|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Жидкостно-кольцевые компрессоры ⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 8
Жидкостно-кольцевые компрессоры относятся к машинам объемного типа и по принципу действия аналогичны ротационно-пластинчатым компрессорам, с той лишь разницей, что уплотнение камер здесь производится вращающимся жидкостным кольцом, а всасывающий и нагнетательный патрубки подключены не к цилиндрической части корпуса, а к торцевым крышкам (рис. 3.6). Охлаждение сжимаемого газа осуществляется непосредственным контактом с жидкостью, поэтому процесс сжатия приближается к изотермическому.
Рис. 3.6. Жидкостно-кольцевой компрессор: Ротор 1 с жестко закрепленными лопастями эксцентрично расположен в корпусе 2. Через всасывающее окно 3 непрерывно подается жидкость, которая при вращении ротора под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам корпуса и образует жидкостное кольцо 4. Благодаря эксцентричному расположению корпуса объем газа в рабочих камерах между лопастями и жидкостным кольцом изменяется в течение оборота вала и, таким образом, осуществляется цикл всасывания, сжатия и нагнетания газа с подачей его в нагнетательное окно 5. Жидкость от сжатого газа отделяется в сепараторе, например центробежном. Жидкостно-кольцевой компрессор легко вписывается в любой технологический процесс, т. к. в нем можно использовать различные по физико-химическим свойствам рабочие жидкости и соответствующие им конструкционные материалы. Эти достоинства определили использование компрессора во многих отраслях промышленности и в сфере обслуживания. Современные жидкостно-кольцевые компрессорные и вакуумные установки поставляются в моноблочном бесфундаментном исполнении. Единичная их производительность достигает 400 м3/мин, давление нагнетания — 0,25 МПа, а время гарантируемых межремонтных пробегов доходит до 10–20 лет. Винтовые компрессоры Надежность в работе, малая удельная металлоемкость и габаритные размеры предопределили широкое распространение винтовых компрессоров. В частности, они практически полностью вытеснили другие типы компрессоров в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках. Типовая конструкция двухроторного компрессора сухого сжатия, работающего без подачи масла в рабочую полость, показана на рис. 3.7. На ведомом роторе 1 выполнена винтовая нарезка с впадинами. Ведущий винтовой ротор 2 с выпуклой нарезкой соединен непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем. Между роторами существует минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронизация их вращения происходит при помощи шестерен 3. Роторы расположены в горизонтально-разъемном корпусе 4, имеющем несколько разъемов, а также расточки под винты, подшипники, уплотнения и камеры всасывания и нагнетания.
Рис. 3.7.Винтовой компрессор сухого трения: Уплотнения, состоящие из графитовых или баббитовых колец, отделяют подшипниковые узлы от рабочего объема корпуса. Между группами колец подается запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипников в сжимаемый газ. На рис. 3.8 схематично изображен принцип работы винтового компрессора. Между винтовыми поверхностями роторов и стенками корпуса образуются рабочие камеры (число их равно количеству заходов винтовой нарезки). Рассмотрим рабочий процесс на примере одной из камер. При вращении роторов объем камеры увеличивается; когда выступы роторов удаляются от впадин, происходит процесс всасывания (рис. 3.8, а). Когда объем камеры достигает максимума, процесс всасывания заканчивается, и камера оказывается изолированной стенками корпуса и крышками от всасывающего и нагнетательного патрубков. При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые нарезки образуют общую полость (рис. 3.8, б), объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контактирования сопряженных элементов по направлению к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок (рис. 3.8, c). Благодаря наличию нескольких камер и высокой частоте вращения роторов компрессор создает непрерывный поток газа.
Рис. 3.8.Процесс работы винтового компрессора Отсутствие клапанов обеспечивает винтовым компрессорам возможность работать с высокими частотами вращения, т. е. получать большую производительность при сравнительно небольших габаритах. Существует также однороторная конструкция винтового компрессора, где замыкание камер реализуется при помощи двух отсечных шестерен, причем оси их вращения нормальны к плоскости, в которой лежит ось вращения ротора. Центробежные компрессоры Центробежные компрессоры по сравнению с поршневыми имеют малые габариты и массу, приходящиеся на единицу производительности, обеспечивают подачу сжатого газа без пульсаций, в них отсутствуют поступательно движущиеся части, а значит, инерционные силы, передаваемые на фундамент, незначительны. Сжатие газа происходит без загрязнения его маслом, т. к. в зоне сжатия нет трущихся пар, смазываемых маслом. По конструктивным особенностям центробежный компрессор экономичен при больших производительностях (более 120 м3/мин). На рис. 3.9 показана принципиальная схема центробежного компрессора. Центробежные компрессоры имеют несколько ступеней, число которых зависит от требуемой степени сжатия газа. Каждая ступень состоит из рабочего колеса 3, диффузора 4 и направляющего аппарата 5 и по конструкции напоминает устройство центробежного насоса. При вращении рабочего колеса 3 вблизи его оси образуется разрежение, вследствие чего газ поступает по всасывающему патрубку 1. В рабочем колесе под действием центробежных и газодинамических сил, возникающих при обтекании лопастей, происходит повышение давления и скорости газа. В диффузоре 4 скорость снижается, а давление увеличивается. В следующую ступень сжатый газ поступает через обратный направляющий аппарат 5. Пройдя все ступени, газ попадает в выходную улитку 6 и направляется в нагнетательный трубопровод.
Рис. 3.9. Схема трехступенчатого центробежного компрессора: Осевые компрессоры Степень сжатия в одной ступени осевого компрессора невелика и составляет t = 1,15 ¸ 1,35. Поэтому для получения высокого давления осевые компрессоры выполняют многоступенчатыми. В многоступенчатых осевых компрессорах (рис. 3.10) газ через входной патрубок 1 и конфузор 2 поступает в проточную часть компрессора и перемещается последовательно от лопаток входного направляющего аппарата 3 через группу ступеней сжатия, спрямляющий аппарат 6, диффузор 7 и выходной патрубок 9. Рабочие колеса 4 ступеней вместе с валом, на котором они насажены, образуют ротор, опирающийся на подшипники 8; направляющие аппараты 5 (служащие для частичного преобразования кинетической энергии в потенциальную) вместе с корпусом, в котором они закреплены, — статор. Входной патрубок 1 служит для равномерного подвода газа к кольцевому конфузору 2, который предназначен для ускорения потока перед входным направляющим аппаратом и создания равномерного поля скоростей и давлений.
Рис. 3.10.Схема осевого компрессора: Конструкции вентиляторов Центробежный (радиальный) вентилятор по конструкции аналогичен центробежному насосу (рис. 2.3). Это тип вентиляторов — один из наиболее часто используемых в химической промышленности. Хотя вентиляторы относятся к компрессорным машинам, расчет характеристик вентиляторов допустимо проводить в рамках теории насосов (см. п. 2), исходя из того, что степень сжатия газов в вентиляторах незначительна, т. е. изменением термодинамических параметров газов в них можно пренебречь. В качестве основных параметров вентиляторов приняты: производительность Q, м3/с; полное давление Dp = rgH, Па; статическое давление D pст = Dp – Dpдин, Па; эффективная мощность Nэф, Вт; КПД, вычисленные по полному и статическому давлениям соответственно: По предложению ЦАГИ коэффициентом быстроходности вентилятора принято считать частоту вращения вентилятора данного типа, который в режиме максимального КПД подает 1 м3/с газа, создавая условное давление 294 Па 30 кгс/м2 (30 кгс/м2294 Па), т. е. для вентиляторов коэффициент быстроходности равен
где Hопт — оптимальный напор, приведенный к плотности газа 1,2 кг/м3. Подробнее с особенностями конструкций и рабочими характеристиками центробежных вентиляторов можно ознакомиться по справочникам и каталогам [38–44]. Технические характеристики некоторых вентиляторов и дымососов представлены в табл. 3.1–3.6, а типичная универсальная характеристика (построенная при разных частотах вращения рабочего колеса) центробежного вентилятора — на рис. 3.11.
Рис. 3.11. Типичная универсальная характеристика центробежного вентилятора (ВВД № 11) при n=var направлении оси вращения. Осевые вентиляторы просты в изготовлении, компактны и реверсивны. По сравнению с центробежными вентиляторами они имеют более высокие КПД и подачу при относительно малой степени сжатия.
Рис. 3.12. Схема осевого вентилятора; В прямоточном радиальном вентиляторе (рис. 3.13) газ вначале движется в осевом направлении и поступает во вращающееся рабочее колесо, где под действием центробежной силы проходит в радиальном направлении через межлопаточные каналы и выходит сквозь кольцевой радиальный лопастной диффузор (направляющий аппарат); в диффузоре часть динамического напора преобразуется в статический, КПД вентилятора достигает 70 %. Одним из его преимуществ является возможность размещения электродвигателя внутри кожуха, что снижает его шумность вентилятора.
Рис. 3.13. Схема прямоточного вентилятора: Смерчевой вентилятор (рис. 3.14) имеет рабочее колесо с небольшим числом лопаток, прикрепленных к заднему диску. Это колесо размещено в специальной нише в задней стенке спирального кожуха. При вращении колеса возникает вихревое течение, аналогичное смерчу, в центральной и периферийной частях которого образуется перепад давлений, являющийся побудителем движения воздуха. Вследствие этого часть потока с содержащимися в нем примесями проходит через нагнетатель, минуя рабочее колесо. КПД вентилятора не превышает 60 %.
Рис. 3.14. Схема смерчевого вентилятора: Диаметральный вентилятор (рис. 3.15) имеет следующий принцип действия. Если во вращающееся колесо барабанного типа поместить неподвижное тело, расположенное несимметрично относительно оси колеса, то осесимметричный вихрь, образующийся вокруг колеса, смещается в сторону, и возникает направленное течение газа перпендикулярно к оси вращения колеса. Поперечное течение появляется также при установке лопаточного колеса в несимметричном коленообразном корпусе. Диаметральные вентиляторы могут создавать значительные давления даже при невысоких окружных скоростях рабочих колес, поскольку поток газа дважды пересекает лопатки колеса. К недостаткам диаметральных вентиляторов относятся невысокий КПД (максимальный 60–65 %), повышенная шумность работы, существенные перегрузки электродвигателя при уменьшении сопротивления сети.
Рис. 3.15. Схема диаметрального вентилятора: Элементы теории компрессорных машин
Основные закономерности работы компрессорных машин объемного типа рассмотрим на примере поршневого компрессора. Расчеты многообразных динамических типов компрессоров отличаются и приведены в [4, 6, 8]. Для упрощения анализа работы поршневого компрессора вводят понятие идеального поршневого компрессора, которому приписывают следующие свойства: 1) объем мертвого пространства равен нулю; 2) клапаны безинерционны, и их гидравлическое сопротивление равно нулю; 3) отсутствует теплообмен между газом и компрессором (адиабатный процесс); 4) отсутствуют утечки газа; 5) перекачиваемый газ — идеальный. Производительность идеального поршневого компрессора определяется по формуле Qт = SLn, (3.2) где S — рабочая площадь поверхности поршня, L — ход поршня; n — число двойных ходов поршня в единицу времени. Работа за цикл идеального поршневого компрессора равна
где k — показатель адиабаты сжимаемого газа; p1 — давление на линии всасывания; V1 — всасываемый объем. Средняя мощность идеального поршневого компрессора
а средняя мощность поршневого компрессора при изотермическом сжатии
Производительность реального поршневого компрессора связана с Qт через коэффициент подачи : Q0 = lQт. (3.6) Коэффициент подачи, в свою очередь, определяется как произведение частных коэффициентов подачи: l = lв lт lр lг lj . (3.7) Здесь lв — коэффициент всасывания, характеризующий снижение производительности из-за мертвого пространства; lт — коэффициент подачи, учитывающий влияние подогрева газа на производительность; lр — коэффициент подачи, учитывающий влияние сопротивления всасывающего клапана на производительность компрессора; lг — коэффициент герметичности, учитывающий влияние прямых утечек газа на производительность компрессора (является аналогом объемного КПД насосов); lj — коэффициент подачи, учитывающий влияние влажности газа на производительность (при сжатии газа часть паров конденсируется, что приводит к дополнительному снижению объема сжатого газа). Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора (рис. 3.16) является важным средством для контроля над работой компрессора; для ее построения используется специальный самописец, устанавливаемый обычно непосредственно на компрессоре. Работа за цикл пропорциональна площади индикаторной диаграммы. Процессу всасывания соответствует линия 4–1, процессу сжатия газа — линия 1–2, процессу нагнетания — линия 32–43, расширение газа, оставшегося в мертвом пространстве, описывается линией 3–4. «Всплески» вблизи точек 2 и 4 характеризуют инерционность клапанов, приводящую к запаздыванию их открытия. При появлении тех или иных неполадок в работе поршневого компрессора индикаторная диаграмма искажается, что позволяет использовать ее как средство диагноза технического состояния компрессора.
Рис. 3.16. Индикаторная диаграмма работы поршневого компрессора Среднюю мощность, потребляемую реальным поршневым компрессором (при условии, что показатели политропы сжатия и расширения газа практически равны), можно определить по формуле
где m — показатель политропы сжатия и расширения газа (их можно считать практически равными); h h — механический КПД машины; p0 — давление на линии всасывания (p0 p1). Регулирование производительности компрессорных машин
Способы регулирования производительности машин динамического типа — те же, что и динамических (в частности, центробежных) насосов (см. п. 2). Для регулирования подачи поршневого компрессора как типичного представителя объемных машин используют один из следующих способов: - периодическое отключение привода компрессора. Этот способ реализуют при наличии на линии нагнетания газонакопительной емкости (ресивера), обычно для машин малой производительности с воздушным охлаждением; - изменение частоты двойных ходов поршня n (допустимо в ограниченных пределах, не приводящих к существенному нарушению динамической балансировки машины); - увеличение объема мертвого пространства путем подключения к рабочей камере машины одного или нескольких баллончиков (приводит к снижению производительности компрессора); - дросселирование газа (производится на линии всасывания, при этом снижается коэффициент lр). - байпасирование — перепуск части газа на линию всасывания (для воздуха возможен сброс в атмосферу); - задержка момента закрытия всасывающего клапана (при помощи специального механизма, например кулачкового; является самым экономичным способом, т. к. снижение производительности примерно пропорционально уменьшению затрат мощности).
4. Общие сведения о струйных аппаратах
Устройства, в которых путем непосредственного контакта (смешения) осуществляется процесс передачи кинетической энергии одного потока другому, называют струйными аппаратами (СА). СА используются в разнообразных технологических процессах. Широкое их применение обусловлено рядом достоинств: простотой конструкции и технологии изготовления; малыми габаритами и массой; отсутствием подвижных рабочих органов; полной герметичностью; легкостью совмещения с другим технологическим и лабораторным оборудованием; надежностью в эксплуатации и долговечностью. Эти достоинства, несмотря на весьма низкий КПД СА, обеспечили им применение в самых различных областях техники. СА используются в качестве: - паро-воздушного эжектора для обеспечения высокого вакуума [10], в том числе в конденсационных установках паровых турбин ТЭС и АЭС [11]; - газового эжектора для повышения эффективности эксплуатации систем нефтегазосбора [12]; - паро-воздушного компрессора в холодильных установках [13]; для охлаждения воды в системе кондиционирования воздуха; - паро-воздушного дутьевого инжектора в котельных установках [13, 14]; - газовой инжекционной горелки в печах [13] и сушилках [31]; - паро-жидкостного инжектора в роли питательного насоса в энергетических установках [10, 14, 16]; - тягового органа для реактивных двигателей самолетов [28], а также судовых движителей [16, 29]; - диспергатора в системах жидкость—жидкость [17]; - элеватора для присоединения отопительных установок к тепловым сетям [14]; - гидроструйного насоса для перемещения жидкостей и суспензий [14, 18–20]; - водогазового эжектора (гидроструйного эжектора или компрессора) для отсасывания газов и создания вакуума в различных емкостях [14]; - для сбора и транспорта нефтяных газов [21]; - диспергирования и смешения газа в жидкости [14, 18, 22]; - побудителя тяги для пневмотранспорта [14, 23–26] и пылеуборки [27]. Следует отметить, Что Струйные Ааппараты относятся к нестандартному оборудованию. Это в какой-то мере объясняет появление в технической литературе различных названий одного и того же типа СА и появление ошибок при их проектировании. Классификация СА, а также теория и основные задачи, которые приходится решать при разработке различных типов СА, наиболее полно изложены в [14].
Турбины паровые и газовые Принцип работы турбины
Турбина - ротативный тепловой двигатель с непрерывным процессом преобразования тепловой энергии рабочего вещества в механическую работу. Кинематическая схема её предельно проста. Турбина состоит из двух основных узлов: 1.Вращающаяся часть - ротор, и 2.Неподвижная часть - корпус (статор). Перед каждым диском с рабочими лопатками укреплен сопловой аппарат, состоящий из нескольких неподвижных сопел, закрепленных в корпусе. Основным условием работы турбины является наличие разности давлений – перед сопловым аппаратом и за рабочими лопатками. Сопла, совместно с рабочими лопатками, образуют проточную часть турбины. В проточной части происходит двойное преобразование энергии рабочего вещества: 1.в соплах потенциальная энергия пара или газа превращается в кинетическую; на выходе из со 2.на рабочих лопатках кинетическая энергия потока непосредственно превращается в механическую работу вращения вала турбины; скорость вращения, как правило, составляет тысячи оборотов в минуту. Общая классификация паровых и газовых турбин 1. По принципу действия: активные и реактивные, 2. По количеству ступеней: одноступенчатые и многоступенчатые. Многоступенчатые, в свою очередь, могут быть со ступенями давления, со ступенями скорости и комбинированные (как со ступенями скорости, так и со ступенями давления). 3. По направлению потока рабочего вещества: осевые, радиальные и тангенциальные. Подразделение турбин по принципу действия Активные турбины (турбинные ступени)
В активном варианте ступени расширение рабочего вещества (падение давления) имеет место только в соплах; на рабочих лопатках давление остается постоянным. Работа осуществляется за счет непосредственного ударного действия потока на лопатки.
Реактивные турбинные ступени Расширение рабочего вещества имеет постепенный характер: давление частично падает в соплах, а затем - до конечного значения - на рабочих лопатках, что обусловливается соответствующим профилем проточной части. На лопатках, вследствие наличия перепада давлений, наряду с непосредственным ударным (активным) действием струи, появляется реактивная отдача, т.е., полная сила, действующая на лопатку, складывается из двух составляющих. Характер изменения давления и абсолютной скорости дан на рис.За, а действующих сил - на рис.3б, где Рд - сила активного воздействия, Рр - реактивная сила, а Р - полная сила, действующая на рабочую лопатку. Подразделение турбин по количеству ступеней Одноступенчатые турбины Комбинация одного ряда (по окружности) сопел и одного венца рабочих лопаток называется активной или реактивной ступенью. Многоступенчатые турбины Турбины со ступенями давления
В данном случае турбина состоит из нескольких, последовательно расположенных простейших одноступенчатых турбин, являющихся "ступенями" многоступенчатой турбины. Расширение рабочего вещества происходит постепенно, от ступени к ступени. Такие турбины могут быть как активного, так и реактивного типа. Рис.4 Характер изменения давления и абсолютной скорости потока в этом случае представлен на рис.4а (активный вариант) и рис.4б (реактивный). Турбины со ступенями скорости Идея ступеней скорости состоит в том, что кинетическая энергия, полученная в соплах, превращается в механическую работу не на одном венце рабочих лопаток, а на нескольких, расположенных последовательно. Между венцами рабочих лопаток находятся венцы (ряды) направляющих лопаток для придания струе нужного направления. В этом случае каждый из рабочих венцов представляет собой ступень скорости. Турбины такого типа могут быть двух- и трехвенечными. На рис.5а показана проточная часть двухвенечной турбины. Здесь С - сопла; РЛ1 - рабочие лопатки первого венца; НЛ - направляющие лопатки; РЛ2 - рабочие лопатки второго венца. Турбины со ступенями скорости могут быть чисто активного типа или же с небольшой степенью реакции (т.е., небольшим падением давления на рабочих и направляющих лопатках). Характер изменения давления и скорости в турбине такого типа показан на рис.5б (активный вариант) и 5в (вариант с реакцией).
Рис.5 Турбины со ступенями скорости и давления (комбинированные) В этом случае обычно первая ступень выполняется в виде колеса с двумя венцами скорости, а остальные - ступени давления активного или реактивного типа. Подразделение турбин по направлению потока рабочего вещества Турбины могут быть осевого типа, радиальные и тангенциальные. Турбины осевого типа В турбинах осевого типа генеральное направление движения рабочего тела совпадает с направлением оси ротора. К турбинам такого типа относятся все выше рассмотренные конструкции, и это самый распространенный вариант турбин, используемых для привода электрогенераторов. Турбины радиального типа В турбинах такого типа генеральное направление движения рабочего потока осуществляется в радиальном направлении: либо из района оси ротора к периферии дисков, либо наоборот - от периферии в район оси
Первый вариант показан на рис.6. Турбина с единой проточной частью имеет два диска, насаженных на отдельные валы, и вращающихся в разные стороны. Соответственно, единый турбоагрегат имеет два электрогенератора. Путь пара на рис.6а показан стрелками, а на рис.6б изображена проточная часть. В турбине нет неподвижных направлявших аппаратов; все расширение рабочего вещества происходит на рабочих лопатках.
."~ а. б. Рис.6 Рис.7 Второй вариант радиальной турбины (центростремительный) показан на рис.7. Рабочее тело подводится к диску через сопловой аппарат, расположенный по периферии, и, после взаимодействия с рабочими перегородками, на диске, отводится вдоль оси. Этот вариант имеет место при создании турбин для газотурбинных установок малой мощности. Турбины тангенциального типа Рабочее вещество подходит к колесу почти по касательной (тангенциально) к его наружной части, где располагаются лопаточные карманы. Схема турбины и её элементов дана на рис.8.
Классификация паровых турбин Может быть предложена следущая классификация паровых турбин: А. В зависимости от характера теплового процесса паротурбинной установки. 1.Турбины конденсационные а). турбины конденсационные без отборов пара б). турбины конденсационные с промежуточными отборами пара 1.с нерегулируемыми отборами 2.с регулируемыми отборами 3.как с регулируемыми, так и нерегулируемыми отборами в). турбины с промежуточным подводом пара г). турбины мятого пара 2.Турбины с повышенным давлением на выхлопе а). турбины с ухудшенным вакуумом б). турбины с противодавлением в). турбины предвключенные Б. В зависимости от давления пара, поступающего в турбину: низкого, среднего, высокого и сверхкритического. Турбины конденсационные без отборов пара
В этих турбинах всё количество подводимого свежего пэра, пройдя турбину и расширившись в ней до давления, меньшего, чем атмосферное (обычно 0,0035 ¸ 0,005 МПа), направляется в конденсатор, где тепло отработавшего пара отдается охлаждающей воде и полезно не используется (рис.9). Турбины конденсационные с нерегулируемыми отборами
Турбины с регулируемыми отборами
Турбины с регулируемыми и нерегулируемыми отборами В таких турбинах предусмотрены как регенеративные, так и регулируемые. Отборы (рис.12, а). и б).). Как правило, из камеры регулируемого отбора часть пара направляется на подогрев питательной воды, а остальное количество (по потребности) - тепловым потребителям.
Турбины с промежуточным подводом пара (турбины двух давлений)
Турбины мятого пара Эти турбины применяются для использования пара низкого давления, отходящего с производства после технологических процессов, который по каким-либо причинам не может быть использован для отопительных или технологических нужд. Давление такого пара обычно несколько выше атмосферного, и он направляется в специальную конденсационную турбину, называемую турбиной мятого пара. Турбины с ухудшенным вакуумом Турбины с ухудшенным вакуумом имеют давление на выхлопе ниже атмосферного, но в 15 ¸ 20 раз выше, чем обычные конденсационные, т.е., 0,05 ¸ 0,09 МПа. Отработавший пар, соответственно, имеет значительную температуру - до 90 °С. Вместо конденсатора здесь ставится бойлер, через который прокачивается сетевая вода, используемая далее для отопительных, бытовых или агрономических целей. Турбины с противодавлением
Давление на выхлопе (и в коллекторе) поддерживается в соответствии с требованиями объекта теплоснабжения, (рис.14). Предвключенные турбины Предвключенными называются турбины с противодавлением, отработавший пар которых направляется далее в обычные конденсационные турбины для глубокого расширения. В таком варианте предусматриваются два электрогенератора (рис.15), т.е., турбоагрегат является единым по паровому потоку, но с раздельной выработкой электроэнергии. Подразделение турбин в зависимости от давления свежего пара Это подразделение носит весьма условный характер и может быть представлен® следующим образом.
Из истории создания паровых турбин
В 1629 г. итальянский математик и инженер Джовани Бранка предложил проект турбины в виде укрепленного на вертикальной оси диска с лопатками, вращаемого струей пара, которая подводилась тангенциально к диску. По принципу работы колесо Бранка является прототипом активных паровых турбин. Колесо Бранка предназначалось для привода ткацких станков, однако вследствие малой производительности и очень низкой экономичности эта турбина не получила промышленного применения. Попытки создать турбинный двигатель предпринимались во многих промышленно развитых странах. Применение паровых турбин в качестве первичного двигателя являлось очень заманчивым, т.к. в турбинах сразу получалось равномерное вращательное движение ротора и не было необходимости в специальных преобразующих кривошипно-шатунных устройствах, усложнявших двигатель. Так, за первые две трети XIX века было сделано свыше 200 предложений на постройку паровых турбин. Такие работы имели место и в России. В частности, в 1806 - 1813 годах на Сузунском заводе на Алтае сооружал модели паровых активных турбин изобретатель Поликарп Залесов. 13 ноября 1806 г. Залесов в донесении на имя начальника Колывано-Воскресенских заводов предложил построить паровую машину, в которой "...будет деревянное колесо в подобие водяного наливного, и пар, пущенный из котла, будет действовать ударом на перья колеса." В рапорте 3 апреля 1807 г. П.Залесов пишет: "Модель паровой машины кончена и приводится в надлежащее действие; я принимаюсь теперь рассматриванием обстоятельств, находящихся в устроении большой паровой машины". Модель, в которой "перья" (т.е., рабочие лопатки) были сделаны из железа, была направлена после её изготовления для испытания на Барнаульский завод. Однако по ряду причин теоретического и технологического плана паровая турбина получила практическое применение лишь в самом конце XIX века. Последовательно в этот период развитие паровой турбины происходило следующим образом. В 1878 г. шведский инженер Лаваль сконструировал сепаратор для молока, который должен Пар использовался насыщенный при давлении до 10 кгс/см2 с выпуском в конденсатор с глубоким вакуумом. Промышленная реактивная турбина была построена английским инженером Чарльзом Парсонсом. В теоретической части Парсонс исходил из широко известных исследований Леонарда Эйлера и его струйной теории течения вещества. Парсонс успешно перенес струйную теорию, разработанную Эйлером применительно к водяным турбинам, на паровую турбину. Первая турбина Парсонса была построена в 1884 году; она была осевого типа, многоступенчатая и при числе оборотов 17000 в минуту развивала мощность 6 л.с. Начальное давление пара составляло 7 кгс/см2. Турбина предназначалась для привода электрогенератора. В рассматриваемый нами период начинается использование электроэнергии для целей освещения, а затем и для энергетических нужд промышленности. Появляются первые электростанции постоянного тока первоначально с приводом электрогенератора от паровой поршневой машины. Однако паровая машина вскоре начинает заменяться турбиной как более простой, быстроходной, компактной и экономичной. Таким образом, к концу XIX века паровая турбина вышла из стадии экспериментальных исследований, и началось её практическое использование для привода электрогенераторов. Дальнейшее развитие стационарных паровых турбин самым тесным образом связано с ростом выработки и использования электроэнергии для различных целей. На европейском континенте паровые турбины получили всеобщее признание в качестве двигателя электрогенераторов только с 1899 г. В этом году в немецком городе Эльберфельде на электростанции для привода генераторов впервые были применены две турбины Парсонса мощностью по 1000 кВт. Заказ на английские турбины при высоком уровне строительства паровых машин в Германии приковал пристальное внимание мировой технической общественности. Испытание турбин было поручено лучшим и авторитетнейшим немецким специалистам. Опубликованный ими в 1900 г. отчет установил неоспоримое преимущество паровой турбины перед другими типами двигателей, служившими для привода генераторов электрических станций. Эти события получили в истории название "эльберфельдской битвы", и именно после нее начинается широкое использование паровых турбин на электростанциях. Мнение технических и промышленных кругов резко изменилось в пользу паровых турбин, тем более, что энергетическое хозяйство в начале XX века уже требовало выработки энергии на крупных электростанциях, и те мощности, которые можно было получать от паровых машин и двигателей внутреннего сгорания, не удовлетворяли потребителей. Развитии паротурбостроения в России и Советском Союзе В дореволюционной России строились как стационарные, так и судовые паровые турбины. Особенно большие успехи были достигнуты российскими конструкторами и технологами в 1910 - 1914 годах в проектировании и изготовлении корабельных паровых турбин. В этот период был построен ряд паротурбинных агрегатов единичной мощностью до 11000 ¸ 16000 л.с. для крупных военных кораблей. По некоторым данным общая мощность построенных в России корабельных паровых турбин превысила 1000000 л.с. Стационарное же турбостроение в дореволюционной России развивалось менее успешно. Первым строителем отечественных стационарных паровых турбин стал Металлический завод в Санкт-Петербурге (впоследствии Ленинградский металлический завод). Здесь в 1904 году была создана паротурбинная мастерская и в 1907 году здесь был изготовлен первый паротурбинный агрегат для привода электрогенератора мощностью 200 кВт. Турбина была конденсационная с начальным давлением пара 10 кгс/см2 и температурой 250 °С. Завод строил активные многоступенчатые турбины с единичной мощностью агрегата до 1250 кВт; основная же масса турбин имела мощность 100 ¸ 335 кВт. До 1917 года было построено всего 26 турбоагрегатов суммарной мощностью около 9000 кВт. В послереволюционные годы постройка паровых турбин получила в Советском Союзе большой размах, по следующим причинам: 1.паровая турбина - основной тип двигателя на тепловых электростанциях, строительство которых предусматривалось сначала планом ГОЭЛРО (20 электростанций), а затем Государственными пятилетними планами; 2.паровая турбина - основной тип двигателя для кораблей с силовыми установками большой мощности. Металлический завод возобновил постройку турбин в 1923 году. Отсутствие квалифицированных кадров, опыта в производстве турбин, имеющем много специфического, усложнило эту задачу. Год уходит на изготовление первой турбины мощностью в 2000 кВт, выпущенной в 1924 году. Турбина - конденсационная с начальным давлением пара 11 кгс/см2 и температурой 300 °С. К 1926 г. завод выпустил ряд турбин мощностью до 3000 кВт при тех же параметрах пара. В 1926 г. ЛМЗ построил турбину в 10000 кВт и стал подготавливать производство турбин более крупных мощностью 24000 и 50000 кВт при давлении пара 26 кгс/см2 - и температуре 375 °С. К октябрю 1928 г. ЛМЗ выпустил 81 турбину на разные мощности в общей сложности на 140000 кВт. В 1931 г. ЛМЗ начал выпускать конденсационные двухцилиндровые турбины мощностью 50000 кВт, с параметрами пара 29 кгс/см2 и 400 °С. Турбостроение в СССР развивалось на базе широко развернутой научно-исследовательской работы, позволившее критически использовать зарубежный опыт и создать свои собственные оригинальные конструкции. К 1933 г. выпуск турбин настолько возрос, что Советский Союз освободился от иностранной зависимости в этом отношении. Наряду с развитием конденсационных турбин в стране особое внимание было обращено на турбины для комбинированной выработки электроэнергии и тепла: с промышленным и теплофикационным отборами, а также с противодавлением. В 1937 г. на ЛМЗ была выпущена первая конденсационная двухцилиндровая одновальная турбина мощностью 100000 кВт при параметрах пара 29 кгс/см2 и 400 °С. С 1938 г. такие же турбинн стал строить Харьковский турбинный завод. Стационарные турбины меньших мощностей строились на других заводах: Кировском заводе в Ленинграде, Невском заводе им.Ленина, Уральском турбостроительном заводе, Брянском машиностроительном заводе, а затем и на Калужском турбинном заводе и на других. Таким образом, до Великой Отечественной войны заводы нашей страны выпускали большое количество типов турбин от самых малых мощностей (0,5 ¸ 5 кВт) до турбин средних мощностей (до 6000 кВт) и наиболее мощных - до 100000 кВт. В годы Отечественной войны темп постройки новых турбин резко снизился. Основные турбостроительные заводы были полностью или частично эвакуированы на восток и переведены на производство военной продукции. Однако в военные годы была проделана большая конструкторская работа по подготовке послевоенного производства паровых турбин, стоящих на более высоком техническом уровне. Особое внимание было обращено на широкую унификацию элементов и узлов турбин. Унификация стала рассматриваться как один из основных принципов проектирования, который существенно удешевлял серийное производство турбин. Кроме того, в отечественном турбостроении стала широко применяться сварка, что также благоприятно сказывается на качестве турбинных деталей и на стоимости турбины. Очередной задачей послевоенного турбостроения явилось проектирование и создание паровых турбин на высокие и сверхвысокие параметры пара и широкое внедрение их. В 1946 г. на ЛМЗ была построена турбина мощностью 100000 кВт при начальных параметрах пара 90 кгс/см2 и 480 °С. В 1952 г. была построена первая турбина мощностью 150000 кВт при параметрах пара 170 кгс/см2 и 550 °С. Таким образом, примерно за три десятка лет в Советском Союзе была создана мощная промышленность, изготавливающая турбины стационарные и судовые в широком диапазоне мощностей и на различные параметры пара. В последующие годы продолжалось прогрессивное развитие турбостроения. На ведущих турбостроительных заводах - Ленинградском и Харьковском - с 1958 г. был освоен выпуск паровых турбин мощностью 150000 и 200000 кВт при параметрах пара 130 кгс/см2 и 565 °С. С этими же параметрами начали производиться турбины для комбинированной выработки электроэнергии и тепла мощностью 50000, 80000 и 100000 кВт на Уральском заводе. В период с 1960 по 1968 годы в Ленинграде и Харькове был освоен выпуск турбин мощностью 300000, 500000 и 800000 кВт, работающих со сверхкритическими параметрами пара: 240 кгс/см2 и 540 °С. В 1977 г. была построена и сдана в эксплуатацию самая крупная отечественная конденсационная паровая турбина мощностью 1200000 кВт со сверхкритическими параметрами пара. В 1954 г. возникло новое направление в паротурбостроении - создание турбин для атомных электростанций. Первая в мире промышленная атомная электростанция мощностью 5000 кВт была введена в эксплуатацию 27 июня 1954 г. В течение 10 лет после этого производилась проверка и отработка всех вопросов, связанных с особенностями эксплуатации, надежности, экономичности, и осуществлялась подготовка к производству промышленных образцов турбин. Начиная с 1964 г. был освоен выпуск турбин для АЭС мощностью 70000, 220000, 500000 и 1000000 кВт при давлении пара перед турбинами, соответственно, 29, 44 и 65 кгс/см2. Краткое обозначение основных заводов, производящих турбины ЛМЗ - Ленинградский металлический завод ХТГЗ (ХТЗ) - Харьковский турбогенераторный завод УТМЗ (УТЗ, ТМЗ) - Уральский турбомоторный завод НЗЛ - Невский завод им.Ленина (в Ленинграде) БМЗ - Брянский машиностроительный завод КТЗ - Калужский турбинный завод Стандартные обозначения паровых турбин Стандартные обозначения, которые были приняты до введения ГОСТа 3618-58 Стандартные обозначения состоят из букв и цифр. Буквы соответствуют определенным начальным параметрам пара и типу турбины. М - турбины мятого пара с начальным давлением до 1,5 кгс/см2. Параметры пара
К - конденсационная турбина П - конденсационная турбина с промышленным отбором Т - то же, с теплофикационным отбором ПТ - то же, с двумя регулируемыми отборами: промышленным и теплофикационным Р - турбина с противодавлением Первая цифра после букв соответствует мощности турбины в МВт, а вторая (для конденсационных турбин) номеру модели турбины; для турбин с противодавлением - давлению отработавшего пара. Обозначения д паровых турбин по ГОСТу 3618-58 (новые) На первом месте - буквы, обозначающие тип турбины: те же, что и при старых обозначениях: К, П, Т, ПТ и Р. Далее идет цифра - мощность в МВт. Для турбин с промышленным или теплофикационным отбором эта цифра может быть двойной - через дробь. Меньшая цифра соответствует мощности при полностью открытом отборе, а большая - при закрытом отборе. Следующая цифра соответствует давлению свежего пара перед турбиной в кгс/см2 или же в МПа. Далее, для конденсационных турбин и турбин с теплофикационным отбором - через тире - номер модели, а для конденсационных турбин с промышленным отбором пара или же турбин с противодавлением - через дробь - давление в промышленном отборе или же противодавление. Для сверхмощных турбин атомных электростанций последняя цифра (через дробь) обозначает число оборотов ротора в минуту - 3000 или 1500. Примеры обозначений
Последнее изменение этой страницы: 2019-05-08; Просмотров: 441; Нарушение авторского права страницы Главная | Случайная страница | Обратная связь | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, 
.
, (3.1)
, (3.3)
, (3.4)
. (3.5)
, (3.8)
пел скорость потока составляет сотни метров в секунду;
Проточная часть, состоящая из одного ряда сопел и одного ряда рабочих лопаток, образует простейшую турбинную ступень.
Характер изменения давления и скорости показан на графике, рис.2, где Р0 – Р1 – Р2 - линия изменения давления, а С0 – С1 – С2 - линия, характеризующая изменение абсолютной скорости потока; С - сопловой аппарат, РЛ - рабочие лопатки.
Нерегулируемые отборы пара, называемые также регенеративными, предназначены для подогрева питательной воды, поступающей затем в парогенераторы. Количество регенеративных отборов зависит от начальных параметров пара в турбоустановке и составляет от 5 до 8 (рис.10). Свое название (нерегулируемые) они получили от того, что давление пара в них не остается постоянным, а изменяется самопроизвольно, в зависимости от расхода пара на турбоагрегат.
Регулируемыми называются отборы, в которых давление отбираемого пара на всех режимах работы турбоагрегата автоматически поддерживается постоянным или же регулируется в заданных пределах с тем, чтобы потребитель получал пар определенного качества. Существует два вида тепловых потребителей: промышленные, где требуется пар с давлением до 1,3 ¸ 1,5 МПа (производственный отбор) и отопительные, с потребным давлением 0,05 ¸ 0,25 МПа (теплофикационный отбор) (Рис.11а). Если требуется пар как производственного, так и отопительного назначения, то в одной турбине могут быть осуществлены два регулируемых отбора: промышленный и теплофикационный (рис11б).
В этих турбинах в промежуточную ступень подводится пар, имеющий достаточный потенциал (давление), отработавший где-либо в технологических процессах, т.е., пар с производства, который по каким-то причинам не может быть рационально использован на самом производстве (рис.13).
У этих турбин отсутствует конденсатор. Отработавший пар, имеющий давление выше атмосферного, поступает в специальный сборный коллектор, откуда направляется к тепловым потребителям, отопительным или производственным.
Идея использования энергии струи пара для совершения механической работы известна человечеству очень давно. Еще за 2100 лет до наших дней Героном Александрийским был изобретен прибор в виде полого шара, питаемого через полую ось паром, который выпускался из шара через трубки в тангенциальном направлении, приводя шар во вращение (рис.1б). Подобным прибором пользовались египетские жрецы. Прибор, названный Героном "эолпилом", был отдаленным прототипом реактивной турбины.
был работать при 6000 - 7000 об/мин. В качестве двигателя к сепаратору он предложил реактивную паровую турбину в примитивной форме сегнерова колеса (рис.17), и в 1883 г. получил патент на турбину такого типа. Однако эта турбина имела крупный недостаток - огромный расход пара и, соответственно, низкую экономичность. В результате, Лаваль стал проводить работы и экспериментальные исследования в другом направлении, и в 1890 г. его заводом была выпущена паровая турбина совершенно другого типа: она была одноступенчатая, активная и при числе оборотов 30000 в минуту развивала мощность 5 л.с. (3,68 КВт). В комплекте с турбиной имелся зубчатый редуктор с понижением числа оборотов на выходном валу до 3000 об/мин. К 1900 г. турбины Лаваля строились уже мощностью до 300 - 500 л.с. при числе оборотов до 10000 в минуту.