Герметичность вакуумной системы и производительность воздушного насоса

Выбор производительности воздушного насоса, кроме мощности, параметров и конструктивных особенностей турбоагрегата, зависит от ожидаемой воздушной плотности (герметичности) его вакуумной системы, включающей в себя находящиеся под разрежением части турбины и регенеративной установки и собственно конденсационные устройства. Местами присосов воздуха в систему могут являться следующие:

• • концевые уплотнения вала турбины при неудовлетворительном их состоянии;
• • расположенные в вакуумной зоне фланцевые и сварные соединения турбины, регенеративных подогревателей низкого давления, конденсационных устройств, трубопроводов и арматуры;
• • сальниковые уплотнения вентилей и задвижек, водоуказательных стекол (конденсатора и подогревателей низкого давления) и конденсатных насосов;
• • присоединения измерительных и регулирующих устройств и неплотности в этих устройствах;
• • неплотно закрытые из-за износа, смещения клапана или попадания посторонних предметов в запорные органы, например, задвижки на воздушных линиях (особенно на ответвлении к резервному или пусковому воздушному насосу) или атмосферные клапаны.

Присосы воздуха могут вызываться и появлением трещин в трубопроводах, компенсаторах, корпусах арматуры или оборудования, поломкой водоуказательных стекол, установленных на корпусах теплообменных аппаратов, и др.

Вероятность появления неплотностей и возможное количество проникающего через них воздуха тем больше, чем выше мощность турбоагрегата и чем разветвленнее его вакуумная система. Присосы воздуха обычно возрастают также по мере понижения нагрузки турбоагрегата или для теплофикационных турбин — понижения расхода пара через часть низкого давления, так как при этом зона низкого давления турбины и установки регенеративного подогрева питательной воды, которая находится под разрежением, увеличивается. Размеры присосов в значительной степени зависят от эффективности мероприятий, предусматриваемых заводами-изгоговителями оборудования для обеспечения его воздушной плотности, а также от тщательности эксплуатационного контроля над герметичностью системы, позволяющего своевременно обнаружить и устранить появляющиеся неплотности.

При нормальной работе паротурбинной установки нормативную величину присосов воздуха можно оценить по формуле, рекомендуемой правилами технической эксплуатации [2] (в последних изданиях ПТЭ такие рекомендации отсутствуют).

где N — номинальная мощность турбины.

Производительность воздушного насоса или группы насосов, обслуживающих данную конденсационную установку, принимается со значительным запасом по отношению к рассмотренному выше присосу воздуха G" , допустимому при нормальных условиях работы. Необходимость такого запаса вызывается следующими причинами:

• • возможностью понижения рабочей (весовой) производительности воздушного насоса при изменении режима работы установки или при изменении состояния воздушного насоса;
• • возможностью появления значительных присосов воздуха, которые по условиям работы турбоагрегата не могут быть быстро устранены.

Максимальную весовую производительность по сухому воздуху, которую должен обеспечивать воздушный насос (или группа насосов) при возрастании давлений р_н и р_к в пределах, допустимых для работы турбины без снижения ее нагрузки, можно определить как где п — коэффициент запаса.

Коэффициент запаса п принимается равным 6… 10 в зависимости от условий работы установки. Одной величины G*, однако, недостаточно, чтобы характеризовать требуемую производительность воздушного насоса (группы насосов). Помимо способности в определенных пределах удалять весь поступающий в конденсатор воздух, воздушный насос должен также обеспечивать поддержание заданного давления (вакуума) в конденсаторе при расчетных условиях работы последнего. Чтобы удовлетворить этому требованию, он должен иметь при расчетных условиях работы конденсатора объемную производительность не менее [4].

где R_n — газовая постоянная для воздуха, ДжДкгК), R_n = 28,7; Т_сы — температура отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси при расчетном режиме, К, Т = /_см + 273,15; р_п — давление всасывания воздушного насоса при расчетном режиме, Па; р_нп — парциальное давление пара в отсасываемой смеси (давление насыщения при температуре TJ, Па.

Температуру смеси можно определить по формуле.

где /_к — температура пара в конденсаторе при расчетном режиме, °С; t_u — температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, °С.

Давление всасывания воздушного насоса при расчетном режиме должно быть

где р_к — давление пара в конденсаторе в расчетной режиме; Ар — паровое сопротивление конденсатора и трубопроводов паровоздушной смеси, Па, Ар = 0,08р_к.

Указанные выше величины G" и V достаточно полно определяют требования к производительности воздушных насосов конденсационных установок.

Рассмотрим применение приведенных соотношений на конкретном примере турбины мощностью 300 МВт типа К-300−240. Расчетное давление в конденсаторе составляет 3,43 кПа [29] при номинальном расходе отработавшего пара (7, = 573,4 т/ч и температуре охлаждающей воды t_lB = 12 °C. Паровое сопротивление конденсатора и трубопроводов паровоздушной смеси Ар = 0,08/>_к= 0,08 • 3,43 = 0,274 кПа.

По формуле (1.2) находим, что нормативный присос воздуха составляет G'' = 8 + 0,065−300 = 27,5 кг/ч.

По таблицам для водяного пара^[1] находим, что при р_к = 3,43 кПа температура отработавшего пара составляет t_K = 26,4 °С, тогда по формуле (1.5) Г_сч = 0,7 • 26,4 + 0,3 • 12 = 22,1 °С.^К

Парциальное давление пара паровоздушной смеси находим по таблицам для водяного пара р_т = 2,66 кПа.

Подставляя полученные значения в формулу (1.4), получаем требуемую объемную производительность воздушного насоса.

Максимальная весовая производительность воздушного насоса (или группы насосов), при которой не должно еще происходить резкого возрастания давления всасывания, наблюдающегося при перегрузке пароструйных эжекторов, должна составлять при коэффициенте запаса п = 6(7* = 6 • 27,5 = 165 кг/ч.

Обычно конденсационная установка турбины снабжается двумя воздушными насосами, один из которых является рабочим, а другой — резервным. В этом случае каждый из воздушных насосов должен иметь при расчетных условиях работы конденсатора объемную производительность V , не меньшую, чем получаемая по формуле (1.4), а весовая производительность G‘, определяемая по формуле (1.3), должна обеспечиваться обоими насосами при их параллельной работе.

• [1] Вулкалович М. П. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара / М. П. Вулкалович, С. Л. Ривкин, А. А. Александров. М.: Изд-востандартов, 1969. 408 с.