации масла, так и от конструктивных особенностей тех деталей турбоагрегата, которые в про­ цессе эксплуатации соприкасаются с маслом.

Иногда бытует мнение, что быстрое старение тур­ бинных масел является исключительно результатом ухудшения их качества. Стремясь удлинить срок службы масла только применением непрерывной регенерации, адсорбентами или введением антиокислительных при­ садок, не учитывают при этом других факторов старе­ ния масла. На длительность работы масел существенное влияние оказывают конструктивные особенности турбо­ агрегата. Анализ работы турбинных масел показывает, что при одинаковом качестве залитых и доливаемых масел и при одинаковом уровне эксплуатации продол­ жительность работы масел для различных типов турбин различна. На работу масел, кроме его исходных антпокислительных, антикоррозионных, деэмульгирующих и антипенных свойств, влияют емкость масляной системы

ибака, форма и конструкция маслобака, эффективность сетчатых фильтров, кратность циркуляции масла в баке

исистеме, эффективность маслоохладителей, состояние концевых паровых уплотнений и уплотнений картеров подшипников, конструкция подшипников и их картеров, трассировка сливных маслопроводов, наличие отсосов паров и газообразных продуктов окисления масла, кон­ струкция узла валоповорота и муфт, состояние тепловой изоляции и многие другие факторы.

Основным внутренним источником загрязнения мас­ ла и всей масляной системы является шлам. В неблаго­ приятных условиях эксплуатации и при низком качестве турбинного масла в системе может происходить значи­ тельное выпадение шлама. Например [Л. 48], на одной из турбин типа К-160-130 за 8 месяцев эксплуатации

кислотное число увеличилось с 0,05 до 1,6 мг КОН. Во время капитального ремонта было обнаружено сле­ дующее: на дне масляного бака слой шлама достигал 100—120 мм с содержанием в нем до 15% окислов железа и 85% продуктов старения масла; в сливных н напорных маслопроводах слой плотного шлама темнокоричневого цвета достигал 3—5 мм; верхняя часть сливных маслопроводов и внутренняя поверхность крышки бака покрылись бугорчатой ржавчиной; на де­

157

талях системы регулирования и в пазах соединительных муфт появились отложения густого смолистого осадка; поршневые кольца сервомоторов были занесены шла­ мом, что привело к потере подвижности пружин; про­ странство между латунными трубками маслоохладите­ лей полностью забилось шламом, и масло протекало по корпусу через зазоры в трубных перегородках, минуя зашламленный пучок трубок.

Как уже было рассмотрено выше (§ 3-5), окисление масла происходит только в присутствии кислорода и ускоряется при повышенной температуре, наличии вла­ ги, цветных металлов и других положительных катали­ заторов. Обычно масло перед подшипниками и другими

(редко 15). Интенсивнее нагревается масло в крупнога­ баритных подшипниках ( 0 400 мм и выше), в которых при номинальной частоте вращения вала (3 000 мин-1) возникает режим турбулентной смазки; в этом случае принудительное увеличение расхода масла для уменьше­ ния нагрева подшипника не достигает цели (рис. 1-6,в): обильная смазка лишь увеличивает потери мощности на трение и не улучшает (а в ряде случаев даже ухудшает) тепловой режим подшипника [Л. 62]. Следует заметить, что в малогабаритных подшипниках, работающих в ре­ жимах ламинарной смазки, изменением расхода масла удается довольно просто наладить нормальный тепло­ вой режим, однако и там возможно проявление отрица­ тельного действия обильной подачи масла; при больших расходах увеличиваются потери на «продавливание» масла через ненагруженные части подшипника. Таким образом, оптимизация расходов масла через подшип­ ники является важным мероприятием по снижению потерь мощности на трение и одновременно по преду­ преждению окисления масла [Л. 153].

Энергичному окислению способствуют местные пере­ гревы масла. Даже в подшипнике с оптимальным рас­ ходом и допустимым средним нагревом масла (12— 15°С) могут быть зоны, в которых баббитовая заливка и масло нагреваются до 100°С и выше. Например, при больших перекосах вала в опорных подшипниках в зо­ не наименьшей толщины смазочной пленки нередко баббит м омывающее его масло нагреваются до 120°С.

158

Наблюдаются недопустимо повышенные нагревы упор­ ных колодок (до 130°С) при неравномерном распреде­ лении осевой нагрузки по комплекту колодок. Повы­ шенная вибрация шейки вала или упорного гребня еще более способствует нагреву масла и баббита [Л. 22].

Существенное влияние на окисление масла оказы­ вает конструкция узла валоповорота. При вращении шестерни валоповорота, насаженной на полумуфту, по­ вышается температура шестерни и окружающего ее воздуха до 90—100°С. Вращающаяся шестерня нагре­ вает и перемешивает с воздухом масло, частично попав­ шее в полость кожуха, защищающего муфту. Энергич­ ное перемешивание масла с воздухом и высокие местные нагревы способствуют быстрому окислению масла в рас­ сматриваемом узле, однако через некоторое время ин­ тенсивному старению будет подвергнуто все масло в си­ стеме.

Во избежание этих неприятностей не следует размещать на валу турбины большие открытые вра­ щающиеся массы шестерни, полумуфты с выступающи­ ми головками болтов, гребни, не следует подавать масло на смазку узлов отключенного валоповоротного устрой­ ства, не следует допускать подпора масла в картере и

ным его нагревом за счет излучения тепла от горячих деталей турбины (цилиндров, клапанов, паровых уплот­ нений и др.). Напорные маслопроводы, проходящие вблизи нагретых деталей турбины и паропроводов, должны быть надежно изолированы и заключены в ме­ таллический кожух. Валоповоротные устройства..жела­ тельно располагать между ЦНД и генератором. Во мно­ гих случаях рекомендуется не только тщательная изо­ ляция паропроводов, цилиндров и маслопроводов, но и установка водяных экранов, отгораживающих картеры подшипников с маслопроводами от турбины. Конструк­ ция картера должна способствовать снижению времени пребывания масла в зоне высоких температур, сниже­ нию продолжительности контакта масла с горячим воз­ духом. Наиболее удачным является сферическое или наклонное днище картера, к нижней точке которого подсоединен сливной маслопровод, обеспечивающий спокойный, безнапорный слив масла [Л. 14).

,159