МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ МАСЛА ДЛЯ СИСТЕМ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОУСТАНОВОК

РТМ 108.020.126—80

Издание официальное

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ указанием Министерства энергетического машиностроения от 21.10.80 № ВВ-002/8538

ИСПОЛНИТЕЛИ:

НПО ЦКТИ    В. А. ПЕРМЯКОВ,

Е. С. ЛЕВИН, Г. В. ДИВОВА, Г. М. СМИРНОВА

ПО «Невский завод»    Е. Ф. КУЗНЕЦОВ

© Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им. И. И. Ползунова (НПО ЦКТИ), 1982.

Охладитель масла МБ-50-75

А-А

/ — нижняя водяная камера; Г—корпус; 3 — трубная система; 4 —крышка; 5 — верхняя водяная камера; 6 — воздухоотводящее устройство; А —вход

масла; Б — выход масла; В — вход воды; Г — выход воды

Черт. 11

Стр. 12 РТМ 108.020.126—80

относительно корпуса верхняя водяная камера у всех аппаратов данного завода выполнена «плавающей». Она расположена внутри масляной полости охладителя. Крепление труб в трубных досках осуществлено на вальцовке.

Для очистки внутренней поверхности труб в аппарате данного типа его следует отключить и разгерметизировать верхний разъем масляной полости. Одновременно необходимо снять крышку с лючков на нижней водяной камере и демонтировать воздушник верхней водяной камеры. Все отсеки нижней водяной камеры выполнены дренируемыми. С внутренней стороны крышки верхней водяной камеры и лючков на нижней камере в аппаратах, рассчитанных на использование охлаждающей воды с массовым содержанием солей выше 5000 мг/кг, устанавливаются протекторы. Аппарат МБ-380-500 в средней по высоте части корпуса имеет дополнительный фланцевый разъем.

Охладителями данного предприятия комплектуются паровые турбины К-300-240,    К-500-240-2,

К-220-44, К-500-65/3000, К-500-60/1500, К-1000-60/1500. Основные технические характеристики гладкотрубных охладителей масла ПО ХТЗ приведены в табл. 2.

3.4.    ПО ЛМЗ для комплектования систем маслоснабжения турбин К-300-240, К-800-240, К-1200-240 и ряда проектируемых выпускает два типоразмера охладителей масла, поверхность в которых набрана из латунных труб с припаянным снаружи проволочно-петельным оребрением: М-240М и М-540. Технические характеристики этих аппаратов приведены в табл. 3. Общий вид охладителя М-540 представлен на черт. 12.

Основные узлы охладителя следующие: крышка, верхняя и нижняя водяные камеры, трубная система, корпус. По воде оба теплообменника являются двухходовыми, по маслу— одноходовыми. Вода движется внутри труб диаметром 19X1 мм, масло —в каналах, образованных наружной поверхностью труб в пучке и поверхностью специальных деревянных профильных вставок, закрывающих промежутки между соседними оребренными трубами. Каналы, таким образом, оказываются заполненными витками проволочного оребрения, что увеличивает поверхность теплообмена, разрушает пограничный слой масла на поверхности трубы и повышает общую турбулентность потока (см. черт. 27). Для оребренпя используется медная проволока диаметром 0,69 мм. Снаружи трубный пучок по деревянным вставкам на его периферийной части стягивается стальными бандажными проволоками. Для компенсации температурных расширений трубной системы относительно корпуса в его верхней части имеется линзовый компенсатор. Крепление концов труб в трубных досках осуществлено на вальцовке.

3.5.    Для систем маслоснабжения паротурбинных установок, предназначенных для привода воздуходувок металлургических печей, ПО НЗЛ выпускает ряд кожухотрубных охладителей, наибольшее применение из которых получили МБ-8, МБ-20-26 и МБ-20-50. На черт. 13 дан для примера общий вид охладителя масла МБ-20-26.

Аппарат представляет собой вертикальный кожухотрубный теплообменник, состоящий из следующих основных узлов: верхней водяной камеры, корпуса, трубной системы и нижней водяной камеры «плавающего» типа. Масло движется в межтрубном пространстве, охлаждающая вода —внутри труб. Характер омывания труб в аппарате близок к поперечному, что достигается установкой системы перегородок типа «диск — кольцо».

Внутренняя поверхность корпуса и наружные кромки кольцевых перегородок в аппаратах подвергаются токарной обработке с целью обеспечения величин зазоров между этими элементами в соответствии с требованиями ГОСТ 9916-77. Крепление концов труб в трубных досках осуществлено на вальцовке. Для ремонта или очистки с аппарата снимается верхняя водяная камера и трубная система вынимается из корпуса. Нижняя водяная камера также выполнена съемной.

В последние 2—3 года выпуск охладителей МБ-20-26 и МБ-20-50 прекращен. Технические характеристики выпускаемых в настоящее. время аппаратов даны в табл. 4.

3.6.    ПО НЗЛ приступило к серийному производству кожухотрубных охладителей масла, в которых с целью повышения эффективности и улучшения технико-экономических показателей гладкие трубы заменены трубами с низким накатным оребрением. На черт. 14 дан общий вид такого охладителя типа МРУ-6 с рабочей поверхностью 6 м². Коэффициент оребрения для труб этого типа составляет 2,26. Внутренняя поверхность корпусов в аппаратах не протачивается.

Для устранения возможных холостых протечек масла между корпусом и наружными кромками кольцевых перегородок на последних по периферии устанавливается уплотняющее кольцо из листового пластика. Наружный диаметр кольца выполнен несколько большим по сравнению с внутренним диаметром корпуса аппарата. При заводке трубной системы в корпус наружная кромка этого кольца отгибается и достаточно плотно прижимается по окружности к внутренней поверхности корпуса. Из-за малого перепада давлений между каждой парой соседних ходов масла в охладителе такое уплотнение оказывается достаточным для устранения холостых протечек масла по периферии кольцевых перегородок.

Устранение зазоров между наружной поверхностью труб и отверстиями для их прохода в дисковых перегородках осуществляется с помощью слоя такого же пластика, закрепляемого на каждой перегородке. Для наружного диаметра труб 14+^ мм диаметр отверстий в уплотняющем слое на дисковых перегородках принимается равным 13,6±0,1.

В табл. 5 приведены основные технические характеристики охладителей масла типа МРУ-3, МРУ-6, МРУ-10, МРУ-19, МРУ-35.

PTM 108.020.126—80 Стр. 17

3.7. ПО ТМЗ в системах маслоснабжения паровых турбин мощностью до 100 МВт (Т-50/60-130, ПТ-50/60-130/7, Т-100/120-130-3) применяет кожухотрубные охладители масла, встроенные в основные маслобаки. На черт. 15 показан маслобак турбины Т-100/120-130, в котором установлено шесть вертикальных гладкотрубных охладителей с поверхностью 45 м² каждый. На черт. 16, 17 даны общие виды маслобака полезной емкостью 22 м¹ с четырьмя охладителями масла для турбин ПТ-50/60-130/7 и Т-50/60-130, выпускавшегося ранее, н охладителя, встраиваемого в маслобаки этого завода.

УДК 621.136-233.2-72

РУКОВОДЯЩИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОХЛАДИТЕЛЕЙ МАСЛА ДЛЯ СИСТЕМ МАСЛОСНАБЖЕНИЯ ТУРБОУСТАНОВОК

Указанием Министерства энергетического машиностроения от 21.10.80 № ВВ-002/8638 срок действия установлен с 01.01.82 до 01.01.87

Настоящий руководящий технический материал (РТМ) распространяется на охладители масла, используемые в системах маслоснабжения турбинных установок тепловых электростанций, а также стационарных паро- и газотурбинных установок другого назначения.

РТМ предназначен для расчета и проектирования типовых конструкций серийных охладителей масла, а также разработанных в НПО ЦКТИ герметичных охладителей масла типа МБР.

В РТМ даны рекомендации по тепловому и гидравлическому расчету указанных охладителей масла, проектированию их наиболее ответственных узлов и выбору материалов.

1. ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1.1.    Линейные размеры:

L — полная длина трубы, канала, хода;

/₀ — обогреваемая длина трубы, канала;

/_р — длина ребра по направлению движения теплоносителя;

D — наружный диаметр оребрения;

D_H — наружный диаметр корпуса;

D_m — внутренний диаметр корпуса;

D_K._п — наружный диаметр кольцевой перегородки;

Ai.n — диаметр дисковой перегородки;

D_a—диаметр патрубка;

d_m— внутренний диаметр трубы;

d„ — наружный диаметр трубы (проволоки, создающей оребрение); d_x, do — соответственно диаметры внутренней и наружной труб кольцевого канала; d_% — эквивалентный диаметр;

А_р — высота ребра;

5_Г — шаг разрезки ребра;

8 — толщина стенки трубы (ребра, перегородки), зазор;

S_x — поперечный шаг труб в пучке;

S₂ — продольный шаг труб в пучке.

1.2.    Поверхности и площади сечения:

F_H — наружная гладкая поверхность;

F — полная поверхность теплообмена;

/ — проходное сечение.

1.3.    Физические свойства теплоносителей:

Р — плотность;

ср — удельная теплоемкость;

X— коэффициент теплопроводности; l-i — коэффициент динамической вязкости; э— коэффициент кинематической вязкости; а — коэффициент температуропроводности.

1.4.    Температура, давление, расход, скорость и другие обозначения: t — температура;

8^ — изменение температуры жидкости в охладителе;

М— температурный напор (разность температур); р —давление;

Др — потери давления (гидравлическое сопротивление);

G — расход теплоносителя; w — скорость потока;

Q — количество теплоты; а — конвективный коэффициент теплоотдачи;

К — коэффициент теплопередачи;

v)_p — коэффициент тепловой эффективности оребренной поверхности; s — коэффициент неравномерности распределения теплоотдачи по поверхности ребра (или по длине трубы); се — коэффициент оребрения;

Е, N — энергетический коэффициент, мощность;

Х_тр— коэффициент сопротивления трения;

С — коэффициент местного гидравлического сопротивления; п — число ходов теплоносителя (параллельновключенных элементов); z_p — общее количество ребер;

2_Т — общее количество труб (элементов) в пучке; z_x — количество рядов труб в пучке;

а—допускаемое напряжение;

Re — число Рейнольдса;

Рг— число Прандтля;

Ей — число Эйлера.

1.5.    Индексы:

р — ребро; м —масло; в — вода; ст — стенка; ср — среднее значение величины; н — наружный; вн — внутренний.

Обозначения, не включенные в список, разъясняются в соответствующих разделах по ходу изложения материала.

PTM 108,020,126—SO Стр. 3

Насосы смазки из основного маслобака 3 через охладители 1 подают масло на подшипники турбогенератора через специальные демпферные баки (на схеме не показаны). Давление масла на уровне оси турбогенератора 1,2 кгс/см², температура 45°С. В основном маслобаке имеются фильтрующие сетки и пакет наклонных перегородок для интенсификации выделения воздуха из масла. Отсос паров масла из бака осуществляется с помощью группы вентиляторов 4.

Черт. 1

Схема допускает индивидуальные отключения по воде и маслу для очистки или ремонта любого из охладителей. Номинальный расход циркуляционной воды с начальной температурой 33°С на каждый охладитель составляет 500 м³/ч.

Черт. 2

2.5. На черт. 3 дана принципиальная схема включения охладителей в систему маслоснабжения турбогенератора мощностью 500 МВт с турбиной типа К-500-65/3000 ПО ХТЗ, предназначенной к установке на АЭС. В связанную непосредственно с охладителями масла часть системы входят три-четыре охладителя I типа МБ-190-250 (МБМ-190-250) (два-три — рабочих, один — резервный), насосная группа и основной маслобак 2.

\*

Стр. 4 РТМ 108.020.126—80

Насосная группа состоит из насосов систем смазки, регулирования, уплотнения вала генератора, а также насосов валоповоротного устройства. В системе смазки установлены три насоса: рабочий, резервный (пусковой) и запасной. Каждый из насосов рассчитан на подачу 700 м³/ч масла при напоре 46 м вод. ст. Насос системы смазки подает масло из маслобака через охладители в напорные баки. При его работе необходимое давление масла перед подшипниками турбоагрегата создается за счет разности уровней установки напорных баков (на схеме не показаны) и оси подшипников. В период пуска турбины масло в систему регулирования подается пусковым насосом, имеющим привод от электродвигателя переменного тока.

Черт. 3

По воде и маслу аппараты включены параллельно. Допускается отключение одного из них по воде и маслу для очистки при полной нагрузке турбины и температуре охлаждающей воды не выше 33°С. Номинальный расход воды на каждый охладитель масла 200 м³/ч.

Принципиальная схема включения маслобака со встроенными охладителями в систему маслоснабжения турбины Т-100/120-130 ПО ТМЗ

Черт. 4

2.6. На черт. 4 приведена принципиальная схема системы маслоснабжения турбины Т-100/120-130 производственного объединения «Турбомоторный завод» (ПО ТМЗ). Она питает маслом марки Т-22 по ГОСТ 32-74 и Тп-22 по ГОСТ 9972-74 системы смазки и регулирования. Абсолютное давление масла после охладителей перед подшипниками 1,6—1,8 кгс/см². В систему регулирования масло подается главным центробежным насосом с приводом непосредственно от вала турбины. От него масло

PTM 108.020.126—80

поступает к двум последовательно включенным инжекторам. Инжектор первой ступени подает масло во всасывающий патрубок центробежного насоса (создавая необходимый подпор для его работы около 1,3 кгс/см²) и в камеру инжектора второй ступени, подающего в свою очередь масло через охладители в систему смазки.

Для обслуживания турбоагрегата в период пуска предусмотрен пусковой масляный электронасос производительностью 300 м³/ч и напором 240 м вод. ст. Снабжение маслом подшипников при останове агрегата осуществляется резервным или аварийным насосом, подающим масло в систему смазки до охладителей. Резервный насос производительностью 150 м³/ч и напором 28 м вод. ст. приводится от электродвигателя переменного тока, аварийный насос производительностью 108 м³/ч и напором 22 м вод. ст. — от электродвигателя постоянного тока.

В масляном баке рабочей емкостью 26 м³ имеются система сетчатых фильтров и шесть встроенных охладителей масла с поверхностью 45 м² каждый. Любой из них может быть отключен для очистки по воде и маслу при полной нагрузке турбины и температуре охлаждающей воды не выше 30°С. На охладители вода подается из циркуляционной системы турбины, номинальный расход ее на один охладитель 26 м³/ч.

2.7.    На черт. 5 дана схема системы маслоснабжения турбины Т-30-90-1 производственного объединения «Невский завод» им. В. И. Ленина (ПО НЗЛ). Система питает маслом марки Т-22 по ГОСТ32—74 системы регулирования, защиты, смазки подшипников и зубчатых муфт турбины и компрессора. Давление масла в системе регулирования 5—6 кгс/см² (изб.), в системе смазки после охладителей на уровне подшипников 0,4—0,7 кгс/см² (изб,). Масло в систему защиты подается главным насосом, расположенным на валу турбины, в систему смазки— с помощью основного инжектора. Для создания подпора на всасе главного насоса в схеме имеется дополнительный инжектор.

Для обслуживания турбины и компрессора в период их пуска и останова в схеме имеется пусковой насос с приводом от электродвигателя переменного тока. При неисправности этого насоса снабжение маслом подшипников турбины и компрессора при их останове обеспечивается включением в систему смазки до охладителей масла двух резервных масляных насосов с приводами от элктродвигате-лей постоянного и переменного тока. Резервный насос создает напор, достаточный для смазки подшипников, и обеспечивает производительность 400 л/мин. Масляный бак рабочей емкостью 4 м³ имеет систему сетчатых фильтров для очистки масла в период работы турбины.

Для охлаждения масла предусмотрена установка четырех охладителей типа МА-8 с поверхностью 8 м² каждый. Они включены в систему параллельно, что позволяет отключить один из них для очистки по воде и маслу. Охладители рассчитаны на использование пресной воды с начальной температурой не выше 35°С.

2.8.    Основной охлаждающей средой в охладителях масла, применяемых в стационарных турбоустановках, является вода из циркуляционных систем этих установок.

На черт. 6,аиб приведены принципиальные схемы систем прямоточного и оборотного водоснабжения и включения в них охладителей масла (одноконтурная схема охлаждения).

На черт. 7 представлена развернутая схема включения в систему прямоточного водоснабжения охладителей масла турбогенератора мощностью 300 МВт с турбиной К-300-240 ПО ЛМЗ. Подобная схема является типовой для крупных ГРЭС.

Вода на конденсатор турбины подается из водоема (реки, моря, озера, системы прудов-охладителей) насосами по напорным циркуляционным водоводам. Часть воды отбирается на охладители масла. Группа охладителей включается параллельно между разделяющим и собирающим водяными коллекторами. Любой из охладителей может быть отключен задвижками для очистки или ремонта. На линиях подвода воды к напорному коллектору группы охладителей устанавливаются механические фильтры.

2.9. При оборотной системе водоснабжения (с прудами-охладителями) принцип включения охладителей масла (см. черт. 6,6) по водяной стороне не меняется.

PTM 108.020,126—80 Стр, 7

Двухконтурная схема охлаждения масла системы смазки при прямоточном водоснабжении

/ — охладители масла; 2 — охладитель масла ПЭН; 3 — промежуточные охладители воды; 4 — водоструйные эжекторы (пусковые) для отсоса воздуха из водяных камер конденсатора; 5 — основные водоструйные эжекторы; 6 — циркуляционные насосы; 7— конденсатор; Я —насосы водоструйных эжекторов; 9 — фильтры; /0—насосы вторичного замкнутого контура охлаждения; И — промежуточный бак воды; А — в сливной циркуляционный водовод

Черт. 8

Схема охлаждения масла в газотурбокомпрессоре типа ГТК-10 ПО НЗЛ

/, 3 — фильтры; 2 — маслобак; 4—масляный пусковой насос; 5— блок обратных клапанов; 6 — главный масляный насос; 7 — регулятор производительности; 8 — расширительный (демпферный) бак; 9 — главный антифризный насос; /0 — резервный антифризный насос; 11, 13 — баки антифриза и дистиллята; 12 — вспомогательный насос; 14 — охладитель масла; 15 — подогреватель антифриза (дистиллята); 16 — охладитель антифриза; 17 — вентилятор; РТ — регулятор температуры; ПК — предохранительный клапан; БО — бак аварийного опорожнения маслосистс-мы; А — заливка масла в маслобак; Б —к подшипникам турбокомпрессора

Черт. 9

2.10.    Для отдельных объектов и условий с целью предотвращения загрязнения маслом водоемов в случае вынужденной эксплуатации охладителей с пониженной герметичностью масляных полостей может применяться менее экономичная и более сложная двухконтурная схема охлаждения. На черт. 8 дан пример такой схемы применительно к турбогенератору мощностью 300 МВт.

Пониженная экономичность охлаждения масла по двухконтурной схеме обусловлена в основном тремя факторами: наличием промежуточного водо-водяного теплообменника и определенного температурного напора на выходе из него (это приводит к более высоким начальным температурам охлаждающей воды по сравнению с прямоточной одноконтурной схемой), загрязнением поверхности промежуточного теплообменника со стороны охлаждающей циркуляционной воды и установкой дополнительного перекачивающего насоса во вторичном водяном контуре.

К недостаткам этой схемы следует также отнести необходимость использования большого количества дополнительной крупной арматуры с приводами, насосов, промежуточных теплообменников и трубопроводов, что приводит к серьезному загромождению части машинного зала под отметкой обслуживания турбины.

2.11.    Для энергоустановок небольшой и средней мощности, размещаемых на открытых площадках в районах с ограниченными водными ресурсами и умеренным климатом (средняя температура воздуха в течение пяти суток подряд в наиболее холодный период не опускается ниже минус 40°С), а также в районах с холодным климатом (средняя температура воздуха в течение пяти суток подряд в наиболее холодный период составляет —40... —50°С), могут применяться маслосистемы с воздушным охлаждением.

2.12.    Для районов с холодным климатом и ограниченными водными ресурсами может применяться двухконтурная схема охлаждения масла, представленная на черт. 9. Такая схема применяется в газотурбокомпрессорах мощностью 10 МВт типа ГТК-Ю ПО НЗЛ. Масло из подшипников турбокомпрессора поступает в охладитель. Охлаждающей средой в нем служит антифриз, циркулирующий в замкнутой системе и рассчитанный на температурный диапазон +40 ...—40°С. Циркуляция антифриза в контуре осуществляется с помощью главного насоса. В этом контуре имеются также резервный насос, два бака (один — для дистиллята, другой — для антифриза), демпферный расширительный бачок и шесть теплообменников, в которых потоком воздуха, создаваемым вентилятором, происходит охлаждение антифриза.

3. ТИПЫ, КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОХЛАДИТЕЛЕЙ МАСЛА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В СЕРИЙНЫХ ТУРБОУСТАНОВКАХ

3.1.    В системах смазки серийных стационарных турбоустановок применяются преимущественно охладители масла кожухотрубного типа с поверхностью из гладких и оребренных труб. Аппараты этого типа выпускаются в настоящее время несколькими заводами.

3.2.    Завод «Красный гидропресс» в соответствии с ГОСТ 9916-77 выпускает четыре типоразмера вертикальных гладкотрубных охладителей масла типа МБ: МБ-20-30 (МБМ-20-30); МБ-25-37 (МБМ-25-37); МБ-40-60 (МБМ-40-60) и МБ-63-90 (МБМ-63-90). Охладители МБ-63-90 используются в системах маслоснабжения паровых турбин ПТ-60/75-90/3, ПТ-60/75-130/13 и К-200-130-3. На черт. 10 приведена принципиальная схема охладителей данного завода.

Все аппараты представляют собой кожухотрубные теплообменники, в которых вода движется в трубах, а охлаждаемое масло— в межтрубном пространстве. Направление движения масла задается системой перегородок типа «диск — кольцо». Вода и масло подводятся снизу. Основные узлы охладителя: верхняя и нижняя водяные камеры, трубная система, мембрана, корпус.

Внутренняя поверхность корпуса и наружная кромка кольцевых перегородок подвергаются токарной обработке с целью обеспечения величины зазоров между ними в соответствии с требованиями ГОСТ 9916-77. Температурные расширения трубной системы относительно корпуса компенсируются с помощью мембраны в верхней части аппарата. Для слива воды, масла и выпуска воздуха из полостей аппарат имеет краны. Для измерения температур воды и масла на патрубках имеются гильзы для термометров. Вместо последних могут применяться термоэлектрические преобразователи. Трубы в трубных досках крепятся на вальцовке. Для обеспечения очистки аппаратов по водяной стороне на верхней камере имеется съемная крышка, а на нижней — система лючков.

Аппараты типа МБ рассчитаны на использование охлаждающей воды с солесодержанием до 5000 мг/кг, типа МБМ — с солесодержанием выше 5000 мг/кг. В соответствии с этим для изготовления отдельных узлов и элементов этих аппаратов применяются разные материалы. Дополнительно в водяных камерах охладителей типа МБМ устанавливаются протекторы.

Основные технические характеристики охладителей масла данного завода содержатся в табл. 1.

3.3.    ПО ХТЗ выпускает четыре типоразмера кожухотрубных вертикальных охладителей масла: МБ-50-75, МБ-90-135 (МБМ-90-135), МБ-190-250 и МБ-380-500. Общий вид одного из охладителей данного завода представлен на черт. 11.

Основные узлы аппарата: верхняя крышка корпуса, верхняя и нижняя водяные камеры, трубная система, корпус. Для обеспечения компенсации температурных расширений трубной системы

1

Заказ 1059