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

Т1ПГ — к. п. д. парогенератора.

Из выражения (23) можно найти соотношение между расходом

Парогенератор состоит из коллекторов: верхнего пароводяного 3 и нижнего U-образного в горизонтальной плоскости испарительного 2. Оба коллектора соединены системой труб: подъемных 4 и опускных 5.

Пар

Питательная

t

К реактору

J

Из реактора 5

Рис. 25. Конструктивная схема горизонтального парогенератора АПТУ.

В испарительном коллекторе размещены U-образные трубки, закреп­ ленные в трубных досках 1.

Пароводяная смесь, образующаяся в испарительном коллекторе вследствие теплообмена между водой и теплоносителем, протека-

ющим внутри трубок, по подъемным трубам поднимается в парово­ дяной коллектор, а на смену ей по опускным трубам опускается вода. В пароводяном коллекторе расположены развитые сепарационные устройства для обеспечения возможно меньшей влажности пара, направляемого

втурбину.

Вописанной конструкции теплообменные элементы расположены горизонталь­ но, поэтому такие парогенераторы отно­ сятся к горизонтальным.

Конструктивная схема вертикального парогенератора с естественной циркуля­ цией приведена на рис. 26. В корпусе 3, имеющем форму цилиндра, установлены U-образные нагревательные трубки 2, за­ крепленные в специальных раздаточных коллекторах / . Нагревательные трубки заключены в цилиндрический кожух 6, имеющий в нижней части прорези.

Теплоноситель движется внутри на­ гревательных трубок. Питательная вода вводится в парогенератор по трубе 5, проходит вниз по кольцевому зазору между кожухом и корпусом и через про­ рези попадает в нижнюю часть трубного пучка. В межтрубном пространстве вода нагревается и испаряется. Образовавшиеся пузырьки пара поднимаются вверх. Соби­ рающийся в верхней части пар через сепарационные устройства 4 отводится из парогенератора.

В описанных парогенераторах тепло­ носитель движется внутри нагреватель­ ных^ труб, а вода и пароводяная смесь омывают их снаружи. Такие схемы ха­

рактерны для атомных установок, в которых в качестве теплоноси­ теля используется вода', расплавленные металлы. Если теплоносите­ лем является газ, то более целесообразна обращенная схема: внутри труб — рабочее тело, снаружи — теплоноситель. Это объ­ ясняется значительно большими объемными расходами газового теплоносителя.

В последнее время намечается применение в двухконтурных АПТУ паропроизводящих установок блочного типа. В таких уста­ новках атомная зона реактора и парогенератор размещаются в общем корпусе.

Блочные паропроизводящие установки компактны, позволяют упростить схему первичного контура и уменьшить его гидрав­ лические сопротивления. Существенно снижаются габариты и масса биологической защиты. При этом, однако, увеличиваются размеры

52

прочного корпуса, что может в большей степени ограничить Давле­ ние и температуру теплоносителя, а следовательно, и параметры производимого пара.

§ 8

Паровые турбины

Принцип действия и схема устройства турбины.

Паровая турбина представляет собой ротативный двигатель, пред­ назначенный для выработки механической энергии. В турбине происходит двойное превращение энергии: сначала потенциальная

6) А-А

Рис. 27. Схема простейшей паровой турбины.

энергия пара превращается в кинетическую энергию потока рабочего тела, а затем кинетическая энергия потока превращается в меха­ ническую энергию вращающегося ротора. Двойное превращение энергии позволяет осуществить в турбине непрерывный рабочий процесс.

На рис. 27, а изображена схема простейшей паровой турбины. Основными элементами турбины являются сопла 4 (направляющий аппарат), укрепленные в неподвижном корпусе 5, и рабочие ло­ патки 6, набранные на ободе диска 7 и образующие рабочий венец. Диск насажен на вал 9 или выполнен заодно с ним. Опорный 10 и опорно-упорный 2 подшипники фиксируют положение ротора относительно корпуса. Подшипники размещены в стульях / и / / , связанных с корпусом и опирающихся на фундамент. Внутренние полости турбины изолируются от окружающей среды с помощью уплотнений 3 и 8.

Направляющий аппарат и венец рабочих лопаток образуют сту­ пень турбины. Рассматриваемая турбина является одноступенчатой.

53

/

На развертке цилиндрического сечения А—А по среднему диа^ метру облопатывания ступени (рис. 27, б) показаны решетки про­ филей сопловых и рабочих лопаток. На этом же рисунке приведены

Сложное движение пара в каналах рабочего венца можно рас­ сматривать как результат сложения двух простых движений: отно­ сительного — по отношению к стенкам каналов — со скоростью w

для возникновения реактивного действия потока, является расши­ рение пара в каналах рабочего венца.

Если расширение рабочего тела в направляющем аппарате и рабочих каналах происходит примерно в одинаковой мере \ ступень называется реактивной. Если в основном расширение про­ исходит в направляющем аппарате и лишь в небольшой мере в ра­ бочих каналах, ступень называется активной с реакцией.

Графики изменения давления и скоростей в реактивной ступени показаны на рис. 28.

1 Количественные характеристики будут приведены ниже.

54

В активной ступени относительная скорость потока в рабочих каналах изменяется незначительно, поэтому ширина каналов должна оставаться примерно постоянной. Это обеспечивается выполнением

В реактивных ступенях, в которых происходит значительное

с ясно выраженной асимметрией и углами выхода, значительно

а I

Рис. 29. Типовые треугольники скоростей активной и реактив­ ной ступеней.

Треугольники скоростей турбинной ступени обычно строят, совмещая их вершины в одной точке. На рис. 29 изображены типо­ вые треугольники скоростей активной (а) и реактивной (б) ступеней и даны характерные для них соотношения скоростей и углов.

Активные многовенечные ступени. Пар, покидая ступень, имеет абсолютную скорость течения с 2 (рис. 29) и, следовательно, обла­ дает некоторой кинетической энергией. Эта энергия в данной сту­ пени не используется и является для нее потерей.

близко к осевому (сс2 я » 90°). Этому случаю соответствует некоторое, зависящее от типа ступени, оптимальное отношение u/clt называе­ мое безразмерной характеристикой ступени. При этом оптимальное отношение и/с1 для активной ступени ниже, чем для реактивной.

При большой разности давлений на ступень, когда скорость выхода рабочего тела из направляющего аппарата велика из-за ограничения окружной скорости прочностными свойствами материа-

55

лов вращающихся деталей, безразмерная характеристика может оказаться значительно ниже оптимальной. Вследствие большой абсолютной скорости выхода пара сг экономичность такой ступени получается низкой.

Степень использования располагаемой энергии в этом случае можно повысить, если часть выходной энергии использовать допол­ нительно еще в одном рабочем венце, установленном за первым.

Аналогичным образом может быть построена трехвенечная активная ступень или турбина с тремя ступенями скорости. Более трех ступеней скорости на одном колесе обычно не применяют.

В активных многовенечных ступенях допускается некоторая реактивность, т. е. дополнительное расширение пара в рабочих и промежуточных направляющих венцах. Так как в промежуточных направляющих венцах расширение пара незначительно или отсут­ ствует вообще, то профили лопаток этих венцов подобны профилям рабочих лопаток.

Многоступенчатые турбины со ступенями давления. Эффективное использование больших разностей давления достигается примене­ нием многоступенчатых турбин со ступенями давления. В таких турбинах вся разность давлений разбивается на несколько частей,

56

каждая из которых срабатывается в отдельной ступени. Турбина представляет собой ряд расположенных одна за другой ступеней, последовательно проходимых рабочим телом. В пределах каждо'й. из ступеней рабочий процесс может быть организован по одному из рассмотренных выше принципов.

В общем случае многоступенчатая турбина состоит из ступеней,

давления и скоростей в многоступенчатой турбине со ступенями

Вспомогательные паровые турбины выполняются в виде одной двухили трехвенечной ступени или в сочетании одной двухвенеч­ ной ступени и нескольких (2—6) одновенечных.

Течение пара в каналах турбинных решеток. В паровых турбинах относительное количество тепла, отдаваемого паром через стенки корпуса и теплоизоляцию в окружающую среду, а также отводи­ мого через вал теплопроводностью, невелико, и им можно пренебречь. С учетом этого, рассматривая течение пара в каналах турбинных решеток как теплоизолированное одномерное течение, исходное дифференциальное уравнение энергии потока можно записать в виде

57

Точка 0* определяет состояние заторможенного потока перед направляющим аппаратом, т. е. состояние при полном изоэнтропийном торможении скорости с0. При этом

л

"о

2000'

При реальном течении вследствие потерь в решетке процесс становится необратимым и сопровождается ростом энтропии рабочего тела. Действительная скорость истечения с х меньше теоретической clt и связана с нею зависимостью

где ф — скоростной коэффициент направляющей решетки.

58

в абсолютной системе координат должно быть взято в полном виде

59