Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
НАСОСЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ / Nasosy_i_tjagodutevye_mashiny_TJeS.pdf
Скачиваний:
47
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
1.26 Mб
Скачать

потоку в лопастной машине, переходит в необратимые потери. Потеря мощности при таком регулировании равна

Hд = ρg Hд Q'a/ηд.

(5.1)

Коэффициент полезного действия зарегулированной установки обычно всегда ниже величины КПД на номинальном режиме:

ηр = ηд (H'a - Hд)/ H'a.

(5.2)

Дроссельное регулирование применяется в основном для маломощных машин и при малой глубине регулирования.

В некоторых случаях для регулирования подачи насосов применяется способ перепуска жидкости. При таком способе регулирования снижение подачи достигается перепуском из напорной линии во всасывающую линию какой-то части прокачиваемой лопастной машиной среды ( рис. 5.2).

При открытии байпасного клапана на обводной линии характеристика сети изменяется, так как при этом снижается коэффициент сопротивления k'' < k, однако действительная подача насоса становится меньше на величину перетока Qп = Q"a - Q'a. Одновременно произойдет снижение развиваемого напора.

Рис. 5.2. Регулирование работы насоса перепуском среды

Этот способ регулирования не получил широкого распространения, так как экономический выигрыш достигается только в случае, когда мощностная функция N = f(Q) насоса в зоне регулирования подачи позволяет добиться существенного снижения потребления энергии на

привод насоса ( то есть N"a < Na), что встречается достаточно редко. Кроме того, при регулировании перепуском усложняется гидравлическая система, увеличивается количество арматуры и габаритные размеры насосных установок. При повышении глубины регулирования применение байпасирования на обычных насосах с восходящей функцией N = f(Q) может привести к перегрузке электропривода.

Иногда для снижения подачи жидкости применяют способ впуска воздуха или газа во всасывающий патрубок насоса. Хотя этот способ более экономичен, чем регулирование запорной задвижкой, в энергетике он находит применение только для специальных установок, обеспечивающих обработку поверхностей нагрева котлов или трубопроводов в пусковой или ремонтный периоды, а также при декарбонизации воды в установках водоподготовки. Такое регулирование может способствовать появлению недопустимых кавитационных процессов в проточной части насосов ТЭС.

5.3. Регулирование подачи и напора изменением характеристики лопастной машины

Любые изменения характеристики зарегулированного тракта, в котором работает насос или тягодутьевая машина, вызывает значительные дополнительные затраты энергии. Способы регулирования подачи, связанные с изменением характеристики самой лопастной машины более экономичны, однако обычно требуют существенного усложнения конструкции самого агрегата или его привода.

Способом регулирования, обладающим наиболее высокими экономическими показателями, является регулирование изменением числа оборотов рабочего колеса машины. Технически это может быть реализовано, во-первых, при использовании привода с регулируемой частотой вращения или, во-вторых, при установке между лопастной машиной и двигателем вариатора частоты вращения (например, гидравлической или электромагнитной муфты, которые, однако, находят ограниченное применение, поскольку они весьма ненадежны, сложны в изготовлении и существенно усложняют эксплуатацию насосов и тягодутьевых машин на ТЭС).

Для привода мощных питательных насосов на электростанциях могут использоваться специальные турбины малой мощности, допускающие экономичное изменение числа оборотов в широком диапазоне нагрузок.

Наиболее распространенные отечественные асинхронные электродвигатели, используемые для привода агрегатов ТЭС, имеют обычно две скорости вращения, при этом их КПД недостаточно высок, а процесс изменения числа оборотов носит ступенчатый характер.

Используя формулы пересчета показателей лопастных машин ( таблица 3.1.), можно записать

N/N' = (n/n')3 ; H/H' = (n/n') 2 ; Q/Q' = n/n'.

Очевидно, что, изменяя скорость вращения n, можно регулировать подачу и напор лопастной машины как на снижение, так и на увеличение (рис. 5.3). Число оборотов рабочего колеса выбирается таким, чтобы функция H = f(Q) прошла через рабочую точку при повышенном расходе

Q' ( n'> n) или пониженном Q" (n"< n).

Рис. 5.3. Регулирование лопастной машины изменением частоты вращения

Отличительной особенностью такого регулирования является то, что этот метод не приводит к дополнительным потерям энергии в тракте, так как в любых режимах напор лопастной машины и характеристика сети согласованы между собой. Этот метод можно применять для любого типа лопастных машин. Коэффициент полезного действия агрегата при регулировании частоты вращения практически не изменяется и соответствует своему значению при номинальной производительности, которое в большинстве случаев является максимальным для данной машины.

Основные потери энергии возникают при изменении частоты вращения вала не в лопастных машинах, а в приводных устройствах. В

частности, КПД гидромуфты зависит от уровня понижения частоты вращения вала n

ηг' = ηг n/(n - n) ,

(5.3)

где ηг - КПД гидромуфты при номинальной частоте вращения n .

Регулирование поворотным направляющим аппаратом,

установленным на входе в рабочее колесо, основано на изменении характеристики лопастной машины H = f(Q), которая должна пройти в регулировочном режиме через расчетную точку.

Используем для анализа процесса регулирования уравнение Эйлера

Hт = (U2 C2U - U1 C1U )/g,

если увеличивать составляющую U1C1U в этом уравнении, то развиваемое давление и мощность, потребляемая машиной, должны уменьшатся. Таким образом, энергия, передаваемая потоку жидкости или газа в лопастной машине, существенно зависит от условий входа потока в рабочее колесо. Закручивание потока в специальном направляющем аппарате, установленном перед рабочим колесом, может существенно изменять характеристику лопастной машины.

Поворотные направляющие аппараты могут выполнятся в двух

основных

конструктивно различных вариантах: осевом и радиальном

( рис. 5.4

и 5.5).

Осевой направляющий аппарат (ОНА), изображенный на рис. 5.5,

состоит из лопаток с осями поворота, при этом лопатки поворачиваются все одновременно при помощи специального перестановочного кольца. При их полном закрытии Q = 0. Изменяя далее положение лопаток, можно получить необходимый вид напорной функции H = f (Q). При полном открытии направляющего аппарата поток будет двигаться радиально, а в промежуточных положениях в рабочей решетке лопастной машины создается вихрь, закрученный в направлении вращения колеса.

Конструкция осевого направляющего аппарата используется в основном при осевом подводе потока к рабочему колесу лопастной машины (например у дутьевых вентиляторов типа ВД). На ТЭС применяются два основных типа осевых направляющих аппаратов для регулирования тягодутьевых машин. Аппараты типа ОНА имеют наиболее сложную конструкцию и высокие экономические показатели, поэтому предусмотрены в самой схеме машины. Аппараты типа УНА (упрощенные) встраиваются в подводящий трубопровод, имеют более простую конструкцию и используются для регулирования машин малой и средней производительности.

Радиальные направляющие аппараты (РНА) могут работать только при радиальном подводе потока к центробежной машине. Закрутка потока в таком направляющем аппарате обеспечивается поворотом лопаток в круговой цилиндрической решетке. Из-за сложности подключения машин с РНА к тракту, они не находят широкого применения для регулирования мощных ТДМ, применяемых на ТЭС.

Рассмотрим график регулирования лопастной машины направляющим аппаратом (рис.5.6). При повороте лопастей направляющего аппарата изменяются параметры лопастной машины (кривые напора Н1, H2, H3 и потребляемой мощности N1, N2, N3). Соответственно на пересечении напорных функций с характеристикой сети получаем три режимные рабочие точки А1, A2, A3. Таким образом, имеется зона регулирования подачи, а соединив точки B1, B2, B3 на кривых N = f(Q), можно получить линию изменения мощности машины в процессе регулирования направляющим аппаратом.

Регулирование направляющим аппаратом широко применяется на тепловых электростанциях в силу своей простоты, надежности, безопасности и возможности автоматизации процесса управления. Для повышения эффективности регулирования направляющие аппараты следует располагать в непосредственной близости от входа в рабочее колесо. Диапазон регулирования с помощью этих устройств обычно не превышает 30% от номинальной подачи, поэтому этот способ применяют обычно совместно с дроссельным регулированием или другими способами регулирования.

Установка направляющих аппаратов несколько снижает общий КПД лопастной машины (на 2 - 3%), так как понижение напора Нн при регулировании зависит от КПД направляющего аппарата

ηн = (Nд - Nн)/(Nд - N) ;

(5.4)

Hp = H - Hн ηн ,

(5.5)

где Nд, Nн, N - мощности, потребляемые лопастной машиной при дроссельном регулировании, использовании направляющего аппарата и при "идеальном" регулировании без потерь.

Характеристика тягодутьевой машины может изменятся за счет увеличения или уменьшения ширины рабочего колеса. Регулирование

изменением ширины рабочего колеса применяется в основном на машинах высокой производительности (дымососы, дутьевые вентиляторы).

Подача лопастной машины зависит от ее геометрических размеров Q = π b2D2C2R, если уменьшить ширину рабочего колеса на выходе (b2), то

можно обеспечить эффективное регулирование подачи. Такое регулирование осуществляется только для радиальных тягодутьевых машин с загнутыми назад лопастями и может производится на ходу путем перемещения промежуточного передвижного диска, установленного в рассечку между двумя неподвижными дисками рабочего колеса (рис. 5.7).

Рис. 5.6. График регулирования направляющим аппаратом на входе в лопастную машину:

θ - угол поворота лопастей направляющего аппарата

При таком регулировании подачи можно понизить величину относительной скорости потока W2, что деформирует треугольник скоростей и обеспечивает снижение скоростей C2 и С2U, определяющих уровень развиваемого установкой напора (рис. 5.8). Таким образом, при уменьшении ширины рабочего колеса достигается также определенное понижение напора ТДМ. Регулирование изменением ширины колеса экономично и может быть автоматизировано. Однако, в силу конструктивной сложности изготовления таких агрегатов, этот способ применяется только для ТДМ очень высокой производительности.

При элеронном регулировании изменение характеристики вентилятора или дымососа достигается путем изменения угла выхода потока β2 при повороте закрылков ( элеронов), закрепленных на концах рабочих лопастей. Известно, что напор зависит от этого угла в соответствии с формулой

Hт = ( U2 2 - U2 ctg β2 )/g,

а подача пропорциональна скорости C2R (Qт = π b2D2C2R ), которая также изменяется при повороте элеронов ( рис. 5.9).

Эффективность такого регулирования во многом зависит от конструктивного оформления механизма поворота элеронов. На опытных образцах ТДМ, оснащенных элеронными регулирующими устройствами, применяется тросовый приводной механизм.

Элеронное регулирование позволяет понизить потери, возникающие при снижении подачи на 25 - 30%. Рассматриваемый способ регулирования является перспективным и находится в стадии разработки, однако он может найти применение на мощных лопастных машинах, применяемых на ТЭС в качестве дымососов и дутьевых вентиляторов.

5.4. Особенности регулирования осевых лопастных машин

По заводскому исполнению осевые лопастные машины делятся на два основных вида: агрегаты с жестко закрепленными лопастями и поворотно - лопастные. При конструкции рабочего колеса осевого агрегата с жестко закрепленными лопастями регулирование осуществляется за счет использования направляющего аппарата, изменением числа оборотов или дросселированием. Осевые лопастные машины имеют в основном благоприятные регулировочные свойства при использовании направляющих аппаратов даже простой конструкции ( рис 5.10, 5.12)

Рис. 5.13. Регулирование работы осевой лопастной машины изменением угла установки лопастей:

1,2,3 - характеристики осевой машины при перемене положения лопастей;

θ - угол поворота лопастей

Если осевой насос или ТДМ выполнены с встроенным электромеханическим приводом для разворота лопастей рабочего колеса, то регулирование осуществляется одновременным поворотом всех лопастей на необходимый угол. При повороте лопастей изменяется вид характеристики лопастной машины и, следовательно, режим ее работы

(рис 5.11, 5.13).

Изменение угла закрутки потока в осевых лопастных машинах имеет диапазон от -20 до 50 градусов, при этом КПД установок меняется несущественно и гидравлические(или аэродинамические) потери в проточной части практически не возрастают.

Способ регулирования поворотом лопастей близок по экономичности к регулированию изменением числа оборотов привода лопастной машины. Однако его целесообразно использовать только на мощных осевых циркуляционных насосах или дымососах, так как конструкция агрегатов с поворотными лопастями сложна и менее надежна при эксплуатации в связи с наличием дополнительных приводных устройств, обеспечивающих разворот лопастей.

Осевые поворотно-лопастные насосы применяются на ТЭС в качестве циркуляционных насосов в системах охлаждения конденсаторов турбин, а на АЭС как главные циркуляционные насосы в контуре охлаждения реактора. Осевые дымососы применяются на блочных электростанциях большой мощности.

5.5.Оценка способов регулирования лопастных машин

Вбольшинстве случаев невозможно произвести сопоставление различных способов регулирования по важнейшим эксплуатационным признакам, поскольку результаты использования того или иного способа зависят от вида характеристики тракта и показателей данной лопастной машины, которые практически всегда индивидуальны. При выборе способа

регулирования необходимо учитывать стоимость и сложность изготовления регулирующих устройств, надежность и экономичность их эксплуатации, а также вид годового графика загрузки Q = f (τ), который позволяет рассчитать коэффициент загрузки насоса или тягодутьевой машины:

Кз = Nср/Nmax,

(5.5)

где Nср - среднеинтегральная потребляемая мощность за время кампании

τк

 

Nср = 0 N(τ ) dτ /τк .

(5.6)

Чем выше величина Кз, тем эффективнее используется оборудование на ТЭС и меньше непроизводительные потери, возникающие при регулировании лопастных машин.

Область регулирования подачи насосов и ТДМ лежит обычно в пределах 70 - 85% от максимальной производительности для ТЭС, несущих базовую нагрузку и 60 - 85% для конденсационных электростанций и полуманевренных ТЭЦ. Следовательно, большую часть времени лопастные машины на электростанциях работают на пониженных нагрузках.

При этом эксплуатационный КПД лопастных машин существенно ниже оптимального значения, соответствующего номинальному (или близкому ему) режиму, так как он учитывает влияние регулирующих устройств (рис. 5.14):

ηэ = ηр η ,

где η р - КПД органов регулирования. КПД регулировочных устройств можно определить, зная кривую сброса мощности (рис. 5.15).

Зная изменение мощности лопастной машины при “идеальном“ регулировании Nид = Nисх (Q/Qисх), можно рассчитать величину КПД процесса регулирования:

ηр = Nид/Nр,

(5.7)

где Nр - текущее значение мощности привода зарегулированной машины. Если известен эксплуатационный КПД лопастной машины ηэ, можно также определить дополнительные потери, возникающие в процессе регулирования:

Nр = Nисх (1/ ηэ - 1) (Q/Qисх)3.

(5.8)

Экономичность работы насосов и тягодутьевых машин на ТЭС в регулировочном режиме зависит от глубины регулирования и начального положения рабочей точки лопастной машины. При этом следует учитывать приспособляемость агрегата к данному гидравлическому или газовоздушному тракту, которая характеризуется максимально возможным КПД машины. Приспособляемость считается высокой, если КПД насоса или ТДМ не опускается ниже 72%.

Экономичность способа регулирования в производственных условиях оценивается по кривым сброса мощности N/Nисх, построенным в зависимости от глубины регулирования Q/Qисх по опытным данным или результатам теоретических расчетов. Чем круче падает мощность по мере снижения нагрузки при работе на данную сеть, тем лучше регулировочные свойства машины в комбинации с данными регулирующими устройствами

(рис. 5.15).

В настоящее время принято считать, что наиболее экономичным является регулирование числом оборотов привода, а наименее выгодным с точки зрения снижения потерь - дроссельное регулирование, основанное на использовании наиболее простой и распространенной аппаратуры (задвижек, клапанов, шиберов и т.д.).

ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НАСОСОВ И ТЯГОДУТЬЕВЫХ МАШИН

6.1. Условия эксплуатации лопастных машин на ТЭС

Насосы и тягодутьевые машины, применяемые на тепловых электростанциях, могут работать в различных условиях и при значительных изменениях режимных параметров. При этом режим работы каждой установки напрямую зависит от работы основного оборудования станции.

Питательные насосы Из всех элементов вспомогательного оборудования питательные

насосы являются наиболее сложными и ответственными агрегатами. У крупных энергоблоков ТЭС питательный агрегат по своему месту и назначению может быть отнесен к основному тепломеханическому оборудованию. Для установок единичной мощностью до 200 МВт включительно в качестве привода к питательным насосам применяются асинхронные электродвигатели.

Все питательные насосы должны иметь на напорной линии обратный клапан и устройство для рециркуляции воды при малых подачах насоса. Линия рециркуляции необходима для предотвращения «запаривания» насоса. Пропускная способность линии и клапана рециркуляции должна составлять около 25-30% номинальной производительности насоса. Все современные питательные агрегаты на ТЭС имеют систему принудительной смазки, работа которой обеспечивает смазку подшипников, зубчатых муфт, редукторов и наполнение гидромуфт (при их наличии). В системе смазки насоса и электродвигателя используют турбинное масло марки 22. Для охлаждения узлов насосного агрегата подводится вода технического водопровода и холодный конденсат.

Современные питательные агрегаты имеют весьма развитую систему защиты, блокировки, сигнализации и контроля. Основные виды защит ПЭН приведены в таблице 6.1.

Насосы могут также отключатся защитами электродвигателя: а) максимальной токовой, действующей при перегрузке

электродвигателя;

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке НАСОСЫ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ