Методические указания по эксплуатации конденсационных установок паровых турбин электростанций рд 34. 30. 501 (стр. 15 из 39)

9.1. Основные типы воздушных насосов

9.1.1. Для поддержания разрежения в конденсаторе необходимо постоянное удаление из него поступающих вместе с отработавшим паром неконденсирующихся газов, в основном воздуха, проникающего извне через неплотности в вакуумной системе турбоагрегата.

В предназначенные для этого воздушные насосы поступает из конденсатора наряду с неконденсирующимися газами также и некоторое количество несконденсировавшегося пара.

Отсасываемая из конденсатора парогазовая смесь, как правило, насыщена паром, содержание его в смеси определяется ее давлением и температурой. Чем ниже давление и температура смеси, тем меньше содержание в ней пара. Газы сжимаются в насосе и выбрасываются в атмосферу, а содержание пара в газах на выходе из насоса зависит от конструкции и режима работы последнего.

9.1.2. Из различных по принципу действия вакуумных насосов в конденсационных установках отечественных турбостроительных заводов в настоящее время применяются для удаления газов насосы струйного типа, в которых рабочей (эжектирующей) средой служит пар (пароструйные эжекторы) или вода (водоструйные эжекторы). В дальнейшем намечается также, применение водокольцевых вакуумных насосов, принадлежащих к числу ротационных насосов вытеснения.

9.1.3. В пароструйном эжекторе (рис. 9.1) пар, поступающий при начальном давлении р_р в сопло 1, расширяется в сопле до давления р_н в приемной камере эжектора 2. Поскольку отношение давлений р_р/р_н в эжекторах конденсационных установок выше критического, в них применяются сопла Лаваля. Истекающая из сопла с большой скоростью струя рабочего пара увлекает (эжектирует) воздух или паровоздушную смесь из приемной камеры 2 в камеру смешения 3. Последняя состоит из последовательно расположенных конфузорного (3, а) и цилиндрического (3, б) участков. Применение в камерах смешения пароструйных эжекторов конфузорных участков позволяет увеличить расход отсасываемого воздуха, при котором наступает при прочих равных условиях перегрузка эжектора (см. п. 9.2.4).

По пути движения рабочего пара и отсасываемой среды в камере смешения происходят их перемешивание и выравнивание распределения скорости смеси по ее поперечному сечению. Уменьшение кинетической энергии смешанного потока при выравнивании профиля скоростей сопровождается повышением его давления. Дальнейший рост давления до противодавления р_с происходит в диффузоре 4. Значение р_с определяется барометрическим давлением и падением давления в тракте выхлопа эжектора.

9.1.4. Водоструйные эжекторы выполняются двух типов, различающихся между собой нормой и длиной проточной части: с камерой смешения, состоящей, как и в пароструйном эжекторе, из конфузорного участка и относительно короткого цилиндрического участка, за которым расположен диффузор; с удлиненной камерой смешения, цилиндрической на всем ее протяжении и без диффузора за ней. В эжекторах обоих типов рабочая вода поступает в приемную камеру через суживающееся сопло, по истечении из которого водяная струя быстро распадается на капли.

При отсосе из конденсатора паровоздушной смеси содержащийся в ней пар конденсируется на поверхности водяной струи, что приводит лишь к незначительному повышению ее температуры. В камере смешения диспергированная водяная струя и эжектируемый воздух или паровоздушная смесь движутся сперва раздельно со скольжением газовой (парогазовой) среды относительно жидкой. Затем в некотором сечении камеры смешения (или диффузора), положение которого зависит от режимных условий, в частности от противодавления р_с, происходит возмущение двухфазного водовоздушного потока, сопровождавшееся его перемешиванием и торможением, приводящим к повышению давления смешанной среды.

Рис. 9.1. Устройство пароструйного эжектора:

1 - рабочее сопло; 2 - приемная камера; 3 - камера смешения (а - конфузорный участок; б - цилиндрический участок); 4 - диффузор; 5 - рабочий пар; 6 - паровоздушная смесь из конденсатора

С увеличением противодавления р_с зона повышения давления смещается навстречу потоку. По достижении ею входного сечения камеры сечения приемная камера эжектора затапливается водой и происходит срыв работы эжектора.

9.1.5. Водокольцевой ротационный насос (рис. 9.2) имеет цилиндрический корпус, в котором эксцентрично расположено рабочее колесо с лопатками. Внутрь корпуса подводится через гидравлические уплотнения вала некоторое количество воды. При вращении рабочего колеса приводным электродвигателем вода оттесняется под действием центробежной силы к стенкам корпуса, где в результате этого образуется вращающееся водяное кольцо, а между внутренней поверхностью последнего и ступицей колеса - серповидное рабочее пространство.

Рис. 9.2. Устройство водокольцевого насоса:

1 - вал; 2 - ступица рабочего колеса; 3 - лопатки; 4 - корпус; 5 - водяное кольцо; 6 - впускные отверстия; 7 - выпускные отверстия

Воздух или паровоздушная смесь поступает в водокольцевой насос и удаляется из него через отверстия в одной или двух торцевых крышках корпуса.

Каждая пара рабочих лопаток образует ограниченную ими, ступицей рабочего колеса и водяным кольцом полость с изменяющимся по мере ее перемещения объемом, в котором происходят обычные для поршневого насоса процессы расширения и сжатия.

При движении данной полости от ее верхнего крайнего положения вниз содержащаяся в ней среда расширяется, давление в ней понижается до значения, меньшего, чем давление в конденсаторе, и в нее поступает из конденсатора воздух или паровоздушная смесь. При движении полости вверх объем ее уменьшается, содержащаяся в ней среда сжимается до давления, большего, чем давление на выхлопе, и выбрасывается из нее.

Удаляемая паровоздушная смесь насыщена паром при температуре рабочей воды, которая и определяет возможное минимальное давление на входе в насос.

Поскольку в процессе работы насоса находящаяся в нем вода вследствие трения, повышения температуры газа при сжатии и конденсации содержащегося в смеси пара нагревается, часть ее должна постоянно отводиться и заменяться более холодной свежей водой или же охлаждаться в специальном теплообменнике и после этого возвращаться в насос. Взамен воды, безвозвратно выносимой из насоса в результате захвата ее уходящим воздухом, подводится подпиточная вода. Для улавливания большей части уносимой воздухом воды за насосом устанавливается сепаратор.

9.2. Пароструйные эжекторы

9.2.1. Одноступенчатые пароструйные эжекторы по схеме рис. 9.1 применяются лишь при степени повышения давления р_с/р_н, не превосходящей примерно 4-6. В паротурбинных установках они используются в качестве:

- пусковых эжекторов, создающих при пуске турбоагрегата разрежение в паровом пространстве конденсатора, понижающих в нем давление примерно до 20-30 кПа, после чего включаются основные эжекторы конденсаторов (см. п. 9.2.2);

- пусковых эжекторов циркуляционной системы, создающих разрежение в водяном пространстве конденсаторов для заполнения их и сливных циркуляционных трубопроводов водой и используемых также для удаления воздуха, который может скапливаться при работе турбоагрегата в верхней части системы при наличии в ней сифона;

- эжекторов концевых уплотнений турбины, отсасывающих из уплотнений паровоздушную смесь.

Поскольку, пусковые эжекторы предназначаются для кратковременной работы, они не снабжаются обычно теплообменниками для конденсации рабочего пара, но в некоторых турбоустановках имеют на стороне выхлопа охладитель, представляющий собой теплообменный аппарат поверхностного типа, трубки которого охлаждаются циркуляционной водой.

Перед эжекторами концевых уплотнений устанавливаются поверхностные охладители для конденсации пара, содержащегося в паровоздушной смеси, выходящей из лабиринтовых уплотнений, а на стороне выхлопа эжектора - охладители для конденсации рабочего пара.

На рис. 9.3 показана конструкция пускового пароструйного эжектора и эжектора системы концевых уплотнений. Производительность пусковых эжекторов конденсаторов характеризуется расходом отсасываемого воздуха при минимальном давлении р_н которое должно быть обеспечено в системе при пуске турбоагрегата до включения основных эжекторов (см. п. 9.2.1).

9.2.2. Основные пароструйные эжекторы, предназначенные для удаления из конденсатора воздуха при нормальной работе турбины, должны обеспечивать степень повышения давления отсасываемого воздуха до 25-30 (от 3-6 кПа до барометрического давления) и поэтому выполняются, как правило, с двумя или тремя последовательно включенными ступенями.

За первой ступенью двухступенчатого эжектора и за первой и второй ступенями трехступенчатого эжектора устанавливаются охладители для конденсации уходящего из них пара и охлаждения паровоздушной смеси, поступающей в следующую ступень. Поэтому в следующие за ними ступени поступает для дальнейшего сжатия воздух с относительно небольшим остаточным содержанием пара, что создает условие для эффективного (с меньшей затратой энергии) сжатия смеси. Установка между ступенями промежуточных охладителей, а также концевого охладителя за последней ступенью эжектора позволяет использовать энтальпию рабочего пара для подогрева основного конденсата, поступающего в систему питания котла, и сохранить конденсат пара, расходуемого на эжектор.