RU28379U1

RU28379U1 - Turbine lubrication system oil tank

Info

Publication number: RU28379U1
Application number: RU2002132748/20U
Authority: RU
Inventors: В.И. Никонов; С.Ф. Примаченко; С.К. Козлов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ленинградский Металлургический завод"
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2003-03-20

Description

СИСТЕМЫ СМАЗКИ ТУРБОАГРЕГАТОВTURBO UNIT LUBRICATION SYSTEMS

МКИ 7: F01D 25/18 F01M 1/10 МАСЛЯНЫЙ БАК MKI 7: F01D 25/18 F01M 1/10 OIL TANK

Предлагаемая полезная модель относится к к области энергомашиностроения, а именно к устройствам очистки масла системы смазки мощных турбоагрегатов, работающих с использованием рабочего тела со сверхкритическими параметрами, конкретно, к конструкции масляного бака системы смазки турбомашинThe proposed utility model relates to the field of power engineering, namely, oil purification devices for the lubrication system of powerful turbine units operating using a working fluid with supercritical parameters, specifically, to the design of the oil tank of the turbomachine lubrication system

В турбомашинах, в особенности для паровых турбин работающих с использованием рабочего тела со сверхкритическими параметрами, широко распространено использование масляных баков различной конструкции и емкости. При этом предпочтение отдается масляным бакам, выполненньм в виде блоков, включающих вертикально установленные центробежные насосы, корпус бака, разделенный на грязный и чистый отсеки, и воздухоотделители. Распространенньш явлением при эксплуатации вышеуказанного типа паровых турбин является попадание водяных паров и воздуха в масло системы смазки подщипников. В результате заметно возрастают скорости протекания окислительных процессов и склонность смазочного материала к пенообразованию, по причине эмульгирования при высоких турбулентных пульсациях, в условиях высокой кратности циркуляции. Известно также, что вертикально установленные центробежные насосы масляного бака особенно чувствительны к образованию воздушных мешков и пробок в камерах проточной части, корпусах, во входной управляющей арматуре и всасывающем тракте. Для обеспечения нормального переключения с рабочего насоса на резервный, необходимо гарантировать отсутствие воздушных цробок и водных эмульсий. Для этого применяют различные средства, в частности предвключенные насосы, инжекторы и ловушки с воздушниками, установленные в баке воздухоотделители, прямоточного типа с выполненным наклонно пакетом решеток. Часто в конструкциях бака, для улучшения работы воздухоотделителя, за счет повышения равномерности распределения входящего масляного потока, в перпендикулярной плоскости, устанавливают перфорированные, вертикально установленные дырчатые листы. (Паровые турбины сверхкритических параметров ЛМЗ,In turbomachines, especially for steam turbines operating using a working fluid with supercritical parameters, the use of oil tanks of various designs and capacities is widespread. In this case, preference is given to oil tanks, made in the form of blocks, including vertically mounted centrifugal pumps, a tank casing, divided into dirty and clean compartments, and air separators. A common occurrence in the operation of the above type of steam turbines is the ingress of water vapor and air into the oil of the bearing lubrication system. As a result, the rate of oxidation processes and the tendency of the lubricant to foam significantly increase due to emulsification at high turbulent pulsations, in conditions of high multiplicity of circulation. It is also known that vertically mounted centrifugal oil tank pumps are particularly sensitive to the formation of air bags and plugs in the flow chamber chambers, housings, inlet control valves and suction tract. To ensure a normal switch from a working pump to a standby one, it is necessary to guarantee the absence of air cocks and water emulsions. Various means are used for this, in particular upstream pumps, injectors and traps with air vents, air separators installed in the tank, a direct-flow type with an inclined grating package. Often in tank designs, to improve the operation of the air separator, by increasing the uniformity of the distribution of the incoming oil flow, perforated, vertically mounted hole sheets are installed in a perpendicular plane. (Steam turbines of supercritical parameters LMZ,

под редакцией А.П. Огурцова и В.К. Рыжкова, М.: Энергоатомиздат, 1991г., стр.178).edited by A.P. Ogurtsova and V.K. Ryzhkova, Moscow: Energoatomizdat, 1991, p. 178).

Однако первые из упомянутых требуют наличия приводных и управляющих устройств, вторые, - источника избыточного давления, а ловушки и гидрозатворы малоэффективны, и не могут использоваться при работе с огнестойкими синтетическими маслами, поскольку последние имеют плотность и динамическую вязкость приблизительно на 30% больше, чем у минерального масла и, соответственно, большую способность к растворению диспергированного воздуха. При этом для вертикально установленных многоступенчатых центробежных насосов, наиболее чувствительных к завоздушиванию рабочего тела во всасывающем тракте, последний выполняют с наклонным участком для установки воздушной ловушки, что усложняет и удорожает компоновку оборудования маслонапорной установки. Кроме того, наличие воздушников может привести к засасыванию воздуха в маслопровод за счет инжекционного эффекта. Поэтому установка ловушки с воздушником или специальной конструкции гидрозатворов, требует тщательного расчета и предварительного дорогостоящего исследования на разных режимах работы насоса.However, the first of these requires drive and control devices, the second require a source of overpressure, and traps and hydraulic locks are ineffective, and cannot be used when working with fire-resistant synthetic oils, since the latter have a density and dynamic viscosity of about 30% more than that of mineral oil and, accordingly, a greater ability to dissolve dispersed air. At the same time, for vertically installed multistage centrifugal pumps, the most sensitive to airing of the working fluid in the suction tract, the latter is performed with an inclined section for installing an air trap, which complicates and increases the cost of the arrangement of the oil pressure equipment. In addition, the presence of air vents can lead to suction of air into the oil pipe due to the injection effect. Therefore, installing a trap with an air vent or a special design of hydraulic locks, requires careful calculation and preliminary expensive research on different pump operating modes.

Известна традиционно используемая и выбранная в качестве прототипа конструкция блока маслонапорной установки для очистки масла систем смазки мощных паровых турбин, работающих с использованием рабочего тела со сверхкритическими параметрами и включающая масляный бак с двумя вертикально установленными многоступенчатыми центробежными насосами и снабженный воздухоотделителем, а также устройством гашения турбулентных пульсаций масляного потока.Known traditionally used and selected as a prototype is the design of an oil pressure unit for oil purification of lubrication systems of powerful steam turbines operating using a working fluid with supercritical parameters and including an oil tank with two vertically mounted multistage centrifugal pumps and equipped with an air separator, as well as a device for damping turbulent pulsations oil flow.

В частности, известное устройство по прототипу, включает всасывающие и напорные масляные тракты, корпус бака, разделенный на грязный и чистый отсеки, два вертикально установленных многоступенчатых центробежных насоса, воздухоотделитель, с выполненным наклонно пакетом решеток, фильтр тонкой очистки, рамочный фильтр, указатель уровня масла. При этом известное устройство, дополнительно снабжено гравитационным сепаратором пузырьков воздуха, выполненным в виде гофрированного листа из цветного металла или коррозионноустойчивой стали, расположенным в верхней части грязного отсека, в горизонтальной плоскости над уровнем масла и с плошадью поверхности не менее чем в 1.6 раза, превышающей площадь верхнего сечения грязного отсека, причем узел ввода в бак, поступающего на очистку масла, располагают в верхней части торцевой стенки корпуса масляного бака, на высоте не менее чем в 1, 2 раза, превышающейIn particular, the known prototype device includes suction and pressure oil paths, a tank housing divided into dirty and clean compartments, two vertically mounted multistage centrifugal pumps, an air separator, with an inclined grating package, a fine filter, a frame filter, an oil level indicator . Moreover, the known device is additionally equipped with a gravitational separator of air bubbles, made in the form of a corrugated sheet of non-ferrous metal or corrosion-resistant steel, located in the upper part of the dirty compartment, in a horizontal plane above the oil level and with a surface area of not less than 1.6 times the area the upper section of the dirty compartment, and the input unit into the tank entering the oil refining is located in the upper part of the end wall of the oil tank housing, at a height of not less than 1, 2 ra beyond

максимально допустимый уровень масла в баке. ( Полезная модель РФ №22802, МЬСИ 7: F01D 25/18, приоритет от 03.01.2002 г, опубликовано БИ № 12-2002).maximum permissible oil level in the tank. (Utility model of the Russian Federation No. 22802, Moscow Institute of Information Technology 7: F01D 25/18, priority dated January 3, 2002; published by BI No. 12-2002).

К причинам, препятствующим достижению желаемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что масляный бак известной конструкции не позволяет обеспечить удовлетворительные степень очистки масла, пожаробезопасность и оптимальные гидродинамические условия в камере всасывания. В результате, известное устройство не позволяет минимизировать вероятность срывов в работе центробежного насоса, что в свою очередь препятствует достижению оптимальной степени надежности работы системы смазки и безаварийности эксплуатации турбоагрегата в целом. Другим недостатком является металлоемкость конструкции, сложность его монтажа и транспортировки.The reasons that impede the achievement of the desired technical result when using the known device adopted for the prototype, is that the oil tank of a known design does not allow to provide a satisfactory degree of oil purification, fire safety and optimal hydrodynamic conditions in the suction chamber. As a result, the known device does not allow to minimize the likelihood of disruptions in the operation of a centrifugal pump, which in turn prevents the achievement of an optimal degree of reliability of the lubrication system and the trouble-free operation of the turbine unit as a whole. Another disadvantage is the metal structure, the complexity of its installation and transportation.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение является разработка устройства масляного бака для очистки масла систем смазки мощных турбоагрегатов, которая позволяет обеспечить повышение надежности и уровня безопасности работы системы смазки создание оптимальных гидродинамических условий в камере всасывания, за счет повышения степени гашения турбулентных пульсаций масла, а также полноты отстаивания диспергированных в циркуляте примесей, при высокой кратности обмена, а также снизить металлоемкость конструкции масляного бака в целом, повышая при этом ремонтопригодность, пожаробезопасность и упрощая транспортировку и монтаж.The task to which the proposed technical solution is directed is to develop an oil tank device for oil cleaning of the lubrication systems of powerful turbine units, which allows to increase the reliability and safety level of the lubrication system and create optimal hydrodynamic conditions in the suction chamber, by increasing the degree of damping of turbulent oil pulsations, as well as the completeness of the sediment dispersed in the circulating impurities, with a high multiplicity of exchange, as well as reduce the metal consumption of the design of the oil tank as a whole, while increasing maintainability, fire safety and simplifying transportation and installation.

Для достижения желаемого технического результата предлагаемое устройство масляного бака системы смазки мощных турбоагрегатов представляет собой систему, включающую приемный бак и питательный бак, объединенные гибкой или жесткой связью между собой и представляющую собой не менее трех трубопроводов из любого, обеспечивающего безопасность эксплуатации материала, выполненных под углом не менее 3 градусов к горизонту, обеспечивающих скорость перетока масла в питательный бак не более 0,4 м/сек, при этом питательный бак включает всасывающие и напорные масляные тракты, два вертикально установленных многоступенчатых центробежных насоса, а приемный бак имеет корпус, разделенный перегородкой на грязный и чистый отсеки, с соотношением их объемов не более 20 к 1, соответственно, устройство гравитационной очистки масла, выполненное в виде гофрированного листа с отверстиями из цветного металла или коррозионноустойчивой стали и расположенное в верхней части грязного отсека, воздухоотделитель, с вьшолненным наклонно, пакетом решеток.To achieve the desired technical result, the proposed device of the oil tank of the lubrication system of powerful turbine units is a system including a receiving tank and a feed tank, combined by a flexible or rigid connection between each other and representing at least three pipelines from any one that ensures safe operation of the material, made at an angle not less than 3 degrees to the horizon, providing a flow rate of oil into the feed tank of not more than 0.4 m / s, while the feed tank includes suction and pressure oil paths, two vertically mounted multistage centrifugal pumps, and the receiving tank has a housing divided by a partition into dirty and clean compartments, with a ratio of their volumes not more than 20 to 1, respectively, a gravity oil cleaning device, made in the form of a corrugated sheet with holes made of non-ferrous metal or corrosion-resistant steel and located in the upper part of the dirty compartment, an air separator, with a slanted package of grilles.

фильтр тонкой очистки, рамочный фильтр, указатель уровня масла.. Для повышения полноты отстаивания диспергированных в циркуляте примесей, при высокой кратности обмена, интенсификации процессов гравитационной сепарации воздушных пузырьков, предзшреждения вспенивания и снижения энергии масляных потоков, приемный бак может дополнительно снабжаться гасителем турбулентных пульсаций масляного потока, выполненным в виде нескольких, перфорированных, вертикально установленных на границах грязного отсека, гофрированных сепарационных перегородок, выполненных из листа цветного металла или коррозионноустойчивой стали.fine filter, frame filter, oil level indicator .. In order to increase the settling of impurities dispersed in the circulate, with a high exchange rate, to intensify the processes of gravitational separation of air bubbles, to prevent foaming and reduce the energy of oil flows, the receiving tank can be additionally equipped with a damper for turbulent pulsations of oil flow, made in the form of several, perforated, vertically mounted on the borders of the dirty compartment, corrugated separation over A rim made of a sheet of non-ferrous metal or stainless steel.

При исследовании отличительных признаков предлагаемой конструкции не выявлено каких-либо известных или аналогичных технических решений, позволяющих решить поставленную техническую задачу. Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного устройства, позволил установить, что заявитель не обнаружил иных технических решений, характеризующихся признаками, тождественными или эквивалентными выше)тсазанным признакам заявленной полезной модели. Это, в свою очередь, позволило выявить совокупность существенных, по отношении к усматриваемому заявителем техническому результату, отличительных признаков в предлагаемом устройстве и изложенных в формуле полезной модели.In the study of the distinguishing features of the proposed design did not reveal any known or similar technical solutions to solve the technical problem. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the claimed device, made it possible to establish that the applicant did not find other technical solutions characterized by features identical or equivalent to the above-mentioned features of the claimed utility model. This, in turn, made it possible to identify a set of significant, in relation to the technical result perceived by the applicant, distinctive features in the proposed device and set forth in the utility model formula.

Следовательно, заявленное техническое рещение соответствует критерию новизна полезной модели.Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of the novelty of the utility model.

Предлагаемое устройство масляного бака системы смазки турбоагрегата иллюстрируется схемами, представленными на фигуре,The proposed device oil tank lubrication system of a turbine unit is illustrated by the schemes shown in the figure,

На фигуре показан продольный разрез предлагаемого устройства масляного бака системы смазки турбоагрегата, выполненного на основе конструкции бака по прототипу. Устройство включает приемный бак, корпус которого разделен на грязный 1 и чистый 5 отсеки, фланец устройства ввода загрязненного масла, гасители турбулентных пульсаций масляного потока 2, воздухоотделитель 3, рамочный фильтр 4, указатель уровня масла 7, фильтр тонкой очистки воздуха 8, гравитационный сепаратор 10. Приемный бак с помощью соединительных трубопроводов 11, снабженных аварийноотсечной задвижкой (на чертеже не показана) и выполненных под углом, с сообщается с питательным баком включающим центробежные насосы 6, насос гидроподъема 9, камеруThe figure shows a longitudinal section of the proposed device of the oil tank of the lubrication system of a turbine unit, made on the basis of the design of the tank of the prototype. The device includes a receiving tank, the body of which is divided into dirty 1 and clean 5 compartments, a flange of the input device for contaminated oil, dampers of turbulent pulsations of the oil flow 2, air separator 3, frame filter 4, oil level indicator 7, fine filter 8, gravity separator 10 The receiving tank by means of connecting pipelines 11, equipped with an emergency shut-off valve (not shown in the drawing) and made at an angle, communicates with the feed tank including centrifugal pumps 6, a hydraulic lift pump 9, Amer

всасывания очищенного масла 12.suction of purified oil 12.

Предлагаемое устройство масляного бака системы смазки турбоагрегата работает следующим образом.The proposed device oil tank lubrication system of a turbine unit operates as follows.

Предназначенное для очистки масло поступает в нриемный бак через узел ввода., расположенный в верхней части торцевой стенки корпуса масляного бака, на высоте не менее чем в 1, 2 раза, превышающей максимально допустимый уровень масла в баке, на гравитационный сепаратор 10, выполненный из гофрированного листа легированной стали или цветного металла и далее через гаситель турбулентных пульсаций масляного потока 2, воздухоотделитель 3, рамочный фильтр 4, чистый отсек 5 и соединительные трубопроводы 11, снабженных отсечной задвижкой и равномерно расположенные по ширине баков, с заданной линейной скоростью поступает в питательный бак. За счет резкого снижения скорости масляного потока и снижения энергии масляных потоков осуществляется эффективная сепарация от воздушных пузырьков циркулирующего, завоздушенного масляного потока, а также возрастает его время пребывания в объеме баков. Последнее, способствует большей полноте отстаивания диспергированных в циркуляте примесей и тем самым, очистке масла. Тем самым, снижается вероятность срывов рабочего режима центробежных насосов питательного бака, при необходимости включения резервного насоса. Последний за короткий промежуток времени выходит на свой рабочий режим, обеспечивая безаварийную и надежную работу системы смазки турбомашины.The oil intended for cleaning enters the suction tank through the input unit. Located in the upper part of the end wall of the oil tank body, at a height of at least 1, 2 times higher than the maximum permissible oil level in the tank, to the gravity separator 10 made of corrugated alloy steel or non-ferrous metal sheet and then through the damper of turbulent pulsations of the oil flow 2, air separator 3, frame filter 4, clean compartment 5 and connecting pipelines 11 equipped with a shut-off valve and uniformly positioned across the width of the tanks, with a given linear speed enters the feed tank. Due to a sharp decrease in the speed of the oil flow and a decrease in the energy of the oil flows, an effective separation from the air bubbles of the circulating, air-conditioned oil stream is carried out, as well as its residence time in the volume of the tanks is increased. The latter, contributes to a greater completeness of sedimentation of dispersed in the circulating impurities and thereby the purification of the oil. Thus, the probability of disruption of the operating mode of the centrifugal pumps of the feed tank is reduced, if necessary, turn on the backup pump. The latter reaches its operating mode in a short period of time, ensuring trouble-free and reliable operation of the turbomachine lubrication system.

Примененный прием разделения традиционно целостной конструкции масляного бака на две части, соединенные гибкой и жесткой связью, помимо создания оптимального гидродинамического режима, позволяет заметно снизить металлоемкость конструкции масляного бака в целом, сушественно повышая при этом ремонтопригодность, пожаробезопасность эксплуатации и упрощая его транспортировку и монтаж. В частности, заметно облегчается монтаж центробежных насосов и необходимая в ходе монтажа, квалифицированная механическая доводка их установочных площадок на питательном баке, имеющем существенно меньшие габаритный размеры по сравнению с конструкцией по прототипу. Заметно облегчается транспортировка, монтаж системы масляного бака, выполнение фундамента. Повышается также и ремонтопригодность конструкции. За счет предлагаемой компоновки и наличия аварийно-отсечных заслонок на соединительных трубопроводах, существенно возрастает уровень пожаробезопасности при эксплуатации установки, появляется возможность замены, в случае необходимости.The applied technique of dividing the traditionally integral design of the oil tank into two parts, connected by a flexible and rigid connection, in addition to creating the optimal hydrodynamic regime, can significantly reduce the metal consumption of the oil tank structure as a whole, while drastically increasing maintainability, fire safety of operation and simplifying its transportation and installation. In particular, the installation of centrifugal pumps and the necessary mechanical installation refinement of their installation sites on a feed tank, which has significantly smaller overall dimensions compared to the prototype design, is significantly facilitated. The transportation, installation of the oil tank system, and the implementation of the foundation are noticeably easier. The maintainability of the structure also increases. Due to the proposed layout and the presence of emergency shut-off valves on the connecting pipelines, the fire safety level during operation of the installation increases significantly, and it becomes possible to replace it, if necessary.

любого из элементов в целом.any of the elements as a whole.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании полезной модели следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using a utility model:

-средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использовании в промыщленности, а именно в области турбостроения;-a tool embodying the proposed device in its implementation, is intended for use in industry, namely in the field of turbine construction;

-для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте ниже приведенной формулы, подтверждается возможность его осуществления с помощью приведенных в описании заявки средств и методов;-for the claimed device in the form as described in the independent clause of the formula below, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application description is confirmed;

- средство, воплощающее заявленную полезную модель при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно, повышение надежности работы и уровня пожаробезопасности системы, создания оптимальных гидродинамических условий в камере всасывания, за счет повышения степени гащения турбулентных пульсаций масла, а также полноты отстаивания диспергированных в циркуляте примесей, при высокой кратности обмена, что в свою очередь, будет существенно улучщать пуск и стабильность работы центробежных насосов, а также снизить металлоемкость конструкции масляного бака в целом, существенно повышая при этом, ее ремонтопригодность и пожаробезопасность, упрощая транспортировку и монтаж. В совокупности это способствует повышению степени надежности работы системы смазки, безаварийности эксплуатации турбоагрегата и удешевлению его монтажа в целом.- a tool that embodies the claimed utility model in its implementation is capable of achieving the technical result perceived by the applicant, namely, improving the reliability and level of fire safety of the system, creating optimal hydrodynamic conditions in the suction chamber, by increasing the degree of damping of turbulent oil pulsations, as well as completeness settling of impurities dispersed in the circulate, with a high exchange rate, which, in turn, will significantly improve start-up and price stability submersible pumps, as well as reduce the metal consumption of the design of the oil tank as a whole, while significantly increasing its maintainability and fire safety, simplifying transportation and installation. Together, this helps to increase the degree of reliability of the lubrication system, the trouble-free operation of the turbine unit and the cost of its installation as a whole.

Следовательно предлагаемая полезная модель соответствует критерию промышленная применимость.Therefore, the proposed utility model meets the criterion of industrial applicability.

Claims

1. The oil tank of the lubrication system of turbine units, including the tank body, divided into "dirty" and "clean" compartments, vertically mounted multistage centrifugal pumps, an air separator, a fine filter, a frame filter, an oil level indicator, a gravity separator of air bubbles, an input unit the oil arriving for cleaning, located in the upper part of the end wall of the oil tank housing, at a height of not less than 1.2 times higher than the maximum permissible oil level in the tank, characterized in that the oil tank assembled in the form of a system of devices containing a "receiving tank" and "feed tank", interconnected by a flexible or rigid connection representing at least three connecting pipelines made of any material suitable for safe operation and located at an angle to the horizontal.

2. The oil tank of the lubrication system according to claim 1, characterized in that

connecting pipelines provide an emergency shut-off valve and are evenly spaced across the width of the end wall of the tanks, at an angle of at least 3 ° to the horizontal.

3. The oil tank of the lubrication system according to claim 1, characterized in that the total cross-sectional area of the connecting pipelines is selected on the basis of ensuring a linear flow rate of oil from the "receiving tank" to the "feed tank" of not more than 0.4 m / s.

4. The oil tank of the lubrication system according to claim 1, characterized in that the frame filter of the "receiving tank" is located at a distance of at least 500 mm from its end wall, and the ratio of the volumes of the "dirty" and "clean" compartments should not exceed 20 / 1 respectively.