книги из ГПНТБ / Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие

при малых и средних степенях наддува в качестве ограничительной характеристики обычно принимается зависимость Ne = f (п) при а == const (см. рис. 136). Предполагается, что при неизменном зна­ чении а, т. е. соотношении между количеством топлива и воздуха, поступающего за цикл в цилиндр двигателя, сохраняются неизмен­ ными или допустимыми тепловые и температурные режимы работы деталей цилиндропоршневой группы. Однако, как показывают спе­

нагрузка рабочего цилиндра растет, что приводит к повышению тем­ пературы стенок и нарушению условий надежной работы смазоч­

топлива создаются неблагоприятные условия для длительной ра­ боты двигателя. Ухудшение распыла топлива и смесеобразования приводят к загрязнению цилиндра остатками несгоревшего топлива, что затрудняет свободное перемещение колец в поршневых канавках и увеличивает работу трения поршня в цилиндре. Длительная работа в таких условиях недопустима. Это вызывает необходимость ограни­ чения минимума эффективной мощности двигателя. Кривая 4 на рис. 136, представляющая зависимость наименьших допустимых мощностей при различных частотах вращения двигателя, называется

нижней ограничительной характеристикой двигателя. Граница допустимого уменьшения мощности зависит от качества топливной аппаратуры и регулирования двигателя и устанавливается экспе­ риментально.

Помимо необходимости ограничения максимальной и минималь­ ной мощностей двигателя, необходимо ограничить максимальную частоту вращения двигателя в эксплуатации. Частота вращения n m a x главного судового двигателя устанавливается в связи с ограниче­

Минимальная частота ограничивается возможностью непреду­ смотренной остановки двигателя из-за резкого нарушения равно-

200

Глава IX

СИСТЕМЫ СЭУ

§ 36

Конденсатно-питательная система ПТУ

Конденсатно-питательная система служит для обеспечения непрерывного питания парогенераторов водой необхо­ димого качества.

Питательная вода для парогенераторов состоит в основном из конденсата отработавшего пара, поэтому конденсатно-питательная система является звеном тепловой схемы установки, связывающим конденсатор с парогенератором.

При работе установки в ее элементах неизбежны потери неко­ торого количества рабочего тела в виде утечек пара и воды, с про­

работы парогенераторов в большой мере зависит от качества пита­ тельной воды. К наиболее важным характеристикам, определяющим качество питательной воды, относятся: общее солесодержание, жесткость, соленость, водородный показатель рН, кислородосодержание.

Общее солесодержание, или сухой остаток, представляет собой суммарное количество всех солей, содержащихся в воде, и выра­ жается в миллиграммах на 1 л воды (мг/л). Общее солесодержание определяют выпариванием пробы и подсушкой при температуре

как отношение молекулярной массы к валентности. Таким образом,

,молекулярная масса

Различают временную, постоянную и общую жесткость воды. Временная жесткость определяет количество в воде двууглекислых солей кальция и магния, которые при кипячении воды выпадают из нее в виде шлама; постоянная жесткость — содержание сульфа­ тов кальция и магния, дающих твердую накипь; общая жесткость — суммарное содержание в воде солей кальция и магния.

Соленость характеризует наличие в воде хлористых солей (хло­ ридов). Хлористые соли хорошо растворяются в воде и, будучи уне­ сены с каплями влажным паром, отлагаются в пароперегревателе. Соленость выражается в градусах Брандта (°Б). Один градус Брандта соответствует содержание в 1 л воды 10 мг хлористого на­ трия (NaCl) или эквивалентного количества других солей.

Водородный показатель рН оценивает концентрацию в воде во­ дородных ионов. Водородный показатель характеризует реакцию

Кислая реакция воды — признак ее коррозионной активности. Чрезмерно высокая щелочность вызывает межкристаллическую хрупкость материала трубок парогенератора.

В питательной воде имеются в растворенном виде газы. Некото­ рые из них, особенно кислород, способствуют интенсивной коррозии испарительных поверхностей парогенератора. Поэтому кислородосодержание — одна из важных характеристик питательной воды. Кислородосодержание выражают в миллиграммах кислорода, рас­

Схемы конденсатно-питательных систем. В современных ПТУ применяется закрытая система питания парогенераторов. Сущность такой системы состоит в том, что питательная вода на пути от кон- * денсатора к парогенератору изолирована от окружающего воздуха. Это при осуществлении дополнительной деаэрации позволяет обеспе­ чить питание парогенератора водой с весьма малым кислородосо-

держанием.

Закрытая система питания может быть выполнена в двух вариан­ тах: 1) с деаэрацией воды только в конденсаторе и 2) с дополни­ тельной деаэрацией воды в специальном деаэраторе.

203

Принципиальная схема конденсатно-питательной системы с деаэ­ рацией воды только в конденсаторе приведена на рис. 138, а.

Конденсат из конденсатора подается конденсатным насосом не­ посредственно в приемный патрубок питательного насоса. Уравни-

4

Рис. 138. Принципиальные схемы конденсатно-питательной системы: а — с деаэра­ цией воды в конденсаторе; б — с дополнительной деаэрацией воды в деаэраторе.

тельная цистерна служит для компенсации изменения количества воды в контуре при переходе установки с одного режима работы на другой. При избытке воды в контуре часть ее после конденсатного насоса направляется в уравнительную цистерну. При недостатке воды добавочная вода поступает из уравнительной цистерны в кон­ денсатор. Управление этими процессами осуществляется автома­ тически регулятором уровня воды в конденсаторе.

204

Растворимость газов в воде зависит от ее температуры и с повы­ шением последней уменьшается. При температуре насыщения рас­ творимость равна нулю. Это свойство используется для деаэрации

поглощает из воздуха, находящегося в конденсаторе, некоторое коли­ чество газов. Растворенные газы имеются также в воде, поступающей в конденсатор из уравнительной цистерны.

Одной из функций конденсатора по обеспечению необходимого качества питательной воды является предотвращение чрезмерного насыщения конденсата кислородом воздуха и деаэрация воды, по­ ступающей дополнительно из уравнительной цистерны.

С этой целью конденсаторы выполняют регенеративного типа, уровень воды в конденсаторе поддерживается постоянным, а допол­ нительно поступающая в конденсатор вода разбрызгивается и по­ догревается паром. Рассмотренная схема может обеспечить кислородосодержание 0,1—0,2 мг/л.

При средних и высоких начальных параметрах пара обеспече­ ние необходимого качества питательной воды достигается примене­ нием закрытой системы питания с дополнительной деаэрацией воды в деаэраторе.

Принципиальная схема такой системы представлена на рис. 138, б. Деаэратор является одновременно и подогревателем питательной воды. Греющий пар отдает тепло конденсации питательной воде и, конденсируясь, смешивается с нею. Деаэратор снабжен предельными регуляторами верхнего и нижнего уровня. При срабатывании регу­ лятора верхнего уровня избыток воды из деаэратора сливается в уравнительную цистерну. При срабатывании регулятора нижнего уровня пополнение деаэратора из уравнительной цистерны осуще­

деаэратор нельз^ расположить на достаточной высоте, обеспечиваю­

тельной системы ПТУ. Для повышения надежности и живучести установки в системе предусматривается ряд мер: резервирование ходовых питательных насосов (один обеспечивает питание обоих парогенераторов, второй — резервный), резервирование конденсатных насосов главного конденсатора, байпасирование (обвод) по­ догревателей питательной воды, возможность управления питанием парогенераторов вручную в обвод автоматического регулятора пи­ тания, подача воды непосредственно в коллектор парогенератора помимо экономайзера.

Параметры и характеристики механизмов и аппаратов кондён- сатно-питательных систем. Производительность конденсатного насоса

205

определяется количеством конденсата, образующегося в конденса­ торе, и суммой всех дополнительных поступлений воды в него.

При резервировании конденсатных насосов каждый из них дол­ жен обеспечивать полную откачку конденсата на всех режимах ра­ боты установки.

Рис. 139. Развернутая схема конденсатно-питательной системы ПТУ .

/ — уравнительные насосы; 2 — уравнительная цистерна; 3 — конденсатные насосы вспо­ могательных конденсаторов; 4 — вспомогательные конденсаторы; 5 — эжекторы вспомога­ тельных конденсаторов; 6 — конденсатор пара, отсасываемого из уплотнений ГТЗА; 7 — по­ догреватель низкого давления; 8 — конденсатор выпара деаэратора; Р — деаэратор; 10 — конденсатор испарительной установки; 11 — регулятор питания парогенератора; 12 — паро­ генераторы; 13 — подогреватель высокого давления; 14 — стояночный питательный насос; 15 — ходовые Питательные насосы; 16 —конденсатные насосы главного конденсатора; 17 — регулятор уровня главного конденсатора; 18 — главный конденсатор; 19 — эжектор главного

конденсатора.

где №к °°н — производительность при 100%-ной нагрузке установки; kw — коэффициент запаса производительности (kw =

=1,4-1,75).

Производительность при 100%-ной нагрузке установки опреде­ ляется из расчета тепловой схемы. Ориентировочно в установках

206

Полное давление, развиваемое конденсатным насосом, должно быть достаточным для преодоления разности давлений, обусловлен­ ной давлениями над свободными уровнями в емкостях, куда подается вода и откуда принимается, и различием высот уровней в этих емкостях, а также гидравлическими сопротивлениями всех элемен­

мощности, соответствующей спецификационным параметрам с за­ пасом 10—15%.

всасывания насоса, так как во всасывающей полости, где имеет место наибольшее разрежение, давление может стать равным или ниже давления насыщения. При этом происходит самоиспарение воды и возникает кавитация, приводящая к срыву работы насоса и интен­ сивному износу его рабочих органов. Для обеспечения устойчивой и надежной работы конденсатного насоса его располагают как можно ниже по отношению к уровню воды в конденсаторе, а приемные устройства выполняют с минимальными гидравлическими сопро­ тивлениями.

В качестве конденсатных насосов применяют центробежные на­ сосы. Число ступеней невелико (одна-две) и определяется полным давлением, которое должен развивать насос. Частота вращения обычно лежит в диапазоне 1000—2500 об/мин.

207

Производительность питательного насоса на данном режиме

полного давления питательного насоса при приеме им воды из деаэра­

где р к и р д — давление в парогенераторе и деаэраторе. Спецификационное полное давление питательного насоса обычно

принимают на 20% выше максимального давления в парогенераторе, на которое регулируются предохранительные клапаны, т. е.

Дрп. н ^ 1,2рк max-

Спецификационная мощность двигателя питательного насоса

Питательные насосы выполняют центробежными многоступен­ чатыми и рассчитывают на сравнительно высокие частоты враще­

ния (6000—12 000 об/мин).

Питательный насос в случае приема воды из деаэратора рабо­ тает, как и конденсатный насос, в неблагоприятных условиях, так как вода в деаэраторе нагревается до температуры насыщения. Для бескавитационной работы питательного насоса необходимо располагать деаэратор на 10—12 м выше по отношению к питатель­ ному насосу.

На транспортных судах обычно такое расположение деаэратора не вызывает особых затруднений и вполне выполнимо. В корабель­ ных установках, где высота помещений не позволяет расположить деаэратор достаточно высоко, для создания подпора питательному насосу применяют, как отмечалось выше, бустерный насос.

208

изводительность питательного насоса. Бустерные насосы выполняют центробежными с одной-двумя ступенями и умеренными скоростями вращения. Бустерный насос может агрегатироваться и иметь общий привод с конденсатным или питательным насосами.

Основными характеристиками деаэратора являются производи­ тельность по деаэрируемой воде и давление в деаэраторе.

В зависимости от давления в рабочих полостях различают деаэра­ торы вакуумные, атмосферного типа и повышенного давления.

Вдеаэраторах атмосферного типа давление составляет 108—118 кН/м2 ,

вдеаэраторах повышенного давления — до 400—500 кН/м2 . Давление в проточной части турбины в месте отбора греющего

пара должно быть несколько выше давления в деаэраторе для под­ держания стабильного режима работы деаэратора. Подогреватели питательной воды, в которых не предусматривается ее деаэрация, выполняют исключительно поверхностного типа.

Конструктивной характеристикой подогревателя питательной воды служит поверхность нагрева. Характеристиками режима ра­ боты подогревателя являются расход подогреваемой воды, давление

ляется его физико-химическими свойствами, влияющими на эксплуа­ тационные качества двигателей (в дизельных установках и ГТУ) и парогенераторов, а также на условия погрузки, хранения, пере­ качки и очистки его от воды и твердых примесей. К физико-хими­

14 Т. Е. Эпрдьмар