10.2. Особенности динамики турбозубчатого агрегата и

главного конденсатора

10.2.1. Динамика турбозубчатого агрегата (ТЗА). Для исследования динамических характеристик ТЗА в ка­честве исходной базы приведем без вывода три известных уравнения, а именно:

1) уравнение мощности, затрачиваемой турбиной на преодоление сопротивления гребного винта

(10.28)

где – буксировочная мощность в лошадиных силах;

– пропульсивный коэффициент винта, цифра "0" – признак установившегося режима;

2) уравнение буксировочной мощности

(10.29)

где – частота вращения турбины;

– коэффициент, определяемый для конкретного ТЗА экспериментально, л.с./об.мин.³;

3) уравнение винтовой характеристики

(10.30)

Мощность – в тепловых единицах.

Тогда тепловая мощность ТЗА в установившемся режиме рав­на

(10.31)

где – теплосодержание перед соплами;

– теплосодержание пара в выходном патрубке;

– расход пара на турбину.

На неустановившемся режиме работы ТЗА, учитывая его свойство аккумулировать механическую энергию во вращаю­щихся элементах и принимая во внимание уравнения (10.28) – (10.31), уравнение теплового баланса

( – потери мощности в тепловых единицах на трение) можно переписать в виде:

(10.32)

где – расход отработавшего пара на главный конденсатор;

– приведенный к оси ротора турбины момент инерции вращающихся частей ТЗА с линией вала, гребным винтом и присоединенной к нему массой воды.

Значение теплосодержания свежего пара для наиболее часто встречающегося в реальных установках диапазона изменения параметров пара = 1 – 40 кГс/см² и = 200 – 400С определяется выражением:

(10.33)

Аналогично теплосодержание пара на выходе турбины будет определяться выражением:

(10.34)

Значения коэффициентов для конкретных ТЗА определяются экспериментально. После линеаризации переменных окончательно получим уравнение динамики ТЗА

(10.35)

или в операторной форме записи

(10.36)

В уравнении (10.35) коэффициенты опреде­ляются экспериментально. Для практических расчетов обычно принимают:

Тогда уравнение (10.36) примет вид:

(10.37)

где

Анализ уравнения (10.37) показывает, что ТЗА – это объект регулирования, состоящий из двух параллельно включен­ных по отношению друг к другу апериодических звеньев пер­вого порядка.

10.2.2. Динамика главного конденсатора (ГК). В главном конденсаторе происходит теплообмен между рабочей средой второго контура и охлаждающей забортной во­дой, в результате которого осуществляется конденсация па­ра и охлаждение смеси, поступающей из дроссельно-увлажни­тельного устройства. Тепло , воспринятое забортной во­дой, является невосполнимой потерей рабочего цикла АЭУ. Давление пара в паровом объеме и температура кон­денсата в конденсатосборнике определяют качественную картину процесса теплообмена. Нормальная работа ГК возмож­на, если соблюдается неравенство:

где – количество тепла, вносимого в ГК по i-му входу;

– количество тепла, отводимого с конденсатом из конден-сатосборника.

Заданное значение параметра поддерживается за счет отсоса паровоздушной смеси с помощью пароэжекторной установки. С паровоздушной смесью из конденсатора отби­рается некоторое количество тепла . Температура конденсата в зоне конденсации соответствует температуре насыщения при давлении . Таким образом, на уста­новившемся режиме необходимо иметь:

(10.38)

Свойства ГК как объекта регулирования определяются тепло­вой инерцией взаимодействующих сред и элементов конструк­ции. Тепло накапливается: в забортной воде в объеме во­дяного пространства; в паре и пароводяной смеси; в конден­сате в объеме конденсатосборника; в металле трубок поверх­ности теплообмена; в металле конструкций, обтекаемых ра­бочей средой. Для неустановившегося режима работы ГК урав­нено (10.38) перепишется в виде

(10.39)

где – количество тепла, накопленное в перечисленных выше элементах.

Величина определяется весом соответствую­щих составных частей, теплоемкостью и их температурой . Учитывал, что зависит от величины , получим

В свою очередь количество тепла, которое необходимо отоб­рать из цикла, также является функцией давления пара в ГК, что способствует саморегулированию процесса.

Трудности автоматизации теплообмена в ГК вызваны зна­чительной тепловой инерцией его элементов. Поэтому в кора­бельных АЭУ тепловые параметры конденсатора и на рабочих режимах поддерживаются в заданных пределах за счет саморегулирования.

Третьим параметром, характеризующим материальный баланс рабочей среды в ГК, является уровень конденсата в конденсатосборнике. Рассматривая конденсат как однород­ную среду, изменение уровня на неустановившемся режиме выразим уравнением материального баланса

(10.40)

где – вес конденсата, приходящийся на 1 м высоты конден-сатосборника; – расход конденсата.

Значения составляющих определяются следующим обра­зом:

1. количество пара, поступающего через ТЗА и дроссельно-увлажнительное устройство;

2. расход питательной воды на дроссельно-увлажнительное устройство;

3. другие, менее существенные составляющие (обычно не учитываются).

Тогда уравнение (10.40) перепишется так:

или

,

где – орган, регулирующий производительность конденсатного насоса ,

– коэффициенты, определяемые для конкретного ГК экспериментально.

Все остальные элементы конденсатно-питательной системы считаются пропорциональными звеньями.