Бродов - КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ПАРОВЫХ ТУРБИН. Энергетика и энергомашиностроение и специальности Турбостроение москва энергоатомиздат 1994 ббк 31. 363 Б
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
3.10. Системы автоматизированного проектирования конденсаторов Автоматизация проектных работ — это комплексная проблема, требующая взаимосвязанных средств методического программного, информационного, технического и организационного обеспечения. При автоматизации проектирования приходится решать следующие основные задачи ввод, хранение и изменение разнообразной информации о проектируемом объекте, оборудовании, нормах и т. пс возможностью прямого доступа к базе данных со стороны как поставщиков, таки потребителей информации выполнение многовариантных расчетов, включая оптимизацию проектных решений формирование в ЭВМ проектной документации в виде таблиц, графиков или чертежей и их выдача на алфавитно-циф¬ ровые или чертежно-графические устройства. Из-за своей сложности САПР не может быть создана сразу вся целиком, а создается как развивающаяся, адаптируемая система. САПР требуют, наряду с наличием пакета прикладных программ, позволяющих проводить различные виды расчетов оборудования, и развитых баз данных, средств, дающих возможность осуществить моделирование, геометрическое проектирование, отображение информации в виде чертежей, графиков, текстовой документации. Опыт применения САПР опровергает распространенное мнение о том, что конструирование с помощью САПР позволяет получить более совершенную конструкцию, чем при обычном проектировании. Основное преимущество использования САПР — эффективное выполнение чертежных работ, при этом производительность труда конструктора повышается враз. При традиционном конструировании внесение изменений в чертежи сопряжено с трудностями, даже если изделие не находится в производстве, ас помощью САПР коррективы вносятся достаточно быстро и надежно. В перспективе САПР должны быть взаимосвязаны с системами автоматизации производства (САП, включающими в себя промышленные работы, станки с числовым программным управлением, автоматизированные системы управления технологическими процессами. Эффективность САПР/САП в меньшей степени определяется показателями прямой экономии, связанными с результатами автоматизации производства (снижением затратна оплату труда, электроэнергии, топлива и т. д. Более значительной оказывается экономия косвенная, связанная с ускорением производственного цикла и его гибкости, снижением уровня незавершенного производства и складских запасов, повышением эффективности проектирования и других видов инженерной деятельности. В настоящее время на турбостроительных заводах, изготавливающих конденсаторы, разработано большое количество программ, позволяющих проводить тепловые, гидродинамические и прочностные расчеты аппаратов. Результаты расчетов, как правило, оформляются в виде расчетно-пояснитель- ной записки, в которой представляются в виде графиков или таблиц и необходимого текста. В настоящее время в ряде организаций ведутся работы по созданию САПР элементов конденсатора. НПО ЦКТИ, например, разрабатывается система, позволяющая проводить автоматизированное проектирование трубных досок и промежуточных перегородок конденсатора. На первом этапе с помощью программного комплекса, реализующего одномерный теплогидравлический расчет конденсатора, проводится сравнительная оценка различных вариантов компоновки трубного пучка с исследованием влияния различных факторов на эффективность работы конденсационной установки. Проектировщик может воспользоваться вариантами компоновок, хранящихся в базе данных, вводя в них необходимые изменения, либо создать на экране дисплея новую компоновку. В процессе расчета проводится учет изменения основных 179 параметров паровоздушной смеси и условий теплообмена по пути ее движения в трубном пучке и влияние воздухоудаляю- щего устройства на работу конденсатора. У проектировщика есть возможность оценить новые конструктивные решения, например применение наклонного или вертикального расположения трубок, профилированных трубок, новых материалов. На основе вариантных расчетов может быть сделан выбор периметра первого ряда трубного пучка и ширины ленты числа рядов трубок походу пара. Определяется также тепловое состояние трубок, которое необходимо знать для расчетов прочности трубок и трубных досок при различных режимах работы конденсатора. На основе одномерного детального теплового расчета задача проектирования и совершенствования конструкции конденсатора формулируется как задача оптимизации основных параметров трубного пучка. В этом случае число трубок на входе и число рядов трубок походу пара в различных зонах, на которые функционально делится поверхность конденсатора, могут быть выбраны в качестве оптимизируемых параметров. В качестве критерия оптимизации используется поверхность охлаждения при заданных давлении на входе в конденсатор и объемной производительности воздухоотсасывающе- го устройства. После окончания вариантных расчетов чертеж трубной доски с разбивкой отверстий под трубки можно получить на графопостроителе. Предусмотрено также получение ленты числового управления для станка, на котором будет выполняться сверление отверстий в трубных досках. Разработкой элементов САПР конденсаторов паровых турбин, кроме НПО ЦКТИ, в настоящее время занимаются МЭИ, ИПМ АН Украины, УПИ. Контрольные вопросы 1. Сформулируйте основные принципы и рекомендации, обеспечивающие высокую эффективность конденсаторов. 2. Назовите способы разбивки трубок в трубном пучке. Чем они характеризуются. Укажите параметры, характеризующие величины заполнения и использования трубной доски конденсатора. Как они связаны между собой 4. Перечислите типы компоновки трубных пучков конденсаторов в зависимости от направления движения парового потока. Сопоставьте их между собой. 180 5. В чем преимущество ленточной компоновки по сравнению с другими, в чем недостатки 6. Чем характеризуется и каковы преимущества модульной компоновки 7. Каково назначение встроенного пучка у конденсаторов теплофикационных турбин 8. Укажите общую последовательность практического выполнения компоновки трубного пучка конденсатора. 9. Какова доля воздухоохладителя в общей поверхности теплообмена конденсатора. Для чего в трубный пучок устанавливаются сливные трубки какова их конструкция 11. С какой целью в периферийные ряды трубных пучков конденсаторов устанавливаются трубки с повышенной толщиной стенки 12. В чем особенность конструкции водяных камера также их крышек с водяными патрубками у конденсаторов турбин ХТЗ, показанных на рис. 3.13? 13. Сформулируйте основные преимущества и недостатки боковых конденсаторов по сравнению с подвальными. 14. Чем определяется и регламентируется выбор материалов трубок для конденсаторов. Сформулируйте основные требования к узлу крепления трубок в трубных досках конденсатора. Что такое степень развальцовки какова ее величина 16. Из каких материалов изготавливаются трубные доски и промежуточные перегородки Как они крепятся в корпусе конденсатора 17. Каково назначение анкерных и других продольных связей в конденсаторе Как они крепятся к трубным досками промежуточным перегородкам 18. Каково назначение промежуточных перегородок Как определяется их количество и система расстановки 19. С какой целью в конденсаторах организуют солевые отсеки 20. Чем определяется форма перегородок в водяных камерах конденсаторов Как осуществляется уплотнение перегородок в водяных камерах 21. На каком физическом законе основан принцип действия деаэрационных устройств конденсатора Назовите типы деаэрационных устройств, применяемых в современных конденсаторах. 22. Поясните принципиальную схему подогрева конденсата в двухсекционном конденсаторе, приведенную на рис. 3.26. 23. С какой целью конденсатор устанавливается на пружинные опоры На что и как устанавливаются эти опоры 24. Перечислите нагрузки, действующие на корпус, трубные доски и трубки конденсатора. 25. Чем и как определяются допускаемые в элементах конструкции конденсатора напряжения Каков запас прочности, закладываемый в прочностные расчеты конденсаторов 26. С какой частотой колеблются трубки конденсатора От какой частоты колебаний их необходимо отстраивать и как 27. Какие основные задачи приходится решать при автоматизации проектирования конденсаторов Что дает применение САПР на производстве 181 Глава четвертая НАСОСЫ КОНДЕНСАЦИОННОЙ УСТАНОВКИ Для обеспечения работы конденсационной установки необходимо откачивать конденсат отработавшего пара, охлаждать поверхность теплообмена, удалять воздух из конденсатора и циркуляционной системы. Для выполнения этих функций предназначены насосы конденсационной установки, соответственно конденсатные, циркуляционные и воздушные. Конструктивное исполнение циркуляционных и конденсатных насосов показано в [7, 38], методика расчета воздушных насосов приведена в [67, 70, 75]. 4.1. Воздушные насосы конденсационной установки Воздушные насосы предназначены для удаления воздуха из конденсатора и циркуляционной системы и поддержания необходимого вакуума. По принципу действия воздушные насосы подразделяются на насосы СТРУЙНОГО ТИПА, ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ И РОТАЦИОННЫЕ. В конденсационных установках энергетических турбин отечественных заводов в настоящее время применяются насосы СТРУЙНОГО ТИПА в которых рабочей (эжектирующей) средой служит пар (пароструйные эжекторы) или вода (водоструйные эжекторы. В конденсационных устройствах судовых энергоустановок применяются электроприводные ВАКУУМНЫЕ НАСОСЫ В зарубежной практике находят применение водокольцевые ваку¬ ум-насосы, принадлежащие к числу ротационных насосов вытеснения. По назначению эжекторы подразделяются наследующие виды ОСНОВНЫЕ ЭЖЕКТОРЫ предназначенные для удаления из конденсатора воздуха при нормальной работе турбины ПУСКОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ создающие припуске турбоустанов- ки разрежение в паровом пространстве конденсатора (при достижении давления 20—30 кПа отключаются и включаются затем основные эжекторы ПУСКОВЫЕ ЭЖЕКТОРЫ циркуляционной системы, создающие разрежение в водяном пространстве конденсаторов для заполнения их и сливных циркуляционных водоводов водой, а также удаляющие скапливающийся воздух при работе турбоустановки из верхней точки циркуляционной системы при наличии в ней разрежения. Схема работы струйного насоса показана на рис. 4.1. Принцип действия пароструйного и водоструйного эжекторов одинаков. Рабочее тело (парили вода) под давлением подается в приемную камеру 1, откуда через суживающееся сопло 2 (или несколько сопл) с большой скоростью направляется в камеру смешения 3, соединенную с паровым пространством конденсатора. Струя рабочего тела, обладая большой кинетической энергией, увлекает за собой паровоздушную смесь из камеры смешения через проточную часть, состоящую из суживающейся 4, цилиндрической 5 частей канала и диффузора 6, в котором происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную и повышение его давления выше барометрического. В пароструйном эжекторе пар, поступающий в приемную камеру с давлением р р , расширяется в сопле до давления р н в камере смешения. Поскольку отношение давлений р н /р р ниже критического, в эжекторах применяются сопла Лаваля. Применение суживающейся (конфузорной) части 4 канала позволяет увеличить количество отсасываемого воздуха, при котором наступает перегрузка эжектора. Одна ступень эжектора повышает давление не более чем враз. Поэтому в паротурбинных установках одноступенчатые эжекторы применяются в качестве пусковых. Для обеспечения степени повышения давления отсасываемого воздуха Рис. 4.1. Принципиальная схема эжектора А — паровоздушная смесь из конденсатора Б — подвод рабочего тела (парили вода В — выход смеси 183 до 25—30 (от 3—6 кПа до барометрического давления) основные эжекторы выполняются с двумя или тремя последовательно включенными ступенями. Схема двухступенчатого пароструйного эжектора представлена на рис. 4.2. После первой ступени эжектора отсасываемая из конденсатора паровоздушная смесь попадает в охладитель (холодильник, где происходит конденсация части пара. Оставшаяся смесь поступает для дальнейшего сжатия во вторую ступень эжектора с меньшим остаточным содержанием пара, что создает условия для сжатия смеси с меньшей затратой энергии. Расход рабочего пара в трехступенчатом эжекторе может быть на 20—25% ниже, чем в двухступенчатом. Конденсат из охладителей отводится раздельно или каскадно через холодильники в конденсатор, что позволяет предотвратить потери рабочего тела. Чтобы вместе с конденсатом из охладителей в конденсатор не возвращался воздух, обычно используют гидравлический затвор. Охладители представляют собой теплообменники поверхностного типа, на наружной поверхности трубок которых происходит конденсация и охлаждение паровоздушной смеси, внутри трубок Рис. 4 2. Принципиальная схема двухступенчатого пароструйного эжектора I, II — первая и вторая ступени эжектора 1 — конденсатор 2 — конденсатный насос 3 — холодильник 4 — вход паровоздушной смеси 5 — подвод рабочего пара 6— выхлоп эжектора вход охлаждающей воды 8— линия рециркуляции 9 — линия конденсата 10 — каскадный сброс дренажа 11 — отвод дренажа в конденсатор 184 проходит основной конденсат, подаваемый из напорного коллектора конденсатных насосов. Таким образом, энтальпия рабочего пара в пароструйном эжекторе используется для подогрева основного конденсата. Водоструйный эжектор осуществляет одноступенчатое сжатие паровоздушной смеси, причем конденсация пара, содержащегося в ней, происходит на струе рабочей воды. Водяная струя, вытекающая из суживающегося сопла, быстро распадается на капли, на поверхности которых конденсируется паровоздушная смесь, отсасываемая из конденсатора. Диспергиро¬ ванная водяная струя и эжектируемый воздух или паровоздушная смесь движутся первоначально раздельно. Затем происходит возмущение двухфазного водовоздушного потока, сопровождающееся его перемешиваем и торможением, приводящим к повышению давления смешанной среды. Водоструйные эжекторы различаются между собой формой и длиной проточной части. Один тип, состоящий, как ив пароструйном эжекторе, из конфузорного, затем относительно короткого цилиндрического участка и диффузора (как правило, пусковые эжекторы второй — с удлиненной проточной частью, цилиндрической на всей длине и без диффузора (основные эжекторы. Из-за меньших потерь при сжатии водовоздушной смеси в удлиненной камере смешения второй тип эжекторов почтив раза экономичнее эжекторов с короткой камерой. Включение водоструйного эжектора по рабочей воде возможно по двум схемам — разомкнутой и замкнутой. При разомкнутой схеме рабочая вода для эжектора подается подъемными насосами, как правило, из напорного циркуляционного водовода. Водовоздушная смесь обычно сбрасывается из эжектора в сливной циркуляционный водовод либо в сливной канал. При оборотном водоснабжении с градирнями иногда применяются низконапорные водоструйные эжекторы, не требующие установки подземного насоса для подачи рабочей воды в эжектор. Недостатками разомкнутой схемы являются потери пара, отсасываемого из конденсатора вместе с воздухом, а также потребление значительного количества охлаждающей воды (до 10% полного ее расхода. Эти недостатки удается скомпенсировать применением замкнутой схемы (рис. 4.3), при которой рабочая вода (конденсат — турбина) циркулирует в кон Рис. 4.3. Замкнутая схема водоструйной эжекторной установки 1 — водоструйный эжектор 2 — сливной бак 3 — насос 4— поверхностный охладитель 5 — в бак низких точек 6 — отсос из конденсатора 7 — брызгальное устройство туре эжектор — сливной бак — насос — эжектор. В баке за счет брызгального устройства происходит выделение из воды воздуха, после чего она вновь забирается насосом и подается на эжектор. На рис. 4.4 в качестве примера показана конструкция трехступенчатого пароструйного эжектора ЭП-3-50/150. Проточные части и охладители всех ступеней эжектора расположены вертикально в общем стальном корпусе с внутренними перегородками, отделяющими ступени между собой. Сверху корпуса расположена крышка, состоящая из трехраздельных камер, в которых крепятся рабочие сопла и соединенные между собой камеры смешения и диффузоры. Конструкция и технология сборки должны предусматривать надежную осевую центровку всех ступеней эжектора. Внутри парового пространства каждого из холодильников выполнены четыре перегородки, направляющие течение пара. Вторая и третья камеры верхней крышки эжектора имеют в 186 Рис. 4.4. Пароструйный эжектор 1 — вход паровоздушной смеси 2— выхлоп эжектора подвод рабочего пара 4 — холодильники I, II, III — ступени эжектора 187 нижнем днише отверстия, через которые паровоздушная смесь поступает в следующую ступень эжектора. По мере движения паровоздушной смеси в ступенях эжектора ее давление постепенно повышается от давления в конденсаторе 3 кПа до давления на выхлопе эжектора 110 кПа. На трубопроводе выхода воздуха из эжектора в атмосферу устанавливается обратный клапан для исключения возможности срыва вакуума в конденсаторе при прекращении подачи рабочего пара и воздухомер дроссельного типа для определения количества отсасываемого воздуха. На одноконтурных АЭС выход воздуха из эжектора осуществляется в специальную установку для сжигании радиолизного водорода, содержащегося в отсасываемой смеси. В нижней части корпуса эжектора расположена горизонтальная трубная доска, в которой крепятся образные трубки охладителей, и нижняя крышка с водяными камерами. Холодильники выполнены по охлаждающему конденсату двухходовыми и включены параллельно (в отличие от схемы на рис. 4.2). Перепуск дренажа осуществляется каскадно через гидроза¬ творы за охладителем каждой ступени. Подвод пара для эжектора осуществляется от деаэратора с параметрами 0,5 МПа и 158 СВ модернизированных схемах питания рабочим паром эжекторов ЭП-3-55/150 и ЭП-3-50/ 150, а также в схеме питания ЭП-3-135 предусматривается подвод пара к первым двум ступеням эжектора из общего коллектора, перед которым расположен регулирующий органа к третье индивидуальный подвод пара со своим регулирующим органом. Это позволяет использовать третью ступень в качестве пускового эжектора (при отключенных по пару первых двух ступенях, а также регулировать в случае необходимости расход пара на третью ступень. В схемах некоторых турбоустановок перед соплом первой ступени устанавливаются клапаны, позволяющие на режимах с ухудшенным вакуумом отключать при необходимости первую ступень работающего эжектора. Поскольку основные эжекторы должны питаться перегретым (до 50 С) паром, в линии подвода пара к эжекторам предусматривается подвод горячего пара от штоков регулирующих клапанов, подмешиванием которого можно регулировать температуру подаваемого к эжекторам пара. 188 Техническая характеристика основных пароструйных эжекторов представлена в табл. 4.1. На риса приведена конструкция водоструйного эжектора ЭВ, разработанного ЛМЗ. Эжектор состоит из четырех параллельно включенных проточных частей с общими приемной 1 и сбросной 4 камерами. Водяные сопла 2 выполнены цилиндрическими и установлены против диффузоров 3, в которые направляются струи воды и увлекаемая ими паровоздушная смесь. На турбоустановке К ЛМЗ установлены два водоструйных эжектора ЭВ и два подъемных насоса Д. Основные эжекторы установлены на отметке 7,1 м машинного зала. Слив воды из эжекторов производится в сливной циркуляционный водовод конденсатора. Рис 4 5 Водоструйный эжектор а—ЭВ-4-1400, б ЭВА подвод воды Б—подвод паровоздушной смеси, В — отвод паровоздушной смеси 190 На рис 4.5,6 показан общий вид семиканальнго водоструйного эжектора ЭВ, разработанного ВТИ. По сравнению с эжектором ЭВ этот эжектор при меньшем расходе воды имеет объемный расход в 1,5—2 раза выше, что позволяет работать с высокой экономичностью при значительных присосах воздуха. Эжектор состоит из семи параллельных цилиндрических камер смешения без диффузоров. В каждую камеру смешения 1 из своего сопла 2 поступает рабочая вода. Эжектор имеет общую водяную камеру, из которой вода поступает к рабочим соплами общую приемную камеру 3, в которую поступает паровоздушная смесь из конденсатора, общую сливную трубу. Аналогичную конструкцию имеет эжектор ЭВ, несколько отличающийся диаметром камер смешения и сопл см. табл. 4.2). Техническая характеристика применяемых на отечественных турбоустановках водоструйных эжекторов представлена в табл. 4.2. Таблица 4 2 Техническая характеристика основных водоструйных эжекторов Рассмотрим показатели и характеристики эжекторов, режимы их работы и взаимосвязь с работой конденсатора. 191 Основными показателями работы эжекторов являются параметры рабочей и эжектируемой сред (расход, давление, температура, степень сжатия массовый или объемный коэффициенты инжекции соответственно. При выборе расчетного давления рабочего пара пароструйного эжектора определяющим является обеспечение устойчивой работы эжектора при изменении давления пара, связанного с переменным режимом работы турбоустановки. Если на турбоустановках с начальным давлением пара 2,9 и 9,0 МПа принималось давление рабочего пара на эжектор 1,3 МПа, тов современных установках используется давление 0,5 МПа см. табл. 4.1). Применение относительно невысокого давления позволяет отказаться от сопл с малыми диаметрами узкого сечения, вероятность засорения которых больше. Расход рабочего пара на пароструйный эжектор определяется в результате детального расчета эжектора. Для ступени эжектора ориентировочное значение расхода пара можно оценить по формуле где D CM — количество паровоздушной смеси, кг/ч; На — адиабатный перепад теплоты между давлениями р с , р н ; р с ,р н — давления за диффузором ив приемной камере соответствующей ступени эжектора. Расход пара на трехступенчатый эжектор равен кратному расходу удаляемой эжектором паровоздушной смеси и составляет 0,1% от расхода пара турбиной. Давление рабочей воды в водоструйном эжекторе определяется схемой его включения. Поданным ВТИ, максимальный объемный коэффициент эжекции U p , кПа, достигается при давлении рабочей воды где F, f — площади наименьших сечений диффузора и сопла рабочей воды. 192 Для основных водовоздушных эжекторов соотношение площадей составляет порядка 2—3 и давление рабочей воды 0,342— 0,735 МПа (см. табл. 4.2). Расход рабочей воды на водоструйный эжектор, м 3 /ч, ориентировочно можно определить (для одной струи) Расход рабочей воды на один эжектор составляет от 1 до 3,5% расхода циркуляционной воды, на всю группу эжекторов от 4 до 10%. Степень сжатия эжектора при неизменном давлении на выходе из него определяется давлением всасывания. В условиях эксплуатации основными причинами, вызывающими изменение давления всасывания эжектора, являются изменения расхода отсасываемого воздуха и температуры паровоздушной смеси (см. §1.3). Давление всасывании эжектора (на входе в его первую ступень) при отсасывании паровоздушной смеси, см. уравнение (1.1), составляет где — соответственно температура, объем и количество воздуха, Км кг, кг/с. Для обеспечения давления р к в конденсаторе необходимо, чтобы абсолютное давление всасывания р н в приемной камере эжектора первой ступени составляло (4 2) где — паровое сопротивление конденсатора и сопротивление трубопровода от места отсоса паровоздушной смеси до приемной камеры эжектора соответственно. Общее количество паровоздушной смеси D CM , кг/ч, удаляемой из конденсатора, равно сумме количества воздуха D возд , и пара п CM в этой смеси где — парциальное давление пара и воздуха в удаляемой смеси. Объем удаляемой из конденсатора паровоздушной смеси м 3 /ч, равный объему удаляемого воздуха определяется из уравнения Объем пара, удаляемого вместе с воздухом из конденсатора, считаем равным общему объему смеси, поэтому количество пара в смеси где — удельный объем насыщенного пара при температуре , мкг. Парциальное давление пара в смеси (при t CM -20 °C) п кПа, Соответствующий удельный объем v п мкг. Парциальное давление воздуха в смеси из выражения (4.1) 194 Объем паровоздушной смеси, удаляемой из конденсатора, определим по формуле) Количество несконденсировавшегося пара, удаляемого с воздухом, Общее количество паровоздушной смеси, удаляемой из конденсатора, определим по выражению (4.3) Характеристику ПАРОСТРУЙНОГО эжектора обычно представляют в форме зависимости давления всасывания перед ступенью эжектора от расхода сухого воздуха Аналогичный характер имеют характеристики эжектора при отсасывании паровоздушной смеси определенной температуры. Характеристика пароструйного эжектора при отсасывании им сухого воздуха или паровоздушной смеси определенной температуры состоит из двух различных участков (рис. 4.6). На первом участке, отвечающем изменению расхода воздуха от нуля до некоторого значения и называемом рабочим участком (участок а рис. 4.6), характеристики сравнительно пологие, на втором участке, отвечающем и называемом перегрузочным (участок bc), они значительно более крутые. Два участка характеристики эжектора соответствуют двум различным режимам работы первой ступени предельному рабочий участок) и допредельному (перегрузочный участок. Предельный режим работы наступает, когда скорость инжектируемого или смешанного потока достигает критического значения и производительность эжектора становится максимальной (предельной) для заданных параметров рабочего и отсасываемого потоков. Переход от предельного к допредельному режиму зависит оттого, является ли действительное противодавление первой 195 ступени большим или меньшим, чем ее предельное противодавление. Предельное противодавление — значение давления парогазовой смеси на выходе из эжектора, ниже которого при фиксированных значениях и изменение давления не влияет на расход эжектируемой среды и зависит от размеров проточной части эжектора, параметров рабочего пара и количества отсасываемой смеси. Его значение можно ориентировочно оценить из выражения где f,F— площади минимального сечения сопла рабочего пара и площадь горла диффузора р — абсолютное давление рабочего пара и — коэффициент эжек- ции. При неизменном давлении всасывания противодавление определяется степенью сжатия смеси в ступени. Предельному режиму соответствует условие, что действительное противодавление не превышает предельного, а при определенном режиме выше предельного. Противодавление первой ступени в двухступенчатом эжекторе и первой и второй — в трехступенчатом определяется давлением всасывания следующей за ней ступени и сопротивлением расположенного передней промежуточного охладителя и растет с увеличением расхода воздуха содержащегося в отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси. Режим работы каждой последовательно включенной ступени эжектора зависит от фактического противодавления, которое устанавливается после ее диффузора и зависит от режима работы эжектора в целом. Рабочий участок характеристики пароструйного эжектора определяется работой первой ступени эжектора на предельном режиме, а перегрузочная часть — переходом первой ступени на допредельный режим. На рабочем участке объемный расход отсасываемой эжектором среды постоянен и не зависит от противодавления и температуры отсасываемой паровоздушной смеси. Рабочие участки характеристик эжектора представляют собой семейство параллельных прямых линий, отвечающих каждая определенному значению температуры отсасываемой смеси, и описываются уравнением (4.1). Чем выше температура, тем выше давление всасывания эжектора приданном расходе воздуха, те. выше расположен рабочий участок характеристики эжектора. Каждая характеристика пересекает ось ординат р н в точке, соответствующей давлению насыщения водяного пара при температуре рис. 4.6). Поскольку объемный расход пара, содержащегося в отсасываемой смеси, равен объемной производительности эжектора V H , то рабочему участку характеристики, на котором =const, отвечает при неизменной температуре насыщенной смеси практически постоянный массовый расход пара. При повышении температуры смеси содержание пара в ней значительно возрастает, однако увеличивающийся при этом суммарный расход отсасываемой среды, см. выражение (4.3), не приводит к перегрузке эжектора, так как большая часть пара конденсируется в промежуточном холодильнике. При переходе на перегрузочный участок объемный расход отсасываемой среды понижается с увеличением расхода воздуха, что приводит к резкому росту давления всасывания. Работа эжектора на этом участке не должна допускаться во избежание повышения давления в конденсаторе сверх допустимых значений. Поэтому рабочей производительностью эжектора приданных условиях его работы называется максимальный расход сухого воздуха отсасываемый в пределах рабочего участка, те. до наступления перегрузки эжектора. Одноступенчатые эжекторы работают при практически постоянном противодавлении, и их характеристики не имеют перегрузочного участка. Характеристику эжектора при отсосе сухого (атмосферного) воздуха, получаемого при испытаниях эжектора в условиях завода-изготовителя, можно пересчитать на паровоздушную смесь. Давление всасывания определяется в этом случае по формуле где кПа, кг/ч, — давление всасывания и весовое количество отсасываемого сухого воздуха в точке перехода на перегрузочный режим (точка Ъ на рис. 4.6). Весовой расход отсасываемой паровоздушной смеси определяется на основании уравнений Клапейрона-Менделеева Поскольку объемы равны Объемная производительность эжектора при отсасывании паровоздушной смеси приближенно оценивается по формуле 198 Пример 4.2. Определить какое количество воздуха, содержащегося в паровоздушной смеси с температурой =20 Сможет быть удалено эжектором, если при отсасывании сухого воздуха при давлении всасывания =4 кПа производительность эжектора =115 кг/ч. Давление всасывания принять неизменным. Из таблиц насыщенного водяного пара при С находим =2,34 кПа. Парциальное давление воздуха Количество отсасываемой паровоздушной смеси согласно выражению (4.5) Здесь принята по температуре наружного воздуха, равной 20 С. Содержание воздуха в отсасываемой смеси по формуле (4.3) Объемная производительность эжектора согласно выражению (4.6) Конденсационная установка оснащается не менее чем двумя пароструйными эжекторами (см. Приложение 4), присоединенными по рабочему пару и отсасываемой смеси к общим коллекторам. Удаление расчетного количества воздуха и поддержание давления в конденсаторе должно обеспечиваться, как правило, одним эжектором. Максимальный расход воздуха отвечающий переходу эжектора на перегрузочную ветвь его характеристики, принимается в 3 раза превосходящим допускаемый по ПТЭ присос воздуха в вакуумную систему (см. §5.1). При повышении присосов воздуха выше работа турбоустановки с номинальной нагрузкой должна обеспечиваться дополнительным включением эжекторов. При параллельной работе двух эжекторов их объемные производительности суммируются и угловой коэффициента совмещенной характеристики по формуле (4.1) определяется по их суммарной производительности. Показатели работы эжектора зависят также от параметров рабочего пара и эффективности работы промежуточных холодильников. Характеристику ВОДОСТРУЙНОГО ЭЖЕКТОРА представляют в виде зависимости давления всасывания от расхода эжекти- руемого сухого воздуха, чистого или находящегося в смеси с паром, при конкретных значениях давления рабочей воды и ее температуры (рис. С ростом расхода воздуха давление всасывания увеличивается, а при =0 давление всасывания близко к давлению насыщенного пара при температуре рабочей воды. При отсасывании сухого воздуха водоструйные эжекторы имеют практически линейную характеристику во всем рабочем диапазоне давлений всасывания, причем эжекторы суд линенной цилиндрической камерой смешения сохраняют линейную характеристику до значений давления всасывания, приближающихся к барометрическому давлению. С увеличением давления рабочей воды (до определенных значений) давление всасывания уменьшается (рис. 4.7,a), и характеристика протекает более полого. При этом увеличиваются объемная производительность эжектора и объемный расход рабочей воды. Характеристики эжектора при постоянном давлении рабочей воды и различ- Рис. 4.7. Характеристики водоструйного эжектора ЭВ при отсасывании сухого воздуха ной ее температуре эквидистантны (рис. б, их ординаты различаются назначение, равное разности давлений насыщения, соответствующих температурам рабочей воды. Объемная производительность эжектора практически не, зависит от температуры рабочей воды. Рабочая характеристика водоструйного эжектора при отсасывании сухого воздуха описывается уравнением, аналогичным (4.1) где — абсолютное давление насыщенного водяного пара при температуре рабочей воды , равной температуре смеси в камере смешения. При отсасывании сухого воздуха в камере смешения эжектора происходит насыщение пузырьков воздуха парами рабочей воды, причем температура пара в водовоздушной эмульсии практически равна температуре рабочей воды. При отсасывании из конденсаторов паровоздушной смеси пар полностью конденсируется на струе рабочей воды и не требует затраты энергии на его сжатие. При отсасывании из конденсатора чистого пара начальная точка характеристики эжектора должна соответствовать давлению пара при температуре отсасываемого из конденсатора чистого пара при ). По мере увеличения в паре воздуха давление всасывания водоструйного эжектора растет и определяется выражениями (1.1) и 1.3) где — количество пара, захватываемого из конденсатора вместе с воздухом. Объемная и массовая производительность водоструйного эжектора при отсасывании чистого пара (при паровоздушной смеси с большим содержанием в ней пара) значительно выше, чем при отсасывании сухого воздуха. Это объясняется интенсивным теплообменом между паром и водяной струей, что приводит к полной конденсации пара в камере смешения эжектора. По мере увеличения расхода воздуха массовый расход пара, 201 содержащегося в отсасываемой смеси, и объемная производительность эжектора уменьшаются, а давление всасывания эжектора (при прочих равных условиях) приближается к его значению при работе на сухом воздухе. При некотором значении Рис. 4.8. Зависимости давления (аи расхода пароводяной смеси (бот расхода воздуха водоструйного эжектора ЭВ при отсасывании паровоздушной смеси обе характеристики практически совпадают. С увеличением расхода воздуха количество захватываемого из конденсатора вместе с воздухом пара несколько уменьшается, ибо уменьшается интенсивность теплообмена между паровоздушной смесью и струей жидкости, а также сказывается присутствие неконденсирующихся газов (воздуха, которые должны быть сжаты в проточной части эжектора. На рис. 4.8 представлена характеристика эжектора при отсасывании паровоздушной смеси. Переход кривых объемной производительности эжектора наго ризонтальную ветвь соответствует переходу характеристики эжектора в область перегрузки. Объемная производительность эжектора в этом случае приближается к его производительности на сухом воздухе на рисунке =100 м 3 /ч). При режиме работы конденсационной установки, отвечающем наклонной ветви характеристики с — b, давление в конденсаторе рас с увеличением расхода воздуха, что приводит к снижению экономичности работы турбины. В отличие от пароструйного эжектора, не допускающего работу при его перегрузке, водоструйный эжектор обеспечивает ив этих условиях устойчивое поддержание давления в конденсаторе в соответствии со своей характеристикой на сухом воздухе. Характеристику водоструйного эжектора при отсасывании паровоздушной смеси можно построить следующим приближенным способом по уравнению (4.7) для заданной температуры рабочей воды построить характеристику а — Ъ при отсасывании сухого воздуха, определяя объемную производительность эжектора по уравнению состояния для воздуха для любой заданной температуры паровоздушной смеси по таблицам водяного пара определяется соответствующее давление насыщения при . Эта точка располагается на оси ординат характеристики эжектора (точка d для =40 С. При увеличении содержания воздуха в смеси слабо растет, ив первом приближении можно полагать, что = const. Переход на перегрузочную ветвь совершается по кривой d с — b, асимптотически приближающейся к характеристике а — Ь для сухого воздуха. Таким образом можно построить семейство характеристик для нескольких температур отсасываемой смеси при различных температурах рабочей воды. Сжатие воздуха в водоструйном эжекторе происходит до противодавления , устанавливающегося на выходе из эжектора в сливной трубе. Противодавление определяется высотой установки эжектора над уровнем воды в сливном баке Л, м, средней плотностью водовоздушной смеси , кг/м 3 , в сливной трубе и гидравлическим сопротивлением сливной трубы , кПа: В рабочем диапазоне противодавлений наблюдаются два различных режима водоструйного эжектора допредельный, при котором понижение противодавления вызывает понижение давления всасывания (или рост объемной производительности, и предельный, когда давление всасывания и объемная производительность не зависят от противодавления. Допредельный режим наблюдается при более низких проти¬ водавлениях, а предельный — при более высоких. Уменьшение противодавления может быть достигнуто увеличением высоты установки эжектора при соблюдении условия обеспечения устойчивой работы сифона в сливной трубе за эжектором. Рабочие процессы в конденсаторе и эжекторе взаимосвязаны. Так, например, изменение давления всасывания эжектора приводит к изменению давления пара в конденсаторе, соответственно изменятся температура насыщения пара и условия теплообмена в конденсаторе. Изменение давления пара вызовет изменение удельного объема пара и, соответственно, скоростей потока, а следовательно, и парового сопротивления конденсатора, что также окажет влияние на давление всасывания, см. уравнение (4.2). Изменение температуры или расхода охлаждающей воды, загрязнение трубок конденсатора вызывают изменение температуры отсасываемой смеси, а следовательно, и парциального давления пара в ней, что определяет изменение как давления в конденсаторе, таки давления всасывания. Изменение количества засасываемого в конденсатор воздуха в соответствии с характеристикой эжектора влияет на давление всасывания и, соответственно, давление в конденсаторе. При этом влияние на работу конденсатора зависит не только от величины присосов, но и от технической характеристики эжектора — его объемной производительности, которая определяет угол наклона рабочей характеристики. При нормальном эксплуатационном состоянии конденсатора (см. §5.2) давление в нем, определяемое рабочими характеристиками конденсатора, поддерживается только в том случае, если эжектор создает необходимое разрежение, удаляя весь поступающий в конденсатор воздух. При чрезмерно больших подсосах воздуха или неудовлетворительной работе эжектора баланс между поступлением и отсосом воздуха нарушается. В конденсаторе постепенно накапливается воздух, теплоотдача ухудшается, давление растет, массовая производительность эжектора с ростом давления всасывания увеличивается. Устанрвившийся режим наступит на 204 таком уровне давления в конденсаторе, когда производительность эжектора станет равной новому значению присосов воздуха. На рис. 4.9 показана качественная характеристика системы кон денсатор—эжектор в виде зависимости давления в конденсаторе от расхода пара в конденсатор расход и температура охлаждающей воды постоянны. При присосе воздуха , когда давление всасывания эжектора (линия 1, рис. 4.9) ниже давления в конденсаторе, вакуум системы определяется только конденсатором. При этом эжектор ухудшает свой вакуум из-за отсоса лишнего пара. При присосе воздуха з ЛИНИЯ 2, рис) характеристика конденсатора до расхода пара вакуум системы определяется эжектором, который не в состоянии поддержать вакуум, определяемый конденсатором. Для углубления вакуума необходимо уменьшить присосы воздуха либо подключить дополнительный эжектор (уменьшив тем самым на него и соответственно уменьшив давление всасывания. При расходе вакуум системы будет определяться конденсатором. На рис. 4.10 показаны характеристики водоструйного эжектора на сухом воздухе и зависимость давления в конденсаторе от расхода воздуха при работе с водоструйным эжектором. В области малых расходов воздуха давление в конденсаторе практически не зависит от расхода воздуха, несмотря на понижение давления всасывания в приемной камере эжектора. Это объясняется повышенным паровым сопротивлением конденсатора и тракта отсоса паровоздушной смеси при резко увеличивающемся количестве отсасываемого пара. 205 Рис. 4.9. Характеристика системы конденсатор-эжектор: 1, 2— характеристика эжектора при различных При значительных присосах воздуха давление в конденсаторе определяется работой эжектора, и характеристика конденсатора практически совпадает с характеристикой эжектора на сухом воздухе. При увеличении расхода воздуха расход отсасываемого из конденсатора пара и объемный расход смеси уменьшаются, что влечет за собой уменьшение парового сопротивления конденсатора и тракта отсоса смеси. При больших расходах воздуха эти сопротивления уменьшаются до минимума, и характеристики эжектора и конденсатора практически совпадают. При выборе расчетной производительности эжектора необходимо также учитывать характеристики конденсатора. Углубление вакуума в конденсаторе (и связанный с ним прирост мощности турбины) за счет увеличения производительности эжектора необходимо сопоставлять с расходами пара на пароструйный или воды на водоструйный эжектор. В качестве основных эжекторов на отечественных турбоус- тановках наибольшее распространение нашли пароструйные эжекторы (см. Приложение 4). Водоструйные эжекторы, получившие распространение в е годы для паровых турбин небольшой мощности, а затем замененные пароструйными эжекторами, снова нашли применение в качестве основных эжекторов в блочных турбо- установках на сверхкритические параметры пара ЛМЗ ив качестве пусковых на турбоустановках К ХТЗ. Пароструйные эжекторы требуют автоматического регулирования давления пара перед соплами эжектора. Припуске турбины и сбросе нагрузки необходимо предусматривать резервную линию питания эжектора дросселированным свежим паром. Использование деаэратора для питания эжектора упрощает схему, но также требует резервной линии свежего дросселированного пара и отпадает при бездеаэраторной схеме станции Рис. 4.10. Зависимость давления в конденсаторе 300 КЦС-1 ив приемной камере эжектора ЭВ от расхода воздуха 1 — давление в конденсаторе 2 — характеристика двух работающих эжекторов на сухом воздухе Припусках блоков на скользящих параметрах подачу пара к эжектору необходимо осуществлять от независимого источника, что также усложняет схему. Основными преимуществами водоструйного эжектора перед пароструйным являются простота конструкции, отсутствие охладителей конденсата, возможность набора вакуума независимо от параметров пара и его расхода на турбоустанов- ку. При значительных присосах воздуха в вакуумную систему водоструйные эжекторы более надежны, чем пароструйные, поскольку в этих условиях водоструйный эжектор работает с постоянным объемным расходом и имеет более пологую зависимость давления всасывания от расхода воздуха в области перегрузочных режимов, чем пароструйный эжектор, который в этой области резко уменьшает объемный расход. При достаточно высоком объемном расходе водоструйного эжектора и умеренных присосах воздуха в вакуумную часть турбоустановки он способен создать более низкое давление в своей приемной камере, чем пароструйный эжектор. При этом в конденсаторе также создается более глубокое разрежение, хотя увеличение сопротивления тракта отсоса паровоздушной смеси уменьшает этот эффект. К недостаткам водоструйного эжектора следует отнести то, что эжектор потребляет значительно больше воды, чем пароструйный, потери конденсата, вследствие конденсации большого количества пара, отсасываемого из конденсатора, тоже больше, чем в пароструйном. Для работы водоструйного эжектора необходима установка подъемного насоса, что снижает общую надежность турбоустановки. Имеются случаи интенсивной коррозии сливной трубы, по которой перемещается водовоздушная смесь. Выбор типа эжектора осуществляется на основе технико- экономического анализа и традиций, принятых на заводе, проектирующем конденсационную установку. Исследование рабочих процессов, выбор и расчет эжекторов на КТЗ наиболее полно представлены в [75], ВТИ и ПО ЛМЗ — в [67]. |