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

—первая группа — двигатели, работающие на повышенное

противодавление р2в и потребляющие пар в количестве, соответ­ ствующем конденсирующей способности подогревателя питательной воды;

—вторая группа — остальные вспомогательные двигатели, в ко­

торых пар расширяется до давления рх, а отработавший пар направ­ ляется в конденсатор (в эту группу, как правило, входят турбины турбогенераторов судовой электростанции).

Вследствие более низкого давления в конце расширения расход пара во второй группе вспомогательных двигателей уменьшается по сравнению с расходом, который был бы при противодавлении р 2 в . Таким образом, количество отработавшего пара, сбрасываемого в кон­

тельных двигателей, пар от которых используется для подогрева питательной воды. Этому противодавле­

Как следует из рис. 5, оптимальное противодавление вспомога­ тельных двигателей, или, что то же, давление греющего пара, в рас­

обстоятельство свидетельствует о меньшей чувствительности такой установки к отклонениям противодавления от оптимального.

Некоторый дополнительный экономический выигрыш можно по­ лучить, если использовать отработавший пар вспомогательных меха­ низмов не только для подогрева питательной воды, но и в других теплообменных аппаратах и устройствах (испарители, подогреватели топлива, камбуз и др.), питающихся свежим паром согласно схеме, показанной на рис. 2.

Из-за большого количества пара, конденсируемого в конденса­ торе, и, следовательно, больших потерь с охлаждающей водой, исполь­ зование тепла отработавшего пара вспомогательных двигателей не может существенно повысить к. п. д. установки и применяется в чи­ стом виде только в корабельных установках, для которых характер­ ным является длительная работа на режимах частичных нагрузок. Постоянство температуры питательной воды при этом обеспечи­ вается поддержанием постоянного давления в магистрали отработав­ шего пара.

23

й, следовательно, будет равен к. п. д. цикла Карно при таких же значениях максимальной и минимальной температур.

На рис. 7 показан идеальный предельный регенеративный цикл для перегретого пара. Поскольку для идеального обратимого про­ цесса подогрева питательной воды характерна бесконечно малая разность температур пара и воды, в этом случае такой процесс на­ чинается с момента, когда температура пара, расширяющегося в дви­ гателе, достигнет значения температуры кипения воды в парогенера­ торе Г н .

и 1 г •

N

О

паре, так как повышается средняя температура подвода тепла. По

В приведенных выше циклах количество рабочего тела остается постоянным во всех ступенях двигателя, а его термодинамическое состояние изменяется в результате расширения и теплообмена с пи­ тательной водой.

Идеальный регенеративный цикл с использованием тепла пара, частично расширившегося в двигателе, можно осуществить также следующим образом.

При бесконечном числе ступеней расширения двигателя после каждой из них отбирается бесконечно малое количество пара и на­ правляется в соответствующий подогреватель питательной воды, где последняя подогревается на бесконечно малую величину (рис. 8). В подогревателях отбираемый пар конденсируется при давлениях, соответствующих местам отборов, а питательная вода, проходящая

25

подогреватели в направлении возрастания давления греющего пара, при идеальном теплообмене нагревается в каждом из них до темпе­ ратуры конденсации греющего пара. Конденсат греющего пара последовательно дренируется в подогреватели более низкого давле­ ния, где он, отдавая тепло, как и конденсирующийся пар, питатель­ ной воде, охлаждается сам до температуры конденсации в данном подогревателе.

Таким образом, питательная вода на выходе из подогревателя наиболее высокого давления имеет температуру кипения в пароге­ нераторе, а конденсат греющего пара на выходе из подогревателя

денсатор. На рисунке изображен идеальный предельный регенера­ тивный цикл для сухого насыщенного пара с отборами из дви­ гателя /—2—3—4—/ и круговой процесс изменения состояния рабочего тела, полностью расширяющегося в двигателе и конденси­ рующегося в конденсаторе /'—2'—3'—4—Г.

Вследствие равенства количеств тепла, отданного отбираемым паром и воспринятого питательной водой, площади на диаграмме

1"—1—2—2"—1" и 4"—4—3—3"—4" равны, линии 4—3 и 1—2

эквидистантны, а термический к. п. д. цикла, как и аналогичного цикла с постоянным количеством пара по ступеням двигателя, равен к. п. д. цикла Карно.

Таким образом, идеальные регенеративные циклы с постоянным и переменным количеством пара по ступеням двигателя с точки зре­ ния тепловой экономичности равноценны. Однако с точки зрения возможности реализации в реальной паротурбинной установке идеи регенеративного подогрева питательной воды паром, расши­ ряющимся в главном двигателе, предпочтение следует отдать ва­ рианту с переменным количеством пара в двигателе, т. е. с проме­ жуточными отборами пара.

Тепловая схема установки с регенерацией тепла в цикле главного двигателя. Реальный регенеративный цикл в ПТУ практически

26

вия теплообмена в подогревателях отличаются от идеальных, так как между теплообменивающимися средами имеется конечная раз­ ность температур. Эти факторы несколько снижают эффективность 'реального регенеративного цикла.

На рис. 10 изображена тепловая схема паротурбинной установки с регенерацией тепла в цикле главного двигателя. В данном случае главная турбина является единственным потребителем свежего пара, - а отбираемый из турбины пар используется только для подогрева питательной воды. Такая схема называется идеализированной.

В схеме предусматривается три промежуточных отбора пара и соответственно три подогревателя питательной воды: подогреватель низкого, среднего (деаэратор) и высокого давления. Подогреватели низкого и высокого давления по­ верхностного типа. Подогреватель среднего давления выполнен как теплообменный аппарат смеситель­ ного типа.

Тепловая экономичность установки при прочих равных условиях зависит от числа регенеративных отборов пара. Чем больше число отборов, тем выше экономичность. Вместе с тем каждому числу реге­ неративных отборов соответствует оптимальное значение температуры питательной воды на выходе из последней ступени подогрева, повы­ шающееся с ростом числа отборов.

Из графика следует, что интенсивность роста относительной эко­ номии от применения регенерации с увеличением числа отборов сни­ жается. Поскольку увеличение числа отборов одновременно приво­ дит к усложнению установки, увеличению ее массы и начальной стои­ мости, выбор числа отборов производится на основе общего техникоэкономического анализа проектируемой установки.

27