Файл: Эпельман Т.Е. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование учеб. пособие.pdf

откачивающий конденсат из конденсатора и оставляющий за пита­ тельным насосом только функцию подачи воды в парогенератор, масляный насос турбоагрегата, топливный насос и воздушный вен­ тилятор или нагнетатель парогенератора при использовании в уста­ новке органического топлива:

В составе ПТУ также имеются теплообменные аппараты для по^ Догрева топлива и питательной воды, подаваемой в парогенератор, для охлаждения масла в масляной системе турбоагрегата и пр. Снаб­ жение электроэнергией вспомогательных механизмов установки, а также потребителей общесудового назначения выполняется вспомо­ гательной установкой, основу которой составляют турбогенераторы, питающиеся на ходу судна паром от главных парогенераторов, а на

с устройством для сжигания органического топлива (паровые котлы), ядерные реакторы кипящего типа (в одноконтурных атомных уста­ новках) или теплообменные аппараты поверхностного типа, в которых парообразование происходит за счет тепла промежуточного тепло­ носителя (в двухконтурных атомных установках).

Элементы энергетической установки связаны между собой тру­ бопроводами, по которым протекают рабочее тело или теплоноси­ тели. Схема, представляющая элементы установки в их функцио­ нальной взаимосвязи и отражающая движение теплоносителей и ра­ бочего тела во всех его фазовых состояниях, называется тепловой схемой установки.

В зависимости от целей изображаемая тепловая схема может быть принципиальной, развернутой или полной.

Принципиальная схема фиксирует только основные взаимосвязи элементов установки. Одноименные механизмы и аппараты заме­ няются в ней условно одним механизмом или аппаратом, из арматуры показывается только необходимая для пояснения работы установки.. Развернутые тепловые схемы дают более подробное изображение взаимосвязей элементов установки с учетом второстепенных факто­ ров, отражают дублирование элементов. В пределе, если тепловая схема учитывает все элементы установки, их особенности и взаимо­ связи, она становится полной тепловой схемой.

Классификация судовых ПТУ. Судовые ПТУ могут быть класси­ фицированы по ряду признаков.

Взависимости от рода топлива различают ПТУ, работающие на органическом топливе и работающие на ядерном топливе (исполь­ зуют энергию, освобождающуюся при делении ядер тяжелых эле­ ментов).

Взависимости от типа передачи энергии от двигателя к движи­ телю ПТУ могут быть с механической (зубчатой) передачей, электри­ ческой или гидравлической.

На состав ПТУ и ее характеристики существенно влияет реали­ зуемый в ней способ регенерации тепла. В связи с этим различают

14

паротурбинные установки: без регенерации тепла; с регенерацией тепла пара, отработавшего во вспомогательных двигателях; с реге­ нерацией тепла пара, отбираемого из промежуточных ступеней глав­ ной турбины; с комбинированными способами регенерации тепла частично отработавшего пара.

В настоящее время в судовых ПТУ все более широкое применение начинает приобретать промежуточный перегрев пара, вследствие чего различают установки без промежуточного перегрева и с проме­ жуточным перегревом пара.

§2

Паротурбинные установки без регенерации тепла

Идеальный цикл ПТУ. На рис. 2 представлена принципиальная тепловая схема ПТУ без регенерации тепла. Ос­ новная особенность схемы состоит в том, что все потребители пара — главная турбина, вспомогательные двигатели и теплообменные ап­ параты — питаются свежим паром от парогенератора, а отработав­ ший пар от главной турбины и вспомогательных двигателей и конденсат греющего пара из теплообменных аппаратов по­ ступают в конденсатор.

В число вспомогательных двигателей входят все паровые двигатели вспомогательных ме­ ханизмов, в том числе и турбина турбогенератора судовой элект­ ростанции, а теплообменные ап­

контуре, в значительной степени определяет свойства и показатели установки в целом. По этой причине обычно, говоря о цикле ПТУ, имеют в виду цикл в контуре главного двигателя.

В качестве исходного идеального цикла ПТУ принимается клас­ сический цикл с полным расширением пара, известный под наимено­ ванием идеального цикла Ренкина. Такой цикл в координатах Т—s (абсолютная температура — энтропия) показан на рис. 3, а.

2—3 — парообразование, 3—4 — перегрев пара);

15

—изоэнтропийное расширение пара в турбине 4—5;

—изобарный отвод тепла от рабочего тела в конденсаторе (кон­ денсация пара) 5—/.

Так как подвод и отвод тепла в цикле совершаются при постоянных давлениях, соответственно р к и рх, то количества тепла qx и q2 могут быть определены через энтальпии в начальных и конечных точках процессов. При обозначениях, принятых на рис. 3, а,

Я\ — ine — h,

и конце изоэнтропийного процесса расширения

втурбине, представляющая собой изоэнтропийный теплоперепад в турбине;

16

й — t'i = ha — затрата энергии на сжатие воды в идеальном процессе / — / ' (работа питательного насоса).

С учетом принятых обозначений

4t =

Так как изоэнтропийный теплоперепад Но определяет работу турбины при отсутствии в ней потерь, то разность Но — h„ дает полезную работу идеального цикла.

Поскольку при давлениях р к , применяемых в судовых установ­ ках, вода является почти несжимаемой жидкостью, величина теплоперепада h„ по сравнению с Н'0 и г п е — к оказывается достаточно малой, и ею можно пренебречь.

На Т — s-диаграмме изобара рК левее нижней пограничной кри­ вой х = 0 практически сливается с последней, а точка / ' наклады­ вается на точку / .

С учетом сказанного в цикле Ренкина условно можно считать процесс подогрева воды до температуры насыщения совпадающим с участком нижней пограничной кривой /—2. Термический к. п. д. цикла при этом

"о

ine. —1-,

В соответствии со свойством Т — s-диаграммы отображать теп­ лоту, участвующую в процессе, соответствующими площадями можно отметить, что для цикла /—2—<?—4—5—/:

%= 0,35^0,45..

К.п. д. цикла увеличивается с повышением давления и темпе­ ратуры перегретого пара и с уменьшением давления в конденсаторе.

Повышение давления пара при неизменной температуре пере­ грева приводит к увеличению влажности пара в последних ступенях турбины, и, хотя термический к. п. д. цикла растет, экономичность реальной установки из-за снижения к. п. д. турбины от влажности может понизиться. Кроме того, при высокой влажности пара ло­ патки турбины подвержены интенсивному эрозионному износу.

Практикой установлено, что влажность пара в конце расшире­ ния в турбине реальной ПТУ не должна превышать 10—12%. По­ этому для каждого значения температуры перегрева пара существует некоторое наибольшее давление, при котором конечная влажность не превышает указанных пределов и, следовательно, при достаточной

надежности ожидаемая экономичность установки будет наибольшей.

ждающей воде в конденсаторе). Осуществление цикла на практике сопряжено с рядом дополнительных потерь, обусловленных несоот­ ветствием реальных условий работы установки идеальным.

На рис. 3, б показан реальный цикл Ренкина в сопоставлении с идеальным. Там, где процессы в реальном и идеальном циклах не совпадают, идеальные процессы даны штриховыми линиями.

В реальном цикле вследствие гидравлических потерь в паропере­ гревателе процесс перегрева пара сопровождается некоторым сни­

вождается дальнейшим снижением давления из-за потерь в паро­

пара в нем происходил бы по изоэнтропе 4"—5'. Реальный процесс вследствие необратимости характеризуется увеличением энтропии рабочего тела, а линия процесса 4"—5" отклоняется на Г — s-диа­ грамме вправо.

Точка 5" на изобаре рх отражает состояние пара на входе в кон­ денсатор. В реальном конденсаторе температура конденсата на вы­ ходе оказывается несколько ниже температуры насыщения при дав­ лении рх. Это явление, называемое переохлаждением конденсата, обусловлено, во-первых, некоторым снижением давления в конден­ саторе вдоль пути пада (линия 5"—6) и, во-вторых, дополнитель­ ным охлаждением образующегося конденсата при стекании его по трубкам в нижнюю часть конденсатора к приемному патрубку конденсатного насоса.

Таким образом, энтальпия воды i'i в начале подвода тепла в реаль­ ном цикле ниже энтальпии в соответствующей точке идеального цикла ^ (точки 1" и а процесс подвода тепла к рабочему телу в реальном цикле изображается линией 1"—2—3—4',

18