Навчальний посібник для виконання практичного заняття на тему "Фізико-хімічні властивості нафтового турбінного мастила" з дисципліни "Обслуговування і налагодження ТЕУ ТЕС" для студентів спеціальності 144 Теплоенергетика

Екз. № ______

ПРАКТИЧНЕ ЗАНЯТТЯ № _____

Тема – “Фізико-хімічні властивості нафтового турбінного мастила”

Мета – “Набути вміння контролювати стан турбінного мастила”

Послідовність виконання практичного заняття

1 Ознайомитись зі стислими теоретичними відомостями про фізико-хімічні властивості нафтового турбінного мастила.

2 Ознайомитись зі зразками турбінного мастила різної якості.

3 У звіті дати письмові відповіді на питання до захисту практичного заняття.

СТИСЛІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Турбінне мастило в системах змащування агрегатів (турбін, насосів тощо) слугує рідинним шаром між шийками валів і бабітом підшипників.

Турбінне мастило повинно:

- запобігати зносу поверхонь тертя (фрикційних поверхонь);

- відводити теплоту, що виникає під час тертя в масляному шарі в підшипниках, а також передається від ротора, який нагрівається парою;

- забезпечувати необхідну несучу спроможність масляного клину;

- зменшувати втрати потужності на тертя (для цього потрібно забезпечувати мінімальні коефіцієнти тертя в підшипниках);

- запобігати корозії елементів маслосистеми;

- мати довготривалий ресурс роботи, мінімальну токсичність та відповідні протипожежні характеристики.

Нафтове турбінне мастило – продукт переробки нафти. Воно являє собою суміш вуглеводнів різної будови. Крім того в мастилі є смоли, асфальтени тощо.

До фізико-хімічних показників турбінного мастила відносяться: кислотне число,

густина, в’язкість, наявність води, шламу і механічних домішок, реакція водної витяжки, деемульгуюча властивість, температура спалаху, температура займання, температура самозаймання, температура застигання, протиокислювальна стабільність, теплоємність, теплопровідність.

Кислотне число залежить від наявності в мастилі карбонових високомолекулярних кислот і вимірюється кількістю міліграм луги (їдкого калію КОН), яку необхідно ввести в 1 г мастила для нейтралізації кислоти. Кислотне число - один з найважливіших показників якості турбінного мастила. Кислотне число характеризує процес старіння мастила. В експлуатаційному турбінному мастилі кислотне число повинно бути не більше ніж 0,3 мг КОН на 1 г мастила [1].

Густина (, кг/м³) - це маса одиниці об’єму. Одиниця густини в СІ дорівнює густині однорідної речовини, маса якої при об’ємі 1 м³ дорівнює 1 кг. Густина мастила впливає на рух мастила крізь різні опори (трубопроводи, дроселі тощо).

Для відділення мастила від води потрібно, щоб густина мастила відрізнялась від густини води не менше, ніж на 0,01 г/см³.

В’язкість - властивість середовища чинити опір зсувним силам при відносному руху його шарів. В’язкість мастила змінюється при зміні температури і тиску.

В’язкість впливає на несучу спроможність масляного клину в підшипниках, від неї залежать втрати потужності на тертя в насосах, підшипниках, гідромуфтах.

В’язкість визначає пропускну спроможність маслопроводів і дроселів, швидкість відстою домішок від мастила в маслобаці тощо.

Розрізняють динамічну і кінематичну в’язкість.

Динамічна в’язкість (, Па ^. с) характеризує абсолютні сили зсуву між шарами мастила. Одиниця динамічної в’язкості в СІ, Па ^. с, дорівнює динамічній в’язкості

рідини, в якій при зміні швидкості рідини в 1 м/с на відстані 1 м дотична напруга дорівнює 1 Па.

Кінематична в’язкість (, м²/с) характеризує сили опору при ковзанні шарів мастила під дією сили тяжіння. Кінематична в’язкість визначається відношенням динамічної в’язкості до густини. Одиниця кінематичної в’язкості в СІ, м²/с, дорівнює кінематичній в’язкості рідини, в якій динамічна в’язкість 1 Па^·с, а густина 1 кг/м³.

При температурі нижче 35 ºС мастило поступово загущується, його рухомість знижується, в’язкість зростає, що ускладнює роботу маслонасосів, погіршує теплообмін в підшипниках турбоагрегату.

Механічними домішками вважають нерозчинені речовини, які знаходяться в мастилі у вигляді бруду або осаду (пил, волокна, продукти зносу деталей турбіни, іржа, зварний грат, зола тощо). Механічні домішки шкідливо впливають на роботу устаткування (наприклад, пошкоджують бабіт підшипників).

Механічні домішки затримуються при фільтрації мастила.

Шлам – липка суміш механічних домішок з оксидами заліза, милом і смолами. Шлам відкладається на стінках маслопроводів і трубках маслоохолодників, забруднює підшипники і може бути причиною важкої аварії.

Вода до мастила переважно потрапляє при погіршенні роботи ущільнень турбіни. Поява води в мастилі викликає передчасне його старіння, прискорює корозію устаткування, сприяє утворенню шламу.

Реакція водної витяжки визначає наявність в мастилі низькомолекулярних органічних і хімічних кислот (найбільш корозійно-активних). В мастилі без присадок ці кислоти повинні бути відсутніми.

Деемульгуюча властивість характеризує швидкість і повноту відділення води від мастила без утворення стійких емульсій.

Температура застигання – температура, при якій мастило втрачає рухомість. Температура застигання впливає на в’язкісні властивості мастила, характеризує схильність мастила до кристалізації. Температуру застигання визначають шляхом охолодження пробірки з мастилом до температури, при якій нахил пробірки на кут 45⁰ не викликає переміщення рівня мастила.

Температурою спалаху називають температуру, при якій пари мастила, яке нагрівається у відкритій посудині, спалахують на дві - три секунди від відкритого джерела вогню, а потім гаснуть.

Температура займання це найменша температура, за якої в умовах спеціальних випробувань мастило виділяє горючу пару з такою швидкістю, що після її запалювання від зовнішнього джерела спостерігається спалахування – початок стійкого полум’яного горіння.

Температура самозаймання - найменша температура, при якій мастило спалахує в повітряному середовищі без відкритого джерела вогню. Ця температура знижується в присутності каталізаторів (ганчірок, теплової ізоляції, оксидів металів).

Головною причиною пожеж, які виникають на електростанціях внаслідок загоряння турбінного мастила, є попадання його на гарячі поверхні трубопроводів.

Аерація мастила. При роботі турбіни мастило інтенсивно перемішується з газами (повітрям, воднем тощо). Частина газів розчинюється в мастилі, частина знаходиться у вигляді пухирців. Пухирці утворюють піну.

Протиокислювальна стабільність мастила характеризує його спроможність чинити опір процесам окислення, тобто старіння, які виникають під дією води, шламу, металу, кисню повітря, високих температур.

При підвищенні температури мастила зростають його кислотне число, густина і в’язкість, погіршується деемульгуюча спроможність, утворюються кислі корозійно-агресивні продукти, знижується температура спалаху та збільшується вміст в ньому смолистих речовин, густі продукти окислення випадають в осад – мастило старіє.

Окислене мастило викликає корозію металевих поверхонь і сприяє шламоутворенню.

Процеси корозії відбуваються інтенсивніше в зливних маслопроводах, тому що вони не заповнені повністю мастилом.

В мастилі не повинно бути води, шламу і механічних домішок, які суттєво знижують надійність роботи системи. При їх появі мастило каламутніє, прозорість його погіршується. Прозорість мастила є важливою характеристикою, за якою роблять висновок про стан мастила.

Для поліпшення антиокислюваних, антикорозійних, деемульгуючих і протипінних властивостей мастила до нього вводять різні хімічні з’єднання - присадки.

Присадки затримують процес старіння, подовжують термін роботи мастила.

В маркуванні турбінного мастила:

- літери позначають: Т – турбінне, Тп – турбінне з присадками; С – сірчисте;

- цифри показують кінематичну в’язкість у сантистоксах ( 1 сСт = 10^-6 м²/с ) при температурі 50 ºС.

Фізико-хімічні показники нафтового турбінного мастила наведені в таблиці 1.

Таблиця 1 – Фізико-хімічні показники нафтових турбінних мастил

На рисунку 1 подана структурна схема погіршення якості турбінного мастила під час експлуатації турбоагрегатів теплових електричних станцій.

Паріння кінцевих Нещільність трубної Підвищене розрідження

ущільнень турбіни системи маслоохолодників в корпусах підшипників

(якщо p _води p _{мастила})

Нагрів мастила в Забруднення мастила Розпилювання

Обводнювання підшипниках турбіни продуктами корозії, та аерація

мастила і знос елементів мастила

Нагрів мастила тертя

при роботі маслонасосів

Долив неякісного

мастила

Візуальний контроль

мастила один раз «Старіння» мастила, зміна його фізико-хімічних властивостей:

на добу збільшення в’язкості; зниження температури спалаху; зміна

кольору мастила; зменшення прозорості; збільшення кислотного

Виявлення в мастилі числа; збільшення корозійної агресивності; поява кислої реакції

механічних домішок водної витяжки; прискорення шламоутворення

Погіршення роботи Неприпустиме

Підключити підшипників підвищення Заїдання

пресфільтр температури сервомоторів

мастила на органів

Позачерговий скорочений зливі з паровпуску

Очистити сітки аналіз мастила підшипників

маслобака ( до 75 ^оС)

Аварійний зупин

Виявлення в турбіни персоналом Неприпустиме підвищення

мастилі шламу температури бабіту колодок

упорного підшипника

Зірвати вакуум; прослуховувати ( до 90 ^оС )

Підключити турбіну на вибігу, зафіксувати

центрифугу час вибігу Зниження надійності роботи

системи регулювання і

захисту турбіни

Злити відстій

з маслобака Неприпустиме погіршення

якості мастила

Заміна мастила після очищення

маслосистеми при ремонті

Рисунок 1 - Структурна схема при погіршенні якості турбінного мастила

під час експлуатації турбоагрегатів теплових електричних станцій

ПИТАННЯ ДО ЗАХИСТУ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ

1. Призначення турбінного мастила. Яким умовам повинно відповідати турбінне мастило?

2. Фізико-хімічні показники турбінного мастила.

3. Визначення кислотного числа. Що характеризує кислотне число?

4. Визначення динамічної і кінематичної в’язкості. На що впливає в’язкість?

5. Як впливає на роботу устаткування наявність в мастилі механічних домішок, води або шламу?

6. Вимоги до вмісту в мастилі механічних домішок, води, шламу?

7. На що впливає температура застигання мастила?

8. Характеристика процесу старіння мастила.

9. У чому відмінність температур спалаху, займання і самозаймання?

10. Про що свідчить реакція водної витяжки?

11. Що характеризує деемульгуюча властивість?

12. Маркування турбінного мастила.

Захист практичного заняття

Для захисту практичного заняття потрібно мати виконану роботу і вміти дати усні відповіді на запитання.

Використані джерела

1. Технічна експлуатація електричних станцій і мереж. Правила ГКД 34.20.507 - 2003.

У редакції Наказу Міністерства енергетики та вугільної промисловості України

від 21 червня 2019 р. №271. Видавництво «Форт», м. Харків, 2019. – 438 с.

2 Капелович Б.Э., Логинов И.Г. Эксплуатация и ремонт паротурбинных установок: Учебник

для техникумов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 176 с.: ил.

3 Трухний А.Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки: учебное пособие для

вузов/ А.Д. Трухний, Б.В. Ломакин. - 2-е изд., стереот. - М.: Издательский дом МЭИ,

- 540 с.: ил., вкладки.

4 Пособие для изучения «Правил технической эксплуатации электрических

станций и сетей»; Разд.6. Электрическое оборудование. Разд.7. Оперативно –

диспетчерское управление / Под редакцией К.М. Антипова. – М.: Энергия, 1979. – 400 с., ил.

5 Казанский В.Н. Системы смазывания паровых турбин – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:

Энергоатомиздат, 1986. – 152 с.: ил.

6 Вилянская Е.Д. и др. Нефтяные масла для паровых турбин / Е.Д.Вилянская,

Т.Н.Куликовская, О.А.Знаменская – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 104 с.: ил. –

(Б-ка теплотехника).

7 Слонмский И.Б. Монтаж масляных систем турбоагрегатов – М.: «Энергия», 1969, – 88 с.: ил.

- (Б-ка тепломонтажника).

8 Зуева Е.Ю. Гидростатика. Гидродинамика вязкой жидкости. Практикум с методическими

указаниями и решениями: учебное пособие / Е.Ю.Зуева . - М.: Издательский дом МЭИ,

2012. – 144 с.