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

Для единичных частиц и капель угол а* = 70—80°. Для слоя эмульгированной воды а* = 10=15°. Стабильное сползание слоя шлама начинается при а7>35°. Увеличе­ ние скорости потока масла способствует очищению дна канала от осадка, хотя эффективность осаждения при­ месей при этом несколько ухудшается. В нижней части

высоты канала h на среднюю скорость полного воздуховыделения v" из турбинного масла мар­ ки 22 в наклонных каналах [Л. 63].

канала следует делать отсек для приема шлама, при­ чем перегородки должны упираться в дно этого отсека (рис. 4-8,в). Если не сделать этого (пример непра­ вильного оформления грязевого отсека показан на рис. 4-8,г), то слой шлама будет взмучен потоком отво­ димого масла.

Исследования показали, что при восходящем движе­ нии масла выделение воздуха и сползание шлама про­ исходят хуже, чем при нисходящем. Поэтому в поисках удачной конструкции бака всегда отдавалось предпоч­ тение наклонным элементам с нисходящим движением масла. В стендовых условиях УралВТИ испытывались две разновидности пакетов наклонных перегородок, име­ ющих форму прямоугольного (рис. 4-10,а—в) и параллелограм'много (рис. 4-10,г) параллелепипедов. Форма пакета первой разновидности диктовалась конструкция­ ми большинства существующих типов прямоугольных в плане масляных баков, требующих модернизаци. Па­ кет второй разновидности применялся в баках новых

180

Рис. 4-10. Типы многоярусных конструкций масляных баков.

Размеры стендового маслобака (мм): а=685, 6=570, с=855, е=1 490, 6=40, я=15, s=50, р—790, £=800, £=60, «=500, (=180; угол а=50°.

181

конструкций, форма которых определялась конфигура­ цией ПНП. Варианты испытанных баков показаны на рис. 4-11, а результаты эксперимента приведены в табл. 4-2.

измерения позволили установить следующее. Наилучшее выделение воздуха происходит в баке (вариант 1, рис. 4-11), содержащем перед ПНП 4 сетку 2, а непос­ редственно за ПНП — перегородку 3, не доходящую до дна. Преобладающее количество масла совершает в ПНП явно выраженное нисходящее движение, и лишь в при­ донной части образуется горизонтальный поток. Увели­ чение расстояния между сеткой 2 и ПНП несколько ухудшает процесс деаэрации из-за появления вихрево­ го движения масла в нижней части бака. Постепенное отодвигание перегородки 3 от ПНП ухудшает процесс деаэрации вначале резко, затем более умеренно, так как наивыгоднейшее нисходящее движение масла пере­ ходит в горизонтальное.

Простая установка ПНП (без сеток 2 и перегородок 3) оказывается неудовлетворительной, так как масло

182

движется преимущественно в верхней части ПНП, а внизу наблюдается обширная застойная зона.

Лучшие варианты баков с ПНП уже при кратности циркуляции в пакете Z = 5 0 —60 ч-1 обеспечивают прак­ тически полную деаэрацию масла.

Рис. 4-11. Варианты масляных баков, испытанных на стенде УралВТИ.

Короткие каналы в верхнем углу ПНП работают неэффективно, так как масло из них не имеет организо­ ванного отвода. Этот недостаток устраняется двумя пу­ тями: в перегородках делают прямоугольные вырезы, образующие пространство а—b—с—d (рис. 4-10,6) для равномерного отвода масла от коротких и длинных ка­ налов; масло из коротких каналов отводится через носо­ видное устройство (рис. 4-10,в). Эти мероприятия обес­ печивают полную деаэрацию масла при кратности циркуляции в пакете Zj=65—70 ч-1. В ПНП параллелограммной формы (рис. 4-10,г) полная деаэрация дости­ гается при Z=100— ПО ч-1.

Результаты испытаний промышленных баков с ПНП свидетельствуют о высокой эффективности внедренных

183

мероприятий (табл. 4-3). Содержание воздуха перед масляными насосами снизилось до 0,1—0,5%, т. е. до величин, в 10—20 раз меньших, чем в баках исходных конструкций [Л. 66].

В ПНП с боковым подводом масла скорость потока не должна превышать 0,04 м/с, иначе процесс эвакуации пенного слоя на поверхность будет заторможен. На рнс. 4-10,0 показан масляный бак с наклонными и раз­ вернутыми относительно вертикальной плоскости пере­ городками [Л. 120], рассчитанный на работу с повышен­ ными скоростями масла. В настоящее время известны и другие варианты многоярусных баков с высокой крат­ ностью циркуляции.

4-4. СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ВОЗДУХА В МАСЛЕ

а] Малоаэрационные подшипники

Аэрация масла в опорных подшипниках возникает из-за неудовлетворительной организации потока в ненагруженных диффузорных зонах и неупорядоченного слива масла из торцов вкладышей {Л. 52]. В диффузорных зо­ нах возникает разрежение 8* 104—9 - 1 0 Па, обусловли­ вающее подсос воздуха, выделение ранее растворенно­ го воздуха, «вскипание» масла. Применение специаль­ ных форм расточки вкладыша, полностью или частично

184

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