Parní turbíny

Mazací a regulační olej parní turbíny: tlak, teplota, voda a čistota

Olej je u turbíny mazivo, chladivo i pracovní kapalina regulace. Které provozní hodnoty a laboratorní ukazatele sledovat, jaké mají obvyklé meze a co prozrazují o ložiscích, ucpávkách a regulaci.

Klíčová fakta

  • Olej v turbíně maže ložiska, odvádí z nich teplo a často je i pracovní kapalinou regulace a ochran.
  • ASTM D4378: voda nad 0,1 % (1 000 ppm) je varovná hodnota pro parní turbíny; někteří výrobci používají 500 ppm.
  • Viskozita mimo ±5 % nového oleje, nárůst TAN o 0,3–0,4 mg KOH/g nebo RPVOT pod 25 % nového oleje jsou důvodem k prošetření.
  • Kód čistoty ISO 4406 je logaritmický: o jeden stupeň vyšší kód znamená zhruba dvojnásobek částic.
  • Nejčastějším zdrojem vody v oleji parních turbín je ucpávková pára kondenzující v ložiskových skříních.
  • Při poklesu tlaku oleje rozliší příčinu porovnání tlaků za čerpadlem, za filtry a před ložisky.

Tři role oleje v turbíně

Olej v parní turbíně nedělá jen jednu věc. Vytváří nosný film v kluzných ložiscích, odvádí z ložisek teplo a u velké části turbín slouží zároveň jako pracovní kapalina regulace a ochran – pohání servomotory ventilů a rychlouzávěrů. Každá role klade na olej trochu jiné nároky, a proto se olejový systém hodnotí ze dvou stran: provozními hodnotami, které vidí obsluha, a laboratorním rozborem, který ukáže stav samotného oleje.

Provozní hodnoty: co sledovat každou směnu

Konkrétní rozsahy tlaků a teplot stanovuje výrobce turbíny. Pro diagnostiku je ale důležitější než jednotlivá hodnota její trend při stejném provozním režimu.

Provozní ukazatele olejového systému
VeličinaCo ukazujeVarovná stopa
Tlak mazacího oleje v rozvodu a na ložiscíchVýkon čerpadla, průchodnost filtrů, netěsnosti, obtokyPomalý pokles při stejné teplotě oleje
Teplota oleje za chladičemFunkce chladiče a regulace teplotyKolísání, závislost na teplotě chladicí vody
Teplota oleje na výstupu z ložisek, ohřátí olejeTeplo vznikající v ložiskuRůst ohřátí na jednom ložisku při stejném zatížení
Teplota kovu ložisekStav olejového filmu a zatíženíRůst bez změny výkonu, rozdíl mezi segmenty
Tlaková ztráta na filtrechMnožství nečistot v olejiRychlý nárůst po opravě nebo po odstávce
Hladina v olejové nádržiÚnik oleje, nebo naopak vniknutí vodyPokles i nevysvětlený nárůst hladiny
Tlak regulačního olejeStav regulačního okruhuKolísání při pohybu ventilů
Záskoky čerpadelPohotovost záložního a havarijního mazáníNeúspěšná nebo pomalá zkouška záskoku

Teplota oleje má dvě strany. Příliš teplý olej má nízkou viskozitu a tenčí nosný film. Příliš studený olej je naopak vazký, zvyšuje tření a u některých typů kluzných ložisek může přispět k nestabilitě hřídele. Proto výrobce stanovuje nejen maximální, ale i minimální teplotu oleje pro rozběh.

U turbín, kde regulační olej tvoří samostatný okruh s vyšším tlakem, je nutné oba okruhy hodnotit odděleně – porucha regulačního oleje má jiný dopad (pohyb ventilů, rychlouzávěry) než porucha mazání. Vazbu na ložiska rozebírá průvodce teplota ložisek turbíny.

Pokles tlaku mazacího oleje: kde hledat

Pokles tlaku mazacího oleje je jeden z nejzávažnějších provozních stavů turbíny – ochrana na nízký tlak oleje turbínu vypíná a záložní a havarijní čerpadlo mají zajistit mazání při doběhu. Pokud tlak klesá, spouští se záložní čerpadlo nebo ho obsluha stabilizuje ručně, je potřeba příčinu najít dřív, než selže i záloha.

Příčiny poklesu tlaku mazacího oleje
PříčinaTypická stopa
Zanesený filtrroste tlaková ztráta filtru, tlak za filtrem klesá, tlak za čerpadlem ne; u některých konstrukcí otevře obtok filtru
Čerpadlo – opotřebení, zavzdušnění, špatný nátok, spojka, pohonklesá už tlak za čerpadlem, hluk, kolísání; po přepnutí na záložní čerpadlo se tlak vrátí
Teplota a viskozita olejetlak se mění s teplotou oleje – typicky po přepnutí chladiče nebo při studeném startu
Hladina, pěnění, vzduch nebo voda v nádržikolísání tlaku, kavitační hluk čerpadla, zákal oleje, pěna v nádrži
Netěsnost, otevřený obtok, nesprávně nastavený přepouštěcí ventiltlak nižší v celé větvi bez změny filtru a čerpadla; často po údržbě
Chyba měřenítlak klesá jen na jednom snímači, ostatní tlaky a teploty ložisek se nemění

Rozlišovacím krokem je porovnání tlaků za čerpadlem, za filtry a před ložisky. Pokles už za čerpadlem ukazuje na čerpadlo, sání nebo nádrž, pokles až za filtrem na filtr, pokles jen před ložisky na rozvod, netěsnost nebo obtok. Současně se sleduje, zda se mění teploty ložisek – ty potvrdí, zda jde o skutečný úbytek průtoku oleje, nebo o chybu měření.

Po každé údržbě, výměně filtrů nebo odstávce je vhodné záskok záložního a havarijního čerpadla ověřit zkouškou a zapsat dosažené tlaky. Neověřený záskok je při najíždění blokující bod.

Laboratorní rozbor: ukazatele a jejich meze

Pro sledování stavu turbínových olejů se v praxi používá norma ASTM D4378. Ta stanovuje, co sledovat a kdy hodnotu považovat za varovnou. Následující tabulka shrnuje hlavní ukazatele podle přehledu výrobce maziv Mobil, který z této normy vychází. Výrobce turbíny může stanovit přísnější meze.

Hlavní ukazatele stavu oleje parní turbíny
UkazatelVarovná hodnotaDoporučená četnost
Kinematická viskozita při 40 °Codchylka ±5 % od nového oleje (někteří výrobci turbín ±10 %)měsíčně
Vodanad 0,1 % (1 000 ppm); někteří výrobci 0,05 % (500 ppm)vizuálně denně, rozborem měsíčně
Číslo kyselosti (TAN)nárůst o 0,3–0,4 mg KOH/g proti novému olejiměsíčně
Oxidační stabilita (RPVOT)pod 25 % hodnoty nového oleječtvrtletně
Čistota podle ISO 4406podle cíle stanoveného pro systém; Mobil uvádí 18/15/13 nebo lepší jako přijatelnéměsíčně

Jak číst kód čistoty ISO 4406

Kód má tři čísla, například 18/15/13. Každé číslo vyjadřuje rozsah počtu částic v 1 ml oleje větších než 4, 6 a 14 µm. Stupnice je logaritmická: zvýšení o jeden stupeň znamená zhruba dvojnásobek částic. Kód 18/15/13 proto není „o trochu horší“ než 16/13/11 – v každé velikostní třídě obsahuje asi čtyřikrát víc částic.

Pro regulační okruh je čistota kritičtější než pro ložiska. Šoupátka elektrohydraulických převodníků a servomotorů pracují s velmi malými vůlemi a znečištěný olej se projeví zadíráním, hysterezí a pomalou odezvou – viz průvodce hystereze regulačního ventilu turbíny. Cílovou čistotu pro konkrétní systém určuje výrobce turbíny nebo regulace.

Voda v oleji: odkud se bere a proč škodí

Voda je u parních turbín nejčastější kontaminant oleje. Snižuje nosnost olejového filmu, urychluje oxidaci a vyčerpání aditiv, způsobuje korozi a v regulačním okruhu vede k zadírání šoupátek. Při vyšším obsahu vytváří emulzi, kterou olej neodloučí.

Nejčastější zdroje

  • Ucpávková pára. Při vysokém tlaku ucpávkové páry nebo nedostatečném odsávání ucpávek uniká pára podél hřídele do ložiskových skříní a kondenzuje v oleji. Jde o typický zdroj, který se projeví po změně režimu ucpávek – viz problémy s ucpávkovou párou.
  • Netěsný chladič oleje. Chladiče se obvykle provozují tak, aby tlak oleje byl vyšší než tlak vody a případná netěsnost vedla olej do vody, ne naopak. Pokud se tlakové poměry změní, voda se může dostat do oleje.
  • Kondenzace vzdušné vlhkosti v nádrži, zejména při odstávce a nefunkčním odsávání par z nádrže.

Jak vodu odhalit

Vizuálně podle zákalu vzorku a podle volné vody odpuštěné ze dna nádrže. Orientačně „crackle“ testem na horké plotýnce. Přesně laboratorně metodou podle Karla Fischera. Nejcennější je trend: postupný nárůst vody při ustáleném provozu ukazuje na trvalý zdroj, skok po změně režimu na konkrétní událost.

Jak správně odebrat vzorek

Laboratorní výsledek je jen tak dobrý jako vzorek. Pro srovnatelné výsledky:

  • vzorkujte z běžícího systému, vždy ze stejného místa – nejlépe z vratného potrubí nebo z rozvodu před filtrem,
  • vzorkovací ventil před odběrem propláchněte, používejte čistou vzorkovnici určenou pro rozbor čistoty,
  • na štítek uveďte datum, místo odběru, provozní hodiny a teplotu oleje,
  • vzorek ze dna nádrže odebírejte zvlášť a jen pro posouzení volné vody a kalů.

Olejový systém a odstávka

Odstávka je příležitost odstranit příčiny, které se za provozu řešit nedají: vyčistit nádrž, zkontrolovat chladiče, vyměnit filtrační vložky a opravit netěsnosti. Po zásazích do olejového systému je obvykle nutný proplach, který končí až dosažením cílové čistoty – teprve pak má smysl pouštět olej do ložisek a regulace. Odstávkový seznam pro filtry, chladiče, čerpadla, nádrž a měření je v průvodci odstávka parní turbíny.

Časté otázky

Jak často dělat rozbor oleje parní turbíny?

Přehled vycházející z ASTM D4378 doporučuje vizuální kontrolu vody denně, viskozitu, kyselost, obsah vody a čistotu měsíčně a oxidační stabilitu (RPVOT) čtvrtletně. Výrobce turbíny nebo provozní předpis mohou stanovit jiný režim.

Je zakalený olej vždy problém?

Zákal obvykle znamená rozptýlenou vodu nebo vzduch. Vzduch po odstátí zmizí, voda ne. Zakalený vzorek je proto důvod k ověření obsahu vody rozborem a k hledání jejího zdroje, typicky v ucpávkovém systému nebo chladiči.

Jakou čistotu má mít olej v regulačním systému?

Cíl stanovuje výrobce turbíny nebo regulace. Regulační okruh se servoventily a převodníky je na čistotu citlivější než mazání ložisek, proto pro něj bývá cíl přísnější. Mobil uvádí jako obecně přijatelnou čistotu turbínového oleje kód 18/15/13 nebo lepší.

Odkud se bere voda v oleji turbíny?

Nejčastěji z ucpávkové páry, která uniká podél hřídele do ložiskových skříní. Dalšími zdroji jsou netěsný chladič oleje při nevhodných tlakových poměrech a kondenzace vzdušné vlhkosti v nádrži.

Kdy je potřeba olej vyměnit?

Když laboratorní ukazatele dosáhnou mezí a olej nelze vrátit do stavu filtrací nebo odvodněním – typicky při poklesu oxidační stability RPVOT k 25 % nového oleje, výrazné změně viskozity nebo nárůstu kyselosti. Rozhodnutí má vycházet z trendu rozborů, ne jen z provozních hodin.

Zdroje, předpisy a normy

  1. Mobil: Turbine Oil Condition Monitoring Training Guide – meze a četnosti podle ASTM D4378
  2. ASTM D4378 Standard Practice for In-Service Monitoring of Mineral Turbine Oils for Steam, Gas, and Combined Cycle Turbines – sledování stavu turbínových olejů
  3. ISO 4406 Hydraulic fluid power – Fluids – Method for coding the level of contamination by solid particles – kód čistoty oleje
  4. Machinery Lubrication: Water in Turbine Oil – What is the Suggested Limit? – meze obsahu vody

Článek je obecný technický přehled. Pro konkrétní zařízení jsou závazné dokumentace výrobce, místní provozní předpis a platné právní předpisy v aktuálním znění.

Máte k článku dotaz nebo zkušenost z provozu?

Článek je odborný přehled z mé praxe. Doplnění, dotazy i zkušenosti z jiných provozů rád uvítám. Jako službu dnes nabízím obsluhu kotelen a parních i horkovodních kotlů.

Další články: Parní turbíny

Navazující průvodce

První krok je jednoduchý

Potřebujete obsluhu kotelny nebo zástup v topné sezóně?

Stačí adresa kotelny, počet a typ kotlů a co potřebujete zajistit. Domluvíme prohlídku a navrhnu režim obsluhy i cenu.