close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Слесаренко В.В. - Насосы и тягодутьевые машины тепловых электростанций (2002).pdf

код для вставкиСкачать
Министерство образования Российской Федерации
Дальневосточный государственный технический университет
им. В.В. Куйбышева
НАСОСЫ И ТЯГОДУТЬЕВЫЕ МАШИНЫ
ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Учебное пособие
Владивосток 2002
УДК 621.184.85
С47
Слесаренко В.В. Насосы и тягодутьевые машины тепловых
электростанций: Учебное пособие. – Владивосток: Издательство ДВГТУ,
2002. с.
Учебное пособие предназначено для студентов дневного и заочного
обучения специальностей «Тепловые электрические станции» и
« Промышленная теплоэнергетика». В работе представлены материалы по
теории лопастных машин, применяемых на ТЭС, описаны условия работы
и особенности эксплуатации оборудования, рассмотрены вопросы
регулирования и работы насосов и тягодутьевых машин на переменных
режимах.
Рецензенты: В.Н. Савченко, доктор физ.- мат. наук, профессор;
Е.Ю. Дорогов, канд. тех. наук.
Печатается с оригинал-макета, подготовленного автором.
Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим
центром в качестве учебного пособия для студентов специальностей
100500 «Тепловые электрические станции» и 100700 «Промышленная
теплоэнергетика» вузов региона.
ISBN
С Издательство ДВГТУ, 2002
С Слесаренко В.В.
ВВЕДЕНИЕ
Надежность и технико-экономическая эффективность работы
тепловых электростанций и теплоснабжающих систем в значительной
степени определяется эффективностью использования насосов и
тягодутьевых машин, являющихся самыми распространенными агрегатами
на энергетических предприятиях. Кроме требований по надежности и
экономичности, возможности работы на переменных режимах к ним
предъявляются
специфические требования, связанные с длительной
эксплуатационной компанией, работой с агрессивными средами при
высокой температуре и давлении различных теплоносителей.
Насосы и тягодутьевые машины являются неотъемлемой частью
технологической схемы тепловой электростанции или отопительнопромышленной котельной. Без них невозможна работа котельных
установок, паровых и газовых турбин, теплообменного оборудования,
централизованных систем теплоснабжения, то есть всех тех
энергетических систем, которые обеспечивают жизнь и деятельность
человека.
Учебное пособие написано в соответствии с новыми программами
курсов
«Тепломеханическое
и
вспомогательное
оборудование
электростанций» и «Тепловые двигатели и нагнетатели». Изложенные в
разделах учебного пособия основные теоретические и практические
сведения
дают
возможность
студентам
теплоэнергетических
специальностей ВУЗов получить знания, необходимые для технически
грамотной эксплуатации насосов и тягодутьевых машин на энергетических
предприятиях. В пособии приведены также сведения, которые можно
использовать
при
проектировании
нового
и
реконструкции
существующего тепломеханического оборудования.
Основное внимание в учебном пособии уделено особенностям работы
наиболее важных видов насосов, эксплуатируемых на тепловых
электростанциях, а также агрегатов, используемых в газо-воздушном
тракте котельных установок – дутьевых, мельничных вентиляторов и
дымососов. Кроме основных положений, описывающих теорию лопастных
машин, в пособии рассматриваются важнейшие вопросы регулирования,
эксплуатации и обеспечения надежности и экономичности работы
тепломеханического оборудования на переменных режимах.
Настоящее учебное пособие может быть использовано при
повышении квалификации специалистов в области теплоэнергетики.
Определенный интерес к пособию могут проявить работники различных
предприятий, занимающиеся эксплуатацией насосного, компрессорного и
вентиляционного оборудования.
ГЛАВА 1. НАЗНАЧЕНИЕ НАСОСОВ И ТЯГОДУТЬЕВЫХ МАШИН,
ИХ МЕСТО В ТЕПЛОВОЙ СХЕМЕ ТЭС
1.1. Назначение насосов и тягодутьевых машин
Нагнетатели различного назначения (насосы, дымосос, дутьевые и
мельничные вентиляторы) являются важнейшим энергетическим
оборудованием, устанавливаемым на тепловых электростанциях.
По принципу действия все машины, предназначенные для
перемещения жидкостей и газов, подразделяются на две группы:
а) объемные (поршневые, ротационные и другие агрегаты);
б) динамические (лопастные машины, струйные и вихревые машины,
машины трения и инерции).
Поршневые нагнетатели, а также родственные им установки имеют
следующие особенности работы:
- возвратно-поступательное движение рабочего органа с трением о
стенки цилиндра;
- принудительное выталкивание (подача) рабочего тела (за счет чего
достигается высокое давление среды на выходе);
- относительно невысокая прерывистая подача среды.
Лопастные машины делятся на осевые и центробежные и имеют
следующие особенности:
- движение рабочего органа вращательное практически без трения;
- энергия сообщается среде за счет изменения момента количества
движения под воздействием лопастей (значительных давлений при этом
не достигается);
- подача среды непрерывная и равномерная, по величине
практически не ограничена.
Таким образом, поршневые машины применяются в случае
необходимости создания большого напора при малом расходе среды, а
лопастные обычно обеспечивают высокий расход при различных
давлениях.
Машины ротационного типа сочетают некоторые особенности
поршневых и лопастных машин и имеют следующие особенности:
- движение рабочего органа вращательное с трением пластин о
поверхность полости агрегата;
- выталкивание среды принудительное;
- подача среды непрерывная, но неравномерная.
Вихревые, струйные машины и машины трения (шнековые,
лабиринтные, червячные, эжекторные, аэролифты и т.д.) обеспечивают
перемещение среды за счет действия сил трения и инерции.
Насосы и тягодутьевые машины, применяемые на ТЭС, разделяют по
назначению, характеру работы, конструкции, виду и параметрам
перекачиваемой среды и относят в большинстве случаев к центробежным
или осевым лопастным машинам.
На рис 1.1. представлена принципиальная тепловая схема ТЭЦ с
основными насосами и тягодутьевыми машинами. Питательная вода
подается в котельный агрегат питательным насосом (ПН). Из
парогенератора пар поступает в теплофикационную турбину, откуда часть
идет в сетевой подогреватель и подогреватели питательной воды, а
остальная часть пара попадает в конденсатор. Специальный сетевой насос
(СН) подает воду через сетевой подогреватель потребителям для целей
отопления и горячего водоснабжения. Охлаждение пара в конденсаторе
осуществляется циркуляционной водой, подаваемой циркуляционным
насосом (ЦН). Конденсат из конденсатора и сетевого подогревателя
отводится конденсатными насосами (КН) в деаэратор. В деаэратор
специальными насосами (НХВ) полается химически очищенная вода,
прошедшая обработку в системе водоподготовки ТЭЦ.
Различные вспомогательные насосы могут работать в системе
подготовки и подачи жидкого топлива (ТН) или применяться для
перекачки подпиточной воды из баков аварийного запаса в деаэратор дренажные насосы (ДН) и т.д..
Кроме этого на схеме не показаны масляные насосы, обеспечивающие
смазку подшипников и подачу жидкости в систему регулирования
турбины, охлаждающие насосы, насосы вспомогательных циклов, а также
насосы технические различного назначения.
Для нормальной работы котельного агрегата необходим дутьевой
вентилятор (ВД), который через воздухоподогреватель подает воздух в
топку котла. Мельничный вентилятор (МВ) обеспечивает работу системы
пылеприготовления и подачу пылевоздушной смеси в котел. Дымовые
газы высасываются дымососом (Д) из топки и выбрасываются через
дымовую трубу в атмосферу.
Если в качестве определяющего признака принять назначение
лопастных машин, то все насосы, устанавливаемые на ТЭС, можно
разделить на следующие группы [1, 2].
1. Насосы основных (непрерывных) циклов работы:
Цикла циркуляции воды: циркуляционные для охлаждения пара в
конденсаторах,
рециркуляционные для охлаждения циркуляционной
воды ( в прудах, холодильниках градирнях и т.п.);
Цикла питательной воды: конденсатные низкого давления,
конденсатные
среднего
давления,
конденсатные
добавочные
(перекачивают конденсат греющего пара из сетевых подогревателей,
регенеративных подогревателей, испарителей, конденсатных баков),
воздушные, мокровоздушные, эжекторные, питательные бустерные,
питательные котлоагрегатов;
Цикла теплоснабжения: сетевые, бойлерные;
Цикла регулирования: насосы, подающие рабочую жидкость в органы
системы регулирования паровых турбин;
Цикла охлаждения основного оборудования:
для охлаждения
элементов конструкции котлов, для охлаждения трансформаторов, для
охлаждения генераторов, для охлаждения подшипников.
2. Насосы вспомогательных циклов работы:
Цикла подготовки питательной воды: для подачи сырой воды в
испарители, рециркуляционные (для охлаждения пара в испарителях), для
подачи конденсата из испарителей в конденсатный бак или аккумулятор;
Цикла подготовки топлива и удаления продуктов горения: для подачи
жидкого топлива к бакам хранения и горелкам котла, для удаления золы
гидравлическим способом (багерные).
3. Насосы для технических целей и разного назначения:
дренажные (грязевые) для перекачки сточных вод; масляного
хозяйства (перекачка масла, очистка и т.д.); для прочистки трубок
конденсаторов и бойлеров; для химической промывки поверхностей
нагрева котлов;
насосы - дозаторы системы водоподготовки; насосы
пожарные, хозяйственные, разные.
К насосам,
непосредственно влияющим на надежность и
экономичность работы ТЭС, относят питательные, конденсатные, сетевые
и багерные. Эти же насосы работают в наиболее трудных условиях из-за
особенностей рабочего процесса на ТЭС и требований, предъявляемых
к их надежности и экономичности.
Номенклатура насосов, используемых на ТЭС, разнообразна. В
таблице 1.1 приведены примеры маркировки основных видов насосов,
применяемых на тепловых электростанциях. Первая цифра в маркировке расход среды в м3 /час, вторая цифра - развиваемое давление в кгс/м2 или
м.в.с. На рисунках 1.2 - 1.5 представлены некоторые типы центробежных
насосов, используемых на ТЭС.
Тягодутьевые машины, применяемые на ТЭС, разделяются по
назначению на дымососы - машины для отвода дымовых газов из
котлоагрегата; дутьевые вентиляторы - машины для подачи воздуха в
топку котла и систему пылеприготовления; мельничные вентиляторы машины, предназначенные для пневмотранспорта угольной пыли в
системах пылеприготовления и подачи ее в топку котлоагрегата, а также
компрессорные машины различного вспомогательного назначения.
Все тягодутьевые машины (за исключением некоторых компрессоров
специального назначения) относятся к лопатным машинам радиального
или осевого типа.
Таблица 1.1.
Примеры маркировки насосов ТЭС
Назначение насоса
Пример
маркировки
Насосы питательные
9Ц12
Заводы- изготовители: ЛМЗ, 5Ц10
Экономайзер, Сумский НЗ
ПЭ-270-150
ОВПТ-270
Конденсатные насосы
Сетевые насосы
Предвключенные насосы
(бустерные)
Циркуляционные насосы
Примечания
Давление пара до 10 МПа
Турбопривод
ПЭ-250-185
ПЭ-380-200
ПЭ-720-200
Давление пара до 13 МПа
ПЭ-600-320
ПЭН-600-320
ПТН-1150-340
ОСПТ-1150-340
Кс-12
КсД-120-155
КсВ-500-85
Давление пара до 24 МПа
ЦН-1000-220
СЭ-500-70
ПД-1600-180
О-3000-20
ОП-2500-30
С гидромуфтами
Турбопривод
Насосы первого подьема
Насосы двухстороннего входа
Насосы
вертикального
исполнения
Насосы второго подьема
Устанавливаются
перед
питательными насосами
Осевые
С поворотными лопастями
При классификации ТДМ используются следующие основные
признаки:
по величине развиваемого давления применяют турбокомпрессоры,
компрессоры (Р > 0,3 МПа), воздуходувки, газодувки (Р = 0,02 – 0,3 МПа),
вентиляторы, дымососы (P < 0,02 МПа);
по удельной частоте вращения ТДМ подразделяют на машины малой,
средней и большой быстроходности,
при этом они существенно
отличаются по конструкции рабочего колеса и аэродинамической схеме;
по виду аэродинамической схемы вентиляторы и дымососы бывают
радиальные и осевые, при этом радиальные группируются по типу
лопастей рабочего колеса на машины с лопастями: а) загнутыми вперед, б)
радиально оканчивающимися и в) загнутыми назад.
Так же, как и насосы, ТДМ бывают двухстороннего всасываниядвухопорные и одностороннего всасывания - консольные ( рис.1.6 - 1.12).
Таблица 1.2.
Примеры маркировки тягодутьевых машин ТЭС
Пример маркировки
ДОД-43
ДОД-31.5 (ГМ)
ДОД-26 (Ф)
ДН-26 2(У)
Д-25 (ШБ)
Д-20 (2Н)
ГД-31
ВДОД-31.5
ВДН-24 (2У)
ВГД-20 (У)
ВМ-160/850 (У)
ВМ-75/1200-11
ВВСМ-1
Примечания
Осевые дымососы
Дымосос осевой двухступенчатый
ГМ - для газомазутного котла
Ф – форсированный
Цифра соответствует диаметру рабочего колеса в
дециметрах
Радиальные дымососы
Н - лопасти загнуты назад
Ш - широкое колесо
( специальная аэродинамическая схема)
Б - Барнаульский котельный завод
У – унифицированный
ГД - для рециркуляции дымовых газов
2 - двухстороннего всасывания
Дутьевые вентиляторы
Осевой двухступенчатый
Горячего дутья
Первая цифра кода - диаметр колеса (дм)
Мельничные вентиляторы. Первая цифра кода - расчетная
производительность (м3 /час)
Вторая цифра - полное давление (кгс/м2 )
11 - для горячего дутья
Для валковой среднеходовой мельницы
Дымососы, мельничные вентиляторы и вентиляторы горячего дутья
работают в тяжелых условиях, так как транспортируемые ими газы и
воздух имеют высокую температуру, содержат в себе значительное
количество абразивных частиц (зола, угольная пыль). При этом
длительность компании ТДМ должна соответствовать установленному
плановому периоду непрерывной работы основного оборудования ТЭС
(котлоагрегата, турбины, генератора) между капитальными ремонтами без
вынужденных остановок.
Маркировка ТДМ обычно содержит наиболее важную информацию о
свойствах этих агрегатов.
Энергетические
вентиляторы
и
дымососы
выпускают
котлостроительные заводы (Барнаульский, Бийский), а также Хабаровский
завод "Энергомаш" и другие предприятия
энергетической
промышленности.
В большинстве случаев при маркировке вентилятора или дымососа
приводится его аэродинамическая схема, включающая два числа. Первое
число обозначает модуль машины ( отношение диаметров рабочего
колеса), а второе соответствует рабочей величине выходного угла лопасти
аппарата, приведенного к 1800.
1.2. Технические параметры насосов и тягодутьевых машин
Технические параметры насосов и тягодутьевых машин необходимо
знать персоналу, обслуживающему энергетическое оборудование, а
также работникам служб наладки и ремонта. Используются технические
параметры при проектировании новых электростанций или при замене
устаревшего оборудования ТЭС. В качестве опорных значений этих
параметров используются величины, соответствующие номинальному
режиму работы лопастных машин.
Основными показателями, характеризующими работу машин,
являются подача и напор.
Подачей, или производительностью, называют количество среды,
перемещаемое лопастной машиной в единицу времени.
Объемная подача Q измеряется в м3/с, массовая подача в кг/с M = ρ Q,
где ρ - плотность среды.
Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной
части насосов и ТДМ и может быть рассчитана по средней скорости
движения среды с помощью уравнения неразрывности потока:
Q=FC,
(1.1)
где F - площадь поперечного сечения потока жидкости или газа,
С
- скорость движения среды.
Напор Н, развиваемый лопастной машиной, определяется приростом
удельной энергии среды при движении потока от входа к выходу насоса
или ТДМ. Напор чаще всего измеряется в метрах столба жидкости
(обычно воды).
Используя закон сохранения энергии, можно записать:
Н = Е1 - Е2,
(1.2)
где Е1 = Z1 + P1/ρg + C12/2g - полная удельная энергия потока на входе в
машину; E2 = Z2 + P2/ρg + C22 /2g - полная удельная энергия на выходе.
Тогда
H = (P1 - P2 )/ρg + (C12 - C22 )/2g + (Z1 - Z2 ).
(1.3)
В этих формулах:
Р1, Р2 - абсолютное значение начального и конечного давления
потока; C1, C2 - средние скорости движения потока на входе и на выходе
из машины; Z1, Z2 - реперные величины уровня среды на входе и за
напорной магистралью.
Полный напор делится на статический и скоростной (динамический):
Н = Нст + Нд ,
(1.4)
Нд =(C12 - C22 )/2g, а Нст = (Р1 - Р2 )/ρg.
Напор лопастной машины может быть
давление cреды:
Р = Нρg.
где
всегда преобразован в
(1.5)
Давление, как параметр, более точно характеризует работу ТДМ, для
которых рабочей средой является не жидкость, а горячие газы или воздух,
которые могут иметь разные значения плотности ρ на входе и выходе
вентилятора или дымососа.
К лопастной машине непрерывно подводится энергия от двигателя,
которая затрачивается на увеличение напора и на прокачку среды для
обеспечения заданной подачи.
Количество энергии, затрачиваемое в единицу времени на привод
рабочих органов машины, определяет ее полезную мощность:
Nп =ρg QH.
(1.6)
Потери энергии неизбежны в любом рабочем процессе
и
действительная мощность, затрачиваемая на привод насоса или
тягодутьевой машины, больше теоретической величины N = Nп + ΔN, где
ΔN - cумма
всех
энергетических
потерь,
возникающих из-за
несовершенства лопастных машин.
Для оценки полноты использования энергии,
подводимой к
лопастной машине от двигателя, применяют характеристику, называемую
эффективным КПД агрегата:
η = Nп /N
или
η = 1 - Δ N/N.
(1.7)
Таким образом, зная КПД, напор и подачу машины можно расчетным
путем найти потребляемую мощность:
N = ρg QH/η.
(1.8)
Коэффициент быстроходности ns лопастной машины используется
для сопоставления геометрических параметров и технико-экономических
показателей подобных между собой машин, имеющих различные значения
напора, расхода и числа оборотов. Коэффициент быстроходности ns = f(Q,
H, n) оценивает оптимальный режим работы лопастной машины. С его
помощью удобно классифицировать тип насоса по виду рабочего органа,
оценивать
выбор
числа ступеней сжатия, обобщать техникоэкономические показатели различных типов насосов и ТДМ. Формула для
расчета ns выведена путем натурного моделирования процессов в
лопастных машинах
ns = 3,65n √Q /H3/4 .
(1.9)
Насосы часто устанавливают так, что уровень расположения
всасывающего патрубка находится выше горизонта жидкости в приемном
резервуаре или в камере. В таких случаях во входном патрубке насоса
необходимо создать разрежение ( вакуум ), под действием которого
жидкость будет всасываться в насос.
Высота всасывания, развиваемая насосом, равна
Hвс = (P0 - P1 )/ρg,
(1.10)
где Р0 - атмосферное давление или давление в емкости, к которой
подключен насос.
В каталогах насосов всегда указывается допустимая вакууметрическая
высота всасывания Нвс, то есть высота, при которой обеспечивается работа
данного насоса без изменения его основных технических показателей. От
величины допустимой высоты всасывания зависит надежность и
устойчивость работы энергетических насосов.
1.3. Требования, предъявляемые к насосам и тягодутьевым машинам
Насосы и тягодутьевые машины должны обеспечивать работу
основного энергетического оборудования ТЭС на всех нагрузках,
включая номинальную. К ним предъявляется ряд требований, из которых
важнейшими являются:
- высокая надежность и долговечность в работе;
- высокая экономичность в эксплуатации;
- минимальная масса, допустимые габариты и удобство компоновки;
- умеренный шум при работе;
- обеспечение условий механизированного монтажа и ремонта;
минимальное
количество
деталей
и
обеспечение
их
взаимозаменяемости;
- изменение характеристик в широком диапазоне регулирования
нагрузки агрегатов ТЭС;
- возможность применения автоматики и дистанционного управления
при минимальном эксплуатационном обслуживании.
Надежность работы лопастных машин, применяемых на тепловых
электростанциях, не должна быть ниже, чем соответствующие показатели
работы турбин и котлоагрегатов (то есть длительность непрерывной
работы насосов и ТДМ без аварий и остановов должна быть не менее
4000 часов).
С надежностью работы также тесно связан вопрос обеспечения
удобства выполнения механизированного ремонта и монтажа.
В связи с увеличением единичной мощности агрегатов ТЭС возникает
потребность в питательных насосах, дымососах и вентиляторах высокой
производительности. Весьма желательным при этом является сокращение
габаритов машин и повышение скорости их вращения. Громоздкие
машины вызывают большие затруднения при их изготовлении,
транспортировке и монтаже, усложняют компоновку оборудования.
Мощные тягодутьевые машины и насосы (особенно осевого типа,
работающие с большими окружными скоростями >100 м/с) часто создают
при работе повышенный уровень шума, с которым приходится бороться
специальными средствами.
Вопрос экономичной работы вспомогательного
оборудования
приобретает в настоящее время особенно важное значение. При
увеличении единичной мощности агрегатов ТЭС (до 800 МВт)
соответственно возрастают мощности, потребляемые приводами насосов,
дымососов, дутьевых и мельничных вентиляторов. Так, по единичным
питательным насосам этот показатель достигает 15-16 МВт, а по
вентиляторам и дымососам 2-3 МВт. В этих условиях необходимо
обеспечивать наиболее
оптимальные
экономические показатели
лопастных машин не только на номинальной нагрузке, но и на режимах
пониженной производительности.
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАБОТЫ ЛОПАСТНЫХ
МАШИН
2.1. Устройство и принцип действия лопастных машин
Практически все виды насосов и ТДМ, применяемых на ТЭС,
относятся к классу лопастных машин центробежного или осевого типа.
Лопастные машины центробежного типа обеспечивают движение рабочего
тела от центра к периферии с поворотом потока на 900 , а в осевых поток
вещества сохраняет свое направление вдоль оси вращения рабочего
органа лопастной машины.
К основным элементам лопастных машин можно отнести следующие
детали (рис 2.1):
рабочее колесо является наиболее важной частью машины,
выполняется с односторонним или двухсторонним входом среды ( бывает
открытого или закрытого типа);
корпус лопастной машины объединяет узлы и детали,
предназначенные для подвода среды к рабочему колесу и ее отвода в
напорную магистраль;
подводящее устройство (вход) предназначено для обеспечения
подвода среды во всасывающую зону лопастной машины с наименьшими
гидравлическими потерями, а также для равномерного распределения
скорости по живому сечению всасывающего отверстия. Конструктивно
лопастные машины изготавливают с осевым, боковым и двухсторонним
входом;
отводящее устройство предназначено для отвода среды от рабочего
колеса в напорную линию, к которой подключена лопастная машина.
Отводы позволяют уменьшить скорость движения среды, выходящей из
рабочего колеса, преобразовать кинетическую энергию потока в
потенциальную (увеличить давление) и уменьшить гидравлическое
сопротивление. Отводы
бывают
спиральные, полуспиральные,
завитковые и кольцевые;
вал машины служит для передачи вращения от двигателя рабочему
колесу;
подшипники, в которых вращается вал,
бывают шариковые
(роликовые) или скользящего трения с вкладышами. У мощных насосов и
ТДМ, применяемых на ТЭС, предусматриваются устройства для
охлаждения подшипников и принудительной циркуляции масла;
сальники служат для уплотнения отверстий в корпусе лопаточной
машины, через которые проходит вал;
направляющий
аппарат
устанавливается
для
изменения
характеристик лопастной машины (напора и расхода) с целью
регулирования выходных параметров среды.
Рабочее колесо центробежного насоса или ТДМ содержит несколько
лопастей определенного профиля. На лопасти машины возникает момент
подъемных сил, противоположный моменту вращения рабочего колеса.
Преодолевая этот момент, колесо затрачивает работу, подводимую от
двигателя. Внутренняя полость рабочего колеса (межлопастные каналы)
образуются двумя фасонными дисками (ведущим и ведомым) и
несколькими лопастями (рис 2.2.).
Среда, поступая в межлопастные каналы, вращается вокруг оси
рабочего колеса, под влиянием центробежных сил перемещается к
периферии колеса и выбрасывается в канал, окружающий колесо (отвод).
Работа центробежных сил на пути от входа в межлопаточные каналы до
выхода из них затрачивается на увеличение энергии потока.
В осевой машине передача энергии потоку происходит с помощью
рабочего колеса, состоящего из консольных лопастей, закрепленных на
втулке (рис 2.3, 2.4). Рабочее колесо осевой машины вращается вместе с
лопастями, установленными под углом к плоскости вращения, что
обеспечивает перемещение среды вдоль оси вращения (однако при этом
поток частично закручивается).
2.2. Расчет основных параметров рабочего колеса
центробежной лопастной машины
Перемещаясь по каналу рабочего колеса, частицы среды совершают
сложное движение: вращательное - вместе с колесом с окружной
скоростью U и поступательное - относительно поверхности лопастей со
скоростью W. Относительная скорость частиц направлена по касательной к
поверхности лопасти в данной точке, а окружная скорость - по касательной
к окружности, на которой лежит эта точка (рис 2.5).
Абсолютная скорость движения среды С равна векторной сумме ее
составляющих
С = W + U.
Введем понятие о радиальной и окружной составляющих абсолютной
скорости С, используя треугольник скоростей
СR = C sin α и СU = С сos α ,
где α - угол между скоростями U и С.
Для оценки конструктивных особенностей лопастной машины
(профиля лопастей) используется также угол β - угол между относительной
скоростью (W) и антивектором окружной скорости (U).
Для упрощения описания процессов, происходящих в проточной
части лопастной машины, можно ввести некоторые допущения:
а) поток имеет струйчатую структуру, при этом каждая струя
повторяет геометрическую форму лопасти;
б) имеет место осевая симметрия потока, то есть все струи одинаковы
геометрически и кинетически;
в) поток является плоским и скорость его не изменяется вдоль оси
рабочего колеса.
Кроме этого, условно можно принять, что количество лопастей у
машины бесконечно велико, а потери, связанные с преобразованием
механической энергии в энергию потока среды,
отсутствуют (что
характерно для "идеального" насоса или ТДМ).
Используем уравнение количества движения для определения
энергии, которая передается потоку, проходящему через рабочее колесо
Mт = ρ Q (C2 l2 - C1 l1) ,
(2.1)
где Мт - теоретический момент количества движения, передаваемый
потоку с вала через рабочее колесо.
Из треугольника скоростей имеем: l1 = D1 cos α1 /2; l2 = D2 cos α2 /2; и
C1 cos α1 = C1U; C2 cos α2 = С2U. И с учетом подстановки в формулу 2.1
получим
Mт = ρ Q(D2C2U /2 - D1 C1U /2 ).
(2.2)
Теоретическая мощность, передаваемая потоку в межлопастных
каналах, зависит от Мт и числа оборотов вала n:
Nт = Mт n = ρ Q(D2 C2U /2 - D1 C1U /2)n,
(2.3)
или с учетом того, что Dn/2 = U:
Nт = ρ Q(U2 C2U - U1 C1U ).
(2.4)
С другой стороны, теоретическая работа, затрачиваемая на привод
лопастной машины, определяется по уравнению
Nт = ρg QHт.
(2.5)
где Нт - теоретический напор, развиваемый машиной, имеющей
бесконечное число лопастей.
Сопоставляя формулы (2.4) и (2.5), получим
Нт = (U2 C2U - U1 C1U )/g.
(2.6)
Уравнения (2.3), (2.4) и (2.6) называются основными уравнениями
лопастной машины,
последнее из которых носит также название
уравнение ЭЙЛЕРА.
В большинстве случаев среда поступает в рабочее колесо радиально,
при этом α1 = 900 и С1U = 0. Тогда вид уравнения Эйлера упрощается:
Hт = U2 C2U /g.
(2.7)
Теоретическую подачу центробежной лопастной машины можно
вычислить по уравнению неразрывности потока (1.1), которое для
данного случая имеет вид:
Q = πD1 b1 C1R = πD2 b2 C2R .
(2.8)
где D1 и D2 - входной и выходной диаметры рабочего колеса;
b1 и b2 - входная и выходная ширина межлопастного канала;
C1R и С2R - радиальные составляющие абсолютной скорости.
Используя геометрию треугольника скоростей на входе и выходе
рабочего колеса, можно записать:
2U1 C1U = C12+ U12 - W12 ; 2U2 C2U = C22 + U22 - W22
(2.9)
Подставив зависимость (2.9) в уравнение Эйлера (2.6), получим
значение теоретического напора:
Hт = (U22 - U12 )/2g + (W12 - W22 )/2g + (C22 - C12 )/2g.
(2.10)
Первая составляющая этого уравнения представляет приращение
энергии потока за счет действия центробежных сил, второй и третий члены
выражают прирост напора вследствие преобразования кинетических
энергий относительного и абсолютного движения среды в межлопастных
каналах.
Скоростной напор, создаваемый лопастями рабочего колеса, зависит
лишь от изменения величины абсолютной скорости потока:
Hт(cк) = (C22 - C12 )/2g,
(2.11)
а статическая составляющая напора определяется только действием
центробежных сил и понижением кинетической энергии относительного
движения:
Hт(cт)
= Hт - Hт(cк) ,
(2.12)
и будет всегда возрастать при уменьшении Нт(cк).
.
2.3. Основные параметры радиальной решётки
центробежной лопастной машины
Течение среды в рабочем колесе имеет сложный пространственный
характер и во многом зависит от конструкции рабочего колеса. Лопасти
расположены в колесе равномерно по окружности и образуют радиальную
решетку. Радиальные решетки характеризуются теми же параметрами,
что и рабочее колесо: модулем m=D2/D1, углами β1 и β2 , а также числом
лопастей z.
Решающим влиянием на вид характеристики и эффективность
работы центробежных машин оказывает профиль рабочих лопастей,
который характеризуется
главным образом рабочими значениями
входного и выходного углов β1Р и β2Р, несколько отличающимися от
полученных теоретически из треугольников скоростей ( разницу σ = β2Р β2 называют углом скоса потока, обычно σ = 3-50).
В конструкции
центробежных
машин различных назначений
встречаются лопасти, загнутые назад (β2 < 900 ), радиальные (β2 = 900 ) и
загнутые вперед (β2 > 900 ). Во всех случаях угол меньше 900 .Основные
типы рабочих лопастей центробежных машин изображены на рис. 2.6.
Величина угла β2 существенно влияет на полный теоретический напор,
развиваемый насосом или ТДМ.
Из плана треугольника скоростей на выходе (рис.2.5)
можно
определить:
C2U = U2 - C2R ctg β2 ,
(2.13)
тогда, подставляя в формулу (2.7), получим:
Hт = (U22- U2 C2R ctg β2 )/ g.
(2.14)
Приведенная функция Нт = f(β2) носит тригонометрический характер
(рис. 2.7). Очевидно, что лопастной угол является фактором, позволяющим
конструировать машины с различным значением теоретического и
действительного напора.
Известно, что полный теоретический напор складывается из
статического и скоростного, причем Нт(ск) = ( С22 - С12 )/2g. Используя
далее уравнения (2.12) и (2.14) можно получить зависимость,
устанавливающую связь между скоростным напором и β2 :
H т(ст) = {U22 - (C2R ctgβ2) 2 }/2g .
(2.15)
Максимального значения статический напор будет достигать при
β2 = 900 ( при этом Н т(ск) = Н т(ст) ).
Важным параметром, характеризующим способность рабочих лопастей
центробежной машины развивать статический напор, является степень
реактивности θ = Нт(ст) / Н т.
Рис 2.7. График зависимости Hт = f(β2 ) и Hт(ск) = f(β2)
.
Пользуясь уравнениями (2.14) и (2.15), можно записать
θ = (1 + C2R ctg β2 /U2 )/2.
(2.16)
Для лопастей, предельно загнутых вперед θ = 0, для радиальных лопастей
θ = 0,5, а для лопастей, предельно загнутых назад θ = 1.
Центробежные машины, имеющие лопасти с малой степенью
реактивности, развивают в основном скоростной напор, который в
дальнейшем с помощью диффузоров преобразуется в статический ( при
этом существенно снижается КПД машин ). Поэтому стремятся повысить
степень реактивности θ лопастных машин для достижения приемлемых
величин КПД.
В центробежных насосах применяются в основном только лопасти,
отогнутые назад, а ТДМ могут иметь все три типа лопастей.
Используем уравнение (2.15) для определения зависимости,
связывающей теоретический напор машины и расход среды через
межлопастные каналы (подачу). Преобразуя уравнение (2.8), получим
С2R = Q/(π D2 b2 ), тогда
Hт = (U22 - U2 Q ctg β2 /π D2 b2)/ g .
(2.17)
Из приведенной формулы видно, какие основные параметры могут
влиять на величину развиваемого машиной теоретического напора - это
геометрические размеры рабочего колеса, скорость вращения колеса ( так
как U = nD/2 ), расход среды, а также выходной угол β2, определяющий
профиль радиальной решётки насоса или ТДМ.
2.4. Потери энергии в лопастной машине
Энергия, подводимая от двигателя к валу лопастной машины, больше
полезной энергии, получаемой жидкостью или газом. Это объясняется
тем, что в процессе работы насоса или ТДМ часть механической энергии
теряется вследствие наличия гидравлических (аэродинамических) потерь,
механических потерь и утечек среды.
Гидравлические (аэродинамические) потери возникают в результате
действия сил трения в потоке и вихреобразования во всей проточной части
машины.
Оценка эффективности работы машины в отношении гидравлических
потерь производится с помощью гидравлического КПД:
ηг = Нт/(Нт + ΔН),
(2.18)
где теоретический напор (Нт) не учитывает поправку на конечное число
лопастей рабочего колеса.
Большое влияние на величину гидравлического КПД оказывает форма
проточной части машины, чистота обработки внутренних поверхностей и
свойства перекачиваемой среды. Значение гидравлического КПД крупных
современных центробежных машин лежат в приделах ηг = 0,8 - 0,96.
При определении
гидравлических потерь ΔН
суммируются
сопротивления основных элементов проточной части (подвода ΔН1,
рабочего колеса ΔНР, отвода ΔН2)
ΔН = ΔН1 + ΔНР + ΔН2,
где каждое местное сопротивление ΔНi =ki Сi 2/2 зависит от местного
коэффициента потерь ki и средней скорости движения среды Сi.
Напор Hт (z), развиваемый рабочим колесом с известным количеством
лопастей z, меньше теоретического, рассчитываемого по формуле (2.17)
при условии бесконечного числа z:
Hт (z) = μ Hт ,
(2.19)
где μ < 1 - поправочный коэффициент, учитывающий конечное число
лопастей. Наиболее часто для определения поправочного коэффициента
используют формулу чешского ученого Стодолы
μ = 1 - U2 sin β2 /(C2U z).
(2.20)
Из уравнений 2.18, 2.19 и 2.20 следует, что гидравлический КПД
лопастной машины можно вычислить по уточненной формуле,
включающей параметр μ
ηг = μ Hт/(μ Нт + ΔН).
(2.21)
Объемные потери (утечки) возникают из-за наличия зазоров между
рабочим колесом и корпусом машины при перетекании среды из зоны
повышенного давления в
полость
всасывания.
Их влияние на
энергетические характеристики лопастной машины может быть оценено
объемным КПД
ηо = Q/(Q + ΔQ),
(2.22)
где ΔQ - количество среды, циркулирующей через зазоры между колесом и
корпусом машины.
Для увеличения объемного КПД следует уменьшать утечки через
зазоры, сальники и разгрузочные отверстия с помощью специальных
уплотнительных устройств. Значение обьемного КПД у современных
центробежных машин достаточно велико (ηо = 0,98 - 0,99).
При оценке эффективности работы лопастной машины необходимо
также учитывать потери мощности ΔNм привода на преодоление
механического трения в подшипниках и уплотнениях вала и
гидравлического (газового) трения внешних поверхностей рабочего
колеса. Влияние механического и гидравлического трения может быть
оценено общим механическим КПД
ηм = 1 - ΔNм/N.
(2.23)
Для современных центробежных машин ηм = 0,92 - 0,95 и зависит от
конструкции
машины,
вида подшипников и уплотнений и их
эксплуатационного состояния.
Потери от гидравлического трения
снижаются в
основном за счет более качественной обработки
поверхностей рабочего колеса машины.
Рассчитаем действительную мощность, потребляемую машиной,
учитывая величину потерь энергии:
N - ΔNм = ρ(Q + ΔQ)(H + ΔН)
(2.24)
Зная, что N = ρg QH/η, определяем полный эффективный КПД по
формуле
η = Q/(Q + ΔQ) H/(H + ΔН) (N - ΔNм)/N,
то есть
η = ηг ηо ηм
(2.25)
Таким образом,
действительная мощность зависит от значения
объемного, гидравлического и механического КПД лопастной машины
N = ρg HQ/ηг ηо ηм .
(2.26)
ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛОПАСТНЫХ МАШИН
3.1. Теоретические характеристики
Рабочие органы лопастной машины рассчитывают для определенного
сочетания подачи, напора и частоты вращения, причем размеры и форму
проточной части насоса или ТДМ выбирают так, чтобы гидравлические
(аэродинамические) потери при
работе
на
этом режиме были
минимальными. Такое сочетание подачи, напора и частоты вращения
называют расчетным (или номинальным) режимом. При эксплуатации
машина может работать на режимах, отличных от расчетного режима. Для
правильной эксплуатации лопастной машины необходимо знать, как
изменяются напор, КПД и мощность, потребляемая насосом или ТДМ при
изменении подачи, то есть знать характеристику данного агрегата.
Характеристикой
лопастных
машин
называют
графическое
изображение зависимостей напора, мощности и КПД от подачи (рис. 3.1):
H = f(Q) - напорная функция,
N = f(Q) - функция мощности,
η = f(Q) - экономическая функция (КПД).
Функции характеристики строятся обычно при постоянной
(номинальной) частоте вращения n = const, однако для некоторых насосов
и ТДМ приводятся специальные графики характеристики при различной
частоте вращения вала, полученные путем пересчета по известной
методике. Такие характеристики называют универсальными.
Теоретические характеристики получают,
пользуясь основными
уравнениями, описывающими процессы в лопастных машинах. Истинные
зависимости между параметрами работы насосов или ТДМ определяют
экспериментально в результате заводских (стендовых) испытаний.
Теоретические характеристики являются менее точными, так как не могут
учесть все факторы, влияющие на работу лопастных машин в реальных
условиях.
Наиболее важной функцией характеристики является зависимость
между напором и подачей лопастной машины H = f(Q).
Воспользуемся выражением (2.17), полученным из уравнения Эйлера
для случая, когда поток на входе не обладает моментом количества
движения (α1 = 900; Hт = U2 C2U /g), тогда
Hт = U2 (U2 - ctg β2 Q/ πD2 b2 )/ g.
(3.1)
Выразим окружную скорость через диаметр рабочего колеса и частоту
вращения, тогда, подставив зависимость U2 = π D2 n/2 в формулу (3.1),
получим
Hт = (π D2 n)2 /g - n ctg β2 Q/(b2 g).
(3.2)
Для любой центробежной машины с заданными геометрическими
размерами при n = const зависимость (3.2) , будет представлять из себя
прямую линию вида Hт = A - BQ, где А = (π D2 n)2 /g ; B = n ctg β2 /(b2 g).
Используем формулу для расчета теоретической полезной мощности
Nт = ρgQHт , тогда с учетом зависимости (3.2) получим нелинейную
функцию Nт = f(Q):
Nт = ρg( AQ - BQ2 ).
(3.3)
Рис. 3.1. Теоретическая характеристика лопастной машины
На рис 3.1. представлена теоретическая характеристика в виде
функций Hт = f(Q) и Nт = f(Q) с учетом изменения угла β2. В случае
радиальных лопастей напор машины остается неизменным Hт = U22/g, а
потребляемая мощность линейно возрастает, при лопастях, загнутых назад
(β2 < 900 ) с увеличением подачи напор падает, а мощность изменяется по
параболе, достигая максимума при Q/Qmax = 0,5; при лопастях, загнутых
вперед (β2 > 900 ) напор с повышением подачи растет, что вызывает
интенсивное увеличение мощности Nт, потребляемой агрегатом.
Приведенные теоретические
зависимости
лишь качественно
прослеживают взаимное влияние параметров, определяющих вид
действительной характеристики лопастной машины.
3.2. Действительные характеристики насосов и тягодутьевых машин
Для построения действительных характеристик лопастных машин
необходимо проведение испытаний агрегатов в различных условиях
всасывания, при различных напорах, подачах и мощностях, изменяющихся
от минимальных значений до максимальных. Опытная характеристика
является необходимым материалом для оценки качества машины, для
выбора режима ее работы и для осуществления правильной эксплуатации.
При современном состоянии теории лопастных машин можно
определить расчетным путем относительно точно только отдельные
точки графиков характеристики.
Рис. 3.2. Действительная характеристика лопастной машины:
1 - потери вследствие конечного числа лопастей z; 2 - гидравлические потери в рабочем
колесе ΔНр; 3 - гидравлические потери на входе и выходе в машину ΔН1 , ΔН2; 4 сдвиг характеристики за счет наличия утечек ΔQ; HZ = μ Hт - напор с учетом потерь
на облопачивание; H = HZ - ∑ΔН - напор с учетом гидравлических потерь
На рисунке 3.2. показана форма теоретической характеристики
Н = f(Q) для машины с лопастями, загнутыми назад, которая получена с
учетом снижения напора вследствие конечного числа лопастей и влияния
гидравлических потерь в проточной части агрегата. Гидравлические
потери пропорциональны квадрату расхода через данный участок
ΔН = ki Q2, где ki - коэффициент потерь.
При построении кривой учтены также обьемные потери ΔQ,
возникающие за счет протечек среды между рабочим колесом и корпусом.
Теоретическая мощность Nт машины с лопастями, загнутыми назад, с
увеличением подачи сначала возрастает, а затем снижается до нуля по
параболе, описываемой уравнением (3.4). Действительная характеристика
мощности лопастной машины может быть получена из теоретической с
учетом имеющихся механических потерь ΔNм (при каждом конкретном
значении подачи).
Рис. 3.3. Характеристика теоретической и действительной
мощности центробежной машины:
N = Nо + ΔNм - мощность с учетом механических потерь; Nо - мощность с учетом
сдвига характеристики на ΔQ; Nхх - мощность на режиме холостого хода
Рис 3.4. Характеристика КПД центробежной машины
Теоретическая мощность при Q = 0 также равна нулю, действительная же
мощность равна в этом случае мощности холостого хода, затрачиваемой на
покрытие потерь мощности в этом режиме. Механические потери ΔNм
мало зависят от подачи лопастной машины и меняются в основном только
при переходе на другое число оборотов вала. Для построения кривой
мощности характеристики машины необходимо учесть объемные потери,
при этом линию N =f(Q) надо сместить влево на величину ΔQ.
По известным кривым действительного напора и действительной
мощности определяется вид экономической функции η = f(Q) лопастной
машины (рис.3.4.). Режим машины, при котором ее КПД максимален,
называют оптимальным, так как при этом затраты мощности для создания
напора и подачи осуществляются в лопастной машине с наилучшим
энергетическим эффектом.
На рис. 3.5. приведена характеристика центробежного насоса при
постоянной частоте вращения вала n = const. Кроме основных кривых H =
f(Q), N = f(Q), η = f(Q) на графике можно видеть функцию Hв = f(Q),
позволяющую установить допустимую величину вакуума на входе в
насос.
На рис 3.6 приведена индивидуальная размерная характеристика
радиального вентилятора с рабочей подачей до 120 тыс. м3/час. Обычно на
характеристиках вентиляторов и дымососов приводится кроме кривой
полного напора изменение
статического
давления Hст = f(Q).
Индивидуальные
размерные
характеристики тягодутьевых машин
строятся при постоянной частоте вращения, по результатам натурных
измерений, приведенных к постоянным значениям давления, температуры
и влажности среды, то есть к постоянному значению плотности газа
(например, воздуха на входе в вентилятор).
Формы напорных характеристик лопастных машин зависят от
коэффициента быстроходности ns. По своему внешнему виду напорные
характеристики бывают пологие и крутые, непрерывно снижающиеся и с
максимумом. При выборе оборудования ТЭС и эксплуатации насосов и
ТДМ обязательно учитывают вид всех функций, представленных на
графике характеристики, но особое внимание обращают на кривую напора
(давления). Для осевых машин характеристики имеют свои особенности,
в частности:
а) кривая H = f(Q) может иметь в недогрузочной области (при малых
подачах) седловину, а иногда и разрыв, связанный с неустойчивостью
движения среды;
б) потребляемая мощность мало зависит от подачи, что упрощает пуск
этих агрегатов.
3.3. Использование теории подобия для расчета характеристик
лопастных машин
Теория подобия широко применяется при проектировании и
экспериментальном исследовании лопастных машин. Использование
методов теории подобия дает возможность по известной характеристике
одной машины получать характеристики родственных машин, если
соблюдаются условия подобия объектов,
а также пересчитывать
характеристику лопастной машины например при изменении частоты
вращения вала. Определив характеристику модельной машины
(уменьшенной или упрощенной копии натурного
агрегата), можно
получить характеристику проектируемого насоса или тягодутьевой
машины.
Теорию подобия можно использовать для построения и пересчета
характеристики лопастной машины, если выполняются следующие
условия:
а) проточные полости исследуемых агрегатов геометрически
подобны (отношения сходственных размеров машин численно равны);
б) соблюдается кинематическое подобие потоков, проходящих через
проточные части машин (для всех подобных агрегатов скорость потока в
любой точке должна быть пропорциональна окружной скорости U,
треугольники скоростей в сходственных точках подобны);
в) соблюдается динамическое подобие потоков (для подобных машин
значения безразмерных чисел подобия Рейнольдса Re= CD/ν, Фруда
Fr =C/gD, Эйлера Eu = P/ρC, Струхала Sh = Dn/C, характеризующих
действие сил, вызывающих движение среды, одинаковы).
Рассмотрим работу двух подобных лопастных машин с радиальным
входом потока. Запишем для этих машин уравнения подачи
Q' = π D2' b2' CR2'η0' и Q" = π D2" b2" CR2"η0".
Решая совместно эти уравнения, получим
Q'/Q" = D2' b2' CR2'η0'/D2" b2" CR2"η0" .
Если треугольники скоростей на выходе рассматриваемых машин
подобны (рис.3.7.), то CR2'/CR2" = U'/U" = n'D2'/n" D2", а из геометрического
подобия агрегатов следует, что b2'/b2" = D2'/D2". Тогда, предположив, что
объемные КПД этих машин на сходственных режимах отличаются
незначительно (η0'= η0"), можно получить формулу для соотношения подач
Q'/Q" = (D2'/D2" )3(n'/ n" ).
(3.4)
Для двух одинаковых машин, работающих при разных частотах
вращения вала,
Q'/Q" = n'/n" .
(3.5)
Применим уравнение Эйлера (2.7) для расчета соотношения между
напорами H'/H" = U' C2U'η г' /U" C2U" η г". Используя подобие
треугольников скоростей, находим, что С2U'/С2U" = U'/U", тогда, учитывая
зависимость U = D n /2, получим
H'/H" = (D'/D")2 (n'/n" )2
(3.6)
(если пренебречь различием в гидравлических КПД подобных машин,
приняв ηг' = ηг" ).
Естественно, что для одинаковых машин D' = D" и
H'/H" = (n'/ n" ) 2 .
(3.7)
Для лопастных машин, работающих на различных средах, важно
учитывать влияние изменения плотности на соотношение давлений:
P'/P" = H'ρ' /H" ρ" .
(3.8)
Используя известную формулу определения мощности лопастной
машины (1.8), получаем соотношение между мощностями центробежных
машин, работающих в подобных режимах N'/N" = ρ' Q' H'η' /ρ" Q" H"η" ,
тогда, учитывая зависимости (3.4) и (3.6), получаем
N'/N" = (D'/D" ) 5(n'/n" ) 3(ρ'/ρ" )(η'/η" ).
(3.9)
Для насоса, перекачивающего несжимаемую жидкость и работающего
на различных оборотах,
N'/N" = (n'/ n" )3.
(3.10)
Соотношения, приведенные в зависимостях (3.4),
(3.6),
(3.9),
называются формулами пропорциональности (пересчета).
В
таблице 3.1.
приведены формулы пересчета характеристик
лопастных машин, которые могут использоваться при изменении режима
их эксплуатации.
При точных расчетах следует иметь в виду, что эффективный КПД
может возрастать при увеличении размеров лопастных машин. Работа
насосов и ТДМ на ТЭС определяется также свойствами трубопроводной
системы (сети), к которой они подключены. Поэтому определение
основных параметров Q, H, N агрегата должно производится с учетом
рабочих свойств трубопроводной системы (сети),
данный насос или тягодутьевая машина.
в которую работает
Таблица 3.1.
Формулы пересчета показателей геометрически подобных лопастных
машин при изменении параметров
D, n, ρ
Q' = Q" (D'/D") 3 n'/n"
H' = H"(D'/D")2(n'/n") 2
P'=P"(D'/D") 2(n'/n") ρ'/ρ"
N' = N"(D'/D") 5(n'/n") ρ'/ρ"
ρ
Q'=Q"
H'=H"
P' =P"ρ'/ρ"
N'=N" ρ'/ρ"
D
Q' = Q" (D'/D") 3
H' = H"(D'/D") 2
P'=P"(D'/D") 2
N' = N"(D'/D") 5
n
Q' = Q" n'/n"
H' = H"(n'/n") 2
P' = P" (n'/n") 2
N' = N"(n'/n") 3
Важной величиной, определяющей подобие процессов, происходящих
в центробежных и осевых насосах, вентиляторах и дымососах, является
коэффициент быстроходности ns. Коэффициентом ns называют число,
равное частоте вращения машины, геометрически подобной данной, но
имеющей подачу Q = 1 м3/с и напор Н = 0,102 м.в.с. в режиме
максимального КПД.
Подставив численные значения в уравнения (3.4) и (3.6), получаем для
числа оборотов, равного n:
1/Q = (nS /n )(D2S /D2 )3 и
1/gH= (nS /n )2 (D2S /D2 )2.
При решении этих уравнений получается зависимость
nS = n √ Q /(gH) 3/4 ,
(3.11)
которая позволяет найти величину коэффициента быстроходности.
Коэффициент быстроходности является безразмерной величиной,
аналогичной числам подобия. Для насосов на практике часто применяют
формулу для модельной машины, мощность которой N = 1 л.с.
nS = 3,65n √ Q /H3/4 .
(3.12)
Величина nS зависит от конструктивных показателей насоса или ТДМ
- типа лопаток, отношения m = D2 /D1 , ширины рабочего колеса и вида
отводящего устройства.
С помощью коэффициента быстроходности,
вычисленного по
формулам (3.11) и (3.12), можно выбрать тип машины с заданными
параметрами Q, H и n .
Коэффициенты быстроходности центробежных машин имеют обычно
величину от 40 до 300, а у осевых агрегатов от 600 до 1200.
3.4. Пересчет характеристик лопастных машин
при изменении условий работы
Наиболее часто при эксплуатации насосов и ТДМ на ТЭС приходится
определять,
какой вид будет иметь характеристика агрегата при
изменении частоты вращения вала.
В ряде случаев необходимо вводить поправки, учитывающие
влияние переменной вязкости или плотности рабочей среды, которые
всегда зависят от температуры, давления, а также запыленности потока
(это
касается
дымовых
газов
или
пылевоздушной смеси,
транспортируемых дымососами и мельничными вентиляторами).
Новую характеристику лопастной машины при измененном числе
оборотов можно получить путем пересчета имеющейся характеристики на
заданную частоту вращения по формулам пересчета, приведенным в
таблице 3.1.
Для этого, принимая ряд значений подачи Q1 , соответствующих
исходному числу оборотов n1 и используя известные кривые H1 = f(Q1 ),
N1 = f(Q1) определяем положение новых точек характеристики при
измененном n = n2 (рис.3.8):
Q2 = Q1 n2/n1; H2 = H1 (n2/n1 ) 2; N2 = N1 (n2/n1)3 .
(3.13)
Новую кривую КПД получают, сместив исходную функцию η1 = f(Q1 )
при соблюдении условия η2 = η1 для каждой точки расчета новой
характеристики.
Если построить на одном графике несколько кривых H = f(Q) или N =
f(Q) при различных значениях числа оборотов,
то
все
точки,
рассчитанные для одного исходного значения Q, лягут на кривые
подобных режимов. Функции, описывающие эти кривые можно получить
из формул пересчета:
H1/H2 = (n1/n2 )2 = (Q1/Q2 ) 2 ; N1/N2 = (n1/n2 ) 3 = (Q1/Q2 ) 3.
Тогда
H1/Q12 = H2/Q22 = H/Q2 = m = const; N1/Q13 = N2/Q23 = N/Q3 = e = const.
Следовательно, уравнения кривых подобных режимов имеют вид
парабол (рис. 3.8) H = mQ2 и N = eQ3 .
С помощью кривых подобных режимов строятся на одном графике
семейства функций напора, мощности и КПД для различных значений
числа оборотов, что позволяет получить универсальную характеристику
лопастной машины.
Наиболее простой способ пересчета рабочей характеристики при
изменении вязкости среды основывается на применении поправочных
коэффициентов, так как теоретическим путем определить влияние
вязкости на вид характеристики невозможно.
Таким образом, Qν = ϕ1Q; Hν = ϕ2 H; ην = ϕ3η , где поправочные
коэффициенты ϕi определяются обычно опытным путем. Ориентировочно
значение этих поправочных коэффициентов для жидкостей с вязкостью от
50 до 120 0Е лежит в приделах ϕ1 = 0,9-0,7;
ϕ2 = 0,92-0,65; ϕ3 = 0,7-0,4. Мощность лопастной машины пересчитывается
по известной формуле Nν = ρgQνHν/ην .
При сжатии газа в вентиляторах или дымососах, приводящем к
увеличению плотности среды ( при давлении выше 500 кгс/м ),
необходимо также вводить соответствующую поправку. Прежде всего
учитывается изменение плотности за счет повышения температуры среды
ρt = ρ0 (273 B)/101,3(t + 273),
(3.14)
где ρ0 - плотность при нормальных условиях, В - барометрическое
давление, t = (t1 + t2 )/2 - средняя температура среды.
При высокой влажности для повышения точности расчета производят
пересчет плотности с учетом текущего значения влагосодержания среды
ρ0 = d (1 +ρ B ),
(3.15)
где d - влагосодержание воздуха, ρB = 1,293 кг/м3 - плотность сухого
воздуха при нормальных условиях.
Плотность газов зависит от запыленности потока. Это учитывается
при расчете дымососов и мельничных вентиляторов путем введения
поправок к развиваемому напору и потребляемой мощности
B
Hρ = H/ (1 + ψ ); Nρ = N (1 + ψ ),
(3.16)
где ψ = (ρГ/ρB - 1) - коэффициент, оценивающий концентрацию твердой
фракции в пылегазовом потоке, имеющем плотность ρГ .
Таким
образом
учитываются
повышение
сопротивления
газовоздушного тракта
и увеличение затрат мощности на привод
лопастной машины, связанные с необходимостью перемещения твердых
частиц потоком газа или воздуха.
B
3.5 Безразмерные и универсальные характеристики
лопастных машин
Действительные характеристики лопастных машин являются
размерными и индивидуальными, поэтому их можно применять при
оценке режима работы конкретного агрегата. Однако характеристики
геометрически подобных
машин можно свести к одной общей
безразмерной характеристике.
Используя принципы теории подобия можно получить безразмерные
комплексы, которые для подобных машин будут численно равны, в том
числе
Q* = Q/( D22 /4)U2 - коэффициент подачи;
(3.17)
H* = g H/U22 - коэффициент напора;
2
P* = P/ρU2 - коэффициент давления;
N* = N/( D22 /4) ρU23 - коэффициент мощности.
Поскольку КПД является безразмерным параметром η* = η.
Для многих типов лопастных машин характеристика строится в
безразмерной сетке координат. По форме безразмерные характеристики
ничем не отличаются от размерных и при соответствующем выборе
масштабов совпадают
с
последними.
Основное
преимущество
безразмерных характеристик заключается в том, что они не зависят от
геометрических размеров машины, числа оборотов и начальных
параметров среды, поэтому они удобны для практических расчетов,
особенно при моделировании и проектировании лопастных машин. На
рис. 3.10. представлена
безразмерная характеристики центробежного
насоса.
В ряде случаев удобно пользоваться универсальной характеристикой
лопастной машины (рис. 3.11, 3.12),
которая построена по
топографическому принципу. В координатах Q-H или Q-N строятся
функции напора или мощности при различных оборотах вала машины, а
линии постоянного КПД (изолинии) образуют соответствующие сечения.
Отечественные заводы,
производящие
насосное оборудование,
вентиляторы и дымососы, выпускают серии геометрически подобных
лопастных машин. Обычно они охватывают своими показателями
определенную область поля характеристики H = f(Q). Для таких серий
напорные функции строятся на едином поле, обычно в логарифмических
координатах (рис.3.13, 3.14) и называются диаграммами характеристик.
ГЛАВА 4. РАБОТА НАСОСОВ И ТЯГОДУТЬЕВЫХ МАШИН
В ТРАКТАХ ТЭС
4.1. Характеристики пароводяного и газовоздушного трактов
ТЭС и рабочий режим лопастных машин
Насосы, установленные на ТЭС, обеспечивают подачу жидкости по
трубопроводам через теплообменники, поверхности нагрева котлов,
запорную
и регулирующую арматуру.
При этом осуществляется
движение теплоносителя по основному пароводяному тракту тепловой
электростанции, а также по всем вспомогательным контурам,
обеспечивающим работу агрегатов ТЭС.
Важнейшей составляющей
частью электростанции является газовоздушный тракт, по которому
транспортируются воздух, газы, а также пылевоздушная смесь.
Газовоздушный тракт включает в себя газовоздуховоды, мельницы, топку
котла, конвективные газоходы, сепараторы, циклоны, дымовые трубы и
т.д. В газовоздушном тракте работают
дутьевые вентиляторы,
мельничные вентиляторы и дымососы (рис. 4.1).
Каждый участок
пароводяного тракта обладает гидравлическим
сопротивлением, а в газовоздушном тракте имеются различные
аэродинамические потери. Среде, движущейся по соответствующему
тракту, приходится преодолевать два вида сопротивлений: сопротивление
трения ΔНтр и местные сопротивления ΔНм, связанные с изменением
формы или направления канала.
Расчет сопротивлений обычно ведется по следующим зависимостям
ΔНт =λ l C2/(2g Dэ); ΔHм = ξ C2/2g,
где λ - коэффициент сопротивления трения;
ξ - коэффициент местного сопротивления;
l, Dэ - длина участка и эквивалентный диаметр;
C- средняя скорость потока.
Поскольку Q = Cπ Dэ2 /4, то можно записать, что все гидравлические
сопротивления тракта пропорциональны квадрату расхода среды
ΔHс = kQ2 , где k - общий коэффициент сопротивления тракта.
Зависимость между напором, необходимым для преодоления
сопротивления тракта и действия гравитационных сил и расходом среды,
называется характеристикой сети (тракта). Установить, в каком режиме
будет работать насос или ТДМ, можно лишь при условии, если известна
характеристика сети Hс = f(Q), в котором работает данная лопастная
машина.
Рассмотрим работу насоса, перекачивающего жидкость из одного
резервуара в другой, например из конденсатного бака в деаэратор
(рис.4.2.).
Необходимый для преодоления сопротивления тракта напор насоса в
общем случае определяется уравнением Бернулли
Hс = (P2 - P1 )/ρg + (C22 - C12 )/2g + (Z2 - Z1 ) + ΔHc,
(4.1)
где ΔНc - общее гидравлическое сопротивление магистрали.
Для газовоздушного тракта это уравнение имеет вид
Hс = (P2 - P1 )/ρg + ΔHс - Hz ,
(4.2)
где Нz = ΔZ(ρВ - ρГ)/ρВ учитывает явление самотяги, возникающей за счет
разности плотностей наружного воздуха ρВ и дымовых газов ρГ при их
движении в дымовой трубе высотой ΔZ. Обычно в газовоздушных трактах
ТЭС Р2 = Р1 , тогда Нс = Δ Нс - Нz .
Рис. 4.2. Схема конденсатного тракта для определения необходимого напора насоса
Из анализа уравнений (4.1) и (4.2) видно, что характеристика сети
может быть представлена в виде квадратичной параболы (рис. 4.3.).
Если на один и тот же график нанести напорную функцию
характеристики лопастной машины Н = f(Q) и кривую характеристики сети
Нс = f(Q), то они пересекутся в точке А (рис. 4.3), соответствующей
рабочему режиму лопастной машины в данном тракте. Таким образом,
подача и напор лопастной машины зависят не только от свойств самого
агрегата, но и характеристики сети. Естественно, что если характеристики
сети и лопастной машины не будут меняться в процессе эксплуатации, то
режим, соответствующий рабочей точке А, тоже будет неизменным.
а)
б)
Рис. 4.3. Характеристики гидравлического (а) и газовоздушного (б) тракта:
Hг = Z2 - Z1 - гидростатическая составляющая сопротивления;
Hс = (P2 - P1 )/ρg - статическая составляющая сопротивления;
Δ Hс = kQ2 - гидравлическое (аэродинамическое) сопротивление;
Hz = Δ Z(ρВ -ρГ )/pВ - cамотяга газовоздушного тракта;
Hа , Qа - напор и подача в рабочем режиме
В энергетике
часто встречаются случаи работы насосов и
тягодутьевых машин в сложных системах, с различными разветвлениями,
параллельными перетоками, с прокачкой среды через специальные
установки (теплообменники, циклоны, сепараторы, золоуловители,
эжекторы и т.д.).
В этих случаях производится детальный гидравлический или
аэродинамический расчет соответствующего тракта для определения
зависимости Нс = f(Q).
4.2. Параллельная работа насосов и тягодутьевых машин
Насосы и тягодутьевые машины, применяемые на ТЭС, часто работают
совместно, то есть подают среду в одну магистраль. При этом агрегаты
могут быть включены в систему последовательно или параллельно.
Некоторые насосы на ТЭС устанавливаются параллельно группами до
4 штук не только с целью повышения подачи, но и для резервирования
(что
обеспечивает
высокую надежность и экономичность работы
оборудования ТЭС). К числу таких насосов относятся питательные,
конденсатные, циркуляционные, багерные, насосы систем смазки турбин и
генераторов, пожарные и другие насосы. При параллельной работе
насосов удается расширить диапазон регулирования подачи жидкости в
сеть.
В ряде случаев в параллельную работу могут быть включены два
вентилятора или дымососа (например, при существенном изменении
характеристики газовоздушного тракта котла в процессе эксплуатации).
Как правило,
при
параллельной работе используют агрегаты,
имеющие одинаковые характеристики, то есть однотипные лопастные
машины. Это упрощает их обслуживание, ремонт и обеспечивает
устойчивую работу на различных режимах,
в том числе при
регулировании подачи. Однако иногда приходится использовать
одновременно основные и резервные агрегаты, имеющие различные
характеристики.
Для того чтобы построить суммарную характеристику двух
однотипных агрегатов при параллельной работе ( рис. 4.4), необходимо
удвоить абсциссы кривой Н = f(Q) одной лопастной машины (отрезок аа**
= 2аа*, отрезок bb** = 2bb* , рис. 4.4.). Новая функция пересечется с
характеристикой сети в точке А**, однако действительной рабочей точкой
для каждого агрегата будет является точка А, при этом обе машины
развивают одинаковый напор На, а совместная подача Q** = 2Qа.
Из графика видно, что совместная подача двух параллельно
работающих насосов или ТДМ меньше суммы подач двух насосов при их
раздельной работе в ту же сеть.
Мощность однотипных параллельно работающих лопастных машин
определяется по положению точки В (рис 4.4 ), при этом суммарная
мощность N = 2Nв , а величина КПД для обоих агрегатов одинакова и
находится в соответствии с положением точки С.
Если на одну магистраль работают две лопастные машины с
различными
характеристиками,
то
эффективное
подключение
слабонапорного агрегата обеспечивается только при режиме, когда его
напор Н1 сравняется с напором Н2 ( точка а**, рис 4.6). Работа двух
насосов при низких подачах допустима, так как гидравлические системы
насосных станций обычно оснащаются обратными клапанами, а при
параллельной работе вентиляторов возможен обратный переток среды
через проточную часть слабонапорной машины, что приводит к
дополнительным неэффективным
затратам мощности на привод
вентиляторов.
.
Рис 4.4. График параллельной работы двух однотипных центробежных насосов
Рис.4.5. Схема параллельного включения группы питательных насосов на ТЭС:
К- котел; Д- деаэратор; ПВД- подогреватели высокого давления;
ПН- питательный насос; РПН - резервный питательный насос
Рис.4.6. График параллельной работы двух различных центробежных насосов
Достраивая функцию напора H = f(Q), можно получить общую
рабочую точку А** , и далее из условия равенства напоров найти
действительные рабочие
точки машин А1 и А2 и установить
соответствующие значения мощностей N1 и N2 в точках В1 и В2 , а также
КПД в точках С1 и С2. Суммарная мощность, потребляемая двумя
машинами равна N = N1 + N2 ,а суммарный КПД
η = (Q1 + Q2 )/(Q1 /η1 + Q2 /η2 ).
(4.3)
Параллельная работа лопастных машин на один тракт эффективна при
достаточно пологой характеристике сети и крутой напорной функции
лопастной машины. В этом случае можно существенно увеличивать
подачу, незначительно повышая напор в магистрали. В противном случае
требуется замена одного агрегата на другой,
имеющий большую
производительность.
4.3. Последовательная работа насосов и тягодутьевых машин
Последовательная работа лопастных машин применяется для
увеличения напора в тех случаях, когда один агрегат при заданной
производительности не может создать требуемого напора. Подача
каждой лопастной машины остается постоянной, общий напор равен
сумме напоров последовательно подключенных насосов или ТДМ.
Наиболее характерным случаем использования последовательной
работы лопастных машин на ТЭС является применение бустерных
насосов. Эти насосы являются предвключенными по отношению к
основным питательным насосам и выполняют две важные функции: во
первых, создают необходимое высокое давление в подводе питательного
агрегата (обеспечивая его работу без кавитации) и, во вторых, повышают
давление питательной воды, разгружая тем самым питательные насосы
как по мощности, так и по уровню создаваемого напора.
В ряде случаев в пароводяном тракте энергоблоков ТЭС
устанавливают в две ступени конденсатные насосы, однако при этом чаще
всего преследуется цель компенсации потерь напора на промежуточных
участках тепловой схемы (рис.4.7).
Рис 4.7. Схема последовательной установки конденсатных
насосов в пароводяном тракте ТЭС:
КТ - конденсатор турбины; Д - деаэратор;ПНД - подогреватели низкого давления;
КН - конденсатные насосы (две ступени)
Порядок построения общей характеристики двух (или более)
последовательно подключенных лопастных машин мало зависит от вида их
индивидуальных характеристик (рис.4.8). Однако при этом стремятся,
чтобы напорные функции агрегатов, подключаемых последовательно,
отличались незначительно и последней по ходу устанавливают машину,
развивающую наибольшее давление.
Естественно, что при одинаковой подаче напоры двух последовательно
подключенных машин складываются (Н = Н1 + Н2). Если агрегаты
однотипные, то напор и мощность удваиваются, а КПД обеих машин
имеет одинаковую величину (рис. 4.8а), для лопастных машин с
различными режимными параметрами мощность N = N1 + N2, а средний
КПД равен
η = (Н1 + Н2)/(Н1/η1 + Н2 /η2).
(4.4)
а)
б)
Рис. 4.8. Последовательная работа лопастных машин:
а) однотипных; б) с различными характеристиками
Из приведенных графиков совместной характеристики двух машин
видно, что последовательное соединение агрегатов приводит не только к
увеличению напора, но обеспечивает также некоторое повышение подачи.
Причем, чем более пологой будет характеристика тракта, тем больше
будет суммарная подача двух лопастных машин при их последовательной
работе.
Нужно отметить, что последовательное соединение ТДМ практически
на ТЭС не встречается,
так как
обеспечение
необходимой
характеристики для одной мощной машины предпочтительнее установки в
тракте двух агрегатов и почти всегда конструктивно осуществимо для
условий электростанции.
4.4. Неустойчивая работа лопастных машин в трактах ТЭС
Во время работы насосов и ТДМ возникают возмущения в виде
колебаний числа оборотов вала или изменения сопротивления сети,
выводящие систему
«машина-сеть» из равновесия. Таким образом,
устойчивость работы лопастных машин в сети определяется как видом их
напорной функции Н = f(Q), так и характеристикой тракта. Неустойчивые
режимы могут являться следствием разрыва характеристики насоса или
ТДМ в ее начальной части (рис 4.9), дымососы и вентиляторы могут иметь
характеристику с "седловиной". Неустойчивость в работе лопастной
машины может иметь место при появлении кавитации (смотри раздел 6.2).
С точки зрения теории устойчивости колебания параметров среды в
тракте зависят от его аккумулирующей способности.
Если в
гидравлической сети имеются емкости с воздушными или паровыми
пространствами ( что свойственно пароводяному тракту ТЭС), то при
изменении давления будут наблюдаться колебания объема, не занятого
жидкостью, и в сети возникнут пульсации давления. Это, в свою очередь,
может привести к неустойчивости работы питательных или конденсатных
насосов.
Рис 4. 9. Характеристика лопастной машины с разрывом или «седловиной»
в начальной части
Такая неустойчивость называется статической, при этом в зоне
неустойчивости при подаче от Q1 до Q2 агрегат может работать только при
напорах, соответствующих положению крайних точек А1 и А2,
произвольно переходя с подачи Q1 на подачу Q2 и наоборот (рис. 4.9).
Более распространенной является динамическая неустойчивость,
которая возникает при определенном сочетании характеристики лопастной
машины и кривой сопротивления тракта, то есть при определенных
эксплуатационных условиях. Динамическая неустойчивость, называемая
также помпажем, возникает обычно в сети, где велика статическая
составляющая гидравлического сопротивления при относительно пологой
характеристике сети Hc. Колебания статической составляющей Нс(ст),
cвязанные с изменением объема среды в аккумулирующей емкости,
способны вызвать срыв подачи насоса ( переход из рабочей точки А0 в
точку А2 или А1, рис. 4.10).
Помпаж и гидравлические удары могут усиливаться или ослабляться в
зависимости от частоты собственных колебаний сети, которая
определяется ее конструкцией, размерами, аккумулирующей способностью
и другими гидравлическими свойствами. Важно обеспечить такие условия
работы лопастной машины, чтобы все колебательные процессы в
пароводяном или газовоздушном трактах ТЭС носили затухающий
характер.
Помпаж может возникать при параллельной работе насосов, если
напор при нулевой подаче одного насоса меньше напора второго насоса
при его одиночной работе в данную сеть.
Для предотвращения помпажа насосов и неустойчивой работы ТДМ на
ТЭС необходимо:
а) применять конструкции лопастных машин, имеющих напорную
функцию без восходящего участка ( без "седловины"), то есть имеющих
стабильную характеристику;
б) использовать специальные противопомпажные устройства, не
позволяющие машине переходить границу помпажа (например в виде
перепускного противопомпажного клапана);
в) соблюдать условия Но > Hc,
при выполнении которого
обеспечивается запас напора у насосов в режиме холостого хода.
Рис. 4.10. Неустойчивая работа лопастной машины:
1 - насос со стабильной характеристикой;
2 - насос с нестабильной характеристикой
ГЛАВА 5. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАСОСОВ И ТЯГОДУТЬЕВЫХ
МАШИН НА ТЭС
5.1. Задачи регулирования лопастных машин на ТЭС
При работе на данную сеть подача лопастной машины однозначно
определяется точкой пересечения напорной функции
Н = f(Q) и
характеристикой тракта. Однако в процессе эксплуатации энергетических
установок часто возникает необходимость регулировать расход жидкости
или газа. В ряде случаев при изменении режима работы оборудования
требуется также повысить или понизить рабочее давление в пароводяном
тракте ТЭС или в напорных магистралях, по которым транспортируются
технологические жидкости (топливо, масла, химические реагенты и т.д.).
Так, например, при снижении нагрузки котла необходимо уменьшать
подачу конденсатных и питательных насосов, а также дутьевых
вентиляторов и дымососа. При работе энергоблока на скользящем
давлении одновременно со снижением расхода приходится добиваться
значительного понижения давления пара за котлоагрегатом.
Во многих случаях лопастные машины работают значительную часть
кампании на частичных нагрузках (вентиляторы и дымососы, например,
эксплуатируются при подаче, равной 80 - 90% от максимальной). В таких
условиях экономичность агрегатов зависит от КПД насосов или ТДМ не
только на расчетном номинальном режиме, но и при пониженных
нагрузках.
Таким образом, при регулировании лопастной машины, во первых,
решается задача приведения в соответствие с изменением нагрузки котла
и турбины основных параметров насосов и тягодутьевых машин ТЭС
(подачи и напора), и, во вторых, обеспечивается поддержание максимально
близких к оптимальным экономических показателей лопастных машин.
Регулирование одной лопастной машины можно осуществлять тремя
основными методами:
а) изменением характеристики сети (увеличением или уменьшением
сопротивления тракта);
б) изменением характеристики машины;
в) одновременным изменением характеристики сети и машины.
При параллельной
или последовательной работе нескольких
лопастных машин можно применять так называемое групповое
регулирование, используя возможность ступенчатого отключения одного,
двух или более агрегатов.
Отношение допустимого уровня снижения подачи лопастной машины
к исходной величине Q/Qисх называется глубиной регулирования, которая
зависит от номинального режима работы агрегата, формы характеристики
и применяемого способа регулирования насоса или ТДМ.
Экономичность применяемого способа регулирования лопастной
машины оценивается по кривым сброса мощности N/Nисх, построенным в
зависимости от глубины регулирования по опытным данным или данным,
полученным аналитическим путем.
5.2. Регулирование подачи и напора изменением характеристики
тракта
Существует несколько способов регулирования, при которых перемена
режима работы лопастной машины происходит за счет изменения
гидравлического
сопротивления
тракта.
Первым
и
наиболее
распространенным способом такого регулирования является дроссельное
регулирование, при котором за счет перемещения задвижки или любого
другого дроссельного устройства обеспечивается изменение проходного
сечения и коэффициента сопротивления, входящего в уравнение Hc = kQ2.
Построив новую характеристику сети с измененным значением
коэффициента
k' > k, получим рабочий режим с меньшей подачей
Q'a < Qa (рис 5.1) и новую рабочую точку А'.
Рис. 5.1. Регулирование работы лопастной машины дросселированием:
ΔHд - потеря напора в дроссельном устройстве; ηд - КПД машины при подаче Q'a
Преимуществом этого способа является простота его технической
реализации, однако при этом значительная часть энергии, передаваемая
потоку в лопастной машине, переходит в необратимые потери. Потеря
мощности при таком регулировании равна
ΔHд = ρg Hд Q'a/ηд.
(5.1)
Коэффициент полезного действия зарегулированной установки обычно
всегда ниже величины КПД на номинальном режиме:
ηр = ηд (H'a - ΔHд)/ 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 Δ n
ηг' = ηг n/(n - Δ 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 ΔНн при
регулировании зависит от КПД направляющего аппарата
ηн = (Nд - Nн)/(Nд - N) ;
Hp = H - ΔHн ηн ,
(5.4)
(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
В большинстве 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 = η р 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:
(5.7)
ηр = Nид/Nр,
где Nр - текущее значение мощности привода зарегулированной машины.
Если известен эксплуатационный КПД лопастной машины ηэ, можно также
определить дополнительные потери, возникающие в процессе
регулирования:
(5.8)
Nр = Nисх (1/ ηэ - 1) (Q/Qисх)3.
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;
б) дифференциальной, применяемой при повреждениях внутренней
обмотки статора двигателя.
При срабатывании любой защиты:
- закрывается обратный клапан на выдаче насоса;
- подается импульс на отключение бустерных насосов;
- подается импульс на открытие клапана рециркуляции;
- подается импульс на перевод котла на половинную или 30% нагрузку.
Помимо действия защит питательный агрегат предохраняется от
ненормальных режимов системой аварийной сигнализации. В нее входят
сигналы:
- при повышении температуры подшипников;
- при снижении уровня масла в маслобаке;
- при несоответствии открытия или закрытия клапана рециркуляции,
обратного клапана и напорной задвижки;
- при перегрузке электродвигателя ПЭН по току;
- при повышенной вибрации подшипников агрегата;
- при повышении температуры в перепускной трубе разгрузочного
устройства насоса.
Таблица 6.1.
Основные виды защит ПЭН
Наименование защиты
От понижения давления
масла в системе смазки
От осевого сдвига ротора
От падения давления
воды на всасе насоса
От повышения давления
воды за насосом
От понижения давления
воды за насосом
От уменьшения расхода
воды на охлаждение
статора электродвигателя
От уменьшения расхода
воды на охлаждение
ротора электродвигателя
От падения давления
масла к гидромуфте ПЭН
Уставка
по параметру По времени
0,049 Мпа
3с
Действие защиты
Останов ПЭН
1,1 МПа
1,375 МПа
0
20 с
Останов ПЭН
Останов ПЭН
41,2 МПа
0
Останов ПЭН
21,6 МПа
0
Останов ПЭН
3,5 т/час
3 мин
Останов ПЭН
30 т/час
3 мин
Останов ПЭН
0,0884 МПа
0
Останов ПЭН
Автоматизация процессов пуска и останова агрегатов, а также защита
насосов от неправильных действий персонала осуществляется системой
блокировок.
Режим работы питательных насосов определяется уровнем нагрузки
котла, он связан с регулированием уровня воды в барабане котлоагрегата.
В силу наличия запаса по производительности, питательные насосы, даже
если котел несет полную нагрузку, не работают при максимально
возможной подаче.
Во время работы насосного агрегата ведется постоянный контроль за
важнейшими параметрами его работы: давлением в приемном и напорном
патрубках; температурой и давлением в камере гидропяты, температурой
воды на входе в насос, давлением масла на смазку; давлением
охлаждающей воды перед сальниками; силой тока в обмотках
электродвигателя.
Конденсатные, циркуляционные и сетевые насосы
Конденсатные насосы являются ответственными агрегатами
вспомогательного оборудования ТЭС. Конденсатные насосы служат для
откачки конденсата из конденсатора и подачи его через обессоливающую
установку, систему регенеративных подогревателей низкого давления и
пароструйный эжектор в деаэратор. В зависимости от мощности турбины
устанавливаются два, три или даже четыре конденсатных насоса, один из
них является резервным и включается по системе АВР. Особенностью
работы конденсатных насосов является то, что рабочая среда имеет
температуру, близкую к температуре насыщения. Это создает условия для
срыва работы насоса и возникновения кавитационных явлений.
Практически конденсатные насосы работают в условиях начальной
кавитации при входе в рабочее колесо первой ступени. Насосы первого
подьема могут работать при температуре среды до 125 0С, второго подьема
– до 80 0С .
Конденсатные насосы выпускаются вертикального и горизонтального
исполнения.
В процессе нормальной эксплуатации конденсатных и сетевых насосов
необходимо:
- контролировать вибрационное состояние агрегата;
- следить за температурой и уровнем масла в подшипниках,
контролировать подачу охлаждающей воды к подшипникам, проверять
работу смазочных колец;
- контролировать работу концевых уплотнений: подачу воды на
уплотнения, нагрев узла уплотнений и т.д.;
- следить за показаниями амперметра, не допуская перегрузки
двигателя по току;
- контролировать работу регулятора уровня в конденсаторе;
следить за подачей уплотняющего конденсата на вакуумную арматуру ( в
том числе в резервных насосах);
поддерживать в состоянии готовности резервный агрегат.
При длительной эксплуатации необходимо по графику чередовать
работу резервных и рабочих насосов. Необходимо также не реже 1 раза в
месяц производить опробование АВР.
Для конденсатных насосов важнейшими факторами, влияющими на их
режим работы, будут уровень воды в деаэраторе и конденсаторе, расход
пара и конденсата через конденсатор турбины. Конденсатные насосы,
используемые для отвода теплоносителя из теплообменников, называют
также дренажными или сливными. Эти насосы работают обычно с
постоянной нагрузкой, так как производить регулирование их подачи
специальными способами в большинстве случаев не целесообразно.
Наиболее важным при эксплуатации конденсатных, как и питательных
насосов, является необходимость избежать развития кавитационных
процессов.
Сетевые насосы предназначены для питания теплофикационных сетей
и создания циркуляции в замкнутых промежуточных контурах ТЭС и
устанавливаются либо непосредственно на электростанции, либо на
промежуточных перекачивающих насосных станциях. В зависимости от
теплового режима сети насосы должны надежно работать при
значительных колебаниях температуры перекачиваемой воды в широком
диапазоне подач. Нельзя допускать продолжительную работу сетевого
насоса при понижении давления в подводящей магистрали, которое может
возникнуть при больших расходах (потерях) сетевой воды потребителями.
В основных позициях условия эксплуатации сетевых насосов близки к
условиям работы конденсатных насосов.
Циркуляционные насосы обеспечивают подачу охлаждающей воды в
конденсаторы турбины, а также на технические цели (на охлаждение узлов
оборудования, гидрозолоудаление, химводоочистку и т. д.). По условиям
работы циркуляционные насосы должны подавать большое количество
воды при относительно невысоком напоре. Для этой цели наиболее
подходят одноступенчатые центробежные насосы с двухпоточным
рабочим колесом, а также крупные вертикальные осевые насосы. Как
правило, на ТЭС прокладывается два напорных циркуляционных водовода
и при установке четырех циркуляционных насосов можно переключать два
насоса на любой канал. На некоторых станциях насосы устанавливаются в
помещении турбинного цеха на нулевой отметке в непосредственной
близости от конденсаторов. В этом случае вода забирается из общего
подводящего самотечного канала, проходящего около конденсационного
помещения. На блочных ТЭС обычно применяют в качестве
циркуляционных насосов вертикальные осевые агрегаты (типа О или ОП).
Рабочая характеристика таких насосов имеет зону неустойчивости
(рис. 6.1). Поэтому стремятся эксплуатировать циркуляционные осевые
насосы при максимальных подачах, используя для этой цели
вспомогательные сбросные водоводы ( пусковые байпасы). Это
практически не отражается на росте потребляемой мощности, так как
мощностная функция осевых насосов имеет ниспадающий характер (то
есть они потребляют максимум энергии на холостом ходу - при закрытой
задвижке).
В циркуляционной магистрали кроме задвижек для
переключения насосов имеется только задвижка для предотвращения слива
воды из конденсаторов при останове циркуляционного насоса.
Регулирование подачи осуществляется поворотом лопастей или
ступенчатым изменением числа оборотов электропривода. Для защиты
оборудования от опасных режимов циркуляционные агрегаты имеют
технологическую защиту и сигнализацию. К основным видам защиты
можно отнести:
- токовую защиту электропривода;
- защиту от повышения температуры подшипников и снижения уровня
масла в масляных ваннах агрегата;
- защиту от работы при закрытой задвижке на напорной линии или
сливной линии циркуляционного водовода;
- защиту от прекращения подачи воды для смазки верхнего
подшипника насоса и охлаждения масляных ванн подшипников
электродвигателя
- защиту от предельного перепада уровней на защитных сетках.
Тягодутьевые машины
Режим работы ТДМ (дымососов, мельничных и дутьевых
вентиляторов) непосредственно связан с работой топки котла, то есть
определяется его паровой нагрузкой, при этим мельничные вентиляторы,
применяемые в схеме топливоприготовления с промежуточным бункером
угольной пыли, работают с производительностью, соответствующей
оптимальному режиму мельницы по условиям размола и сушки топлива.
Эксплуатация ТДМ характеризуется рядом особенностей:
а) постоянной работой на недогрузочных режимах вследствие наличия
существенных запасов, установленных при проектировании и
изготовлении вентиляторов и дымососов;
б) изменением характеристики газовоздушного тракта по
квадратичной зависимости, что вызывает значительные колебания
давления в тракте при изменении подачи;
в) существенным изменением основных рабочих параметров
лопастной машины при длительной эксплуатации из-за загрязнения тракта
и износа элементов конструкции ТДМ.
На условия эксплуатации ТДМ влияют также свойства рабочей среды:
высокая температура, влажность и запыленность транспортируемых газов.
Длительность
кампании
ТДМ
должна
соответствовать
установленному плановому периоду непрерывной работы котельного
агрегата между капитальными ремонтами
( около трех лет).
Основные типы современных ТДМ имеют лопатки, загнутые назад,
что позволяет получить высокие значения статической составляющей
развиваемого ими давления. ТДМ работают при высоких окружных
скоростях, так как диаметры рабочих колес вентиляторов и дымососов
достигают 2-3 метров, что обуславливает повышенные требования к
надежности основных узлов этих машин. Для снижения потерь мощности
на всех ТДМ устанавливают регулирующие органы в виде направляющих
аппаратов в сочетании с двухскоростными электродвигателями. Мощность
приводных электродвигателей ТДМ на некоторых энергоблоках
превышает 2000 Квт.
Рис 6.1. Характеристики осевого циркуляционного насоса типа ОП
Рис.6.2. Схемы подключения дутьевых вентиляторов к
воздухоподогревателям котла:
а) с рециркуляцией воздуха на вход дутьевого вентилятора;
б) с рециркуляцией с помощью специального вентилятора горячего дутья;
в) при минимальных затратах электроэнергии на транспорт воздуха;
г) с раздельным воздухоподогревателем и установкой
вентилятора рециркуляции на слабо подогретом воздухе
Дутьевые вентиляторы работают на атмосферном воздухе, к которому
добавляют воздух из помещения котельной. На условия работы ДВ влияют
такие параметры среды, как температура и влажность. Допустимая
температура воздуха на входе в воздухоподогреватель котла определяется
стабильностью топочного процесса и условиями, гарантирующими
предупреждение коррозии поверхностей нагрева, и однозначно зависит от
сорта сжигаемого топлива. Эта температура иногда достигает 60-80 0С.
Для предварительного нагрева воздуха в ряде случаев применяют схемы с
калориферами и рециркуляцией воздуха (рис.6.2).
Температура уходящих газов, являющихся рабочей средой для
дымососов, выбирается из соображений экономичности и защиты от
коррозии воздухоподогревателя и составляет обычно 150-140 0С, но может
быть и ниже. Поэтому дополнительного охлаждения подшипников
дымососов не требуется. Условия работы дымососов зависят от чистоты
конвективных поверхностей нагрева котлоагрегата, так как при их
загрязнении количество уходящих газов возрастает и повышаются затраты
энергии на привод дымососа котла. Существенно влияет на работу
дымососов запыленность потока. Золовые частицы вызывают износ
рабочего колеса и кожуха дымососа, интенсивность которого зависит от
скорости потока, концентрации золовых частиц и частоты вращения вала,
которая у дымососов обычно невелика. По экологическим требованиям
(охрана воздушной среды) и условиям износа узлов дымососов
необходима установка перед дымососами золоулавливающих устройств со
степенью очистки дымовых газов не менее 98 - 99%. Наиболее эффективна
двухступенчатая очистка газа, при которой в золоуловителях
инерционного типа (батарейные циклоны, жалюзийные золоуловители)
выделяются более крупные фракции уноса, а мелкие частицы золы
улавливаются в электрофильтрах или скрубберах.
Режим работы мельничных вентиляторов зависит от применяемой
схемы пылеприготовления, использование которой связано в основном с
видом сжигаемого топлива. В наиболее распространенных схемах с
пылевым бункером, мельничные вентиляторы создают значительные
напоры (до 1000 кгс/м
при n = 1500 об/мин). Диапазон температур
рабочей среды составляет от 70 до 450 0С, при этом в ряде случаев
требуется дополнительное охлаждение конструкции вентилятора водой
или воздухом.
Угольная пыль обладает меньшими абразивными свойствами, чем
золовой унос, поэтому износ элементов МВ в схемах с пылевым бункером
менее интенсивный, чем у дымососов, несмотря на более высокую
концентрацию частиц угольной пыли в воздухе и высокую частоту
вращения рабочего колеса. Однако в ряде случаев на МВ находит
применение специальная защита от износа рабочего колеса агрегата.
В процессе эксплуатации ТДМ необходимо следить за смазкой и
охлаждением подшипников, наблюдать за показаниями амперметров
электродвигателей, регулировать производительность при нарушениях
режима работы автоматики. Кроме того, необходимо следить за вибрацией
агрегата, так как она в большинстве случаев свидетельствует о
разбалансировке ротора по причине появления отложений золы на рабочем
колесе. Для удаления отложений без остановки дымососа применяют
систему обдувки ротора влажным паром с давлением 3,0 МПа. В процессе
эксплуатации ТДМ необходимо периодически проверять плотность
креплений и качество масла в системах смазки. Необходимо следить за
нагревом
подшипников,
плотностью
маслосистемы,
исправным
состоянием контрольно-измерительных приборов, систем управления,
сигнализации и защиты.
6.2. Кавитационные процессы в насосах. Высота всасывания.
Большое значение при эксплуатации насосов на ТЭС имеет
предотвращение кавитационных процессов. Кавитация представляет собой
процесс нарушения сплошности потока жидкости, проходящей там, где
снижение местного давления достигает некоторой критической величины.
Этот процесс сопровождается образованием пузырьков, наполненных
парами жидкости, а также газами, выделившимися из жидкости. В качестве
критического давления, при котором начинается кавитация, принимают
давление насыщенных паров жидкости при данной температуре. При
наличии в жидкости центров парообразования кавитация может возникать
при давлениях, превышающих давление насыщенного пара. Каждый
кавитационный пузырек, формируясь из ядра, растет до конечных
размеров и схлопывается, при этом возникают ударные волны с давлением
фронта до 103 МПа.
Существует два типа кавитации: поверхностная и отрывная.
Поверхностная кавитация возникает на поверхности и в межлопаточных
каналах рабочих колес гидравлических насосов. Отрывная кавитация
имеет место в потоке жидкости за рабочими колесами лопастных машин.
Начальная стадия кавитации соответствует появлению небольшого
количества пузырей и слабому усилению шума при работе лопастной
машины. На этой стадии характеристики гидравлической системы
практически не изменяются. При полностью развившейся кавитации
наблюдается интенсивное выделение пузырьков, увеличение скорости
потока, значительный шум. В конечном итоге наступает “срыв” работы
гидравлической машины: работа насоса не поддается управлению, его
внешние характеристики становятся совершенно неприемлемыми для
обеспечения жизнедеятельности тракта.
В зоне развития кавитации происходит разрушение деталей насосов,
работающих длительное время на переменных режимах. Разрушения
появляются обычно при внезапных изменениях направления потока или
колебаниях давления жидкости на входе в насос. К
деталям,
подвергающимся кавитационному разрушению, относятся лопасти
рабочего колеса, особенно входные и выходные кромки, наружный диск,
входные и выходные части корпуса насоса.
В центробежных насосах кавитация обычно возникает при небольшом
снижении давления жидкости на входе в корпус подвода. Опыт
показывает, что это давление выше давления парообразования при данной
температуре жидкости. Это указывает на то, что область минимального
(критического ) давления жидкости находится внутри проточной части
насоса, что связано с обтеканием входных кромок лопастей (рис 6.3).
Антикавитационное совершенство насосов характеризуется величиной
кавитационного падения напора, которое определяется по формуле
ΔHк = (Рк - Рs)/ρg = λк ρ(C12 +U12 )/2,
(6.1)
где Рк, Рs - давление кавитационного режима и давление насыщения; λк коэффициент кавитационных потерь давления, cоответствующий
наступлению “срывного” режима работы лопастной машины.
Рис.6.3. Области минимальных давлений жидкости
в центробежном насосе:
а – в колесе с цилиндрическими лопастями; б – в колесе с
пространственными лопастями; в – в меридианном сечении
В 1935 году известный русский ученый-гидравлик С.С. Руднев на
основании обобщения опытных данных предложил применять
кавитационный коэффициент быстроходности
n к = 5.62 n√Q/ (ΔHк) 3/4.
(6.2)
Удобство использования этого коэффициента состоит в том, что он
связывает основные параметры насоса Q и n c величиной падения напора
ΔHк. Обычно для данного класса насосов величина кавитационного
коэффициента быстроходности не изменяется. Для центробежных насосов,
применяемых на ТЭС, 500 < nк < 1000. Коэффициент nк в настоящее время
служит одним из наиболее удобных в обращении параметров для оценки
кавитационных качеств насосов. Подставив вместо nк обычный
коэффициент быстроходности ns можно найти ΔHк.
Повышения антикавитационных свойств насоса можно добиться, во
первых, путем создания оптимальной конструкции самого насосного
агрегата и, во вторых, применяя специальные устройства, которые
обеспечат условия для предотвращения развития кавитации в проточной
части насоса. В перечень наиболее распространенных мероприятий по
усовершенствованию конструкции лопастной машины можно включить:
а) максимальное приближение лопаток ко входу путем перемещения
входной кромки вперед;
б) выбор оптимального числа лопаток рабочего колеса (z = 6 - 8);
в) выбор оптимального угла атаки i = β1л - βпот;
г) применение рабочих колес с двухсторонним входом;
д) использование машин с малым коэффициентом быстроходности;
е) установку направляющего аппарата на входе в насос.
Эти, а также ряд других конструктивных решений, позволяют
существенно понизить вероятность возникновения кавитационных явлений
в центробежных насосах, применяемых на ТЭС.
Предотвращение кавитационных явлений в высоконапорных насосах
достигается за счет применения:
а) дополнительных неподвижных лопаток для закрутки потока в
подводящей камере на входе в рабочее колесо;
б) тангенциальных отверстий в корпусе подвода, обеспечивающих
подачу высоконапорного потока для закручивания всей массы жидкости,
поступающей на вход в рабочее колесо;
в) специального осевого колеса (шнека), устанавливаемого на одном
валу перед центробежным колесом и обеспечивающего подкручивание
жидкости на входе в него для снижения входной скорости потока;
г) расположение питающих емкостей на верхних отметках корпуса
турбинного цеха;
д) установки перед основным насосом вспомогательного (бустерного)
насоса, который создает условия для безкавитационной работы основного
насоса. Бустерные насосы, устанавливаемые на ТЭС перед питательными
насосами, имеют существенно меньшее число оборотов.
Возникновение и степень развития кавитации в насосе зависят от
давления потока на входе в корпус подвода. Причиной понижения
давления перед насосной установкой может быть множество факторов, в
том числе значительная геодезическая высота расположения насоса
относительно точки забора жидкости, низкое давление в подпорном
резервуаре, повышенная температура и загрязненность среды,
турбулентность потока на входе в насос, подсос попутного воздуха из
атмосферы, унос пузырьков пара потоком воды (например из деаэратора)
и т.д.
На практике встречаются три основные схемы установки
центробежных насосов:
а) когда ось насоса находится выше уровня среды в открытом
питающем резервуаре (например, работа циркуляционных насосов в
системе охлаждения конденсаторов турбин);
б) ось насоса ниже уровня жидкости в открытом резервуаре (забор
воды из баков аварийного запаса);
в) жидкость в резервуаре находится под избыточным давлением или
разряжением (забор питательной воды из деаэратора или конденсата из
конденсатора турбин).
Используя
уравнение
Бернули,
можно
определить,
какой
гидравлический напор будет создаваться столбом жидкости в подводе
насоса:
Нг = (Ро - Р1)/ρg - C12/2g - ΔH1,
(6.3)
где Нг = Z0 - Z1, Δ Н1 - гидравлические потери подводящего тракта,
Ро - давление в резервуаре или атмосферное давление.
Величина вакуума на входе в насос, зависящая только от перепада
давлений, называется вакууметрической высотой всасывания и
определяется по зависимости
Нвак = (Ро - Р1)/ρg - С12/2g .
(6.4)
Таким образом, Нвак = Нг - Δ Н1, если насос работает без подпора, и
Нвак = Δ Н1 - Нг при наличии подпора в приемном патрубке насоса.
Для нормальной работы насоса без кавитации необходимо, чтобы
давление на входе в рабочее колесо было больше критического ( равного
давлению насыщенных паров жидкости) Р1 > Рs.
Все насосы на заводах-изготовителях проходят кавитационные
испытания, при этом определяется величина допустимого кавитационного
запаса напора в приемном патрубке
ΔНд = Кд ( Р1 - Рs)/ρg + C12/2g,
(6.5)
где коэффициент запаса Кд = 1,15 - 1,3. Максимально допустимый
критический кавитационный запас ΔНкр может быть рассчитан при
известном кавитационном коэффициенте быстроходности по формуле С.С.
Руднева
ΔНкр = 10( ns √ Q/nк ) 4/3 .
(6.6)
Значение допустимого кавитационного запаса приводится обычно в
виде графика ΔНд =f (Q) на характеристике насоса, который используется
для расчета допустимой вакууметрической высоты всасывания:
Нвак = (Ро - Рs)/ρg - ΔНд.
(6.7)
Таким образом, допустимая высота всасывания является одним из
важнейших параметров, характеризующих надежность работы насоса в
условиях возможности возникновения кавитации.
6.3. Переменные режимы работы насосов и тягодутьевых машин
При эксплуатации на ТЭС лопастные машины длительное время могут
работать на режимах, существенно отличающихся от оптимальных
(которые обычно близки к номинальным). Возникает потребность
изменять рабочие параметры насосов и ТДМ с учетом перехода котлов и
турбин ТЭС с одного уровня нагрузки на другой или для проведения
регламентных работ. Режимы работы оборудования, связанные с
изменением основных параметров агрегатов во времени, принято называть
переменными или нестационарными.
К
наиболее распространенным переменным режимам работы
лопастных машин на ТЭС можно отнести:
а) режимы регулирования, связанные с изменением нагрузки
оборудования;
б) режимы работы оборудования на холостом ходу;
в) пуски агрегатов из холодного состояния;
г) пуски агрегатов из полунагретого состояния;
д) пуски агрегатов после кратковременной остановки (горячие пуски);
е) остановы агрегатов.
К наиболее характерным и ответственным нестационарным режимам
можно отнести пуски и остановы лопастных машин. Пуски и остановы
насосов основного цикла и ТДМ в большинстве случаев связаны с пусками
и остановами котельных агрегатов и турбин, и существенно реже - с
режимами снижения нагрузки основных агрегатов ТЭС или выводом
оборудования в ремонт.
Перед пуском центробежных насосов (питательных, конденсатных,
сетевых и т.д.) необходимо обеспечить заполнение всасывающего
трубопровода и внутренней полости насоса перекачиваемой жидкостью.
При этом можно использовать метод залива жидкости из напорного
трубопровода через специальный приемный клапан или обеспечить отсос
воздуха пусковым вакуум- насосом или эжектором.
Нормальный пуск центробежного насоса осуществляется при закрытой
задвижке, установленной на напорном трубопроводе. Производится
подключение измерительных приборов - манометра и вакууметра. Кроме
того, обеспечивается подача воды к уплотнениям (сальникам ) и в систему
охлаждения подшипников. Включение приводного электродвигателя
обычно осуществляется дистанционно с блочного щита управления котла
или турбины ( в зависимости от типа пускаемого насоса).
Пуск питательных насосов начинается с подготовительных операций,
предусматривающих осмотр всего оборудования, проверке КИП, задвижек
и вентилей, уровня масла в масляном баке, состояния сальников.
Проверяются также система маслоснабжения, защиты, блокировки и
сигнализация
питательного агрегата. Заполнение ПЭНов водой
производится путем открытия воздушника перед задвижкой на напорной
линии и частичного открытия на линии прогрева насоса. Насос считается
прогретым, если температура воды перед напорной задвижкой достигает
110-120 0С. Питательный насос пускается после открытия задвижки на
линии нагнетания при гарантированной работе обратного клапана и
наличии подпора в напорной магистрали.
При подготовке к пуску конденсатных и сетевых насосов необходимо:
- проверить заземление электродвигателей и кабелей;
- проверить ограждение муфт насоса;
- проверить и подключить средства КИП и автоматики;
- проверить наличие и качество смазки подшипников;
- подать воду на охлаждение подшипников;
- проверить плотность системы охлаждения и смазки;
- открыть задвижку на всасывающей линии.
Пуск сетевых и конденсатных насосов производится с закрытой
задвижкой на выдаче. При незадействованном конденсаторе конденсатный
насос подключается при пуске к линии рециркуляции. После пуска
конденсатного насоса необходимо отрегулировать уровень в конденсаторе
(в сетевом или регенеративном подогревателе) и подключить в работу
регулятор уровня или соответствующую защиту.
В связи с наличием зоны неустойчивости на характеристике
циркуляционные осевые насосы запускаются в работу при открытой
задвижке в циркуляционном водоводе, с минимальным углом разворота
лопастей. Это обеспечивает устойчивый пуск агрегата с минимальными
перегрузками привода. Пуск осевого циркуляционного насоса запрещается
при закрытой задвижке на напорном патрубке или сливной линии
циркуляционного водовода, при отсутствии подачи воды для смазки
верхнего подшипника и охлаждения масляных ванн подшипников
электродвигателя, при низкой температуре масла в нижнем подшипнике
двигателя ( ниже 10 0С ).
Пуск любого насоса из холодного состояния производится чаще всего
из резерва и требует достаточно длительного времени. Этот режим связан с
быстрым прогревом внутренних деталей насоса и большой разностью
температур этих деталей по сравнению с наружными элементами корпуса
и крепежными соединениями, сальниками и уплотнениями. При
“холодном” пуске возникают существенные термические напряжения, что
может вызвать перекос деталей и задиры элементов рабочего колеса
лопастной машины о корпус.
Пуск насоса из полунагретого состояния обычно производится после
его кратковременного отключения. Этот режим является менее опасным,
однако из-за неравномерности охлаждения за время простоя возможны
линейные перекосы деталей насоса.
Количество пусков насоса из горячего состояния за короткий
промежуток времени ограничивается только по условиям эксплуатации
приводного двигателя ( см. раздел 6.5).
Пуск и отключение насосов на ТЭС производятся обычно при закрытой
задвижке, при этом в ряде случаев насос может работать в режиме
холостого хода достаточно длительное время. В этом режиме значительная
часть энергии, потребляемой лопастной машиной на холостом ходу,
превращается в теплоту ( 30-40 % Nхх ). В результате может произойти
“запаривание” насоса, то есть перегрев теплоносителя выше допустимой
температуры. Наиболее опасно это явление для рабочего колеса, так как
может возникнуть процесс кавитации, а также разгрузочного устройства и
подшипников насоса. Нагрев воды в насосе при работе на холостом ходу
можно определить по зависимости
Δt = 0,632 Nxx (1 - η )/ Qн,
(6.8)
при этом допустимый уровень нагрева для различных насосов обычно
составляет
Δt = 10 - 30 0C. Для того чтобы не допустить “запаривания”
насоса в схеме установки предусматривается использование линии
рециркуляции, соединяющей напорный патрубок с линией всасывания.
Линия рециркуляции включает в себя рециркуляционный клапан и
дроссельное устройство, обеспечивающее снижение давления воды.
Рециркуляционная линия может включатся в работу автоматически или
вручную.
Останов насосов производится обычно дистанционно с блочных щитов
управления, однако на месте имеется кнопка аварийного останова. На
мощных питательных насосах после останова сразу включается пусковой
масляный насос, который обеспечивает подачу масла к подшипникам в
течение не менее 5 минут после отключения привода. После останова
необходимо убедится в исправности обратного клапана (по отсутствию
обратного вращения вала) и при наличии утечки через клапан немедленно
закрыть основную задвижку и вывести агрегат в ремонт. Вентиль
рециркуляции закрывается только в случае вывода насоса из “горячего”
резерва. Подача воды на охлаждение и концевые уплотнения прекращается
после полного остывания насоса.
Аварийный останов насоса осуществляется в тех случаях, когда
дальнейшая его работа грозит выходом из строя всего агрегата или
представляет опасность для жизни человека. В частности, аварийный
останов производится персоналом при появлении дыма из подшипников
или концевых уплотнений, искр или запаха горелой изоляции из
электродвигателя, при прорыве уплотнения фланцев или образовании
свищей на напорном трубопроводе, при “запаривании” насоса, при
появлении металлических стуков и сильной вибрации, при прекращении
подачи воды на концевые уплотнения, при падении давления масла в
подшипниках ниже допустимого уровня и ряде других случаев.
Аварийный останов может быть осуществлен также по сигналу одной из
защит системой автоматики.
К наиболее напряженным переменным режимам работы тягодутьевых
машин можно отнести процессы их пуска и останова. Пуск и останов ТДМ
осуществляется дистанционно - со щита управления котлом.
Центробежные дымососы и вентиляторы всех видов пускают только на
закрытую заслонку для того, чтобы не допустить перегрузки приводного
двигателя. После достижения электроприводом номинальной частоты
вращения ТДМ постепенно нагружают, плавно открывая направляющий
аппарат или основную заслонку. За нагрузкой двигателя следят по
показаниям амперметра. При установке двухскоростного электродвигателя
пуск ТДМ производится на низком числе оборотов. В процессе пуска ТДМ
необходимо следить за уровнем вибрации подшипников лопастной
машины и приводного электродвигателя. ТДМ, находящиеся в резерве,
должны быть готовы к немедленному пуску.
Для экстренного останова ТДМ может быть использована кнопка
аварийной остановки. Обходчик или машинист должен немедленно
остановить машину в следующих случаях: при трении колеса о кожух,
обрыве лопаток рабочего колеса или направляющего аппарата, сильной
вибрации узлов ТДМ, перегреве подшипников ( t > 80 0С ), потере
напряжения на электродвигателе. Кроме того, сразу же после аварийного
останова закрывается заслонка или направляющий аппарат лопастной
машины. Если останов дымососа осуществляется в плановом порядке
(например, для периодического осмотра), то для ускорения охлаждения
газового тракта направляющий аппарат дымососа и заслонки временно
оставляют открытыми.
6.4. Обслуживание и ремонт насосов и тягодутьевых машин
Обслуживающий и ремонтный персонал ТЭС обязан не только
устранять, но и предупреждать появление неполадок в работе насосов и
ТДМ.
Наиболее напряженными являются переменные режимы работы
лопастных машин, они требуют от персонала наибольшего внимания и
выполнения специальных технологических операций. Однако и при работе
насосов и ТДМ с постоянной нагрузкой оборудование нуждается в
регулярном надзоре и обслуживании.
Действия персонала ТЭС
регламентируются должностными инструкциями и инструкциями по
обслуживанию оборудования. В период работы агрегатов необходимо
периодически контролировать его параметры по контрольноизмерительным приборам и производить запись их в журнал. Во время
работы необходимо осуществлять контроль за общим состоянием
оборудования.
Наиболее важными контролируемыми параметрами при обслуживании
насосов являются давление, расход среды и потребляемая мощность, а
также их соответствие паспортным данным. Постоянному надзору
подлежат все подшипниковые узлы, где контролируется качество смазки и
температура масла. Периодически следует обращать внимание на работу
концевых уплотнений, состояние сальников. Персонал обязан следить за
очисткой сетки или ловушки, устанавливаемой в ряде случаев на
всасывающем трубопроводе насоса, особое внимание уделять плотности
стыковых соединений насоса ( но не производить затяжки гаек на
соединениях при работающем оборудовании). В процессе работы агрегата
периодически проверяется исправность приборов КИП и автоматики.
Для ТДМ наиболее важными точками контроля являются подшипники
(их системы смазки и охлаждения). Для предотвращения перегрузки на
шкале
амперметра
указывается
допустимый
уровень
тока,
соответствующий инструкции по эксплуатации. Периодически производят
обдувку роторов дымососов влажным паром для предотвращения
отложений на рабочих колесах вязкой золы и другого загрязнения. Кроме
контроля за основными показателями работы ТДМ необходимо при их
обслуживании следить за вибрацией, возникающей чаще всего из-за
механических неисправностей агрегата. Если при работе ТДМ
наблюдаются колебания расхода, напора и мощности (так называемый
помпаж), необходимо изменить режим работы лопастной машины в
сторону повышения производительности.
Наряду
с
правильной
эксплуатацией
своевременный
и
высококачественный ремонт способствует повышению надежности и
долговечности работы оборудования.
При эксплуатации насосов и ТДМ распространены следующие виды
ремонтных работ: периодический осмотр, текущий ремонт, капитальный и
аварийный ремонты.
Периодический осмотр обычно производится при нахождении
оборудования в резерве 2-3 раза между плановыми ремонтами. При этом
проверяется действие отдельных агрегатов и узлов лопастной машины,
работа систем защиты и автоматики, состояние быстро изнашивающихся
элементов конструкции.
Текущий ремонт - это планируемые работы по устранению дефектов
оборудования, выявленных, как правило, при периодических осмотрах.
Полная разборка лопастной машины при текущем ремонте не
производится. Этот вид обслуживания должен производится 2-3 раза
между капитальными ремонтами по мере необходимости.
Капитальный ремонт производится для устранения крупных
неисправностей, возникающих в результате физического износа деталей и
узлов в процессе эксплуатации. Капитальный ремонт обычно требует
разборки основных узлов насосного агрегата, при этом производится
восстановление всех изношенных деталей до уровня, максимально
близкого к первоначальному. Часто во время капитального ремонта
выполняются мероприятия, направленные на повышение надежности
оборудования путем его реконструкции. Капитальный ремонт мощных
насосов и ТДМ на ТЭС производится централизованно с привлечением
ремонтных служб или при участии завода-изготовителя.
До начала капитального ремонта должны быть подготовлены и
утверждены следующие документы: график подготовительных работ,
ведомость обьема работ, технологический график проведения
капитального ремонта, технологические чертежи и процессы на сложные
работы и работы по реконструкции. Производство каждого капитального
ремонта рекомендуется оформлять технологическим актом.
Аварийный (внеплановый) ремонт производится в случае, если срочно
необходимо устранить неисправности в работе, могущие привести к
остановке насоса или ТДМ, или ликвидировать дефекты оборудования,
возникшие в результате аварии.
Периоды
между
ремонтами
лопастных
машин
должны
устанавливаться с учетом режимов и продолжительности работы
оборудования, его состояния, наличия резерва оборудования и прочих
условий. Межремонтный срок в каждом случае выбирается таким образом,
чтобы износ оборудования не снижал надежность его работы.
После ремонта проводятся испытания оборудования по специальной
программе, которая должна предусматривать опробование и испытание
всех узлов, подвергавшихся ремонту, а также испытание насоса или ТДМ в
целом для определения действительных параметров его работы.
При плановых и аварийных ремонтах используются запасные части,
поставляемые по заявке ТЭС заводом-изготовителем или изготовляемые на
месте. При выходе из строя крупных узлов и деталей лопастную машину
(или крупную ее часть) целесообразно отправить для проведения
ремонтных работ на специализированное ремонтное предприятие.
У насосов на ТЭС наиболее подвержены интенсивному износу
рабочие колеса, уплотнительные кольца, лопаточные отводы, детали
гидропяты и концевые уплотнения. Разрушение этих деталей связано с
действием механического трения, эрозионного действия прокачиваемой
воды, коррозии, кавитации и ряда других факторов. В местах ударного
протекания струи жидкости может возникать эрозионный размыв секций
внутреннего корпуса насоса. Особенно интенсивно разрушаются детали
проточной части у насосов, перекачивающих агрессивные среды.
Достаточно часто приходится ремонтировать баббитовые вкладыши
подшипников скольжения мощных питательных, конденсатных и
циркуляционных насосов.
К деталям ТДМ, наиболее подверженным износу в процессе
эксплуатации, следует отнести рабочее колесо с лопастями и кожух у
радиальных машин (особенно мельничных вентиляторов и дымососов,
транспортирующих воздух, насыщенный частицами аброзивной угольной
пыли и золы), а также узлы подшипников качения и скольжения у всех
типов вентиляторов и дымососов. Реже у этих машин подвергаются
ремонту направляющие аппараты, валы, втулки и соединительные муфты.
6.5. Условия работы привода лопастных машин
Экономичность и надежность эксплуатации насосов и тягодутьевых
машин на ТЭС во многом зависят от типа применяемого привода.
Существенное влияние тип приводного двигателя оказывает также на
выбор способа регулирования лопастной машины.
В большинстве случаев для привода насосов и ТДМ применяются
электродвигатели переменного или постоянного тока, и только на
энергоблоках мощностью выше 500 Мвт на питательных насосах могут
устанавливаться небольшие приводные турбины. Использование
электродвигателей постоянного тока как приводных устройств не нашло
распространения в отечественной энергетике в силу их высокой стоимости
и больших эксплуатационных издержек. Кроме того, электродвигатели
постоянного тока, имеющие широкий диапазон регулирования числа
оборотов, не могут обеспечить необходимую надежность работы
лопастных машин в тяжелых производственных условиях, свойственных
энергетическим объектам, поэтому основным видом привода насосов и
ТДМ остаются в настоящее время асинхронные электродвигатели
трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.
К основным достоинствам этого типа приводных устройств машин
можно отнести простоту обслуживания, высокую надежность и
экономичность, а к недостаткам - невозможность регулирования частоты
вращения, что требует применения специальных регулирующих устройств,
обеспечивающих изменение характеристики лопастной машины. Следует
отметить, что КПД электродвигателей достигает 90-93% и почти не
снижается при уменьшении нагрузки.
Приводной двигатель и лопастная машина в совокупности с
регулирующими органами представляют собой единую установку. К ее
характеристикам можно отнести:
а) зависимость вращающего момента двигателя и момента сил
сопротивления лопастной машины от частоты вращения и величины
момента инерции вращающихся масс;
б) зависимость КПД двигателя и лопастной машины от нагрузки.
Все типы приводных устройств работают на трех основных режимах:
пусковом, двигательном и тормозном. Для электропривода наиболее
ответственным является режим пуска, так как пусковой ток у асинхронных
двигателей может превышать шесть номиналов (Iп > 6 Iн). Возникающий
при этом нагрев обмотки ограничивает допускаемое время разбега,
обеспечиваемое избыточным вращающим моментом двигателя, и частоту
пусков (не более 2-3 раз из холодного состояния и 1 раз - из горячего). Для
снижения нагрузки на приводной двигатель центробежные насосы и ТДМ
пускают “на закрытую задвижку”, отключая рабочий тракт, а осевые -
наоборот, при этом обеспечивается минимальное потребление мощности.
Пусковые свойства приводного электродвигателя должны соответствовать
времени разворота ТДМ или насоса. Поэтому при подборе
электродвигателя накладываются ограничения на допустимую величину
момента инерции приводимой лопастной машины.
Согласно нормативам ПТЭ выбор электродвигателя для лопастной
машины производится при максимальной расчетной величине
потребляемой мощности Nэл при заданной частоте вращения и
напряжении тока. Мощность электродвигателя привода в киловаттах
определяется по формуле
Nэл = 1,1ρgQH/η,
(6.9)
что позволяет обеспечить 10% запаса на перегрузку, при этом подача Q и
напор H насоса или ТДМ берутся также с нормативными запасами в 5% и
10% соответственно.
По соображениям надежности и простоты обслуживания в
отечественной энергетике применяется только непосредственное
присоединение двигателей к ТДМ, на насосных установках в ряде случаев
применяют различные вариаторы числа оборотов. Наибольшее
распространение получило применение электродвигателей с двумя или
тремя ступенями скорости, что позволяет производить в случае
необходимости переключение мощных насосов и ТДМ на пониженное
число оборотов. В этом случае межступенчатое регулирование лопастных
машин осуществляется с помощью направляющих аппаратов или других
регулирующих устройств.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Башта Г.М. Гидравлика, гидромашины, гидроприводы. М.:
Машиностроение, 1982.
2. Каталог. Дымососы и вентиляторы. М.: Машиностроение, 1979.
3. Киселев Н.А. Устройство и эксплуатация котлов и котельного
оборудования. М.: Высш. шк., 1976.
4. Лобачев В.П. Насосы и насосные станции. М.: Стройиздат, 1990.
5. Левин М.И. Эксплуатация тягодутьевых машин ТЭС. М.: Энергия,
1977.
6. Малюшенко В.В. Насосное оборудование ТЭС. М.: Энергия, 1975.
7. Рихтер Л.А. Газовоздушные тракты ТЭС. М.: Энергия, 1969.
8. Рихтер Л.А. Тяга и дутье на тепловых электростанциях. М.:
Госэнергоиздат, 1962.
9. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.:
Энергоатомиздат, 1984.
10. Шерстюк А.И. Насосы, вентиляторы, компрессоры. М.: Высш. шк.,
1972.
11. Эстеркин Р.М. Эксплуатация, ремонт, наладка и испытания
тепломеханического оборудования. М.: Энергоатомиздат, 1984.
12. Михайлов А.К. Конструкция и расчет центробежных насосов
высокого давления. М.: Энергоатомиздат, 1983.
13. Калинушкин М.П. Насосы и вентиляторы, М.: Энергия, 1978.
14. Вахвахов Г.Г. Энергосбережекние и надежность вентиляторов, М.:
Энергоатомиздат,1989.
15. Аэродинамический расчет котельных агрегатов. Метод. указания. Л.:
ЦКТИ,1975.
16. Трубников И.А. Насосы и вентиляторы. Воронеж: Воронежский
университет, 1982.
17. Слесаренко В.В. Лабораторный практикум по дисциплине « Насосы
и тягодутьевые машины ТЭС»: Метод. указания, Владивосток: Изд-во
ДВГТУ, 1996.
18. Слесаренко В.В. Методические указания к лабораторным работам.
« Испытания питательных насосов ТЭС», Владивосток: Изд-во ДВГТУ,
1999.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ПРОЙДЕННОМУ МАТЕРИАЛУ
Для выполнения контрольного задания студент письменно отвечает на 12
вопросов, выбранных из каждого блока в соответствии с вариантом, заданным
преподавателем.
I
1. Каким требованиям должны удовлетворять насосы и ТДМ ТЭС ?
2. Перечислите циклы насосов вспомогательных служб.
3. По какому показателю ТДМ разделяют на компрессоры, воздуходувки и
вентиляторы ?
4. Перечислите основные непрерывные циклы работы насосов ТЭС.
5. Назовите основные типы тягодутьевых машин.
6. К какому циклу ТЭС относятся сетевые насосы, где они устанавливаются в схеме
ТЭЦ ?
7. К какому циклу ТЭС относятся насосы охлаждения конденсаторов и где
устанавливаются ?
8. Насосы какого цикла ТЭС обеспечивают максимальный расход воды (подачу) и для
чего они применяются ?
9. Насосы какого цикла ТЭС обеспечивают максимальное повышение давления ?
10. Какие агрегаты из насосов и ТДМ, применяемых на ТЭС работают в наиболее
тяжелых условиях ?
11. Назовите лопастные машины ТЭС, работающие в наиболее тяжелых условиях.
12. К какому циклу относится масляный насос турбины и его назначение ?
13. К какому циклу относится багерный насос и его назначение ?
14. Насосы каких циклов обеспечивают работу оборудования ТЭС ?
15. К какому циклу относятся насосы масляного хозяйства ?
16. К какому циклу относятся основные конденсатные насосы и их назначение ?
17. Сколько существует основных непрерывных циклов, в которых работают насосы
ТЭС ?
18. Сколько существует вспомогательных циклов, в которых работают насосы ТЭЦ ?
19. Где в схеме ТЭС устанавливаются бустерные насосы ?
20. В чем отличие мельничных вентиляторов от вентиляторов дутья ?
II
1. Назовите основные виды нагнетателей динамического типа.
2. Назовите основные виды нагнетателей объемного типа.
3. Перечислите основные особенности поршневых машин.
4. Перечислите основные особенности лопастных машин.
5. Перечислите основные особенности ротационных машин.
6. Почему на ТЭС применяются в основном лопастные машины ?
7. Чем отличаются насосы ПЭ-270 от ОВПТ-270, назовите их назначение ?
8. Чем отличаются насосы ПЭ-380-150 от ПЭ-380-200 ?
9. Чем отличаются насосы ПЭ-270-150 от ПЭ-380-150 ?
10. Приведите примеры маркировки конденсатных насосов (расшифруйте ее).
11. Приведите примеры маркировки сетевых насосов (расшифруйте ее).
12. Приведите примеры маркировки дымососов (расшифруйте ее).
13. Приведите примеры маркировки дутьевых вентиляторов (расшифруйте ее).
14. Какая зависимость связывает объемную и массовую подачу лопастной машины ?
15. По какой зависимости рассчитывается мощность лопастной машины ?
16. Как определяется эффективный КПД насоса или ТДМ ?
17. На какие две составляющие разделяется полный напор, развиваемый лопастной
машиной ?
18. Как связаны между собой давление и напор, развиваемые лопастной машиной ?
19. Функцией каких параметров является коэффициент быстроходности ?
20. Когда более важной характеристикой лопастной машины является развиваемое
давление, а не напор ?
III
1. Какие типы подшипников применяются в лопастных машинах ?
2. Где устанавливаются сальники и для чего они нужны ?
3. Для чего необходим направляющий аппарат в лопастной машине ?
4. Чем отличаются осевые и центробежные лопастные машины ?
5. Какая скорость характеризует вращательное движение частицы среды в рабочем
колесе?
6. Какая скорость характеризует поступательное движение частицы среды в рабочем
колесе ?
7. Изобразите треугольник скоростей на выходе рабочего колеса.
8. Для чего необходимо знать угол β2
9.Чем отличается “идеальная” лопастная машина от действительной ?
10. Изобразите радиальную составляющую абсолютной скорости C на треугольнике
скоростей.
11. Изобразите окружную составляющую абсолютной скорости C на треугольнике
скоростей.
12. От какого угла зависит профиль лопасти ?
13. Перечислите основные детали лопастной машины.
14. Какая деталь лопастной машины позволяет преобразовать кинетическую энергию
потока в потенциальную ?
15. Чем отличаются подшипники лопастных машин, применяемые на ТЭС 7
16. Какие детали лопастной машины способствуют снижению энергетических потерь ?
17. Как определить абсолютную скорость потока в лопастной машине ?
18. Опишите способ действия центробежной лопастной машины.
19. Опишите способ действия осевой лопастной машины.
20. Перечислите три скорости, которые формируют треугольник скоростей.
IV
1. Запишите уравнение Эйлера (два вида), в чем их отличие.
2. Как определить степень реактивности в лопастной машине ?
3. К чему стремится степень реактивности при β2 < 900 ?
4. К чему стремится степень реактивности β2 > 900 ?
5. Что представляет из себя разница β2р - β2 ?
6. Какой функцией является зависимость Hт = f(β2 ) ?
7. Какой функцией является зависимость Hт (ст) = f (β2 )
8. Как найти скоростную составляющую напора ?
9. Как найти статистическую составляющую напора ?
10. Как найти теоретическую подачу лопастной машины ?
11. При каком условии уравнение Эйлера имеет вид Hт = U2 Cu2/g ?
12. При каком значении угла β2 статический напор будет максимален и чему равен ?
13. Запишите основное уравнение лопастной машины.
14. Чему равна степень реактивности для радиальной лопасти ?
15. Перечислите параметры, которые влияют на профиль радиальной решетки.
16. Какая скорость (U; W; C) зависит только от числа оборотов и диаметра ?
17. Почему на ТЭС стремятся применять машины с лопастями, загнутыми назад ?
18. Как загнуты лопасти, если β2 < 900 ?
19 Как загнуты лопасти, если β2 > 900 ?
20. Как называются лопасти, если β2 = 900 ?
V
1. Перечислите основные параметры лопастной машины, которые влияют на величину
подачи ?
2. Какую величину обычно имеет гидравлический КПД ?
3. Какую величину обычно имеет объемный КПД ?
4. Какую величину обычно имеет механический КПД 7
5. Какие сопротивления входят в гидравлические потери, характеризующие работу
лопастной машины ?
6. По какой зависимости можно рассчитать гидравлическое сопротивление ?
7. Запишите формулу Стодолы-Флюгеля, укажите, что она определяет.
8. Как уменьшить объемные потери в лопастной машине ?
9. От чего зависят механические потери в лопастной машине ?
10. Какая кривая характеристики лопастной машины является наиболее важной ?
11. Какой вид имеет теоретическая функция H = f (Q) ?
12. Какой вид имеет теоретическая функция N = f (Q) ?
13. Как изменится теоретический напор с увеличением Q при β2 > 900 ?
14. Как изменится теоретический напор с увеличением Q при β2 < 900 ?
15. При каком значении β2 зависимость Nт = f (Q) имеет максимум ?
16. При каком типе лопастей напор с увеличением подачи остается неизменным ?
17. Какие функции включает в себя характеристика лопастной машины ?
18. Как можно найти вид истиной характеристики ТДМ ?
19. Для чего необходимо знать характеристику лопастной машины ?
20. Какие характеристики лопастных машин называют универсальными ?
VI
1. Перечислите основные гидравлические потери, которые возникают в лопастной
машине.
2. Как учесть потери напора на конечное число лопастей ?
3. Как найти напор холостого хода лопастной машины на характеристиках ?
4. По какой обобщенной зависимости находятся гидравлические потери ?
5. Как по характеристике найти мощность на режиме холостого хода ?
6. В каком случае мощность холостого хода можно считать равной нулю ?
7. Как называется режим, при котором КПД максимален ?
8. Какие особенности имеют характеристики осевых машин ?
9. Как установить геометрическое подобие лопастных машин
10. Как установить кинематическое подобие лопастных машин ?
11. Как установить динамическое подобие лопастных машин ?
12. Какие условия подобия выполняются для подобных лопастных машин ?
13. Какая дополнительная функция изображается на характеристике насоса ?
14. Какая дополнительная функция изображается на характеристике вентилятора ?
15. Как учитываются утечки при построении характеристики лопастной машины ?
16. От какого параметра более всего зависят механические потери мощности в
лопастных машинах ?
17. Почему действительная характеристика лопастных машин называется также
опытной ?
18. От какого параметра больше всего зависят гидравлические потери в лопастных
машинах ?
19. Какие потери учитываются при построении характеристики лопастных машин
H=f(Q) ?
20. Чему равен КПД лопастных машин в режиме холостого хода ?
VII
1. Запишите формулу для соотношения подач подобных лопастных машин.
2. Запишите формулу для соотношения напоров подобных лопастных машин.
3. Запишите формулу для соотношения мощностей подобных лопастных машин.
4. Запишите формулу для соотношения давлений подобных лопастных машин.
5. Назовите зависимости описывающие соотношения между основными параметрами
лопастной машины.
6. Какую размерность имеет коэффициент быстроходности ?
7. Какие поправки учитываются при построении характеристики лопастной машины ?
8. Приведите формулы перечета характеристики лопастной машины при изменении
числа оборотов.
9. Запишите уравнения кривых подобных режимов.
10. Какие параметры влияют на величину коэффициента быстроходности ?
11. У каких лопастных машин коэффициент быстроходности больше и почему ?
12. Что изображается на универсальной характеристике лопастной машины ?
13. На какие показатели лопастной машины влияет запыленность потока газа ?
14. В каких случаях целесообразно использовать безразмерную характеристику
лопастной машины ?
15. В каких случаях целесообразно использовать универсальную характеристику
лопастных машины ?
16. В каких случаях целесообразно использовать диаграмму характеристик лопастных
машин ?
17. Для каких лопастных машин часто вводится поправка на изменение плотности
среды ?
18. В какой сетке координат строятся диаграммы характеристик семейства лопастных
машин ?
19. По какому принципу построена универсальная характеристика лопастной машины ?
20. При пересчете какого параметра лопастной машины учитываются изменения
плотности среды ?
VIII
1. В каких трактах установлены насосы и ТДМ на ТЭС ?
2. Какие виды сопротивлений учитываются при расчете трактов ТЭС ?
3. По какой формуле рассчитывается величина местного сопротивления тракта ТЭС ?
4. По какой формуле рассчитывается величина сопротивления трения тракта ТЭС ?
5. Какая зависимость связывает полное сопротивление тракта и расход среды ?
6. Какие составляющие входят в характеристику пароводяного тракта ТЭС ?
7. Какие составляющие входят в характеристику газовоздушного тракта ТЭС ?
8. Что такое самотяга в газовоздушном тракте ТЭС ?
9. Какая разница между местным сопротивлением тракта и сопротивлением трения ?
10. Дайте определение характеристики тракта ?
11. Как найти точку рабочего режима насоса или ТДМ на графике характеристик ?
12. Какие виды насосов на ТЭС могут работать параллельно ?
13. Для каких целей применяют параллельную работу насосов и ТДМ ?
14. Постройте суммарную характеристику двух однотипных параллельно работающих
лопастных машин ?
15. Как определить мощность, потребляемую параллельно работающими лопастными
машинами ?
16. Как определить подачу двух параллельно работающих лопастных машин ?
17. Как определить КПД двух параллельно работающих лопастных машин ?
18. Покажите действительные рабочие точки на характеристике параллельно
работающих лопастных машин ?
19. Покажите рабочую точку на графике характеристик лопастной машины и сети.
20. Почему обычно параллельно устанавливают однотипные лопастные машины ?
IX
1. Как можно определить напор последовательно подключенных лопастных машин ?
2. Приведите примеры последовательного подключения лопастных машин на ТЭС.
3. С какой целью лопастные машины подключаются последовательно ?
4. Постройте суммарную характеристику двух последовательно установленных
лопастных машин.
5. Как определить мощность последовательно подключенных лопастных машин ?
6. Как определить КПД последовательно подключенных лопастных машин ?
7. Дайте определение явлению помпажа.
8. Изобразите характеристику лопастной машины, имеющую зону неустойчивости.
9. От чего зависит интенсивность помпажа ?
10. Что такое аккумулирующая способность тракта ?
11. Какие методы применяются для предотвращения помпажа ?
12. Чем отличаются статическая и динамическая неустойчивость лопастных машин ?
13. Почему помпаж возникает после длительной эксплуатации лопастных машин ?
14. Приведите примеры параллельного подключения лопастных машин на ТЭС.
15. Покажите рабочие точки на характеристике последовательно подключенных
лопастных машин.
16. Как определить подачу двух последовательно подключенных лопастных машин ?
17. Почему ТДМ обычно не подключают последовательно ?
18. В каких случаях применяется регулирование лопастных машин на ТЭС ?
19. Какими тремя методами осуществляется регулирование лопастных машин ?
20. Что такое групповое регулирование лопастных машин ?
X
1. Какой способ регулирования является наиболее распространенным ?
2. На каком принципе основано дроссельное регулирование ?
3. Как влияет процесс регулирования на КПД лопастной машины ?
4. В чем заключается принцип регулирования лопастной машины перепуском среды ?
5. Какие недостатки и достоинства имеет дроссельное регулирование ?
6. Какие недостатки и достоинства имеет регулирование перепуском ?
7. Почему наиболее часто применяется дроссельное регулирование лопастных машин ?
8. Какой способ регулирования является наиболее экономичным ?
9. Какими методами можно изменять число оборотов лопастных машин при
регулировании ?
10. Запишите формулу пересчета подачи при регулировании числом оборотов.
11. Какие достоинства и недостатки у метода регулирования изменением числа ?
оборотов ?
12. Как зависит КПД гидромуфты от изменения числа оборотов ?
13. Где устанавливаются регулирующие направляющие аппараты ?
14. Какой принцип используется при регулировании подачи лопастных машин
направляющим аппаратом 7
15. Назовите основные типы направляющих аппаратов.
16. Назовите достоинства и недостатки способа регулирования направляющим
аппаратом.
17. Какой показатель оценивает эффективность работы направляющего аппарата ?
18. Чем отличается дроссельное регулирование лопастных машин от регулирования
числом оборотов ?
19. Дайте определение понятию глубина регулирования.
20. Как влияет установка направляющего аппарата на КПД лопастной машины ?
XI
1. Какие насосы работают на ТЭС в наиболее тяжелых условиях ?
2. Какие из ТДМ работают на ТЭС в наиболее тяжелых условиях ?
3. От чего зависит режим работы ПЭН ?
4. От чего зависит режим работы конденсатного насоса ?
5. От чего зависит режим работы сетевого насоса ?
6. От чего зависит режим работы циркуляционного насоса ?
7. От чего зависит режим работы дымососа ?
8. От чего зависит режим работы вентилятора дутья ?
9. От чего зависит режим работы мельничного вентилятора ?
10. В каких режимах могут работать насосы и ТДМ ?
11. Какие режимы работы насосов и ТДМ являются наиболее энергонапряжонными и
почему ?
12. Для чего нужны системы защиты насосов и ТДМ ?
13. Для чего нужны системы блокировки насосов и ТДМ ?
14. Для чего нужны системы сигнализации для насосов и ТДМ ?
15. Какими особенностями характеризуется работа ТДМ на ТЭС 7
16. Почему пуск центробежных машин производится на закрытую задвижку ?
17. Почему осевые лопастные машины пускаются в основном на открытую задвижку ?
18. Чем опасны режимы работы насосов на «холостом ходу» ?
19. В каких случаях производят аварийный останов насосов и ТДМ ?
20. Для чего необходима рециркуляционная линия в напорном тракте насоса ?
XII
1. В каких случаях в насосах возникают кавитационные процессы ?
2. Как предотвратить появление кавитации в насосах ?
3. Какие меры применяются для предотвращения кавитации в насосах на ТЭС ?
4. Какие насосы работают на ТЭС на режимах, близких к кавитационным ?
5. Какие три основных схемы установки центробежных насосов встречаются на ТЭС ?
6. От чего зависит вакууметрическая высота всасывания в насосе ?
7. Как определить величину допустимого кавитационного запаса напора в приемном
патрубке насоса ?
8. Зачем необходимо знать допустимую высоту всасывания насоса ?
9. По какому графику можно определить допустимую высоту всасывания насоса ?
10. Зачем необходим обратный клапан на напорных линиях ПЭН и других насосов на
ТЭС ?
11. Перечислите наиболее важные контролируемые параметры насосов на ТЭС при
эксплуатации ?
12. Перечислите наиболее важные контролируемые персоналом параметры ТДМ ?
13. Почему осевые насосы и ТДМ считаются менее надежными, чем центробежные
лопастные машины ?
14. Как можно определить, что насос работает в кавитационном режиме ?
15. Какие виды ремонта насосов и ТДМ проводятся на ТЭС ?
16. Какие узлы ТДМ наиболее подвержены износу и почему ?
17. Какие узлы насосов на ТЭС наиболее подвержены износу и почему ?
18. Какой режим является наиболее ответственным для электропривода лопастной
машины и почему ?
19. Какие типы электродвигателей применяются для привода насосов и ТДМ на ТЭС ?
20. Как выбирается электродвигатель для привода насосов и ТДМ на ТЭС ?
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Назначение насосов и тягодутьевых машин, их место
в тепловой схеме ТЭС
1.1. Назначение насосов и тягодутьевых машин __________________
1.2 Технические параметры насосов и тягодутьевых машин________
1.3. Требования, предъявляемые к насосам и тягодутьевым машинам_
Глава 2. Теоретические основы работы лопастных машин
2.1. Устройство и принцип действия лопастных машин_____________
2.2. Расчет основных параметров рабочего колеса центробежной
лопастной машины__________________________________________
2.3. Основные параметры радиальной решетки центробежной
лопастной машины__________________________________________
2.4. Потери энергии в лопастной машине________________________
Глава 3. Характеристики лопастных машин
3.1. Теоретические характеристики _____________________________
3.2. Действительные характеристики насосов и тягодутьевых
машин___________________________________________________
3.3. Использование теории подобия для расчета характеристик
лопастных машин_____________________________________________
3.4. Пересчет характеристик лопастных машин при изменении условий
работы ___________________________________________________
3.5. Безразмерные и универсальные характеристики_________________
Глава 4. Работа насосов и тягодутьевых машин в трактах ТЭС
4.1. Характеристики пароводяного и газовоздушного трактов ТЭС
и рабочий режим лопастной машины_____________________________
4.2. Параллельная работа насосов и тягодутьевых машин____________
4.3. Последовательная работа насосов и тягодутьевых машин ________
4.4. Неустойчивая работа лопастных машин в трактах ТЭС___________
Глава 5. Регулирование насосов и тягодутьевых машин
5.1. Задачи регулирования лопастных машин на ТЭС________________
5.2. Регулирование подачи и напора изменением характеристики
тракта_______________________________________________________
5.3. Регулирование подачи и напора изменением характеристики
лопастной машины____________________________________________
5.4. Особенности регулирования осевых лопастных машин __________
5.5. Оценка способов регулирования лопастных машин______________
Глава 6. Особенности эксплуатации насосов и тягодутьевых машин
6.1. Условия эксплуатации лопастных машин на ТЭС______________
6.2. Кавитационные процессы в насосах. Высота всасывания._________
6.3. Переменные режимы работы насосов и тягодутьевых машин __
6.4. Обслуживание и ремонт насосов и тягодутьевых машин__________
6.5. Условия работы привода лопастных машин___________________
Библиографический список ____________________________________
Контрольные вопросы по пройденному материалу__________________
Слесаренко Вячеслав Владимирович
Насосы и тягодутьевые машины тепловых электростанций
Учебное пособие
Редактор В.В. Сизова
Технический редактор Н.М. Белохонова
Лицензия № 020466 от 04.03.97 г.
Подписано в печать
Формат 60х84/16
Тираж 100 экз. Заказ
Издательство ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская, 10
Типография издательства ДВГТУ, Владивосток, Пушкинская,10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
49
Размер файла
1 233 Кб
Теги
2002, тягодутьевые, насос, слесаренко, электростанции, pdf, тепловых, машина
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа