> Техника, страница 54 > Конденсатор

Конденсатор

Конденсатор, прибор, в к-ром пар, выходящий из паровой машины или турбины, посредством действия охлаждающей воды (в очень редких случаях—воздуха) сам обращается в воду (конденсат). Вследствие этого понижается противодавление, а следовательно увеличивается тепловой перепад между состоянием пара при впуске и выпуске, поэтому увеличивается и теоретич. работа 1 килограмм пара при прохождении его через паровой двигатель. В паровых машинах, работающих с конденсацией, обыкновенно берут противодавление в пределах 0,15-У0,20 килограмм/см² абс. (ниже — только в прямоточных машинах). В паровых же турбинах стремятся достигнуть более низкого противодавления: 0,04-4-0,05 килограмм/см² абс. В проекте норм на паровые турбины (принятом как временный на 4-м Всесоюзном теплотехнич. съезде) предлагаются следующие противодавления для паровых турбин [¹⁷]:

Темп-ра охлажд. воды. 8° 15° 27°

Противодавление (в atm абс.). 0,03В 0,04 0,0?

Вакуум (в %).. 96,7 96 93

Различают две главные системы К.: смешивающие (впрыскивающие) К. и поверхности ые К. В первых отходящий пар смешивается с мелко распыленной охлаждающей водой. Во вторых пар непосредственно не соприкасается с охлаждающей водой, а последняя циркулирует по трубам, между к-рыми движется охлаждаемый пар. Впрыскивающие К. применяют преимущественно в стационарных паровых машинах. В морских паровых машинах и во всех турбинных установках применяют поверхностные К., дающие чистый конденсат, необходимый для питания котлов в морских и турбинных паровых установках.

Для поддержания разрежения нужно откачивать из К. охлаждающую воду, конденсат и воздух. В смешивающих К. все откачивание производится одним м о к р о в о з-душным насосом. В поверхностных К., а также в смешивающих типа Вейса имеются отдельные насосы для конденсата, охлаждающей воды и воздуха. Воздух попадает· в смешивающие К. из охлаждающей воды, а также через неплотности паропровода, кон--

денсатора и машины. Для определения <З_г— веса (в кг[ч) воздуха, поступающего в К., предлагают следующие ф-лы [²]:

а) для смешивающих К.:

^Gi=lk>(^aW + ^)£o’ (1)

где а=0,02—коэф-т, выражающий количество воздуха, растворенного в воде; W—количество охлаждающей воды в килограммах/ч; Ώ—полный расход пара в килограммах/ч; В—среднее показание барометра (в миллиметров рт. ст.) для данного места, μ—коэф., зависящий от длины паропровода между машиной и К.; /г=(1,8-|-0,01)Ь при грубом оборудовании (например металлургия. промышленность), μ=(1,8-Η3,006)Ι при тщательном оборудовании (электрич. станции); L—длина паропровода в метров. б) Для поверхностных К. паровых турбин (в кг/ч):

приводится в движение от кривошипа машины при помощи разного рода рычажных передач. Такой конденсатор изображен на фигуре 1. Мокровоздушный насос этого К. является примером насосов с клапанами; большое распространение имели также насосы без клапанов, со всасывающими щелями (Эдвардса). Для определения необходимого количества охлаждающей воды в смешивающих К. необходимо знать состояние пара, выходящего из машины. Он бывает сухим или даже перегретым, но чаще содержит известное количество влаги. В паровых машинах при среднем давлении в конденсаторе й=0,25 килограмм/см² абс. полагают теплосодержание отходящего пара при поступлении его в К. равным 560-Т580 Са1/кг.

Давление в К. р_к (в кг/см²) слагается из давления пара и давления воздуха:

Pk=Pd + Pi,

где φ—числовой коэф., равный 3—4,5. В случае нескольких паровых машин, в особенности расположенных далеко друг от друга,

здесь кг/см² духа

устраивают центральную к о н д е н-с а ц и ю с одним К., в к-рый пар поступает из всех машин, и с одним насосным устройством. При паровых турбинах устраивают всегда отдельные К. Центральные К. применялись особенно часто на металлургия. заводах, оборудованных сильными паровыми машинами, разбросанными на большом расстоянии. При недостатке охлаждающей воды устраивают специальные охлаждающие устройства (градирни) для охлаждающей воды.

Смешивающие К. Смешивающие К. устраивают двух типов: с параллельным течением и с противотоком; первые применяют при отдельных царовых машинах, вторые в центральных конденсациях. Впрыскивающий К. с параллельным течением представляет собою простой сосуд цилиндрической формы (горизонтальный или вертикальный), непосредственно соединенный с мокровоздушным насосом; этот последний

p_d — парциальное давление пара в абс., a pi—парциальное давление воз-в кг/см² абс. Обозначая начальную температуру охлаждающей воды ί„, темп-ру смеси конденсата и охлаждающей воды t_k, отношение W : D=m и теплосодержание 1 килограмм отработавшего пара — г, получим основное уравнение: г — t_k=т (t_k — <„). (3) f₀ зависит от местных условий: для воды из рек и прудов можно принять ί₀ — 15-Р20⁰ (для летних условий), при искусственном охлаждении t₀колеблется от 25 и до 35°. Что касается t_k, то она берется не ниже 35—40°. Количество т охлаждающей воды на 1 килограмм пара колеблется между 25 и 30 килограмм, при искусственном охлаждении воды т доходит до 40 килограмм.

Мокровоздушный насос рассчитывают как компрессор (смотрите) с изотермическим сжатием. Работа L_wac, откачивания выражается формулой (в кгм/ч):

L_MK.=P_rV_rhi^B-f^, (4)

где Fi—объём откачиваемого воздуха в м³/ч, Pj—парциальн. давление воздуха в килограммах/м² абс., В—барометрическое давление в килограммах/см². Теоретическая мощность N_e03d. _ι необходимая для сжатия воздуха, будет (в ’JP):

В/. Vi - 111

Pi

pi

(5)

75

и прибавляя мощность, на откачивание воды, по-

«<»а. 3600

Учитывая потери затрачиваемую лучим:

~~ 3600 - 75

где Н—полный напор на всасывание и нагнетание воды.

H=h + h„-h_k, (7)

, (6)

где h—высота подачи воды из К., Ь_ъ—баро-метрическ. давление, h_k—давление в К. (все в м вод. столба). Эффективная мощность N_t, .затрачиваемая на мокровоздушный насос:

2“,=^ Чт

(8)

Механический кпд ц_т колеблется в пределах 0,65-Н),80 в зависимости от характера передачи. Общая мощность для приведения в движение мокровоздушпого насоса составляет l-f-2% от эффективной мощности машины. Размеры насоса и труб рассчитывают по общим формулам для насосов и трубопроводов р].

Впрыскивающие К. с противотоком. Впрыскивающий К. со встречным течением изображен на фигуре 2. В этом К.

охлаждающая во- __

да и пар движут- /γ-fc--

ся друг другу на ^ встречу;поэтому в _ месте входа пара Pk=Pd- В верхней же части К. собирается воздух, и там почти нет давления пара; температура выходящей воды t_k может быть принята равной темп-ре насыщения, соответ-

Фигура 2.

ствующей давлению р_а. Количество охлаждающей воды в этих К. получается меньше, чем в К. с параллельным течением, при одинаковых условиях работы: величина т колеблется для этих К. в пределах 15-Н22.

Фигура з.

Эти конденсаторы помещают часто на высоте >10 м, и тогда вода уходит из них самотеком; воздух откачивается сухим воздушным насосом (фигура 3). В этих насосах часто применяются золотники Вейса с перепуском воздуха. Для вычисления работы сухого

Т. Э. т. X.

воздушн. насоса можно пользоваться формулой для работы L_is изотермического сжатия (в кгм/ч):

As=Рк А In ^ > (9)

где Р_к—давление в К. в килограммах/м², а р—давление наружного воздуха в килограммах/см². Так как линия сжатия не совсем точно совпадает с изотермой, то полученную из формулы (9) L_is необходимо увеличить на 20%, что даст для Luae.—действительной работы насоса — формулу (в кгм/ч):

L_Hac.— 1,2 As· (10)

Теоретическая мощность, затрачиваемая на сжатие, N₀ (в IP):

дт __ Li ас·

⁰ 3600-75

(11)

Потребная эффективная мощность N_e (в IP): ^=£- <¹²>

При расчетах р_т берется ~0,7.

Поверхностные К. Поверхностный К. новейшего типа (завода Броун-Бовери) изображен на фигуре 4. В этом К. для пара сразу же открывается доступ к большой охлаждающей поверхности.

Большое удобство представляет также тип К. того же завода, предназначенный для непрерывной работы: крышка разделена на две половины (фигура 5); каждая из них может открываться независимо от другой; соответственная половина К. выключается и м. б. очищаема от осадков на трубах. Относительно расположения труб следует отметить новую систему их, предложенную Жинаба (Ginabat). При обыкновенном расположении труб вода, стекающая с верхних трубок, попадает прямо на нижние трубки и окружает их водяным слоем, мешающим обмену тепла между поверхностью нижних трубок и паром. В К. сист. Жинаба трубки располагаются так (фигура 6 и 7), чтобы струйки воды с верхних трубок касались нижних трубок только сбоку. Теплопередача в К. сист. Жинаба больше, чем в обыкновенном К. Трубки в поверхностных К. выполняют обычно из латуни (70% меди, 30% цинка, иногда прибавляется олово или свинец). Решетки, в которых укрепляются трубки, делают железные. Важным вопросом в экеплоата-ции К. является предохранение трубок or разъедания, которое происходит главным образом от неправильно выбранного химич. состава материала труб; для разъедания имеют также значение электролитич. явления.

борьба с которыми представляет значительные затруднения [⁷].

Основным вопросом в расчете поверхностных К. является определение поверхности охлаждения. Исходная формула для этого определения:

<¹³>

где F—поверхность охлаждения в м", W— количество охлаждающей воды в килограммах/ч, к— коэф. теплопередачи вСа!/ж²ч°С, t_d—тем-

Фиг. для конденсата. Насосы для охлаждающей воды (циркуляционные) всегда центробежные. Обыкновенно ими приходится всасывать и поднимать на небольшую высоту значительные количества воды; поэтому насосы делают малого диаметра с большой шириной лопаток и с несколькими параллельно работающими колесами. Насос для выкачивания конденсата тоже центробеленый. Если конденсат направляется в теплый ящик (откуда подается в котел особым насосом), то конденсатный насос м. б. исполнен как одноступенчатый. Преодолеваемая высота h_k для конденсатного насоса слагается из высоты подачи h конденсата в теплый ящик, высоты 10(1— р_к), расходуемой на преодоление атмосферного давления, и высоты h_r, теряемой на трение:

к_к=h -Ь 10 (1 — р_к) + h_r. (18)

Электрич. мощность JV₂ (в IP) для приведения в движение конденсатного насоса:

Фигура 7.

пература пара, t₀—температура охлаждающей воды при впуске и t_a—при выпуске из К. Вместо этой ф-лы можно с достаточной точностью применять приближенную формулу:

^w Vi-r· (¹⁴>

I ^[0 + 1_а

F=-

Для пользования этой формулой необходимо знать к; для определения к было сделано большое количество опытов, приводящих к не вполне сходным между собою результатам, так как к зависит от многих условий: скорости движения воды, количества воздуха в К. и тому подобное. Так же различны результаты, даваемые различными ф-лами. Хорошие средние результаты дает формула Геб-гарта [¹⁰], которая, будучи перечислена в метрические меры, имеет вид:

к=460 f f„ + 17,8 · /w ; (15)

здесь ί₀—начальная температура охлаждающей воды, IV—скорость движения воды в м/ск. Большее значение для к дает формула Гефера [²]:

к=800 + 1950 w^0,s. (16)

Этой ф-лой можно пользоваться только для новейших конструкций К. с обеспеченным удалением воды с трубок, с надлежащим отводом воздуха и очисткой труб от осадков. В ходовых расчетах для обыкновенных поверхностных К. берут к=1 5004-2 000. Для определения количества воды т (в «г), приходящегося на 1 из пара, пользуются ф-лой т

- ⁱ~^,d

(17)

где г—теплосодержание пара при впуске в К., t_d—темп-pa, соответствующая давлению пара в К., ί₀ и t_a—темп-ры охлажд. воды; t_d берется на 1—2°, a t_a на 5—10° ниже температуры t_k, насыщен, пара, соответствующей полному давлению в К. Для турбин средних и малых мощностей принимают D :F—=504-60 иг пара на 1 ж² поверхности охлаждения (при свежей охлаждающей воде); при воде из градирен И для турбин меньших размеров берется только ~ 25 килограмм пара на 1 м² охлаждающей поверхности.

Конденсатные и циркуляционные насосы при поверхностных К. Наиболее простыми являются насосы для охлаждающей воды и

hk-D

3600,75·о-Пал.

(19)

где η—механический кпд насоса, η’_βΛ-—кпд электромотора. Для мощности Ν_χ циркуляционного насоса имеем аналогичную формулу (в IP):

N - ^H~^{w 1} 3600· 75·!) ’

(20)

где Н—полная высота напора (в м), слагающаяся из следующих частей: h_s — высоты всасывания, h_d — высоты нагнетания, h_c— высоты, теряемой в самом К. (на трение в трубках К., на потери при входе в К., при поворотах в направлении движения воды). Гефер рекомендует брать Н при приблизительных подсчетах равной 5 метров.

Водоструйные аппараты. Приборами для откачивания воздуха в паротурбинных установках в настоящее время являются или водоструйные насосы, или пароструйные насосы (эжекторы), или комбинации тех и других. Водоструйный насос системы Вестин-гауза - Леблана изображен на фигуре 8. Насос состоит из рабочего колеса К, сопла d и диффузора D. Вода поступает близко к оси и, пройдя через направляющий аппарат А, идет в рабочее колесо, откуда отдельными струями поступает в сопло и увлекает смесь пара и воздуха, идущую по трубе В. В диффузоре смесь теряет свою скорость и увеличивает давление до атмосферного. В насосе Вестингауза-Леб-лана подвод воды—парциальный; в отличие от этого в насосах Всеобщей компании электричества подвод воды делается по всей окружности. Теория водоструйных аппаратов дана Пфлейдерером [¹⁵]. Насосы для конденсата, циркуляционный и водоструйный аппараты в современных турбинных установках приводятся в действие от одного электромотора нли от отдельной паровой турбины. Об-

щая мощность, затрачиваемая на конденсационную установку, колеблется в пределах: 1,8-^5% при свежей охлаждающей воде и 3,7-f-10% при искусственном охлаждении охлаждающей воды.

Паровые эжекторы. В последние годы чрезвычайное распространение в качестве приборов для отсасывания воздуха из турбинных К. получили паровые эжекторы. Преимущества их: простота устройства (отсутствие движущихся частей), надежность в работе и дешевизна. Струя пара, вытекающая с большой скоростью из сопла Лаваля, смешивается со смесью воздуха и пара, выходящей из поверхностного К., и увлекает ее с собою. При этой встрече происходит удар и уменьшение скорости. После смешения смесь попадает в расширяющееся сопло (диффузор), в к-ром происходит уменьшение скорости и возрастание давления. При высоких турбинных вакуумах нельзя достигнуть повышения давления до атмосферного в одной ступени, и применяют двухступенчатые конструкции, часто с промежуточным К. В этом К. охлаждающей водой служит конденсат из главного К. На фигуре 9 изображен двухступенчатый паровой эжектор системы Метрополитен-Виккерс без промежуточного К. (Е—впуск воздуха, G—первое паровое сопло для свежего пара, Я —первый диффузор, S — паровые сопла 2-й ступени, KL—диффузор 2-й ступени). На фигуре 10 изображен паровой эжектор той же фирмы с промежуточным поверхностным К. Расход пара в эжекторах получается боль

ший, чем для водоструйных насосов, но недостаток этот уравновешивается другими их преимуществами. Ориентировочный способ расчета паровых эжекторов см. [⁸,¹⁵].

Охлаждающие башни. Охлаждающие башни (градирни) применяются в тех случаях, когда нехватает свежей охлаждающей воды. Они представляют собой высокую башню (б, ч. деревянную, но в новых больших установках—с железным каркасом или железобетонную). На некоторой высоте в эту башню подается теплая вода, которая в виде очень мелких капель падает вниз. В башне создается сильная тяга воздуха; воздух, идущий навстречу воде, охлаждается 1) непосредственно путем конвекции, 2) испарением части этой воды, причем у оставшейся воды отнимается скрытая теплота испарения.

На фигуре 11 представлена деревянная градирня простейшего устройства. Вода входит в градирню на 7з—^г/₄ ее высоты и поступает сначала в деревянный главный жолоб и в два распределительных жоло-ба, а затем через отверстия в распределительных желобах стекает в мелкие желоба и попадает на решетку. Более совершенные железобе-тонные градирни применяются на больших паротурбинных станциях (Фортуна II, Гольпа и др.). Расчет градирен дан Отто Мюллером; в новейшее же время разработан Гейбелем [^п],

Меркелем и др. Потребность в площади для обыкновенных деревян. градирен определяется величиной от 0,8 до 1,3 метров на 100 килограмм пара в час.

О конденсаторе электрическом см. Электрический конденсатор.

. Лит.: *) Weiss F. G., Kondensation, 2 AufI., Berlin, 1910; *) H о e f e r K., Die Kondensation bei Dampfkraftmaschinen, Berlin, 1925; *) H ii 11 e, Des Xngenieurs Taschenbueh, 25 AufI., В. 1—2, B., 1925— 1926;*) В a 1 c k e H., Die Kondensatwirtschaft, Miin-chen, 1927; ‘) S t о d о 1 a A., Dampf- u, Gasturbinen, 6 AufI., Berlin, 1924; ·) G u t e r m u t li M. F., Die Dampfmaschine, В. 1, B., 1928; ’) Sim J., Steam Condensing Plant, London, 1925; ) К а у л a P. Дж. и Робинсон И. В., Конденсац. установки, пер. с англ., Ленинград, 1929; *) Evans, Condensat,on, L., 1928; ") G e b h a r d t G. F., Steam Power Plant Engineering, 6 ed., N. Y., 1925; ⁿ) Gei bel C., Ober die Wasserruckkiihlung mit selbstventilierendem Turmkiihler, «Forschungsarbeiten», H. 242, Berlin, 1921; “) Шмидт К., Конденсация паровых машин и паровых турбин, СПБ, 1912; ^Is) Р амзин Л. К., «Бюлл. Политехнич. об-ва», СПБ, 1914;“) Дуббель Г., Паровые машины и паровые турбины, вып. 2, перевод с нем., Л., 1926; »·) Р а д ц и г А. А., Теория и расчет конденсаторов, Л., 1929; *) Макеев

В. А., Метод определения эконом, вакуума, «Известия Теплотехн. ин-та», М., 1927, 10 (33); М) его же, «Бюллетень Коллектива инженеров МОГЭС», Москва, 1928, в; “) Давидов П. А., Испытание турбогенераторов Нижегор. гос. районной электр. станции, «Изв. Теплотехн. ин-та», М., 1926, 10 (23); ¹⁸) Паровые турбины. Общие нормы. Нормы испытания турбогенераторов. Техническ. условия на выполнение турбин чисто конденсационного типа. Технич. условия на выполнение конденсационных установок поверхностного типа для паровых турбин, «Изв. Теплотехн. ин-та», М„ 1928, 3 (36’). А. Радциг.