Конденсатор турбины для чего
Устройство конденсатора
Основными потребителями технической воды на электростанциях являются конденсаторы паровых турбин. Необходимый вакуум в конденсаторе создаётся при конденсации пара охлаждающей водой и отсоса воздуха пароводяными или водоводяными эжекторами. Глубина вакуума в конденсаторах турбин зависит от количества и температуры подаваемой в них охлаждающей воды. При эксплуатации турбоагрегатов, кроме того, на глубину вакуума оказывает влияние степень и характер загрязнение трубок конденсаторов, плотность вакуумной системы, работа эжекторов и т.д. Расчётный вакуум, на который запроектирована турбоустановка в комплексе с конденсатором, выбирается с учётом конструкции и технических характеристик последней ступени турбины. Расчётный вакуум в принципе должен учитывать также стоимость топлива, сжигаемого на электростанции. Например, на турбоагрегате типа К-300-240 ухудшение вакуума на 1% при постоянном расходе пара на турбину вызывает снижение её мощности на 0,8÷1,0% её номинального значения.
При вакуумах ниже расчётного наряду со значительным ухудшением экономичности уменьшается также располагаемая мощность турбины, так как расход пара через неё ограничен конструкцией проточной части.
Температура воды перед конденсаторами турбин зависит от системы технического водоснабжения и района расположения станции, а также от технической характеристики искусственных охладителей, если они применяются. Основная потеря теплоты в турбинной установке происходит в её конденсаторе.
Конденсатор в цикле Карно является холодильником (по второму закону термодинамики).
В состав конденсационной установки турбины входит следующее оборудование: собственно конденсатор, конденсатный и циркуляционный насосы, эжектор, циркуляционные трубопроводы с арматурой и т.д.
Конденсатор — теплообменный аппарат, предназначенный для конденсации отработавшего в турбине пара при низком давлении. Конденсация пара происходит при соприкосновении его с поверхностью, температура которой ниже, чем температура насыщения при данном давлении в конденсаторе. Конденсация пара сопровождается выделением теплоты, затраченной ранее на испарение жидкости, которая отводится при помощи охлаждающей среды. В зависимости от вида охлаждающей среды конденсаторы разделяются на водяные(охлаждающая среда — вода) и воздушные (охлаждающая среда — воздух). Современные паротурбинные установки снабжены водяными конденсаторами. Воздушные конденсаторы имеют по сравнению с водяными более сложную конструкцию и не получили в настоящее время широкого распространения. Водяные конденсаторы делятся на два типа: смешивающие и поверхностные. В смешивающих конденсаторах пар конденсируется на поверхности капель охлаждающей воды. В поверхностных конденсаторах пар и охлаждающая вода разделены стенками металлических трубок. Пока на ТЭС России используются только поверхностные конденсаторы.
Конденсационная установка паровой турбины состоит из собственно конденсатора и дополнительных устройств, обеспечивающих его работу (рис.32). Подача охлаждающей воды в конденсатор осуществляется циркуляционным насосом. Конденсатные насосы служат для откачки из нижней части конденсатора (1) конденсата и подачи его в систему регенеративного подогрева питательной воды. Воздухоотсасывающие устройства предназначены для удаления воздуха, поступающего в турбину и конденсатор вместе с паром и через неплотности фланцевых соединений, концевые уплотнения и др.
Схема простейшего поверхностного конденсатора приведена на рис.33. Он состоит из корпуса, торцевые стороны которого закрыты трубными досками. В эти доски завальцованы конденсаторные трубки, сообщающиеся с водяными камерами. Передняя водяная камера разделяется горизонтальной перегородкой, которая делит все конденсаторные трубки на две секции, образующие так называемые «ходы» воды (на схеме два хода). Вода поступает в водяную камеру через патрубок и проходит по трубкам, расположенным ниже перегородки. В задней камере вода переходит во вторую (верхнюю) секцию трубок. По трубкам этой секции вода идет в обратном направлении, совершая второй «ход», попадает в переднюю камеру и через выходной патрубок удаляется из конденсатора. Число ходов воды бывает от одного до четырех, в соответствии с чем устанавливается число разделительных перегородок в водяных камерах. В современных конденсаторах турбин большой единичной мощности число ходов охлаждающей воды редко превышает два.
Пар, поступающий из турбины в паровое пространство конденсатора, конденсируется на поверхности конденсаторных трубок, внутри которых протекает охлаждающая вода. Теоретической основой обеспечения низкого давления пара в конденсаторе является однозначная связь между давлением и температурой конденсирующейся среды. Поскольку температура конденсации определяется климатическими условиями и составляет 25÷45°С, то в конденсаторе поддерживается низкое давление, составляющее в зависимости от режима 3÷10 кПа.
Рис.32 Принципиальная схема конденсационной установки:
1―конденсатор;
2―циркуляционный насос;
3―конденсатный насос;
4―воздухоотсасывающее устройство.
Рис.33 Схема двухходового поверхностного конденсатора:
1―корпус; 2, 3―крышки водяных камер; 4―трубные доски; 5―конденсаторные трубки; 6―приёмный паровой патрубок; 7―конденсатосборник; 8―патрубок отсоса паровоздушной смеси; 9―воздухоохладитель; 10―паронаправляющий щит; 11, 12―входной и выходной патрубки для воды; 13―разделительная перегородка; 14―паровое пространство конденсатора; 15÷17―соответственно входная, поворотная и выходная камеры охлаждающей воды; А―вход пара; Б―отсос паровоздушной смеси; В, Г―вход и выход охлаждающей воды; Д―отвод конденсата.
Чем ниже температура и больше расход охлаждающей среды, тем более глубокий вакуум можно получить в конденсаторе. Образующийся конденсат стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, а затем в конденсатосборник.
Пар, поступающий в конденсатор из выходного патрубка турбины, всегда содержит воздух, попадающий в турбину через неплотности фланцевых соединений, через концевые уплотнения ЦНД и т.п. Наличие воздуха уменьшает теплоотдачу от пара к поверхности охлаждения. Удаление воздуха (точнее, паровоздушной смеси) из конденсатора производится воздухоотсасывающим устройством через патрубок (8). В целях уменьшения объема отсасываемой паровоздушной смеси се охлаждают в специально выделенном с помощью перегородки (10)отсеке конденсатора — воздухоохладителе (9).
Конденсатор в современных турбинах выполняет и другие функции. Например, при пусках и остановках, когда котел вырабатывает большее количество пара, чем требуется турбине, или когда параметры пара не соответствуют необходимым, его направляют (после предварительного охлаждения) в конденсатор, не допуская потерь дорогостоящего рабочего тела путем его выброса в атмосферу. Для возможности приема такого «сбросного» пара конденсатор оборудуется специальным приемно-сбросным устройством.
Кроме того, в конденсатор обычно направляют конденсат из коллекторов дренажей паропроводов, уплотнений, некоторых подогревателей и вводят добавку химически очищенной воды для восполнения потерь конденсата в цикле.
Конденсатор турбины для чего
Главное меню
Судовые двигатели
В процессе работы в конденсатор непрерывно поступает отработавший пар турбин и, следовательно, должна непрерывно подводиться охлаждающая вода, которая после нагревания удаляется. Для каждой турбинной установки устанавливается наивыгоднейший вакуум, который обычно не превышает 95—97%, так как дальнейшее углубление вакуума приводит к значительному увеличению размеров конденсатора, большой мощности циркуляционных насосов и значительному расходу охлаждающей воды.
В современных судовых турбинных установках применяют исключительно конденсаторы поверхностного типа, в которых отработавший пар конденсируется на охлаждающей поверхности конденсатора, состоящей из рядов латунных трубок, внутри которых циркулирует забортная вода. Образующийся конденсат собирается в нижней части конденсатора, откуда кондеисатным насосом подается в систему питания паровых котлов. Таким образом, паровой котел многократно питается одной и той же водой-конденсатом. Это уменьшает образование накипи на внутренних поверхностях котла, а также отложение солей на турбинных лопатках.
По движению циркуляционной (забортной) воды конденсаторы делятся на одно-, двух-, трех- и четырехпроточные. Наибольшее применение имеют двух- и трехпроточные конденсаторы.
В зависимости от конструкции различают конденсаторы регенеративные и нерегенеративные. Регенеративными называются конденсаторы, у которых трубки расположены так, что часть отработавшего пара по выходе из турбины непосредственно попадает в его нижнюю часть, где, соприкасаясь со стекающим с трубок конденсатом, подогревает его. Благодаря этому температура конденсата приближается к температуре поступающего пара.
Конденсатор турбины
Конденсация водяного пара
Процесс перехода вещества из парообразного состояния в жидкое называется конденсацией (сжижением). Рассмотрим те условия и законы, по которым протекает конденсация водяного пара.
Нужно запомнить следующее:
Назначение конденсационного устройства
Конденсационное устройство нормальной турбогенераторной установки имеет два назначения:
1) установить и поддерживать определенное вакуумметрическое давление (разрежение) у выпускного патрубка турбины;
2) превращать в воду (конденсат) отработавший в турбине пар для возвращения воды в паровые котлы.
Мы знаем, что получаемая в турбине от 1 кг пара механическая энергия будет тем больше, чем больше располагаемый теплоперепад; также нам известно, что повышение верхнего предела давления (давления свежего пара) имеет относительно меньшее значение, чем понижение нижнего предела (давления выпуска), так как увеличение располагаемого теплоперепада при повышении начального давления пара идет гораздо медленнее, чем при понижении конечного давления. Очевидно, что расширение пара можно вести только до давления в той среде, куда он выпускается (противодавления). Следовательно, чем ниже будет давление этой среды, тем больший перепад тепла может быть использован турбиной при одном и том же начальном состоянии пара.
Вполне понятно, что стационарные турбины нормального типа имеют конденсационные устройства, приспособленные для работы с глубоким вакуумом. Нужно отметить, что предел вакуума при проектировании установки ставится соображениями экономического характера и обычно не превышает 96-97%, так как дальнейшее углубление вакуума приводит к очень большим размерам конденсатора, большой мощности насосов, колоссальным количествам охлаждающей воды и в результате может не только не понизить, но даже повысить стоимость выработки электроэнергии.
Вакуум, дальнейшее углубление которого в данной турбинной установке не увеличивает полезного использования перепада тепла, называется предельным вакуумом.
При проектировании турбин предельной мощности расчетную глубину вакуума часто приходится ограничивать для того, чтобы получить приемлемые размеры лопаток последней ступени, пропускающей пар при наибольшем его объеме.
Типы конденсаторов
Рассмотрим способы получения глубокого вакуума, то есть более или менее совершенного разрежения.
Допустим, что сосуд 1 (рис. 1) соединен с котлом 2 трубкой, имеющей кран 3, посредством крана 4 сосуд может сообщаться с атмосферой. Открыв оба крана, соединим сосуд с котлом и атмосферой; пар вытеснит воздух из сосуда, наполнит его и начнет вытекать в атмосферу. Если закрыть теперь оба крана, то сосуд окажется наполненным паром под известным давлением; допустим, что давление в сосуде равно 1 ата и что пар не содержит примеси воздуха или неконденсирующихся газов.
Охладив сосуд тем или иным способом, мы можем сконденсировать почти весь находящийся в нем пар; образовавшийся конденсат займет очень незначительный объем (для данного давления 1/1725 объема сосуда) и в сосуде установится очень малое абсолютное давление; например, при охлаждении пара до 20 о С оно будет составлять около 0,024 ата. Полного разрежения (то есть отсутствия давления) получить нельзя, потому что в сосуде всегда останется небольшое количество несконденсированного пара, тем меньше, чем ниже температура. Кроме того водяной пар всегда содержит некоторое количество смешанного с ним воздуха, который не будет конденсироваться, а останется в сосуде и будет создавать некоторое дополнительное давление, которое будет складываться с давлением несконденсировавшегося пара.
Отсюда ясна ошибочность представления, что вакуум в конденсаторе создается и поддерживается только работой воздухоудаляющих устройств, например эжекторов; в действительности они играют только вспомогательную роль.
Охлаждение пара в стационарных паросиловых установках производится, как правило, водой, причем вода может соприкасаться с паром непосредственно или же через теплопроводную стенку. По этому признаку существующие системы конденсаторов можно разделить на две основные группы:
1) смешивающие конденсаторы;
2) поверхностные конденсаторы.
Смешивающие конденсаторы применялись только для небольших турбин старых конструкций да и то редко, ввиду чего мы подробно рассматривать их не будем.
Поверхностный конденсатор с водяным охлаждением, схематически изображенный на (рис. 4), состоит из клепанного или сварного стального или реже литого чугунного корпуса 1, по концам которого установлены трубные доски 2 с большим количеством закрепленных в них тонкостенных трубок 3. Барабаны между трубными досками и крышками 4 конденсатора, называемые водяными камерами 5, часто делятся перегородками на два или несколько отделений. На (рис. 4) охлаждающая вода подводится под напором через патрубок 6 к нижнему отделению водяной камеры, проходит по трубкам во вторую камеру, меняя направление на обратное и уходит, пройдя по другой части трубок, из верхнего отделения первой камеры через патрубок 7. Такой конденсатор называется двухходовым и чаще всего применяется для турбин мощностью 10000-50000 кВт. Для турбин меньшей мощности нередко применяются трех- или четырехходовые конденсаторы, в которых перегородки расположены так, что вода меняет направление 2 или 3 раза. Для самых крупных турбин применяют одноходовые конденсаторы, у которых вода входит с одного конца и выходит с другого, проходя по всем трубкам 
одновременно.
Охлаждающая поверхность конденсатора образуется совокупностью поверхностей трубок; отработавший пар входит в конденсатор сверху через горловину 8, соединяющую его с турбиной, соприкасается с холодной поверхностью трубок и конденсируется. Конденсат стекает вниз и скопляется на дне конденсатора или в специальном сборнике 9, откуда откачивается специальным (конденсатным насосом. Другой насос через патрубок 10 отсасывает проникший в конденсатор воздух вместе с небольшим количеством несконденсировавшегося пара.
Таки образом, конденсационная установка (рис. 5) состоит из следующих агрегатов:
Паровые турбины, как правило, снабжают поверхностными конденсаторами. Причина этого кроется в том, что в поверхностном конденсаторе конденсат не смешивается с охлаждающей водой; отработавший пар турбин не содержит масла, как отработавший пар поршневых машин, поэтому конденсат вполне пригоден для питания котлов без предварительной очистки. Таким образом, при поверхностной конденсации одно и то же количество конденсата постоянно циркулирует в системе котел-турбина-конденсатор-котел, причем восполнять очищенной и обессоленной водой приходится только то небольшое количество, которое теряется на утечки пара из лабиринтов и через неплотности и расходуется на продувку котлов и обслуживание некоторых вспомогательных механизмов.
Существенным достоинством поверхностной конденсационной установки является также то, что в ней почти полностью удаляется воздух из конденсата или, говоря иначе, деаэрируется конденсат, что очень важно для сохранения котлов и трубопроводов от ржавления.
Охлаждение циркуляционной воды
Для того чтобы сконденсировать 1 кг пара, в паротурбинных установках требуется от 40 до 80 кг охлаждающей воды в зависимости от ее температуры, конструкции конденсатора и глубины поддерживаемого в нем вакуума. Поэтому мощные турбинные электростанции расходуют колоссальное количество воды: для станции мощностью 20000 кВт при среднем расходе пара 4,5 кг/кВт*ч потребность в охлаждающей воде выразится примерно в 4-5 тыс м 3 /ч.
Это обстоятельство не вызывает больших затруднений, если станция может быть построена на берегу большой реки, озера или моря и оказывается возможным проточное водоснабжение, то есть холодная вода забирается, например, из реки, а затем теплая вода сливается с ту еж реку, ниже по ее течению.
Однако местоположение районных станций обычно определяется непосредственным соседством с топливной базой или местоположением обслуживаемого предприятия или города. При этих условиях часто бывает что вблизи от станции имеется лишь недостаточный для ее работы источник водоснабжения (небольшая речка, пруд). В таких случаях приходится прибегать к искусственному охлаждению уходящей из конденсаторов воды с тем, чтобы иметь возможность повторно ее использовать. Для этой цели создаются охлаждающие пруды (или бассейны) и градирни различных конструкций. Такая система водоснабжения называется оборотной.
Поверхностные конденсаторы
Факторы, влияющие на работу конденсатора
Основными факторами, определяющими работу поверхностного конденсатора, являются величина его охлаждающей поверхности, расход охлаждающей воды и ее температура. Для того чтобы сконденсировать заданное количество пара известного теплосодержания и получить определенный вакуум, можно при известной температуре охлаждающей воды использовать конденсатор с большой охлаждающей поверхностью и малым расходом воды или же, наоборот,- конденсатор с малой поверхностью, но большим расходом воды. Однако нужно указать, что прямой зависимости между этими двумя факторами нет и что глубина вакуума в конденсаторе с определенной поверхностью охлаждения зависит еще от ряда других факторов как конструктивного, так и эксплуатационного характера.
Важнейшим конструктивным фактором является расположение охлаждающих трубок. Пар должен подводиться по всей длине трубок и иметь
небольшие скорости движения в начале трубного пучка. Путь пара по направлению от выпускного патрубка турбины к патрубку воздушного насоса должен быть возможно коротким, число перегородок между трубками должно быть минимальным; вся система трубок должна представлять наименьшее возможное сопротивление прохождению пара, особенно в начальной его части. Пучок трубок, расположенный согласно (рис. 8б), будет представлять меньшее сопротивление прохождению пара в конденсаторе, чем пучок, расположенный согласно (рис. 8а). Сток конденсата не должен препятствовать подводу пара к пучку.
В конденсаторах очень больших размеров все эти требования трудно выдержать; это является одной из причин того, что в очень мощных турбинных установках часто предпочитают применять два отдельных конденсатора вместо одного очень большого.
Трубки в конденсаторах располагают в шахматном порядке (рис. 9). Для уменьшения количества конденсата, натекающего на нижние ряды трубок с верхних, нередко устанавливают специальные водосборные листы.
Зависящими от условий эксплуатации факторами, влияющими на глубину вакуума в поверхностном конденсаторе, являются следующие:
1. Парциальное давление воздуха в конденсаторе. Воздух выделяется из конденсируемого пара в процессе конденсации. Он попадает в пар вместе с питательной водой, а главным образом примешивается к пару в пределах турбинной установки, просачиваясь через находящиеся под разрежением неплотные фланцы и через уплотнения вала турбины. Очевидно, что парциальное давление воздуха в конденсаторе будет тем больше, чем большее количество его поступает в конденсатор.
Наличие воздуха в паре сильно затрудняет передачу теплоты пара охлаждающей воде, что вызывает повышение парциального давление пара в конденсаторе. Кроме того, присутствие воздуха в конденсаторе вызывает повышение давления в конденсаторе за счет парциального давления воздуха. Например, если давление пара в конденсаторе равно 0,02 ата и давление воздуха 0,01 ата, то общее давление в конденсаторе будет равно 0,03 ата.
При охлаждении смеси пара с воздухом температура получившегося конденсата будет ниже температуры насыщения, найденной по давлению в конденсаторе; температура конденсата будет соответствовать парциальному давлению пара, которое ниже давления смеси пара с воздухом.
Разность между температурой насыщения, найденной по давлению отработавшего пара, и температурой конденсата называется переохлаждением конденсата.
Если температура конденсата равна 25 о С, а температура отработавшего пара 35 о С, то переохлаждение конденсата равно:
На практике переохлаждение конденсата зависит не только от наличия воздуха в конденсаторе, но часто от недостатков конструкции конденсатора, которые особенно сильно сказываются при низкой температуре охлаждающей воды.
Если нижние ряды трубок расположены слишком близко к уровню конденсата в конденсаторе, то при незначительном повышении уровня конденсат омывает нижние трубки и отдает часть своей теплоты охлаждающей воде.
При малых нагрузках или очень холодной охлаждающей воде основная масса пара может конденсироваться при соприкосновении с верхними трубками конденсатора. Тогда конденсат дополнительно охлаждается, стекая по нижним трубкам. Кроме того, в нижней части конденсатора может происходить понижение парциального давления пара, то есть охлаждение паровоздушной смеси и, следовательно, конденсата.
При слишком тесном расположении трубок давление пара при входе в конденсатор может быть значительно больше давления в нижней части конденсатора вследствие большого парового сопротивления трубной системы. В этом случае также имеет место переохлаждение конденсата по сравнению с температурой пара, замеренной в горловине конденсатора.
Очевидно, что охлаждение конденсата циркуляционной водой понижает к.п.д. установки, так как оно связано с уменьшением количества тепла, возвращающегося в котел. В установках без регенерации переохлаждение конденсата на 7,5 о С вызывает примерно 1% перерасхода топлива. В лучших системах конденсаторов при хорошей плотности их и хорошей работе воздушных насосов заметного переохлаждения конденсата не должно быть вообще.
Потеря тепла с циркуляционной водой является не единственным отрицательным следствием переохлаждения конденсата. Переохлаждение конденсата сопровождается поглощением кислорода конденсатом. Присутствие кислорода в паре и питательной воде (конденсате) вредно отражается на металле, вызывая интенсивное ржавление (коррозию) его. Каждой определенной температуре воды при данном давлении соответствует известное максимальное содержание кислорода, которое может быть ею поглощена.
При вакууме содержание кислорода в воде уменьшается, причем оно делается равным нулю, когда температура конденсата равна температуре насыщенного пара, то есть если не имеется переохлаждения конденсата. Каждый градус переохлаждения конденсата ориентировочно дает возможное увеличение кислородосодержания на 0,02-0,14 мг/л.
Для современных котлов давлением выше 100 ата кислородосодержание конденсата после конденсатных насосов не должно превышать 0,02 мг/л, а кислородосодержание питательной воды должно быть не более 0,01 мг/л.
Для более полной деаэрации конденсата современные конденсаторы снабжают деаэраторными конденсатосборниками, в которых осуществляется подогрев конденсата паром. Лучшие современные конденсаторы обеспечивают кислородосодержание порядка 0,01 мг/л в конденсате.
2. Количество охлаждающей воды. Для получения глубокого вакуума требуются очень значительные количества охлаждающей воды.
Отношение количества расходуемой воды к количеству конденсируемого пара называется кратностью охлаждения: так если для конденсации 1 кг пара расходуется 70 кг воды, то кратность охлаждения равна 70.
Для поверхностного конденсатора кратность охлаждения при полной нагрузке турбины обычно равна 50-60 и режа 75-80; дальнейшее увеличение ее обычно не оправдывается, так как при этом вакуум углубляется незначительно, а требуемая мощность насосов, а следовательно, и расход энергии на их действие сильно увеличиваются. Очевидно, что при неполной нагрузке турбины кратность охлаждения повышается, если количество подаваемой охлаждающей воды остается неизменным при уменьшившемся количестве поступающего пара; этим в основном объясняется улучшение вакуума при понижении нагрузки турбин.
3. Температура охлаждающей воды. Очевидно, что вакуум будет тем глубже, чем ниже температура охлаждающей воды, причем разница между вакуумом летом и зимой может быть очень большой (90-92% летом и 97-98% зимой). При очень холодной воде глубина вакуума может быть настолько значительной, что не будет использована турбиной, рассчитанной на расширение пара только до известных пределов. В зимнее время часто оказывается целесообразной работа с уменьшенным расходом охлаждающей воды за счет уменьшения числа работающий циркуляционных насосов.
4. Скорость охлаждающей воды в трубках. Передача теплоты пара воде происходит обычно тем лучше, чем выше скорость протекания ее в трубках; при проектировании конденсатора предел скорости устанавливается соображениями экономического характера, так как повышение скорости требует повышения мощности насоса и выше известных границ становится невыгодным. Кроме того, при высоких скоростях воды появляется опасность разрушения трубок от та называемой «струйной коррозии». Обычно принимают скорости от 1,4 до 2,2 м/сек.
Фильтрация воды не может служить надежной защитой от загрязнения конденсатора, хорошей мерой защиты от биологических (растительных) загрязнений конденсатора является хлорирование охлаждающей воды. Во всех случаях трубки конденсатора приходится все же периодически чистить. Способы чистки трубок описаны ниже.
Конкретным показателем степени загрязнения трубок при неизменной воздушной плотности конденсатора и нормальной работе воздухоудаляющих устройств служит увеличение разности между температурой пара перед конденсатором и температурой уходящей охлаждающей воды «теплового напора»; нормальная разность этих температур для различных условий эксплуатации должна быть известна обслуживающему персоналу.
Соединение конденсатора с турбиной
Поверхностный конденсатор почти всегда устанавливают непосредственно под турбиной, причем он может покоится на пружинных опорах (рис. 10) или же быть прикрепленным к фундаменту болтами.
В первом случае возможно жесткое соединение болтами или сваркой приемного патрубка конденсатора с выпускным патрубком турбины, так как расширение металла при нагревании компенсируется пружинами, допускающими перемещение конденсатора. Натяжение пружин обычно регулируется так, чтобы выпускной патрубок турбины был совершенно разгружен от веса пустого (без воды) конденсатора.
Во втором случае между турбиной и конденсатором необходимо ввести промежуточное соединительное устройство, допускающее свободное расширение выпускного патрубка турбины и горловины конденсатора и вполне герметичное. Простейшим видом такого расширительного устройства является промежуточная волнистая труба (обычно медная), упругость которой обеспечивает компенсацию вертикальных перемещений соединяемых фланцев (рис. 11). Такие компенсаторы применяются в турбинах небольшой мощности.
В установках небольшой мощности между турбиной и конденсатором иногда устанавливают шибер, дающий возможность перекрыть приемный патрубок конденсатора и перевести турбину на работу с выпуском отработавшего пара в атмосферу.
Детали поверхностного конденсатора
Корпус конденсатора изготавливают из листовой стали методом электросварки. Поверку прочности корпуса конденсатора делают на внутреннее давление около 2 ата.
В большинстве случаев корпус конденсатора имеет форму, близкую к цилиндрической. Однако для современных самых больших конденсаторов характерна прямоугольная форма корпуса.
Крышки и водяные камеры в современных конденсаторах стационарных турбин также отливают или сваривают из стали, но иногда отливают из чугуна (даже при стальных корпусах). В тех случаях, когда конденсатор имеет четное количество ходов воды и, следовательно, подводящий и отводящий трубопроводы расположены с одной стороны, нередко устраивают только одну водяную камеру, а направляющие воду перегородки с другой стороны выполняют прямо в крышке. Крышки снабжают достаточным числом люков для возможности осмотра и чистки трубок.
Трубки конденсатора изготавливают холодной протяжкой из различных сортов латуни; обычный состав ее 70% красной меди, 29% цинка и 1% олова (для морской воды) или 68% красной меди и 32% цинка (для пресной воды).
Очень хороши, но дороги мельхиоровые (70% меди, около 30% никеля) трубки, которые применяют в наиболее ответственных случаях для работы на морской воде. Внутренние диаметры трубок в различных типах конденсаторов от 14 до 24 мм и редко больше. Толщина стенки трубки обычно равна 1,0-1,2 мм.
Во избежание провисания трубок и для уменьшения вибрации их во время работы машины в корпусе конденсатора через промежутки, равные 50-80 диаметрам трубки, устанавливают опорные перегородки, в которых, кроме отверстий для трубок, прорезаны окна для сообщения смежных паровых пространств.
Трубные доски выполняют из листовой стали (для пресной воды) или из катаной латуни (для морской воды); толщина досок зависит от их диаметра и конструкции и колеблется от 20 до 35 мм. Крепление стальных трубных досок к корпусу выполняется в настоящее время посредством сварки; посредством сварки соединяются с трубной доской и водяные камеры. В прежних конструкциях эти соединения выполнялись на болтах и так, чтобы можно было отнять водяную камеру 1, не ослабляя соединения доски 2 с корпусом 3 (рис. 14). Для плотности соединений применялись специальные прокладки 4 из резины.
Между трубными досками было принято устанавливать продольные анкерные связи виде болтов, пропущенных в дистанционные трубки или сплошных, для придания всей системе жесткости и предохранения досок от прогиба внутрь конденсатора. В настоящее время анкерные связи устанавливают лишь в водяных камерах; они связывают трубные доски с крышками и разгружают их от усилий со стороны воды.
Закрепление трубок в трубных досках производится развальцовкой трубок с двух сторон. Практика показывает, что этот способ совершенно надежен, несмотря на разность линейных расширений трубок и корпуса конденсатора.
Двусторонняя развальцовка дает лучшую плотность соединения трубок с досками, удешевляет конструкцию конденсатора и упрощает его сборку и обслуживание.
Для развальцовки трубок в досках служит небольшая вальцовка (рис. 19), состоящая из конуса (веретена) 1, роликов 5 и корпуса 2. Вставив ролик в трубку 3, вращают веретено посредством воротка, время от времени подавая его вперед подвинчиванием нажимной втулки 4.
Диаметр отверстий в трубной доске под развальцовку выполняется приблизительно на 0,5 мм больше номинального диаметра трубок. Конец трубок перед развальцовыванием обычно отжигается. Нужно следить за тем, чтобы вальцовка входила в трубку на глубину, несколько меньшую толщины трубной доски.
В самое последнее время большое внимание уделяется разработке способов автоматической приварки концов трубок к трубным доскам с целью полностью исключить присосы охлаждающей воды, создающие большие трудности при эксплуатации прямоточных котлов.
Атмосферный клапан
Внутреннее давление в паровом пространстве конденсатора ни при каких обстоятельствах не должно превышать 1,2-1,5 ата, так как ни корпус конденсатора, ни выхлопной патрубок турбины не рассчитаны на большее внутреннее давление. В качестве защиты от чрезмерного повышения давления в паровом пространстве служит атмосферный клапан (5 на рис. 5). Атмосферный клапан устанавливается на специальном ответвлении от горловины или корпуса конденсатора.
Атмосферный клапан мощной турбины представляет собой громоздкую и тяжелую деталь; возможность присасывания воздуха в конденсатор через него при неисправности седла или тарелки тоже не исключена. В настоящее время в мощных установках отказываются от применения атмосферных клапанов, заменяя их предохранительными окнами, заделанными тонким листовым металлом (или паранитом), который разрывается(или отпаивается) при аварийном повышении давления и температуры и выпускает пар наружу.
В атмосферных клапанах новых цельносварных конденсаторов ЛМЗ применено сочетание тарелки с разрывной прокладкой. Кромки тарелки 1 (рис. 21) закрыты кольцевой паранитовой прокладкой 2 толщиной 0,5 мм, прижатой прижимными кольцами 3 и шпильками 4 к тарелке и седлу клапана 5. При повышении давления в конденсаторе прокладка разрывается и тарелка отбрасывается в сторону.
Современные мощные турбины не рассчитываются на работу с выхлопом в атмосферу даже в течении короткого времени и должны быть остановлены при повышении давления пара в выхлопном патрубке сверх 0,5-0,8 ата. Наиболее совершенным решением этого вопроса является применение вакуум-реле (защиты), автоматически останавливающего турбину при аварийном ухудшении вакуума.
Конструкции поверхностных конденсаторов
Как мы уже видели, устройство поверхностного конденсатора очень просто; существующие конструкции этих конденсаторов различаются главным образом формой корпуса, направлением потока пара в конденсаторе, расположением трубок, числом ходов охлаждающей воды, конструктивным выполнением деталей и прочее.
Переход к применению все более высоких параметров пара и увеличение мощности турбин и производительности паровых котлов поставили очень высокие требования к качеству конденсата, в котором должны быть только следы солей и кислорода. В настоящее время отечественные турбостроительные заводы перешли на так называемую «ленточную» разбивку трубного пучка, обеспечивающую минимальное «паровое» сопротивление конденсатора (рис. 23).
Пучок трубок размещается в виде извилистой ленты с глубокими, свободными проходами для пара, что позволяет уменьшить скорость натекания пара на первые ряды трубок и резко сократить путь паровоздушной смеси через пучок. В средней части конденсатора по всей его длине имеется свободный проход пара в нижнюю часть конденсатора. Пар проникающий до самого низа конденсатора, подогревает конденсат, что способствует устранению его переохлаждения.
Отсос воздуха осуществляется с двух сторон конденсатора, причем для охлаждения воздуха выделены специальные пучки трубок, расположенные в зонах отсоса.
Водяные камеры конденсаторов (рис. 23), разделены вертикальными перегородками на две независимые части, каждая из которых имеет свои патрубки для подачи и выпуска охлаждающей воды. Таким образом, вода разделяется на два независимых потока, любой из которых можно выключить, закрыв соответствующие задвижки Крышки таких конденсаторов выполняются составными из двух частей, повешенных на петли; каждая часть крышки может быть открыта независимо одна от другой.
Такие конденсаторы называются конденсаторами «непрерывного действия», двухпоточными конденсаторами или конденсаторами с раздельным потоком воды. Трубки таких конденсаторов можно чистить, не выключая из работы турбину, при сниженной ее нагрузке.
Для чистки конденсатора непрерывного действия во время эксплуатации нужно закрыть доступ воды к одной половине его, выпустить из трубок и водяных камер этой половины воду через сливной клапан и открыть соответствующие половины крышек; затем можно чистить трубки любым из существующих способов, причем конденсатор будет продолжать действовать благодаря циркуляции воды во второй половине.
Во время чистки половины конденсатора будет работать практически лишь одна его часть. Трубки очищаемой части будут омываться паром, но теплообмен в них будет совершенно ничтожным. При сниженных нагрузках никаких особых неудобств это не вызовет, так как вакуум ухудшается незначительно. При малых нагрузках глубина вакуума может даже не уменьшиться при выключении половины конденсатора, если вся охлаждающая вода будет направлена в действующую половину его.