Насосы и эжекторы
Циркуляционные и конденсатные насосы
Для подачи охлаждающей воды и для откачивания конденсата на электростанциях применяют почти исключительно центробежные насосы; поршневые насосы можно только изредка встретить на небольших станциях с устаревшим оборудованием, ввиду чего мы не будем останавливаться на их устройстве.
Рабочий процесс и устройство центробежного насоса. Центробежный насос представляет собой простую и надежную машину, получившую самое широкое применение.
Устройство центробежного насоса схематически показано на (рис. 27). Он состоит из корпуса 1, внутри которого помещается колесо 2 с криволинейными лопастями 3; при вращении вала 4, на котором насажено это колесо, вода засасывается по приемному патрубку 5 к середине колеса, поступает в междулопастные пространства и отбрасывается лопастями в окружающий колесо канал 6, образованный стенками корпуса. Сечение этого канала постепенно увеличивается по направлению к напорному патрубку 7, вследствие чего канал (улитка) играет роль диффузора и в нем скоростная энергия воды превращается в давление. Лопастное колесо (крыльчатку) выполняют литым из чугуна, стали или бронзы.
Для действия насоса необходимо, чтобы перед пуском в ход он был заполнен водой; поэтому приемный трубопровод иногда снабжают обратным клапаном, автоматически закрывающимся при понижении всасывающего действия насоса (при останавливании его) и задерживающим воду от вытекания из насоса и трубопровода. Крупные насосы имеют специальные приспособления для заливки перед пуском. Для приведения насоса в действие служит электродвигатель или паровая турбина.
Давление воды в пространстве 8 (рис. 27) между стенками корпуса и лопастями будет, очевидно, близко к давлению за лопастями. Поэтому вода стремится перетекать через зазор между корпусом насоса и колесом обратно в приемный патрубок, где давление ниже, чем в корпусе насоса.
Для уменьшения утечки воды зазор между корпусом и колесом делают возможно меньшим. С этой целью в корпус вставляют уплотнительные кольца (рис. 28), пригнанные по колесу с зазором от 0,1 до 0,4 мм в зависимости от размеров насоса.
Во время работы насоса, устроенного по схеме (рис. 27), его лопастное колесо испытывает значительное неуравновешенное осевое давление вследствие того, что боковая поверхность колеса со стороны всасывания меньше, чем с противоположной стороны, а давление воды на единицу поверхности одинаково (рис 28а). В небольших насосах для восприятия осевого давления устанавливают упорные подшипники или снабжают колесо разгрузочным приспособлением. В насосах большой производительности, для того чтобы получить достаточные проходные сечения для воды, применяют двухсторонний подвод воды к лопастному колесу (рис. 28б); при этом колесо оказывается симметрично нагруженным с обеих сторон.
Одна из конструкций разгрузочного приспособления схематически показана на (рис. 28в); корпус насоса снабжен уплотнительными кольцами с двух сторон, а колесо имеет камеру К, сообщающуюся со стороной всасывания через ряд отверстий в центральной части колеса.
В результате давление на обе стороны колеса получается более или менее одинаковое.
Для фиксации положения ротора насоса относительно его корпуса и для восприятия остаточного осевого давления, возникающего вследствие неполной уравновешенности боковых давлений на колесо, насос снабжают упорным подшипником. Применяются различные типы типы упорных подшипников- гребенчатые, сегментные и шариковые.
Возможна высота всасывания центробежного насоса зависит от температуры воды. Если температура воды, поступающей в насос, равна или выше температуры насыщения, соответствующей давлению при входе на рабочее колесо насоса, вода вскипает в насосе и последний "запаривается" и срывает. Давление при входе на рабочее колесо при заданном давлении в месте забора воды, расходе воды и сопротивлении всасывающего трубопровода, зависит от геометрической высоты всасывания, то есть расстояния от уровня воды до оси насоса. Поэтому высота всасывания насоса, определяемая специальными подсчетами, не может превосходить определенной величины. Так, при температурах воды до 25о С и хорошо выполненном, плотном трубопроводе высота всасывания может доходить до 7,5 м, а при температуре 90о С или выше насос будет работать только при давлении во всасывающем патрубке не ниже 1 ата, то есть при нулевой высоте всасывания или при подпоре.
Создаваемый насосом напор, к.п.д. насоса и потребляемая насосом мощность зависят (при постоянном числе оборотов) от его производительности. Во время эксплуатации насоса приходится регулировать задвижкой на напорной стороне подачу воды в зависимости от потребности в ней. Поэтому важно знать, как ведет себя насос при различных подачах. Эти данные обычно определяют испытанием и изображают в виде графиков, называемых характеристиками насоса.
На (рис. 29) приведены характеристики циркуляционного насоса, работающего при 765 об_мин. Нанесенные на этот график кривые позволяют быстро определить величину напора Н, потребляемую мощность N и к.п.д. насоса для любой производительности Q. По этим кривым можно видеть, например, что при Q=0 (задвижка на напорной линии закрыта) создаваемый насосом напор равен 9,5 м водяного столба (0,95 ати) и потребляемая мощность около 50 л. с.; при Q=1900 м3/час насос имеет максимальный к.п.д., но создаваемый напор понижается до 8,1 м водяного столба, и так далее.
Вообще же для всех циркуляционных насосов характерны небольшие напоры, определяемые в основном гидравлическим сопротивлением конденсатора турбины, и большие производительности.
По способу подачи охлаждающей воды к конденсаторам электростанции различают:
1)индивидуальное водоснабжение, когда каждый конденсатор обслуживается своим циркуляционным насосом или двумя насосами; этот метод часто применяется в установках небольшой и средней мощности, а также при заборе воды из градирен или прудов с примерно постоянным уровнем воды. В последнее время индивидуальное водоснабжение стало применяться и в блочных электростанциях с блоками котел- турбина очень большой мощности;
2)централизованное водоснабжение, при котором подача воды во все конденсаторы станции осуществляется из одной общей насосной установки, расположенной на берегу водоема.
Разрез береговой насосной станции приведен на (рис. 30). Ее устройство рассчитано на бесперебойную работу насосов при любом практически возможном уровне воды в водоеме. Поступление воды в бетонный приемный колодец при необходимости его очистки или ремонта можно прекратить, опустив металлический щит
Во всех случаях, когда воду забирают из естественного водоема (реки, озера, пруда), приходится ставить перед водоприемной трубой очистительные устройства для задержания водорослей, рыбы, щепы, камней (в горных реках) и т. д. Для этой цели применяют неподвижные или вращающиеся сетки (решетки).
Неподвижные сетки (рис. 30), которые устанавливают по несколько штук параллельно, просты и дешевы, но для сильно загрязненной воды мало пригодны, так как быстро засорятся и требуют частой очистки.
Вращающаяся сетка (рис. 31) представляет собой бесконечную цепь 1, собранную из отдельных звеньев и перекинутую через вращающийся барабан 2, увлекающий ее за собой. Вода проходит сквозь сетку непрерывным потоком, оставляя на ее поверхности посторонние предметы. Загрязненная поверхность сетки непрерывно очищается сеткой 3, расположенной около барабана, и омывается струей воды.
В установке, показанной на (рис. 31), последовательно установлены две вращающиеся сетки: проходная сетка 4 и сетка 1 с внутренним забором очищенной воды через трубу 5. Сетка 1 дает более полную очистку, так как в проходной сетке 4 фильтрующей стороной является только передняя, а задняя может способствовать вторичному загрязнению воды осадками, оставшимися на сетке. При заборе воды из середины сетки эта возможность исключена; кроме того, сетка может быть сделана более частой, так как ее фильтрующая поверхность гораздо больше, чем у проходной сетки.
Насосы для подачи циркуляционной воды или, как их обычно называют, циркуляционные насосы, могут быть горизонтального или вертикального типа. Основным приводом циркуляционного насоса является электродвигатель.
Конденсатный насос. Работа конденсатного насоса протекает в трудных условиях в следствии того, что засасывать ему приходится конденсат, температура которого 30-40оС, преодолевая всасывающее действие вакуума в конденсаторе. Непременное требование, которое предъявляется к конденсатному насосу,- это полная его герметичность во избежание засасывания воздуха в корпус насоса, что влечет за собой потерю его производительности. Поэтому сальники конденсатных насосов почти всегда имеют водяное уплотнение; для этого их соединяют трубками с напорным патрубком насоса или подводят к ним конденсат от независимого трубопровода.
Конедсатный насос может быть горизонтального или вертикального типа, но в настоящее время предпочтение отдается вертикальным насосам, для которых легче обеспечить необходимый подпор 900-1200 мм водяного столба со стороны всасывания.
Кроме того, в конструкции вертикального насоса нет необходимости в сальниковом уплотнении с двух сторон корпуса даже при двух опорных подшипниках (рис. 34).
При необходимости подавать конденсат по высоким давлением применяется двух-, трех-, и даже четырехступенчатая конструкция насоса. В этом случае вода из первого колеса (первой ступени) насоса поступает во вторую и последующие, если они имеются, благодаря чему давление в напорном патрубке получается более высоким, без увеличения диаметра или чисел оборотов насоса. На (рис. 34) показана конструкция вертикального трехступенчатого конденсатного насоса, так называемого погружного типа, постоянно залитого конденсатом.
Эжекторы (воздушные насосы)
Для отсасывания воздуха из конденсатора применяют воздушные насосы, называемые обычно эжекторами, следующих типов:
- пароструйные (паровые эжекторы);
- водоструйные (водяные эжекторы);
Паровые эжекторы. Паровой эжектор представляет собой наиболее распространенный в современных установках, работающих с глубоким вакуумом, аппарат для удаления воздуха. Кроме компактности и надежности в работе, он имеет то достоинство, что дает возможность получить начальный вакуум в конденсаторе в очень короткое время (5-6 мин).
Действие парового эжектора (рис. 35) основано на том, что подаваемый к эжектору свежий пар пропускается через одно или несколько сопел 3, входящих в камеру всасывания 4, соединенную трубопроводом с конденсатором; камера всасывания переходит в суживающуюся и затем цилиндрическую камеру смешения 5 и далее- в диффузор 6. Пар вытекает из сопла с очень большой скоростью (обычно более 1000 м/сек) и увлекает с собой воздух (точнее, несконденсировавшуюся паровоздушную смесь), поступающий из конденсатора. В диффузоре скорость смеси пара с воздухом понижается, а давление ее возрастает, что дает возможность вывести воздух из эжектора.
Одноступенчатый эжектор может создать вакуум до 650 мм рт. ст. Для получения более глубокого вакуума при хорошей экономичности эжектора, каждая ступень которых производит не полное, а частичное сжатие паровоздушной смеси, имеет свое сопло и диффузор и питается свежим паром отдельно. Между ступенями эжектора помещают промежуточные охладители для воздуха и пара, которые бывают поверхностного или смешивающего типа. В этих охладителях конденсируется значительная часть отработавшего в эжекторе пара, причем теплота конденсации используется для подогрева конденсата.
Конструкция двухступенчатого эжектора ЛМЗ показана на (рис. 36). Этот эжектор выполнен однокорпусным и имеет простую конструкцию трубного пучка. Пар поступает в первую ступень эжектора через патрубок 1, проходит через сопло в камеру всасывания 2 и захватывает паровоздушную смесь, поступающую через патрубок 3
.
Пройдя камеру смешения и диффузор, смесь пара и воздуха проходит через промежуточный холодильник 4 по пути, показанному стрелками. При этом пар конденсируется, а воздух охлаждается. Остаток смеси захватывается второй ступенью 5 эжектора и сжимается до давления, несколько превышающего атмосферное, после чего отводится в холодильник 6 второй ступени, где пар конденсируется, а воздух отводится в атмосферу.
Охлаждающая вода подается в нижнюю водяную камеру, по трубкам первой ступени поднимается вверх и спускается обратно вниз по трубкам второй ступени. Трубки завальцованы в трубные доски с одной стороны, а с другой установлены в сальники.
Расход пара на действие эжекторов обычно достигает 0,4-1% от общего расхода пара турбины. причем он уменьшается с увеличением числа ступеней в эжекторе. Этим объясняется применение в современных турбинных установках, особенно в установках высокого давления, трехступенчатых паровых эжекторов. На (рис.37) приведен чертеж такого эжектора ЛМЗ. Он выполнен в одном корпусе снабжен холодильниками с гнутыми П-образными трубками, развальцованными в трубной доске. Патрубок для выпуска воздуха из эжектора снабжен измерительным устройством для определения количества удаляемого воздуха.
сообщающуюся трубопроводом с конденсатором, увлекает за собой воздух (несконденсировавшуюся паровоздушную смесь) из конденсатора. Кинетическая энергия смеси воды с воздухом в диффузоре частично превращается в потенциальную энергию, вследствие чего смесь выходит из эжектора, преодолевая противодавление атмосферы. На (рис. 38) изображен в разрезе водяной эжектор системы Броун-Бовери. Вода из особого центробежного насоса, имеющего общий привод с циркуляционным насосом, подается под давлением в патрубок 1, входит в камеру 2 и поступает в сопло 3; благодаря наличию камеры 2 перед соплом не образуется вихревых движений воды, которые могли бы вредно отразиться на действии аппарата. Воздух поступает через патрубок 4, снабженный автоматическим обратным клапаном, предупреждающим засасывание воды в конденсатор при неисправности эжектора. Перед диффузором 5 установлена цилиндрическая смесительная камера, состоящая из двух частей, разделенных свободным пространством 6, стабилизирующим работу эжектора.
Эжектор описанного типа расходует около 10% всего количества охлаждающей воды конденсатора; отработавшая вода может быть использована в качестве охлаждающей в конденсаторе, так как температура ее мало повышается. Водяные эжекторы применяются редко, хотя за последнее время интерес к ним повысился в связи с переходом к очень высоким начальным параметрам пара, затрудняющим использование пароструйных эжекторов.