Огурцов А.П. Паровые турбины ЛМЗ сверхкритических параметров

Подождите немного. Документ загружается.

151

Таблица 9.1. Характеристики турбинных масел, применяемых

для смазки.

Показатель

Нефтяное масло Т-

ОМТИ

Внешний вид

Прозрачная одно-

родная маслянистая

жидкость

Прозрачная одно-

родная

маслянистая жид-

кость № 5

Цвет Желтый

С коричневатым от-

тенком

Кинематическая вязкость

при температуре 50

С,

/с, не менее

20 10

-6

23 10

-6

Плотность при 20

С, г/см

0,890 1,143

Теплоемкость, Дж/(кг С) при:

40° С

60° С

80° С

1,898 10

1,894 10

1,914 10

1,583 10

1,616 10

1,666 10

Теплопроводность, Вт/(м К), при:

40° С

60° С

80° С

0,464 10

0,462 10

0,461 10

0,498 10

0,477 10

0,481 10

Кислотное число, мг КОН,

не более

0,02 0,03

Механические примеси. %,

не более

0,005 0,01

Реакция водной вытяжки из

продукта, рН

6—8 6—8

Термоокислительная ста-

бильность по ГОСТ 981-75:

осадок не более, %

Кислотное число не более

0,1

0,035

0,02

0,05

Температура,

вспышки в открытом тигле, не ниже

самовоспламенения, определенная по

метолу ВТИ, не ниже

застывания, не ниже

180

240

720

-17

Стойкость к гидролизу: кислот-

ное число, мг КОН/г, не более

осадок не более, %

0,5

0,2

Содержание золы, %, не более

0,15

Содержание летучих не более, % - 0,2

Содержание свободных ксилено-

лов, %, не более

- 0,15

152

В настоящее время наибольшее распространение имеет масло

Тп-22С (ТУ.38.101821-83), выпускаемое из западносибирских нефтей и

содержащее антиокислительную, антикоррозионную и деэмульгирую-

щую присадки. Подобные композиции присадок имеют также боль-

шинство зарубежных нефтяных турбинных масел. В процессе эксплуа-

тации присадки могут расходоваться. Так, например, присадка, приме-

няемая в качестве деэмульгатора, способна растворяться в воде и вы-

мывается водой, попадающей в маслосистему при ее эксплуатации.

Полому при эксплуатации турбинных нефтяных масел необходимо

следить за достаточным содержанием в них присадок. Это же следует

учитывать и при смешении различных марок масел, так как изменяется

процентное содержание присадок в смеси масел.

Огнестойкие масла. Все огнестойкие турбинные масла, приме-

няемые в системах регулирования и смазки турбин ЛМЗ, разработаны

ВТИ им. Дзержинского. В 60-х годах было начато внедрение огнестой-

ких масел типа «Иввиоль». Огнестойкое масло «Иввиоль-1» было соз-

дано на основе трикрезилфосфатов. В масле «Иввиоль-2» было ограни-

чено содержание ортоизомера трикрезилфосфата значением 2%, что

позволило существенно уменьшить токсичность по сравнению с мас-

лом «Иввиоль-1». С середины 60-х годов был осуществлен переход на

применение масла «Иввиоль-3» на основе триксиленилфосфатов, что

позволило обеспечить дальнейшее существенное снижение ток-

сичности. «Иввиоль-3» получается этерификацией хлорокисью фосфо-

ра ксиленольной фракции каменноугольной смолы, выкипающей

при 212—222

С. С конца 70-х годов началось широкое внедрение мас-

ла ОМТИ, созданного также на основе триксиленилфосфатов, сырьем

для которого является фракция, выкипающая в более узком диапазоне

температур 218—222 °С и получившая название технический

3,5-ксиленол, так как содержит до 75% 3,5-ксиленола, 3,4-ксиленол и

др. ОМТИ отличается от всех масел на основе ароматических эфиров

фосфорной кислоты крайне высокой среднесмертельной дозой и отсут-

ствием нейропаралитического действия и относится уже к тому же

классу токсичных веществ, что и нефтяное турбинное масло («Мало-

токсичные соединения»—ГОСТ 12.1.007-76). Предельно допустимые

концентрации паров и аэрозолей масла в воздухе составляют 5 мг/м

, в

водах открытых водоемов 0,05 мг/м

—аналогично нефтяному маслу.

В настоящее время ведется разработка различных модификаций

масла ОМТИ, направленная на расширение сырьевой базы, что необхо-

димо в связи с начавшимся внедрением огнестойких масел не только в

системы регулирования, но и в системы смазки мощных турбин.

При разработке как первых, так и последующих модификаций

огнестойких масел учитывались основные требования, предъявляемые

к огнестойким маслам: высокая термоокислительная стабильность, хо-

153

рошая антикоррозионная, смазочная, деаэрирующая и деэмульсирую-

щая способность, не изменяющаяся в процессе эксплуатации кинема-

тическая вязкость, отсутствие абразивных остатков при старении, вы-

сокая огнестойкость. Огнестойкие масла Иввиоль-3 и ОМТИ обладают

всеми этими качествами. Сравнение эксплуатационных свойств ОМТИ

и огнестойких масел производства ряда зарубежных фирм показало,

что оно превосходит их по важнейшим показателям—

термоокислительной стабильности и стойкости к гидролизу (табл. 9.2).

Таблица 9.2. Основные характеристики отечественных и зарубежных

огнестойких масел.

Показатель

Ивви-

оль-З

ОМТ

Хауто

сейф-

1120

Пиро-

гард-

Фир-

ку-

ель-

220

Рео-

любе

Хид

701

Рео-

любе

Тур-

бо

Рео-

любе

Хид

ТF 90

Рео-

любе

Хид

HS-

110

SF-D

0301

Кислотное чи-

сло, мг КОН/г

0,04 0,03 0,115 0,13 0,07 0,07 0,014 0,085 0,055 0,245

Термоокисли-

тельная ста-

бильность* по

(ГОСТ 981-75):

осадок, %

кислотное чис-

ло, мг КОН/г

0,02

0,05

Нет

0,05

Нет

0,139

Нет

0,11

Нет

0,05

0,024

0,17

Нет

0.04

Нет

0,08

0,09

0,025

0,16

4,94

Стойкость к

гидролизу:

осадок, %

кислотное число

мг КОН/г

0,15

0,60

0,05

0,50

Нет

6,3

0,12

9,25

0,06

0,80

0,11

43,0

0,08

6,20

0,05

3,20

0,07

1,30

Температура, С:

Самовоспламе-

нения

застывания

720

–21

720

-21

665

705

725

700

680

745

-18

703

-18

685

Коррозия**, г/м

0,7 0,5 2,5 0,3 3,4 9,4 29 10 18 6,8

Токсичность

, г/кг

12 24 7,7 7,9 5,8 7,6 8,4 2,55 3,5

* Нагрев в присутствии воды, железа и меди в течение 48 часов

* Коррозия стальной пластины за 30 часов в присутствии воды и кислорода при 95

Физико-химические свойства ОМТИ в сравнении с нефтяными

маслами приведены в табл. 9.1. На рис. 9.1 приведена зависимость вяз-

кости от температуры. По смазывающей способности масло ОМТИ не

154

уступает нефтяному маслу, а по способности налипать на элементы

трущейся пары, обеспечивая малое трение без масляного клина (гра-

ничная смазка), ОМТИ превосходит нефтяное масло. ОМТИ не оказы-

вает заметного влияния на обычные металлы, используемые в турбо-

строении, в том числе баббиты, цветные металлы, если кислотность

масла находится в допустимых пределах. Иначе обстоит дело с краска-

ми, прокладочными и изоляционными материалами. Огнестойкие мас-

ла являются хорошими растворителями и разрушают многие изоляци-

онные материалы, краски, резины, паронит, бакелит, вымывают жиро-

вую часть сальников. Однако они не воздействуют на бумагу, электро-

изоляционный картон, фторопласт, сухие сальниковые набивки (пень-

ковые или фторопластовые), шеллак, эпоксидную смолу, провода с

фторопластовой изоляцией, ряд типов специальных резин (ИРП-1375,

1377). Известны и ряд типов красок воздушной сушки, стойких к

ОМТИ (например, АБЛ-20 и др.), однако поверхности, омываемые

ОМТИ, при возможности лучше не окрашивать из-за необходимости

тщательной подготовки поверхности под окраску.

Модуль объемной упругости чистого огнестойкого масла, сво-

бодного от пузырьков нерастворенного воздуха, не меньше, чем у неф-

тяного масла (около 16 Н/м

). Насыщаемость огнестойкого масла воз-

духом при равных условиях не больше, чем у нефтяного масла. Ско-

рость выделения воздуха из огнестойкого масла «Иввиоль-2» была су-

щественно меньше, чем у нефтяного масла. Для ОМТИ скорость выде-

ления воздуха значительно выше и уменьшается только в результате

попадания в масло каких-либо посторонних примесей. Во всяком слу-

чае, при применении в маслобаках воздухоотделителей в виде пакетов

наклонных пластин, разделяющих поток масла на множество струй

малой высоты, обеспечивается хорошее удаление воздуха из масла.

Плотность огнестойкого масла в 1,3 раза больше, чем нефтяного, что

влияет на давление, развиваемое центробежными насосами, применяе-

мыми в системах смазки и регулировании, мощности их двигателей.

Плотность огнестойкого масла выше плотности воды, поэтому

при попадании воды в масло она скапливается не на дне бака, а на по-

верхности масла, в связи с этим забор масла на сепарирование следует

выполнять с верхней части бака и использовать специальные сепарато-

ры, учитывающие указанную разницу в плотности воды и масла. Не-

большие количества воды, попадающие в масло, (например, из уплот-

нений турбины при пуске), постоянно испаряются с поверхности масла

в баке, и применение для этих целей сепараторов не требуется.

Повышенная плотность ОМТИ означает также и большую

(в 1,3 раза) динамическую вязкость, определяющую подъем ротора и

количество выделяемой теплоты при гидродинамическом режиме смаз-

ки, что необходимо учитывать при выборе зазора в подшипниках и

расходов масла.

Весовая теплоемкость ОМТИ на 15% ниже нефтяного масла, но

объемная превосходит на 15%, так что при отводе теплоты с помощью

ОМТИ необходимо применять конструкции с большим весовым расхо-

дом масла.

Рисунок 9.1. Кривые зависимости кине-

матической вязкости масел

от температуры:

1-турбинное-22

2-Иввиоль-3

3-ОМТИ

Электрофизические свойства огнестойкого масла хуже, чем неф-

тяного. При применении огнестойкого масла в системах регулирования

это не вызывает каких-либо осложнений. При использовании огнестой-

кого масла в системах смазки это обстоятельство является существен-

ным и требует тщательного контроля за состоянием подстуловой изо-

ляции генератора с целью предотвращения электроэрозии подшипни-

ков аналогично тому, как это происходит при наличии в нефтяном мас-

ле воды. Худшие, чем у нефтяного масла, электрофизические свойства

приобретают особое значение при попадании масла в аварийных режи-

мах внутрь современных генераторов, имеющих высокое напряжение.

Использование стабильных к воздействию ОМТИ изоляционных мате-

риалов и покрытий требует изменения технологии изготовления гене-

раторов, и на период ее разработки и освоения решение было найдено

путем отделения системы масляных уплотнений вала генератора от

системы смазки подшипников с сохранением в системе уплотнений

минерального масла. Это решение не уменьшает надежности системы

уплотнений, так как добавляется лишь один бак, остальная часть сис-

темы остается неизменной. Дополнительное же преимущество заклю-

чается в том, что предотвращается попадание в генератор масла, об-

водняемого в системе смазки турбин.

155

156

Огнестойкость ОМТИ характеризуется не только высокой тем-

пературой самовоспламенения, но и неспособностью распространять

пламя по струе, неспособностью поддерживать горение при исчезнове-

нии источника огня. Это очень важно, так как при определенных усло-

виях температура самовоспламенения ОМТИ может понизиться. На-

пример, при разбивании пропитанной пролитым маслом тепловой изо-

ляции паропроводов с температурой пара 540

С могут происходить

вспышки масла, но это не приводит к возникновению пожара, и они

сами гаснут.

Экономической целесообразности применения огнестойких ма-

сел всегда уделялось большое внимание, хотя ущерб от пожаров опре-

деляется не только затратами на восстановление поврежденного обору-

дования. Соответствующие расчеты показывают, что при замене неф-

тяного масла огнестойким, даже при высокой стоимости ОМТИ, в на-

стоящее время в связи с небольшим объемом производства срок оку-

паемости составляет 1,2—4 года, при замене ОМТИ в системах регули-

рования и смазки или только смазки соответственно. Эти же расчеты

показывают целесообразность интенсификации работы системы смазки

с целью уменьшения объема масла, что возможно благодаря лучшей

термоокислительной стабильности огнестойкого масла.

9.3. СХЕМЫ СИСТЕМ СМАЗКИ.

На рис. 9.2. показана схема смазки турбины К-300-240-1, на рис.

9.3.-схема смазки турбины К-800-240-5, разработанная с учетом опыта

работы турбины К-300-240-1 и предназначенная для работы на огне-

стойком масле ОМТИ.

Системы смазки этих и всех турбин СКД, эксплуатируемых в

СССР, централизованные, обеспечивают маслом подшипники главной

турбины, генератора, группы питательных насосов (турбо- и электро-),

гидромуфты питательных электронасосов, системы масляных уплотне-

ний вала турбины. В турбинах К-800-240-3, К-500-240-4, К-1200-240-3

и их последующих модификациях система масляных уплотнений гене-

ратора выделена в отдельную систему со своим расходным баком.

Режимы работы централизованной системы смазки харак-

теризуются большими изменениями расхода масла и сопротивления

сети, связанными со следующими обстоятельствами:

¾ изменением состава оборудования—включены или отключены

питательные электронасосы (расход на один электронасос с учетом

расхода на гидромуфту составляет до 50% расхода главной турби-

ны, расход на группу питательных турбонасосов также близок к

этой величине);

¾ изменением расхода масла на подшипники по мере повышения

частоты вращения главной турбины (в турбинах К-300-240-1 это

увеличение при выходе на 3000 мин

-1

составляло по сравнению с

работой на валоповоротном устройстве 30%; с переходом в турби-

нах 500 и 800 МВт на более экономичные подшипники эта цифра

еще более увеличивается);

¾ различным числом включенных маслоохладителей;

¾ различным числом работающих насосов, которые могут вклю-

чаться в параллельную работу по блокировкам и для отключения

которых требуется определенное время.

Рисунок 9.2. Схема смазки турбины К-300-240-1: 1—турбоагрегат с

аварийными емкостями масла; 2—питательный турбонасос; 3— питательный

электронасос с редуктором и гидромуфтой: 4—гидромуфта; 5—бак системы

смазки: 6—электронасосы системы смазки переменного и постоянного тока;

7—маслоохладители. 8—маслоохладитель мультипликатора; 9—электронасосы

системы уплотнений переменного и постоянного тока; 10-маслоохладители

системы уплотнений; 11—редукционный клапан подачи масла на гидромуфту;

12-сливные клапаны системы смазки; 13—эксгаустер; 14—подача масла в сис-

тему масляных уплотнений генератора; 15—в бак аварийного слива;

16-ограничительная шайба.

В централизованной системе бак для обеспечения слива масла из

питательных насосов должен располагаться на полу конденсационного

помещения и необходимо учитывать возможность опорожнения в него

большого количества масла из маслопроводов, объем которых соизме-

рим с объемом масла, остающимся в баке при работе турбины. Это

приводит к большому колебанию уровня масла в баке. Эти важные

особенности учтены в выборе схемы и характеристик оборудования

системы смазки.

157

Рисунок 9.3. Схема смазки турбины К-800-240-5:

1- турурбоагрегат с аварийными емкостями масла; 2-6ак системы смаз-

ки; 3— электронасосы системы смазки перемененного и постоянного тока;

4- маслоохладители; 5-редукцинонный клапан; 6-напорный коллектор; 7—

гидрозатвор; 8-заполненный сливной коллектор; 9—подача масла на турбона-

сос; 10—вентиляционный коллектор; 11-эксгаустер; 12—фильтр тонкой очист-

ки;

158

Емкость бака составляет от 37 до 50 м

. В баке расположены

устройства для очистки масла от механических примесей и воздуха. На

баке устанавливается фильтр тонкой очистки для непрерывной более

тонкой фильтрации части масла (

см. гл. 8). Подача масла осуществляет-

ся четырьмя электронасосами. Два насоса (рабочий и резервный) име-

ют электродвигатели переменною тока. Мощность каждого двигателя

выбирается с двойным запасом для обеспечения работы насоса даже в

условиях кратковременного падения напряжения собственных нужд

(обычно принимается падение напряжения не ниже 0,7 номинального

во время пуска крупных потребителей собственных нужд; на ряде бло-

ков зарегистрировано при пуске питательных электронасосов падение

напряжения до 0.62, общее время падения напряжения

10—15с). Такой подход к выбору двигателя обеспечивает также быст-

рый разворот насосов (за 1с) при включении их по блокировкам. Два

159

160

других насоса являются аварийными, имеют двигатели постоянного

тока.

С целью уменьшения мощности двигателей и соответственно

емкости аккумуляторных батарей они включаются в обвод маслоохла-

дителей и обеспечивают маслом только подшипники агрегатов в раз-

мере 60 -70% номинального расхода. При включении в работу одного

из аварийных насосов и невозможности быстрого восстановления пи-

тания электронасосов переменного тока турбину следует остановить.

В турбине К-300-240-1 масло к насосам из бака подводится с помощью

всасывающего коллектора. В последующих турбинах с целью умень-

шения сопротивления на всасывании насосов и обеспечения возможно-

сти работы при более глубоком изменении уровня масла в баке насосы

располагаются непосредственно на боковых стенках бака. Такая схема

исключает возможность скопления воздуха в насосах, находящихся в

резерве. По сравнению с применением насосов погружного типа такая

схема расположения насосов обеспечивает возможность выполнения

минимального чистого отсека бака, т.е. уменьшить объем бака. За каж-

дым насосом устанавливается по два обратных клапана, с тем, чтобы

надежно исключить утечки масла через неработающие насосы.

Маслоохладители устанавливаются на напорном коллекторе по-

сле насосов. При таком расположении маслоохладителей обеспечива-

ется максимальная температура масла в баке, что имеет большое значе-

ние для системы смазки, так как при этом значительно интенсифици-

руются процессы отделения воздуха и воды в баке. Тип и число масло-

охладителей выбираются в зависимости от количества отводимой теп-

лоты и температуры охлаждающей воды. Для проведения промывок

маслосистем полезно выполнение байпасной линии маслоохладителей

значительного сечения.

Давление воды в маслоохладителях должно быть ниже давления

масла (давление масла в маслоохладителях около 0,25 МПа), чтобы

предотвратить попадание в маслосистему охлаждающей воды, особен-

но содержащей много солей, при возможных нарушениях плотности

маслоохладителей. Вместе с тем это вступает в противоречие с совре-

менными экологическими требованиями по предотвращению попада-

ния масла в водоемы. Выход может быть найден как путем совершен-

ствования конструкции маслоохладителей, так и путем совершенство-

вания самих схем охлаждения. В настоящее время ведутся работы по

созданию более плотных маслоохладителей.

Однако опыт показывает, что и при хорошем качестве изготов-

ления (дефекты изготовления выявляются в первый же год эксплуата-

ции) через несколько лет вновь может начаться выход маслоохладите-

лей из строя, связанный с заносом трубной системы солями и с мето-

дами очистки маслоохладителей. Поэтому представляется возможным

полностью решить указанную проблему применением замкнутых про-