3.1.3 Робочий процес в конденсаторі
В конденсаторі відбувається конденсація пари, що містить повітря та інші гази.
Вакуумною системою називається сума об’ємів турбіни, конденсатора та регенеративних підігрівників живильної води, що знаходяться під розрідженням в даний момент роботи турбоагрегату. Присмоктування повітря залежить від конструкції та розмірів турбінної установки, щільності, яка досягається при складанні турбіни, конденсатора, регенеративних підігрівників, фланцевих з'єднань та арматури трубопроводів, що з’єднують ці елементи установки.
Присмоктування повітря збільшується зі зниженням парового навантаження турбіни та конденсатора, тому що при цьому зона розрідження наближається до головної частини турбіни і відповідно збільшується кількість нещільностей , і збільшується абсолютний тиск в конденсаторі.
Для оцінювання повітряної щільності вакуумної системи турбіни заміряють кількість повітря, що видаляється з ежекторної установки, за допомогою витратомірів.
Абсолютний
тиск
в конденсаторі дорівнює загальному
(сумарному) тиску пари і повітря:
Якщо пара насичена, то температура суміші відповідає парціальному тиску пари в суміші. Таким чином, по температурі пароповітряної суміші можна визначити парціальний тиск насиченої пари, а парціальний тиск повітря – за різницею між абсолютним тиском суміші в конденсаторі та парціальним тиском пари.
Розрізняють два види конденсації:
плівкова - коли конденсат утворює на поверхні охолодження суцільну плівку;
крапельну – конденсат осаджується на поверхнях у вигляді окремих крапель.
В рівнозначних умовах при крапельній конденсації водяної пари коефіцієнт тепловіддачі від пари до поверхні конденсації в декілька разів вище, ніж при плівковій. Крапельна конденсація спостерігається на малих швидкостях пари (менше 10 м/с) та має випадковий та нестабільний характер. Тому більш детально будемо розглядати лише крапельну конденсацію.
Конденсат, що обволочує зовнішню поверхню трубок у вигляді плівки, відділяє пароповітряну суміш від металевої поверхні трубок, зашкоджуючи теплообміну між пароповітряною сумішшю та водою, що охолоджує, яка протікає всередині трубок. Таким чином, конденсація відбувається на поверхні конденсатної плівки, товщина якої нерівномірна як по окружності, так і по довжині трубки.
Температура конденсату, що утворює плівку на поверхні трубок, завжди нижче температури пари в ядрі потоку між трубного простору.
При конденсації пари виділяється скрита теплота пароутворення. Необхідною умовою конденсації пари є відведення теплоти від поверхні конденсації, який здійснюється в результаті теплообміну пари, що конденсується з водою, що охолоджується через конденсатну плівку та стінки трубок.
3.1.4 Повітрявидаляючі пристрої
В конденсаційних установках, для утворення вакууму в конденсаторі використовують пароструйні та водоструйні ежектори.
Принципова схема включення двохступеневого ежектора показана на рисунку 3.1.7
Основний конденсат із конденсатора 2 конденсатним насосом 4 перекачується через холодильники ежектора 9. При тиску турбіни на холостому ході і малих навантаженнях включається лінія рециркуляції 3. По цій лінії частина нагрітого в ежекторі конденсату вертається в конденсатор, охолоджується в ньому і знову з основним конденсатом надходить до холодильників. При навантаженнях турбіни, коли кількість конденсату достатня, лінія рециркуляції відключається. З холодильника другого ступеня робочої пари, відводиться до холодильнику першого ступеня, а залишок через сифон 5 зливається до конденсатора.
Східець пароструменевого ежектора ( рисунок 3.1.8 ) складається з трьох основних елементів: робочого сопла 1, камери змішування 2 та дифузору 4. Робочим тілом є пара, яка підведена до сопла 1. Відношення тиску в конденсаторі в камері змішування до диска робочої пари приймається значно нижче критичного. Отже сопло повинно бути розширене. Дифузор складається з конусної звужуючої вхідної ділянки, циліндричної горловини розширеної вхідної ділянки.
В робочому соплі пара розширюється і витікає з перерізу 1-1 до камери зменшення зі значною швидкістю. Струмин робочої пари утворює ежектуючий тиск на потік пароповітряної суміші, яка поступає з конденсатора до камери 2 через патрубок 3, і захоплює її до дифузору, де проходить стискання суміші всіх трьох компонентів ( робочої пари, повітря, пари з конденсатора) до вихідного тиску.
Рисунок 3.1.7 - Схема включення пароструменевого ежектора:
підведення пари до конденсатора;
конденсатор;
лінія рециркуляції;
конденсатний насос;
сифон;
лінія конденсату до підігрівачів низького тиску;
відведення повітря з ежектора;
підведення пари до ежектора;
двохступеневий ежектор;
відсмоктувач пароповітряних сумішей.
На ділянці розтікання робочого струменя в межах камери змішування відбувається захоплення частини ежекторного середовища струменем робочої пари за рахунок турбулентного переміщення, яке супроводжується перенесенням кількості пари. Тобто, між робочим струменем та оточуючим середовищем проходить безперервний обмін частинками. При цьому збільшується переріз робочого струменя та його секундна витрата, а швидкість – зменшується.
Рисунок 3.1.8 - Схема східця пароструменового ежектора та графік зміни тиску в ньому.
Починаючи від перерізу ІІ-ІІ струмина заповнює всі поперечні перерізи апарату; в цьому випадку процес приєднання частин ежекторного середовища припиняється; поле швидкості в цьому перерізі нерівномірне. На ділянці від перерізу ІІ-ІІ до перерізу ІІІ-ІІІ проходить поступове вирівнювання швидкості частин по перерізу струмини і трохи підвищується тиск у потоці. Ділянку ІІ-ІІІ називають стабілізуючою: форма циліндрична або звужена. У дифузорі проходить перетворення кінематичної енергії струмени в енергію тиску. В одноступінчатому ежекторі тиск в кінці дифузора досягає атмосферного, а залишки пароповітряної суміші виштовхуються до оточуючого середовища.
Одноступінчатий ежектор є дуже простим пристроєм, однак в такому простому виконанні він має багато недоліків: його ККД низький, оскільки в одному дифузорі необхідно підвищити тиск поступаючої з конденсатора суміші до атмосферного. За допомогою одноступінчатого ежектора неможливо створити тиск нижче 15кПа, в той час, як для економічної роботи турбоустановки потрібен тиск 4-5 кПа. Теплота робочої пари і сама пара, яка відходить до атмосфери, губиться безповоротно. Тому ежектори виконують багатоступеневими з оптимальним ступенем стиснення в кожному східці.
В останній час все більше застосовують водоструйні ежектори, робочим тілом у яких є вода, яка відбирається з напірного циркуляційного трубопроводу в кількості 5-7% від витрат охолоджуючої води. Водяні ежектори можуть утворювати більш глибокий вакуум, ніж пароструйні, однак усмоктуюча пара та його теплота губляться безслідно. Принцип дії водоструйного ежектора не відрізняється від принципу дії пароструйного ежектора та оснований на ежектуючій дії струмені води, яка виходить із робочого сопла.
Змішування пароповітряної суміші з холодною водою викликає конденсацію пари, а повітря захвачується струменем води і відводиться до атмосфери. Для збільшення виробництва водяних ежекторів з одночасним скороченням розмірів, їх виробляють багатоканальними. Вода під тиском подається до камери 1 і надходить через чотири сопла 2 до камери 3, куди надходить і пароповітряна суміш. Водяні сопла 2 встановлені навпроти дифузорів 4, в які направляються струмені води та затягнена ними пароповітряна суміш. Відведення води проводиться з нижнього патрубка.