Download doc - Podmazivanje Turbinskih Postrojenja - Seminarski

Sibinčić Saša Toplotne turbomašine Seminarski rad

PODMAZIVANJE TURBINSKIH POSTROJENJA

Turbine su mašine u kojima se vrši pretvaranje energije radnog fluida u mehanički rad i služe za pokretanje neke radne mašine.Turbina zajedno sa radnom mašinom čini turboagregat,a svi elementi od izvora energije,preko turboagregata zajedno sa pripadajućim cjevovodima,pumpama i izmjenjivačima toplote nazivaju se jednim imenom turbinsko postrojenje /def. 1/ .

Sl. 1- Presjek turbine

Vrsta mašine, tj. postrojenja se identifikuje preko radnog fluida koji može biti para,gas,voda i vjetar.

Turbine se koriste za različite namjene,kao što je pogon generatora u termo i hidroelektranama,za pogon aviona i brodova,ali i drugih mašina u industriji.

Parne i gasne turbine se nazivaju jednim imenom toplotne turbine,jer se kod njih u samoj turbini vrše toplotne promjene,tj. toplotna energija koju nosi fluid pretvara se u kinetičku,a ova u mehanički rad obrtanja rotora turbine.

1


Sl. 2 - Pregled primijenjenih energetskih tehnologija u periodu 1997.-2006. u svijetu

Parne turbine imaju najširu primjenu za pogon generatora za proizvodnju električne energije.Kondenzacione turbine su našle primjenu u termoelektranama,mada se koriste i za pogon kompresora i pumpi u hemijskoj i petrohemijskoj industriji.

2


Turbine sa protivpritiskom se najčešće koriste u industriji i toplanama.Današnja turboenergetska postrojenja rade sa visokom temperaturom pare od oko 520 ˚C i pri pritisku od oko 250 bara,što se reflektuje i na zahtijevani kvalitet ulja za podmazivanje.

Promjene uslova rada turbinskih ulja tokom godina prikazane su na slici 7 .Kod gasnih turbina topao gas određenog pritiska služi za pogon rotora turbine.U opštem slučaju sistem se sastoji od kompresora,komore za sagorijevanje,turbine i startera.Najznačajniju primjenu gasne turbine imaju za pogon savremenih aviona.

Sl. 4– Princip rada avionske gasne turbine

Izbor maziva je direktno vezan za preporuku proizvođača turbine,a obuhvata najčešće različite vrste sintetičkih ulja.

Vodne turbine koriste potencijalnu energiju vode za proizvodnju mehaničke energije,a ova za pogon generatora električne energije,što je pretežna namjena vodnih turbina. Dijele se na akcione i reakcione,a među njima su najpoznatije Peltonova, Fransisova i Kaplanova turbina.

3


Sl. 5 -Fransisova turbina

Sl. 6-Kaplanova turbina

Mada su uslovi podmazivanja turbogeneratora u hidroelektranama lakši nego u termoelektranama, i ovde se koriste,u cilju pouzdanosti i sigurnosti rada,visoko kvalitetna turbinska ulja.

4


Sl. 7-Promjene u uslovima rada kod parnih turbina tokom vremena

Osnovne vrste i karakteristike maziva za turbinska postrojenja

Kod svih pomenutih vrsta turbinskih postrojenja osnovna namjena maziva je podmazivanje različitih vrsta pretežno kliznih ležaja,a zatim kao hidraulički medijum za regulaciono-kontrolne sisteme.Još jedna značajna funkcija tečnih maziva u termoelektranama je zaptivanje kod generatora hlađenih vodonikom.

5


Ovako mnogobrojne i složene zadatke ne može da izvrši samo jedna kategorija maziva,tako da se u praksi,zavisno od uslova rada,koriste mineralna i sintetička ulja,kao i teško zapaljive tečnosti.Pored toga,kod turbinskih postrojenja,posebno u termo i hidroelektranama, u upotrebi su i druge familije tečnih maziva i različite masti za podmazivanje (tab. 1 i tab. 2) Opšti pregled maziva za parna turbinska postrojenja Tabela 1

Komponenta/Sklop Viskozitetna grupa Familija/Vrsta maziva

(VG) Klizni ležaji turbogeneratora 32,46 i 68(100)

Regulacija i kontrolni sistemi 32 i 46 Teško zapaljive hidrauličke

Zaptivanje generatora 32 i 46 Turbinsko ulje

Ulja za hidrauličke

Hidraulička oprema

Turbinsko ulje

prenosnike Hidrauličko ulje

Pumpe Hidrodinamičke spojnice

Turbinsko ulje Turbinsko ulje

tečnosti

Opšti pregled maziva kod vodnih turbinskih postrojenja Tabela 2

Komponenta/Sklop Viskozitetna grupa Familija/Vrsta maziva

(VG) Klizni ležaji turbogeneratora 46,68 i 100 Regulacija i kontrolni sistemi 46 i 68 Hidraulička oprema 10,22 i 32

Masti litijumske i kompleksne

Turbinsko ulje Turbinsko ulje Hidraulička ulja

osnove Ležaji i vođice

Izbor vrste i karakteristika maziva za turbinska postrojenja dat u prethodnim tablicama je informativan,s obzirom na to što on zavisi od vrste i primjene pojedinih rješenja ,kao što je zajednički ili odvojeni sistem podmazivanja i regulacije,uslova rada i preporuke proizvođača opreme.Kod parnih i stacionarnih gasnih turbina sa zupčastim prenosnikom,kao što je to slučaj kod brodova,upotrebljavaju se turbinska ulja sa EP aditivima,tj maziva sa poboljšanim svojstvima moći nošenja.Svakako,po upotrebi i značaju od posebne su važnosti tečna maziva za podmazivanje ležaja turbina i generatora koja su poznata pod nazivom turbinska ulja.Osnovna njihova funkcija je da /def. 2/:

podmazuju ležaje i elemente reduktora (kod brodskih turbina), uspješno prenose impulse u kontrolnim sistemima,podmazujući

istovremeno njihove dijelove, uspješno vrše hlađenje ležaja i ostalih dijelova i sprečavaju pojavu hrđanja i taloga u sistemu.

6


Da bi obavilo svoju funkciju,turbinsko ulje mora da posjeduje sledeća svojstva: * odgovarajuću viskoznost i indeks viskoznosti, * da ne sadrži štetne materije i nečistoće, * da je visokootporno na oksidaciju, * da lako otpušta vazduh, * da ne stvara emulziju sa vodom, *da ne pjeni i * da pruža adekvatnu zaštitu metalnih dijelova od hrđanja.

Posebno je važna otpornost ulja na oksidaciju, s obzirom da je vijek turbinskih ulja 15÷20 godina uz odgovarajuću njegu tokom eksploatacije.

ISO podjela i specifikacije turbinskih ulja

ISO standard 6743-5/88 (JUS ISO 6743-5/91) dijeli familiju turbinskih ulja na kategorije tečnih maziva koja se koriste kod parnih turbina,gasnih turbina i za kontrolne sisteme koji zahtijevaju teško zapaljive tečnosti.Međutim,klasifikacija se ne odnosi na turbinska ulja za podmazivanje gasnih turbina aviona.Izvod iz date klasifikacije prikazan je u tabeli 3 .

Od navedenih kategorija tečnih maziva koje se primjenjuju kod turbinskih postrojenja ISO organizacija je izdala specifikacije samo za mineralna ulja kategorije TSA i TGA sa namjerom da pokrije najčešće korišćena maziva kod parnih i gasnih turbina i njihovih kontrolnih sistema.Ove specifikacije mogu da se koriste i za definisanje zahtijevanih svojstava ulja za podmazivanje vodnih turbina.

Predložene specifikacije obuhvataju dva tipa turbinskih ulja – jedan koji ima zahtjev za izdvajanje vazduha oznake je AR i drugi oznake B kod kojeg se taj zahtjev ne postavlja.Ostale karakteristike su potpuno identične.Pri tome se usvaja da je ulje bistro,da ne sadrži nečistoće i poboljšivače indeksa viskoznosti.

Sistemi podmazivanja turbogeneratora

Jedan od značajnijih sistema kod turbogeneratora je sistem podmazivanja.On treba da bude tako izabran da obezbijedi odgovarajuću pouzdanost rada elemenata koji se podmazuju i sigurnost rada uređaja za kontrolu i regulaciju.Vrsta,namjena i veličina turboagregata određuje da li će se koristiti jednostavan postupak podmazivanja ili složeni cirkulacioni sistem.

7


Podjela maziva za turbine (ISO 6743-5/88) Tabela 3

Oznaka kategorije

Visoko rafinisana mineralna ulja sa svojstvima ISO - L - TSA zaštite od rđanja i otpornošću na oksidaciju /

Normalni uslovi rada turbina direktno vezanih ili

Sintetičke tečnosti bez zahtjeva da su teško zapaljive /Turbinski i kontrolni sistemi koji postavljaju

ISO - L - TSC posebne zahtjeve u pogledu svojstava maziva,kao što su oksidaciona stabilnost ili niskotemperaturne

Sintetičke tečnosti-fosfatni estri /Turbinski i ISO - L - TSD kontrolni sistemi koji zahtijevaju teško zapaljive

Visoko rafinisana mineralna ulja sa svojstvima zaštite od rđanja,otpornošću na oksidaciju i velikom

ISO - L - TSE moći nošenja/Turbinski i kontrolni sistemi,posebno brodski sa zupčastim prenosnikom koji zahtijevaju

Visoko rafinisana mineralna ulja sa svojstvima ISO - L - TGA zaštite od rđanja i otpornošću na oksidaciju /

Normalni uslovi rada turbina direktno vezanih ili

Visoko rafinisana mineralna ulja sa svojstvima zaštite od rđanja i visokom otpornošću na oksidaciju

ISO - L - TGB / Turbinski i kontrolni sistemi koji postavljaju

Sintetičke tečnosti bez zahtjeva da su teško zapaljive /Turbinski i kontrolni sistemi koji postavljaju

ISO - L - TGC posebne zahtjeve u pogledu svojstava maziva,kao što su oksidaciona stabilnost ili niskotemperaturne

Sintetičke tečnosti-fosfatni estri /Turbinski i ISO - L - TGD kontrolni sistemi koji zahtijevaju teško zapaljive

Visoko rafinisana mineralna ulja sa svojstvima zaštite od rđanja,otpornošću na oksidaciju i velikom

ISO - L - TGE moći nošenja/Turbinski i kontrolni sistemi,posebno brodski sa zupčastim prenosnikom koji zahtijevaju

Sintetičke tečnosti-fosfatni estri /Kontrolni sistemi ISO - L - TCD parnih i gasnih turbina gdje se koristi odvojeni sistem

Svojstva/Namjena

posebne zahtjeve u pogledu visoke lokalne

tečnosti

karakteristike

uzupčenih sa mašinom.Kontrolni sistemi

povećanu moć nošenja sloja maziva

Parn

e turb

ine d

irektn

o v

ezane ili

uzupčene

Gasne turb

ine d

irektn

o v

ezane ili

uzupčene

Kontr.

sis

tem

i

tečnosti

karakteristike

temperature

i gdje se zahtijeva teško zapaljiva tečnost

uzupčenih sa mašinom.Kontrolni sistemi

povećanu moć nošenja sloja maziva

Kod vodnih turbogeneratora,vodeći i noseći (najčešće aksijalni) klizni ležaji podmazuju se potapanjem u uljno kupatilo,ali može da se koristi i cirkulacioni sistem,što omogućuje bolje prečišćavanje i kontrolu temperature ulja.

8


Regulaciono-kontrolni sistem je kod vodnih turbinskih postrojenja,po pravilu,odvojen sistem sa sopstvenim uljnim punjenjem.

Složeniji i raznovrsniji sistemi su zastupljeni kod parnih turboagregata.Kod malih turboagregata ležaji se podmazuju putem uljnog kupatila i prstena za podmazivanje.Turboagregati srednjih dimenzija mogu imati pojedinačno podmazivanje ležaja,ali i centralne sisteme,posebno ako je turbina preko zupčastog prenosnika vezana radnu mašinu.Zbog svog značaja,velika turbogeneratorska postrojenja se posebno razmatraju. Sistem podmazivanja kod takvih postrojenja razmatran je i od strane ASTM organizacije,koja je objavila i standard (ASTM D4248/98) koji daje osnovna uputstva kojih se treba pridržavati pri njegovom konstruisanju.

Podmazivanje osnovnih elemenata savremenih parnih turbina i generatora vrši se cirkulacionim sistemom.Uopšteno,uljni cirkulacioni sistem uključuje ležišni,visoko pritisni,kontrolni,zaptivni i drenažni sistem ili podsistem.Taj sistem odnosno podsistem treba da omogući snadbijevanje kliznih ležaja potrebnom količinom ulja određene temperature i pritiska.Pored toga,ako su ležaji hibridnog tipa zahtijeva se i hidrostatički sistem za podizanje rotora pri pokretanju turbogeneratora.Nadalje,sistem regulacije takođe diktira uslove za svoje ispravno funkcionisanje.

U sistemu za podmazivanje ležaja ulje je obično pritiska 1÷3 bara,dok je u sistemu za podizanje rotora 100÷200 bara, kontrolnom sistemu pritisak ulja iznosi 10 ÷40 bara, a u zaptivnom oko 5 bara.

9


Kod turbogeneratora velikih snaga u upotrebi su odvojeni cirkulacioni sistemi za podmazivanje i regulaciju,mada postoje i sistemi kod kojih se regulacija i podmazivanje jedinstven sistem.Jedna od mogućih šema sistema podmazivanja turbogeneratora prikazana je na slici 11.18 .

Osnovni elementi svakog sistema su pumpe,rezervoari,cjevovodi,ali i prečistači,hladnjaci,ventili,slavine,kao i instrumenti za registraciju temperature i pritiska ulja u sistemu.

Nekoliko pumpi koje su u upotrebi označavaju se kao glavna,pomoćna i za slučaj opasnosti (havarna).Glavna pumpa obezbeđuje određeni pritisak i cirkulaciju ulja u sistemu, a pogon dobija od rotora turbine.Pomoćna i pumpa za slučaj opasnosti imaju sopstveni pogon sa elektromotorom.Usis pumpe treba da je više od 150 mmispod najmanjeg radnog nivoa ulja u rezervoaru.

Veličina rezervoara treba da bude takva da prihvati zapreminu ulja koja je neophodna za normalan rad uvećana za zapreminu koja će se drenirati iz ostalih dijelova sistema kada turbogenerator ne radi.Da bi se omogućilo izdavajanje vazduha i taloženje vode i nečistoća iz ulja,zapremina ulja u rezervoaru pri normalnom radu treba da bude najmanje pet puta veća od protoka ulja u minuti kroz ležaje.

Sistem za podmazivanje sadrži i uređaj za prečišćavanje ulja,kao što je to npr. centrifuga.Odvajač para ulja,kao i oduška postavljaju se na najvišem mjestu rezervoara.

Cjevovodi se izrađuju od čelika.Svi drugi materijali korišteni u konstrukciji sistema za podmazivanje treba da budu otporni na korišteno ulje i da održavaju svoja fizička i hemijska svojstva na radnim temperaturama i tokom vremena upotrebe.

U sistem za podamazivanje ugrađuju se hladnjaci i prečistači ulja.Pri tome se obično koriste prečistači punog protoka,a beta faktor prečistačkog elementa treba da je β >20 .

Na slici 5-3. dat je šematski prikaz sistema podmazivanja turbinskog postrojenja K-300-240 LMZ

10


11