Турбинные масла

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….……….4

1. Требования к турбинным маслам……………………………………………….….6

2.Композиции турбинных масел………………………………………………………6

3.Турбинные  смазочные материалы…………………………………………………..8

4.Мониторинг  и техническое обслуживание турбинных  масел………….………..14

5.Срок службы масел  для паровых турбин……………………………………….…15

6.Масла для газовых  турбин – применение и требование……………………...…..16

Заключение…………………………………………………………………………….19

Библиографический список……………………………………………………….….20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Паровые турбины существуют уже более 90 лет. Они представляют собой двигатели с вращающими элементами, которые превращают энергию пара в механическую работу в одну или несколько ступеней. Паровая турбина обычно связана с приводно машиной, чаще всего через коробку передач.

 

 

Рис.1 Паровая турбина  ЛМЗ

Температура пара может достигать 560 °С, а давление находится в пределах от 130 до 240 атм. Повышение эффективности за счет повышения температуры и давления пара является фундаментальным фактором при совершенствовании паровых турбин. Однако высокие температуры и давления повышают требования к смазочным материалам, применяемым для смазки турбин. Изначально турбинные масла изготавливались без присадок и не могли удовлетворить этим требованиям. Поэтому уже около 50 лет в паровых турбинах применяются масла с присадками. Такие турбинные масла содержат ингибиторы окисления и антикоррозийные агенты и при условии соблюдения некоторых специфических правил обеспечивают высокую надежность. Современные турбинные масла также содержат небольшое количество противозадирных и противоизносных присадок, которые защищают смазываемые узлы от износа. Паровые турбины применяются на электростанциях для привода электрогенераторов. На обычных электростанциях их выходная мощность составляет 700—1000 МВт, тогда как на атомных электростанциях эта цифра составляет около 1300 МВт.

Рис .2.Схема  газотурбинной электростанции комбинированного цикла.

 

 

1.Требования к турбинным маслам.

Требование к турбинным  маслам определяются собственно турбинами  и специфическими условиями их эксплуатации. Масло в системах смазки и управления паровых и газовых турбин должно выполнять следующие функции:

- гидродинамической смазки  всех подшипников и каробок передач;

- рассеивания тепла;

- функциональной жидкости  для контуров управления и  безопасности;

- предупреждения возникновения  трения и износа ножек зубьев  в коробках передач турбин  при ударных ритмах работы  турбин.

Нарду с этим механика –  динамическими требованиями турбинные  масла должны обладать следующими физика – химическими характеристиками:

- стойкостью к старению при длительной эксплуатации;

- гидролитической стабильностью  (особенно если применяются присадки);

- антикоррозийными свойствами  даже в присутствии воды/пара,конденсата;

- надёжным водоотделением (паров и выделением конденсированной  воды);

- быстрым деаэрированием  – низким вспениванием;

- хорошей фильтруемостью и высокой степенью чистоты.

 

Только тщательно подобранные  базовые масла, содержащие специальные  присадки, могут удовлетворять этим строгим требованиям к смазочным  материалам для паровых и газовых трубин.

 

2.Композиции турбинных масел.

Современные смазочные материалы  для турбин содержит специальные  парафиновые масла с хорошими вязкостно – температурными характеристиками, а также антиоксиданты и ингибиторы коррозии. Если турбины с зубчатыми коробками передач нуждаются в высокой степени несущей способности (например: ступень отказа при испытании на шестереночном стенде FZG не ниже 8DIN 51 354-2, то в масло вводят противозадирные присадки.    

В настоящее  время турбинные базовые масла  получают исключительно экстракцией  и гидрированием. Такие операции, как очистка и последующая  гидроочистка под высоким давлением, в значительной степени определяют и влияют на такие характеристики, как окислительная стабильность, вододеление, деаэрация и ценообразование. Это особенно справедливо в отношении вододеления и деаэрации, так как эти свойства не могут быть существенно улучшены с помощью присадок. Турбинные масла, как правило, получают из специальных парафиновых фракций базовых масел.

В турбинные масла для  улучшения их окислительной стабильности вводят фенольные антиоксиданты  в сочетании с аминными антиоксидантами. Для улучшения антикоррозионных свойств применяют не эмульгируемые антикоррозийные агенты и пассиваторы цветных металлов. Загрязнение водой или водяным паром не оказывают вредного влияния, так как эти вещества остаются во взвешенном состоянии. При применении стандартных турбинных масел в турбинах с зубчатой коробкой передач в масла вводят небольшие концентрации термически стойких и стойких к окислению противозадирных/противоизносных присадок с длительным сроком службы (фосфорорганические и/или сернистые соединения). Кроме того, в турбинных маслах применяют не содержащие силиконов антипенные и депрессорные присадки. 
     Следует обратить пристальное внимание на полное исключение силиконов в антипенной присадке. Кроме того, эти присадки не должны отрицательно влиять на деаэрационные характеристики (очень чувствительные) масла. Присадки не должны содержать золы (например, не содержать цинка). Чистота турбинного масла в резервуарах в соответствии с ISO 4406 должна быть в пределах 15/12. Необходимо полностью исключить контакты турбинного масла и различных контуров, проводов, кабелей, изоляционных материалов, содержащих силиконы (строго соблюдать при производстве и применении).

3.Турбинные  смазочные материалы.

Для газовых и паровых  турбин обычно в качестве смазочных  материалов применяются специальные  парафиновые минеральные масла. Они служат для защиты подшипников  вала турбины и генератора, а также  коробки передач в соответствующих  конструкциях. Эти масла также  могут применяться в качестве гидравлической жидкости в системах управления и безопасности. В гидравлических системах, эксплуатируемых под давлением  около 40 атм (если имеются раздельные контуры для смазочного масла и масла для регулирования, так называемые спиральные контурные системы) обычно применяются огнестойкие синтетические жидкости типа HDF-R  . В 2001 г. был пересмотрен DIN 51 515 под названием «Смазочные и управляющие жидкости для турбин» (часть 1-L-TD официальный сервис, спецификации), а новые так называемые высокотемпературные турбинные масла описаны в DIN 1515, часть 2 (часть 2-L-TG смазочные материалы и управляющие жидкости для турбин — для высокотемпературных условий эксплуатации, спецификации). Следующий стандарт — ISO 6743, часть 5, семейство Т (турбины), классификация турбинных масел; последний вариант стандарта DIN 51 515, опубликованный в 2001/2004 гг., содержит классификацию турбинных масел, которая приведена в табл. 1.

 

Таблица 1. DIN 51515 классификация турбинных  масел.

Характеристики	Нормальные турбинные  масла, турбинные масла для паровых  турбин	Высокотемпературные турбинные  масла
Без противозадирных присадок	DIN 51 515-1	DIN 51 515-2
С противозадирными присадками	DIN 51 515-1	DIN 51 515-2
FZG ступень нагрузки не меньше 8

Требования, выдвигаемые в DIN 51 515-1 — масла для паровых турбин  и DIN 51 515-2 — высокотемпературные турбинные масла, приведены в табл. 2 .

Таблица 2. Высокотемпературные турбинные  масла.

Испытания	Предельные  значения									Испытания в соответствии с2)	Сопоставимы с ISO* стандартами
Группа  смазочных масел	TD32	TD46			TD68			TD 100
Класс вязкости по ISO1)	ISO VG32	ISO VG46			ISO VG 68			ISO VG100		DIN 51 519	ISO 3448
Кинематическая  вязкость: при 40°С   минимальная, мм2/с   максимальная, мм2/с										DIN 51 562-1 или    DIN51 562-2 или DIN EN ISO 3104	ISO 3104
	28,8	41,441,4			61,2       74,8		90,0 110     110
	35,2	50,6
Температура вспышки, минимальная, °С	160	185		205			215			DIN ISO 2592	ISO 2592
Деаэрационные свойства при 50°С максимальные, мин.	5	5		6			Не  нормируется			DIN 51 381	_
Плотность при 15°С, максимальная, г/мл	Должно  быть указано поставщиком									DIN 51 757 или DIN EN ISO 3675	ISO 3675
Температура застывания, максимальная, °С	≤-6		≤-6			≤-6			≤-6	DIN ISO 3016	ISO 3016
Кислотное число,мг КОН/г	Должно  быть указано поставщиком									DIN 51558, часть 1	ISO 6618
Зольность (оксидная зола) %масс.	Должно  быть указано поставщиком									DIN EN ISO 6245	ISO 6245
Содержание  воды, максимальное, мг/кг	150									DIN 51 777-1	ISO/D1S 12 937
Уровень чистоты, минимальный	20/17/14									DIN ISO 5884с DIN ISO 4406	ISO 5884 с ISO 4406
Водоотделение (после обработки паром), максимальное, с	300		300			300			300	4 51 589, часть 1	-
Медная  коррозия, максимальная Коррозионная агрессивность (3 ч при 100°С)	2-100 A3									DIN EN ISO 2160	ISO 2160
Защита  от коррозии стали, максимальная	Отсутствие  ржавчины									DIN 51 585	ISO 7120
Стойкость к окислению (TOST)3) Время в часах до достижения дельта NZ 2,0 мг КОН/г	2000		2000			1500			1000	DIN 51 587	ISO 4263
Ступень 1 при 24°С, максимально, мл	450/0										ISO 6247
Ступень II при 93°С, максимально, мл	100/0
Ступень III при 24°С после 93°С, максимально, мл	450/0										ISO 6247

*) Международная организация стандартизации 
1)Средняя вязкость при 40 °С в мм2/с. 
2) Образец масла должен храниться без контакта со светом перед испытанием. 
3) Испытание на стойкость к окислению должно проводиться по типовой методике, в связи с продолжительностью испытания. 
4) Температура испытания составляет 25 °С и должна быть указана поставщиком, если потребителю нужны значения при низких температурах. 
Приложение А (нормативное) для турбинных масел с противозадирными присадками. Если поставщик турбинного масла также поставляет набор турбинных зубчатых передач, то масло должно выдерживать минимум восьмую ступень нагрузки по DIN 51 345, часть 1 и часть 2 (FZG).

Рис.3 Принцип работы газовой турбины.

Атмосферный воздух поступает в воздухозаборник 1 через систему фильтров и подается на вход многоступенчатого осевого  компрессора 2. Компрессор сжимает атмосферный  воздух, и подает его под высоким  давлением в камеру сгорания 3 , куда через форсунки подается и определенное количество газового топлива. Воздух и  топливо перемешиваются и воспламеняются. Топливовоздушная смесь сгорает, выделяя  большое количество энергии. Энергия  газообразных продуктов сгорания преобразуется  в механическую работу за счёт вращения струями раскаленного газа лопаток  турбины 4. Часть полученной энергии  расходуется на сжатие воздуха в  компрессоре 2 турбины. Остальная часть  работы передаётся на электрический  генератор через ось привода 7. Эта работа является полезной работой  газовой турбины. Продукты сгорания, которые имеют температуру порядка 500-550 °С, выводятся через выхлопной тракт 5 и диффузор турбины 6, и могут быть далее использованы, например, в теплоутилизаторе, для получения тепловой энергии.

 

Таблица 3. ISO 6743-5 Классификация турбинных смазочных масел в сочетании с ISO/CD 8068

Характеристика	Нормальные  турбинные масла	Высокотемпературные турбинные масла
Без противозадирных присадок	ISO-L-TSA (пар)  ISO-L-TG4(Tia)	ISO-L-TGB (газ)  ISO-L-TGSB(= TGA + TGB качество)
С противозадирными присадками  FZGступень нагрузки не меньше 8	ISO-L-TSE (пар)  ISO-L-TGE (газ)	ISO-L-TGF   ISO-L-TGSE

 

Рис. 4 Турбины компании «Siemens».

Спецификация  согласно ISO 6743-5 и в соответствии с ISO CD 8086 «Смазочные материалы. Индустриальные масла и родственные им продукты (класс L)— Семейство T (турбинные масла), ISO-L-Т все еще находится в стадии рассмотрения»(2003).

4.Мониторинг  и техническое обслуживание турбинных  масел.

В нормальных условиях вполне достаточно производить  мониторинг масла с интервалом в 1 год . Как правило, эта процедура осуществляется в лабораториях производителя. Кроме того, необходима еженедельная визуальная проверка для своевременного обнаружения и удаления загрязняющих масло примесей. Наиболее надежным методом является фильтрование масла с помощью центрифуги в байпасном контуре. При эксплуатации турбины следует учитывать загрязнение окружающего турбину воздуха газами и другими частицами. Такой метод, как подпитка утраченного масла (освежение уровней содержания присадок), заслуживает внимания. Фильтры, сита, а также такие параметры, как температура и уровень масла, должны проверяться регулярно. В случае продолжительного простоя (более двух месяцев) масло следует ежедневно рециркулировать, а также регулярно проверять содержание воды в нем.

Контроль  отработанных:

- огнестойких  жидкостей в турбинах;

- отработанных  смазочных масел в турбинах;

- отработанных  масел в турбинах, осуществляют  в лаборатории поставщика масла.

5.Срок службы масел  для паровых турбин.

Обычный срок службы паровых турбин составляет 100 000 ч. Однако уровень антиоксиданта  снижается до 20-40% от уровня в свежем масле (окисление, старение). Срок жизни  турбины в значительной степени  зависит от качества турбинного базового масла, условий эксплуатации — температуры  и давления, скоости циркуляции масла, фильтрации и качества технического обслуживания и, наконец, от количеств подпитанного свежего масла (это помогает поддерживать адекватные уровни присадок). Температура масла в турбине зависит от нагрузки на подшипники, размеров подшипников и скорости течения масла. Радиационная теплота может также быть важным параметром. Фактор циркуляции масла, т. е. отношение между объемом потока h-1 и объемом емкости с маслом, должен быть в пределах от 8 до 12 ч-1. Такой относительно низкий фактор циркуляции масла обеспечивает эффективное разделение газообразных, жидких и твердых загрязнителей, тогда как воздух и другие газы могут быть выпущены в атмосферу. Кроме того, низкие факторы циркуляции снижают термические нагрузки на масло (в минеральных маслах скорость окисления увеличивается вдвое при повышении температуры на 8-10 К). Во время эксплуатации турбинные масла подвергаются значительному обогащению кислородом. Турбинные смазочные материалы испытывают воздействие воздуха в ряде точек вокруг турбины. Температуры подшипников могут контролироваться с помощью термоэлементов. Они очень высоки и могут достигать 100 °С, а в смазочном зазоре даже выше. Температура подшипников может достигать 200 °С при локальном перегреве. Такие условия могут встречаться только в больших объемах масла и при высокой скорости циркуляции. Температура масла, сливаемого с подшипников скольжения, обычно находится в пределах 70-75 °С, а температура масла в баке может достигать 60—65 °С в зависимости от фактора циркуляции масла. Масло остается в баке в течение 5—8 мин. За это время воздух, увлеченный потоком масла, деаэрируется, твердые загрязнители выпадают в осадок и их выделяют. Если температура в баке выше, то компоненты присадок с более высоким давлением насыщенных паров могут испариться. Проблема испарения усложняется при установке устройств экстракции паров. Максимальная температура подшипников скольжения ограничивается пороговыми температурами вкладышей подшипников из белого металла. Эти температуры составляют около 120 °С. В настоящее время разрабатывают вкладыш подшипников из металлов, менее чувствительных к высоким температурам.