маслобак паровой турбины

Формула изобретения

1. Маслобак паровой турбины, содержащий корпус с крышкой и патрубками подвода отработанного масла, отвода чистого масла и слива загрязнений, установленное в корпусе устройство для отделения воздуха от масла в виде размещенных в специальной этажерке пакета наклонных перегородок, а также дефлекторы в крышке для выпуска воздуха, отличающийся тем, что перегородки выполнены гофрированными из сетчатого материала, напротив концов выступов гофр со стороны выхода масла из пакета размещены воздухоулавливатели в виде соединенных с дефлекторами вертикальных труб с прорезями, повторяющими контуры выступов гофр, а со стороны входа масла в пакеты напротив впадин гофр размещены грязесборники в виде аналогичных вертикальных труб с прорезями, повторяющими контуры впадин гофр (желобов), в нижних концах труб предусмотрены отверстия для вывода механических загрязнений и шлама в патрубок слива, нижние перегородки в этажерке установлены с противоположным наклоном по отношению к верхним для направления капель воды и тяжелых фракций загрязнений в патрубок слива.

2. Маслобак по п.1, отличающийся тем, что перегородки выполнены с чередующимися сплошными и сетчатыми участками, причем сплошные участки размещены на выступах гофр.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на электростанциях в разветвленных маслосистемах турбин большой единичной мощности, в которых применяется турбинное масло разных марок.

Отработанное масло, сливаясь из подшипников, разбрызгивается, что способствует его "завоздушиванию", т. е. контаминации воздухом. В картера подшипников по валу турбины попадает пар, который смешивается с парами масла, конденсируется и обводняет его (так осуществляется водяная контаминация, т. е. загрязнение масла водой). Затем, протекая по сливным маслопроводам (патрубкам) и коллектору большого диаметра (300 мм и более) и значительной длины (15 м и более), оно (масло) поглощает (увлекает) продукты коррозии и шламообразования, т.е. подвергается контаминации твердыми частицами и шламом.

Очистка отработанного масла от продуктов его контаминации является сложной задачей, от решения которой зависит надежная работа системы автоматического регулирования (САР) и подшипников турбины, а также водородных уплотнений генератора.

От наличия загрязнений в масле и маслосистеме зависит также его срок службы (ресурс). Опыт эксплуатации показывает, что он колеблется в среднем от 1 года до 10 лет и определяется не только факторами эксплуатации, но и конструкцией применяемых маслобаков, предназначенных для сбора, отстаивания диспергированных примесей и фильтрования отработанного масла. В принципе, маслобак должен справляться с очисткой отработанного масла при любых экстремальных ситуациях (случайное загрязнение при возникновении вибрации на турбоагрегате и маслопроводах или некачественной послеремонтной отмывке маслосистемы и т.п.), а также при послеремонтных промывках, когда циркуляция масла и количество выносимых им загрязнений значительно возрастают. Известны конструкции маслобаков с сетчатыми фильтрами, установленными вертикально (перпендикулярно потоку масла) в шандорах (направляющих) (А.Д.Трухний Стационарные паровые турбины. М.: Энергоатомиздат, 1990, с. 149-152).

По условиям безопасности работы как самих фильтров (разрушение сеток в случае большого перепада уровней масла на них), так и системы маслоснабжения в целом (в случае недопустимого снижения уровня масла после фильтров может произойти срыв работы главного маслонасоса с тяжелыми последствиями для турбоагрегата), размер ячеек в применяемых сетках равен не менее 125-250 мкм. То есть, они предназначены очищать масло только от механических загрязнений сравнительно крупных фракций.

Установка на части первой по ходу масла сетке фильтрующего элемента, например, из ткани, фетра или бумаги, с более мелкими размерами ячеек (авт. св. N 219557, кл. B 01 D) или организация непрерывной байпасной очистки части масла (В. Н.Казанский Системы смазывания паровых турбин. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 110-112) не предотвращают проникновение механических частиц в чистый отсек маслобака, что опасно для работы золотниковых пар САР и подшипников турбоагрегата.

К другим недостаткам этой конструкции фильтров следует отнести невозможность очистки ими масла от воздуха и воды. Поэтому очистка масла от воздуха и воды, а также от механических загрязнений и шлама в таких маслобаках может осуществляться преимущественно лишь за счет процессов гравитации (отстаивания), для чего требуются маслобаки больших размеров.

Проникновение механических загрязнений в чистый отсек м/бака и далее в напорные маслопроводы при наличии в потоке масла нерастворенного воздуха приводит к адсорбции их на пузырьках воздуха, а затем - к десорбции уже в зазорах между золотниками и буксами САР и в других узлах, т.е. к отложениям там загрязнений.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является маслобак паровой турбины, содержащий корпус с крышкой и люками в ней и патрубками подвода отработанного масла, отвода чистого масла и слива загрязнений, установленное в корпусе м/бака устройство для отделения воздуха от масла в виде размещенного в специальной этажерке пакета наклонных перегородок (ПНП), а также дефлекторы для выпуска воздуха (В.Н.Казанский Системы смазывания паровых турбин. М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 110-112).

Несмотря на то, что применение наклонных перегородок интенсифицирует процессы воздухоудаления, рассматриваемая конструкция имеет следующие недостатки.

1. Из-за процессов десорбции в щелях между перегородками, т.е. непосредственно в потоках масла, происходит "заростание" каналов перегородок отложениями, закупоривающими рабочее сечение ПНП. Сопротивление движению слоев отсепарированных примесей по наклонным плоскостям становится равным или большим сопротивления движению отдельной частицы в слое масла. Это и приводит к закупориванию рабочих сечений ПНП. В результате чего, скорость струй расчлененного потока возрастает, шлам начинает интенсивно выноситься из ПНП, оставаясь в потоке масла.

2. По указанной причине и из конструктивных соображений, как правило, устанавливают ПНП локально, что не только не снижает струйности потока масла, а наоборот увеличивает ее. В результате общее время пребывания масла в таком баке, а следовательно, и эффективность осаждения примесей соответственно уменьшается.

3. Соприкосновение масла во время его прохождения через ПНП с загрязненными поверхностями большой площади приводит к активизации в нем процессов старения.

4. Описанная конструкция ПНП предназначена только для удаления воздуха.

Цель изобретения - повышение эффективности очистки масла от любых загрязнений, уменьшение размеров (металлоемкости) и ремонтопригодности маслобака, сокращения расхода масла.

Для достижения этой цели перегородки ПНП выполнены гофрированными из сетчатого материала, против концов выступов гофр со стороны выхода масла из пакета размещены воздухоулавлители в виде соединенных с дефлекторами вертикальных труб с прорезями, повторяющими контуры выступов гофр, а при входе масла в пакеты против впадин гофр размещены грязесборники в виде аналогичных вертикальных труб с прорезями, повторяющими по конфигурации форму впадин гофр желобов, в нижних концах труб предусмотрены отверстия (срезы) для выхода грязного масла, шлама и механических частиц в патрубках слива загрязнений; часть нижних перегородок в этажерке установлена с противоположным наклоном по отношению к верхним для направления капель воды и тяжелых твердых загрязнений в патрубок слива.

Перегородки могут быть выполнены с чередующимися сплошными и сетчатыми участками, причем сплошные участки размещаются на выступах гофр.

Изготовление перегородок гофрированными из сетчатого материала, и их установка вдоль потока под тупым углом к горизонтальной плоскости (отсчет против часовой стрелки, по ходу потока масла) обеспечивает удаление нерастворенного воздуха из масла благодаря направлению пузырьков воздуха в верхние слои масла и их концентрации по ходу движения снизу верхней части гофров, а сетчатость материала не препятствует прохождению масла в горизонтальном направлении, благодаря чему происходит его фильтрация (очистка) от механических загрязнений. Так как поток масла разветвляется (часть идет по щели, а часть сквозь сетку, при этом происходит его многоступенчатая очистка), то не будет больших скоростей в щели и отложения не будут выносится из ПНП. Сопротивление движению слоев отсепарированных примесей по наклонным плоскостям будет меньше сопротивления движению отдельной частицы в слое масла и ПНП будет работать нормально. При этом верхние гофры обеспечивают сбор пузырьков воздуха в струи и их попадание в трубы. В трубах завершается процесс десорбции, когда воздух уходит вверх, а грязь стекает вниз. Соприкосновение потока масла с загрязнениями, таким образом, резко уменьшается.

Нижние перегородки, устанавливаемые под острым углом к горизонтальной плоскости как бы зеркально по отношению к верхним перегородкам (отсчет против часовой стрелки) и изготавливаемые из сетчатого материала с гидрофобными свойствами, например, полиамидной ткани, обеспечивают задержание капель воды и их направление на дно маслобака, имеющее уклон в сторону патрубка для слива загрязнений.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен продольный разрез маслобака; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - узел Б на фиг. 1; на фиг. 4 - узел В на фиг. 1.

Маслобак содержит корпус 1 с крышкой 2 и размещенными на ней люками 3, патрубок 4, подводящий отработанное масло из подшипников турбоагрегата, систем автоматического регулирования турбины и маслоснабжения водородных уплотнений генератора, патрубок 5 отвода чистого масла из маслобака и патрубок 6 слива отстоя (загрязненного масла) и опорожнения маслобака. В корпусе 1 установлено устройство для удаления (отделения) загрязнений (воздуха, воды, механических частиц и шлама) из масла в виде размещенных в этажерке 7 пакетов наклонных перегородок 8 и 9, которые выполнены из сетчатого материала путем запасовки этого материала сверху и снизу металлических струн 10, расположенных в шахматном порядке и закрепленных наклонно в этажерке между вертикальными стойками 11 и трубами 12, 18. Выступы 13 каждого гофра перегородок со стороны выхода потока масла из пакета вставлены в прорези 14 вертикальных трубок 12, играющих роль воздухоулавливателей. Верхние концы этих трубок выходят в дефлекторы 15, расположенные на люке 3 крышки 2 корпуса 1 бака. Дефлекторы могут быть соединены с трубопроводом (коллектором) и далее с эксгаустером отсоса воздуха. Впадины 16 гофров-желоба со стороны входа масла в пакет вставлены в прорези 17 аналогичных вертикальных трубок 18, играющих роль грязесборников. Нижние концы трубок 12 и 18 опираются (установлены) на днище 19 корпуса 1 бака и имеют отверстия (срезы) 20 для выпуска загрязненного масла, содержащего механические частицы и шлам. Гофрированные сетчатые перегородки 8 предназначены для интенсификации удаления нерастворенного воздуха из масла, а также для фильтрации масла и сбора в желобах механических загрязнений. Наклонные перегородки 9 предназначены для задержания тяжелых твердых механических частиц и капель воды. Наклонные перегородки могут быть выполнены с чередующимися сплошными и сетчатыми участками, причем сплошные участки размещаются на выступах гофров.

Устройство работает следующим образом. Отработанное масло сливается в приемную камеру 21 маслобака по патрубку 4. Оно содержит вредные примеси воды, воздуха, твердых и шламоообразных частиц в виде фракций различных размеров. Дополнительно перемешиваясь при сливе эта "смесь" из-за малых размеров приемной камеры маслобака не успевает отстаиваться и продавливается через металлические сетки вертикально установленных рамочных фильтров грубой очистки 22. При прохождении потока через металлические сетки происходит процесс дробления ("перемалывания") крупных фракций в более мелкие. Далее более легкие по удельному весу фракции (например, пузырьки воздуха) перемещаются в верхние слои масла, а тяжелые, например, частицы (капли) воды, - в нижние). И весь этот поток (смесь) направляется в ПНП с перегородками 8 и 9.

Пузырьки воздуха, попав в слои масла, расчлененные горизонтально и наклонно перегородками 8, замедляют скорость своего движения вдоль бака и начинают более быстро двигаться вверх. А благодаря гофрам, пузырьки 23 устремляются к их верхушкам (как бы "под крышу") - см. фиг. 2 разрез А-А. Далее, продолжая двигаться вдоль образующих гофров (струн) пузырьки воздуха попадают как в ловушки, в специальные прорези 14 вертикальных труб 12, расположенных на выходе из ПНП. Находясь в потоке масла, пузырьки воздуха адсорбируют "на себя" загрязнения. Попав во внутрь вертикальных труб, они оказываются защищенными от выноса (уноса) основным потоком масла по ходу его движения вдоль бака и объединяются, образуя вертикальные струйки воздуха. Здесь происходит процесс десорбции, т.е. отделения воздуха от загрязнений, другими словами, завершается процесс "сбрасывания" загрязнений. Воздух перемещается вверх, а загрязнения "сползают" вниз.

В нижней части вертикальные трубки имеют отверстия или срезы 20, благодаря чему загрязнения попадают на днище бака, а затем в патрубок 6 загрязнений. Воздух, двигаясь внутри трубок вверх, попадает в дефлекторы 15, которые могут быть объединены в общий коллектор, соединяемый с трубопроводом отсоса воздуха и паров масла.

Нижние слои масла, содержащие тяжелые фракции загрязнений, в основном воду, попадают в нижнюю часть ПНП, где перегородки 9 установлены с противоположным наклоном по отношению к верхним перегородкам 8. В них загрязнения задерживаются и сползают к днищу маслобака, а затем удаляются через патрубок слива 6 загрязнений.

Так как наклонные перегородки выполняются не из сплошного материала, а из сетки (например, полиамидной), то они играют одновременно роль и сетчатого фильтра со свободным переливом. Их наклон (угол по отношению к направлению основного потока) определяется расходом масла в единицу времени (кратностью циркуляции), т. е. скоростью основного потока. При прохождении механических загрязнений с потоком масла по щелям, образованным перегородками, они удаляются из масла не только с воздухом, но и задерживаются сетками, а благодаря впадинам гофров 16 стекают как по желобам в сторону вертикально установленных труб 18 на входе ПНП. Попав во внутрь этих труб, загрязнения стекают на наклонное дно маслобака, а затем удаляются из него через патрубок 6. В нижних наклонных перегородках загрязнения задерживается и стекают в сторону днища бака.

Установленные далее по ходу масла штатные вертикальные рамочные фильтры 24, предназначенные для улавливания механических загрязнений, играют роль защитных (на случай "проскока" загрязнений, а также на период выемки ПНП из маслобака с целью очистки или осмотра). Так как основная масса механических загрязнений удерживается в ПНП, то в этих рамочных фильтрах в качестве фильтрующего материала может быть использована сетка с более мелкими ячейками, что обеспечит более высокую степень очистки масла.

Таким образом, в маслобаках предлагаемой конструкции обеспечивается очистка масла от всех видов загрязнений. Появляется возможность применения баков меньших размеров (меньшей металлоемкости и с меньшим расходом через него масла), так как снижается роль гравитационной очистки, а благодаря изготовлению ПНП из легкого и легкосъемного материала - повышается их ремонтопригодность. Так как сокращается время и поверхность соприкосновения загрязнений с маслом, то увеличивается ресурс масла, т.е. длительность эксплуатации первоначально залитой порции масла.

Успешно решается одно из основных противоречий существующих систем маслоснабжения паровых турбин и турбомашин в целом: обеспечивается бесперебойное снабжение маслом подшипников и систем автоматического регулирования при его непрерывной и качественной (глубокой) очистке, причем не за счет дорогостоящей байпасной прокачки масла, а за счет недорогостоящего устройства, устанавливаемого непосредственно в маслобаке и являющегося неотъемлемой его частью. Этим повышается надежность работы подшипников турбоагрегатов, водородных уплотнений генератора, систем автоматического регулирования турбин, уплотнений и гидропят насосов. По данным мировой практики (в частности, авторитетнейшей германской фирмы "Палл") именно из-за загрязнений рабочих и смазочных жидкостей в 85 случаях из 100 возникают неисправности в гидравлических и смазочных системах. Применительно к паровым (высокооборотным) турбоагрегатам, к тому же использующих в генераторах водород, требования к чистоте масла должны быть ужесточены и неукоснительно выполняться, так как в случае разгона турбины из-за неисправностей в системе автоматического регулирования происходит, как правило, ее разрушение, сопровождающееся, в отдельных случаях, разрушением зданий и гибелью людей, а неисправности водородных уплотнений, связанные с утечками водорода, приводят к пожарам и взрывам с непредсказуемыми последствиями.

Применение таких маслобаков благотворно скажется не только в предотвращении экстремальных ситуациях, но также в обеспечении нормальных эксплуатации и обслуживания паровых турбин. Так, предотвращается повторное загрязнение маслосистем турбоагрегатов при применении эффективных способов их очистки. А освоение последних, в свою очередь, позволяет монтировать маслопроводы без фланцевых соединений. Этим повышается пожаробезопасность турбоагрегатов, сокращаются объемы доливок масла в процессе эксплуатации, так как уменьшаются его потери с увеличением плотности маслосистемы. Можно привести примеры, когда капли масла, длительно попадавшие из недостаточно плотных фланцевых соединений на изоляцию горячих трубопроводов, приводили к возникновению пожаров с тяжелыми последствиями.