75 группа 2 вариант / Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС / Часть 1 / 1. Курс лекций ТМиВО ТЭС_для ФЗВО

Баки деаэраторов питательной воды должны обеспечивать прием ряда потоков, например, конденсата греющего пара ПВД, рециркуляции питательных насосов, сброса воды из растопочного расширителя и прочих. Бак должен обеспечивать запас питательной воды котлов с работой котла энергоблока при полной нагрузке в тече- ние 3,5 минут, а котла неблочной ТЭС – не менее 7 минут.

Деаэраторы питательной воды обычно оборудуются следующими защитами и блокировками:

–блокировкой, действующей на открытие линии аварийного перелива при до- стижении первого предела по уровню воды. Если переполнение деаэратора не пре- кращается, возможно открытие арматуры на линии опорожнения;

–защитой по увеличению уровня воды до второго предела – действует на оста- нов энергоблока;

–защитой в виде предохранительных клапанов от недопустимого повышения давления;

–блокировкой, действующей на открытие арматуры на подводе греющего пара от стороннего источника (обычно от коллектора собственных нужд 8-13 ата) при недопустимом понижении давления. Резкое снижение давления в деаэраторе весьма опасно, поскольку приводит к объемному вскипанию воды в деаэраторе, гидроуда- рам и срыву работы бустерных и питательных насосов. Такая ситуация характерна при отключении турбины.

37

Раздел 3. Насосное оборудование ТЭС

Рекомендуемая литература:

- учебная и учебно-научная литература

1.Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры: Учебник для тепло- энергетических специальностей вузов. 2-е изд., перераб. и доп.— Москва: Энерго-

атомиздат, 1984. - 416 с (любое издание; расширенный объем материала по разде- лу).

2.Турк В.И., Минаев А.В., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции – М.:

Стройиздат, 1976. – 304 с (любое издание; расширенный объем материала по раз- делу).

3.Расчет рабочих и энергетических характеристик центробежных насосов: учебное пособие / Г.В. Ледуховский. А.А. Поспелов, А.А. Борисов - Иваново : ФГБОУ ВПО "Ивановский гос. энергетический ун-т им. В.И. Ленина", 2013. - 115 с (материал для выполнения лабораторных работ).

- нормативно-технические и методические документы:

4.Типовая инструкция по эксплуатации береговой насосной циркуляционного водоснабжения блочных электростанций (РД 34.22.504) / Разраб. «Уралтехэнерго», утв. глав. тех. управлением по эксплуатации энергосистем 25.06.1983 г.

5.Методические указания по испытанию сетевых насосов (СО 34.41.709) / Раз- раб. «Сибтехэнерго», утв. ПО «Союзтехэнергго» 02.12.1981 г.

6.Методические указания по испытаниям конденсатных насосов в схеме паро- турбинных электростанций (СО 34.41.710 – МУ 34-70-011-82) / Разраб. Московским головным предприятием ПО «Союзтехэнерго», утв. ПО «Союзтехэнерго»

01.07.1982 г.

7.Методические указания по испытанию циркуляционных насосов и систем

циркуляционного водоснабжения паротурбиных установок электростанций (СО 34.41.711 – МУ 34-70-002-82) / Разраб. Московским головным предприятием ПО «Союзтехэнерго», утв. ПО «Союзтехэнерго» 01.06.1982 г.

Перечень вопросов для изучения:

1.Понятие о насосе, преобразование энергии в насосе. Насосный агрегат. Место насосов среди гидравлических машин. Классификация насосов по энергетическому

иконструктивному признакам. Область применения на ТЭС насосов разных типов.

2.Принцип действия лопастного насоса. Классификация лопастных насосов, характерные особенности каждого типа. Характерные диапазоны изменения напора

иподачи насосов каждого типа.

3.Принцип действия объемного насоса. Классификация объемных насосов, ха- рактерные особенности каждого типа.

4.Принцип действия струйного насоса. Преобразование энергии в струйном насосе. Пневматические насосы: принцип действия, схема установки.

5.Основные понятия теории насосов: давление, развиваемое насосом; напор насоса; манометрический напор насоса; подача насоса; полезная, внутренняя и за- трачиваемая мощность насоса; КПД насоса и его составляющие.

1

6.Основные понятия теории насосов: кавитация и условия её возникновения; последствия кавитации; кавитационный запас насоса; допустимая высота всасыва- ния насоса; запаривание насоса; срыв работы насоса.

7.Основные понятия теории насосов: коэффициент быстроходности насоса; связь коэффициента быстроходности с формой рабочего колеса насоса и формой ра- бочих характеристик насоса.

8.Основные понятия теории насосов: рабочие характеристики насоса, расчет основных параметров рабочих характеристик (подачи, напора, КПД, мощности на валу насоса); связь формы рабочих характеристик насоса с коэффициентом быстро- ходности; рабочая точка насоса.

9.Основные понятия теории насосов: различия рабочих характеристик центро- бежного и осевого насоса; помпаж; требования к технологии пуска центробежных и осевых насосов.

10.Многоступенчатые и многопоточные насосы: принцип действия, особенно- сти конструктивного исполнения.

11.Методы компенсации осевых усилий в насосах: суть методов, конструктив- ные схемы, преимущества и недостатки разных методов.

12.Использование сифона в схемах систем технического водоснабжения с осе- выми и диагональными насосами: назначение, схема, особенности эксплуатации осевых и диагональных насосов в системах технического водоснабжения ТЭС.

13.Понятие о насосном агрегате. Состав насосного агрегата, элементы обвязки, защитные элементы, нормативное оформление насосного агрегата.

14.Критерии выбора электродвигателя центробежного и осевого насоса. Само- запуск механизмов собственных нужд.

15.Пересчет рабочих характеристик центробежных насосов при изменении диаметра рабочего колеса, числа оборотов ротора и плотности перекачиваемой сре- ды.

16.Типы уплотнений вала насосов: принцип действия, преимущества и недо- статки, особенности эксплуатации.

17.Определение параметров работы насосов при параллельном включении не- скольких насосов (с графическим примером).

18.Определение параметров работы насосов при последовательном включении нескольких насосов (с графическим примером).

19.Методы регулирования производительности насосов: регулирование дрос- селированием – суть метода, построение рабочих точек насоса, преимущества и не- достатки метода.

20.Методы регулирования производительности насосов: регулирование байпа- сированием (перепуском) – суть метода, построение рабочих точек насоса, преиму- щества и недостатки метода.

21.Методы регулирования производительности насосов: регулирование изме- нением числа оборотов ротора – суть метода, построение рабочих точек насоса, преимущества и недостатки метода.

22.Способы частотного регулирования производительности насосов – ЧРП и гидромуфта: суть методов, принцип действия ЧРП; принципиальная конструкция и принцип действия гидромуфты.

2

А. Понятие о насосе. Классификация насосов

Насосом в наиболее общем случае называется гидравлическая машина для созда- ния потока жидкости, то есть предназначенная для перемещения жидкости и сооб- щения ей энергии.

При работе насоса энергия, получаемая им от двигателя, превращается в потенци- альную (увеличение давления), кинетическую (увеличение скорости) и в незначи- тельной мере в тепловую (увеличение энтальпии, температуры) энергию потока жидкости.

Насосный агрегат — это устройство, состоящее из насоса, приводного двигателя, соединительной муфты (или вариатора частоты вращения) и контрольно- измерительных приборов. Насосный агрегат вместе с коммуникациями и арматурой входит в состав насосной установки.

Существует целый ряд классификаций насосов: по принципу действия, по испол- нения (реализации), по типу перекачиваемой среды и др. Для определения места насосов среди гидравлических машин рассмотрим один из вариантов классифика- ции гидравлических машин (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Классификация гидравлических машин по энергетическому и конструктивному признакам

Лопастные насосы, к которым относятся, прежде всего, насосы центробежные, осевые, диагональные, наиболее распространены на ТЭС. Преобразование механи- ческой энергии привода в потенциальную энергию потока в этих насосах происхо- дит вследствие центробежных сил, возникающих при взаимодействии лопаток ра- бочего колеса с жидкостью. Принцип действия рассматриваемых насосов продемон- стрируем с использованием рис. 3.2. Рабочие лопасти 1, жестко скрепленные с дис- ками, один из которых закреплен на валу, соединенном с валом приводного дви-

3

гателя, вращаются вокруг оси вала. Под влиянием центробежных сил, обусловлен- ных массами жидкости, находящимися в межлопастных пространствах, жидкость приобретает дополнительную энергию, выбрасывается в спиральный канал, образо- ванный корпусом 2, и далее вытесняется в напорный трубопровод 4. Через прием- ный патрубок 3 происходит непрерывное всасывание жидкости.

Рис. 3.2. Конструктивная схема центробежного насоса: обозначения см. в тексте

Центробежные, диагональные и осевые насосы отличаются друг от друга формой рабочего колеса. В соответствии с этим имеются отличия и в конструктивном ис- полнении таких насосов (см. рис. 3.3).

Рис. 3.3. Формы рабочих колес (вверху) и примеры конструктивного исполнения

(внизу) лопастных насосов: слева – центробежный насос; в центре – диагональный; справа – осевой

4

Вихревые насосы, которые являются машинами трения, также в некоторых клас- сификациях относят к лопастным насосам. Жидкость в вихревом насосе перемеща- ется в тангенциальном направлении благодаря действию плоских радиальных лопа- стей, расположенных по периферии рабочего колеса (рис. 3.4).

В корпусе 2 насоса концентрично располагается рабочее колесо 1 с плоскими ра- диальными лопастями 5. При работе насоса жидкость поступает во всасывающий патрубок 6, увлекается рабочим колесом и, совершая сложное вихревое движение в кольцевом канале, выходит через напорный патрубок 4. В отличие от центробежных и осевых машин в вихревой машине вход и выход жидкости производятся на пери- ферии рабочего колеса. Вихревой насос имеет способность к самовсасыванию, по- этому не требует заполнения перед началом работы.

Рис. 3.4. Конструктивная схема вихревого насоса: 1 – колесо; 2 – корпус; 3 – кран за-

полнения корпуса насоса; 4 – нагнетательный патрубок; 5 – лопасти; 6 – всасывающий па- трубок; 7 – кран слива воды из корпуса

Центробежные, диагональные, осевые и вихревые насосы составляют группу ди- намических насосов, в которых передача энергии потоку происходит под влиянием сил, действующих на жидкость в рабочих полостях, постоянно соединенных с вхо- дом и выходом насоса.

В объемных насосах, главными представителями которых являются поршневые и роторные насосы, энергия передается жидкой среде в рабочих камерах, периодиче- ски изменяющих объем и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса.

На ТЭС большинство насосов-дозаторов, задействованных в обеспечении требуе- мых параметров водно-химического режима систем и установок, являются поршне- выми. Пример поршневого насоса показан на рис. 3.5. В таком насосе благодаря ша- тунно-кривошипному механизму реализуется поступательно-возвратное движение рабочего органа (в данном случае – поршня). Клапанная система распределения обеспечивается попеременное заполнение рабочей камеры насоса жидкостью через всасывающий патрубок (при движении рабочего органа в направлении от камеры) и освобождение от неё (жидкости) через напорный патрубок (при движении рабочего органа в направлении к камере). Рассматриваемый насос, как и вихревой, имеет спо- собность к самовсасыванию.

Периодичность движения рабочего органа в поршневом насосе обусловливает не- равномерность подачи и всасывания и возникновение инерционных сил. Эти факто- ры проявляются тем существеннее, чем значительнее изменение скорости на полном ходу поршня. Поэтому привод таких машин высокооборотными двигателями недо-

5

пустим. Эти обстоятельства вызвали появление объемных насосов вращательного типа, называемых роторными.

Рис. 3.5. Конструктивная схема поршневого насоса

Роторные насосы на ТЭС представлены в основном маслонасосами. Роторный насос – это гидравлическая машина с вращательным или вращательным и поступа- тельно-возвратным движением рабочих органов, которые перемещают жидкую сре- ду в результате периодического изменения объёма заполняемых ею камер или ци- линдров. Иллюстрация принципа действия такого насоса приведена на рис. 3.6 (на примере пластинчатого насоса). Массивный ротор 1 с радиальными прорезями по- стоянной ширины помещается эксцентрично в корпусе 2. Вал ротора через уплотне- ние выведен из корпуса для соединения с валом двигателя. В прорезях ротора встав- лены прямоугольные пластинки 3, отжимаемые от центра к периферии собственны- ми центробежными силами. При вращении ротора жидкость всасывается через па- трубок 4 в полость 5 и вытесняется из полости 6 в напорный патрубок 7. Насос ре- версивен: при изменении направления вращения его вала насос будет всасывать че- рез патрубок 7 и подавать через патрубок 4. Частота вращения такого насоса значи- тельна; его вал может соединяться с валом двигателя непосредственно.

Рис. 3.6. Конструктивная схема роторного насоса: обозначения см. в тексте

Наиболее распространены роторные насосы пластинчатого, шестеренчатого и кулачкового типов. Общий вид некоторых роторных насосов показан на рис. 3.7.

6

Рис. 3.7. Примеры роторных насосов: кулачковых (вверху); пластинчатого (внизу слева); шестеренчатого (внизу справа)

Среди струйных насосов на ТЭС распространены эжекторы, используемые в кон- денсационных установках турбин, системах концевых уплотнений турбин, а также вакуумных деаэрационных установках. В зависимости от среды, используемой в ка- честве рабочей, эжекторы могут быть паро- или водоструйными.

Простейший одноступенчатый эжектор, для определенности – пароструйный, (рис. 3.8) состоит из рабочего сопла 1, смонтированного в приемной камере 2, каме- ры смешения 3 и диффузора 4. Пар, поступающий при начальном давлении рр, рас- ширяется в сопле 1 до давления рн в приемной камере эжектора 2, при этом скорость пара существенно увеличивается. Истекающая из сопла 1 струя рабочего пара, обла- дающая большой кинетической энергией, увлекает за собой (эжектирует) паровоз- душную смесь из приемной камеры 2 в камеру смешения 3. Применение в камере смешения 3 пароструйного эжектора конфузорного участка позволяет увеличить расход отсасываемого воздуха, при котором наступает при прочих равных условиях перегрузка эжектора. Диффузор 4 предназначен для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную и повышения при этом давления удаляемой из эжектора смеси до рс.

7

Рис. 3.8. Принципиальная схема одноступенчатого па- роструйного эжектора: 1 – ра-

бочее сопло; 2 – приемная ка- мера; 3 – камера смешения; 4 – диффузор; 5 – рабочий (эжек- тирующий) пар; 6 – отсасывае- мая паровоздушная смесь; 7 – выхлоп эжектора; р – давление среды

Пневматические насосы на ТЭС практически не применяются. В эту группу вхо- дят эрлифты и газлифты. Схема простейшего эрлифта показана на рис. 3.9. В дан- ном случае осуществляется подача воздуха в нижнюю часть трубопровода, в резуль- тате образующаяся в трубопроводе смесь жидкости и воздуха из-из меньшей её плотности в сравнении с плотностью жидкости вне трубопровода поднимается вверх. При сливе из трубопровода в некоторую приемную емкость происходит раз- деление жидкости и воздуха; жидкость может быть использована в соответствии с технологией конкретного производства.

Рис. 3.9. Принципиальная схема эрлифта

Рассмотренное многообразие типов и конструктивного исполнения насосов обу- словлено существенно различающимися эксплуатационными характеристиками и

8

требованиями, предъявляемыми к насосам, при их использовании в конкретной тех- нологической схеме. В общем случае область применения насосов различных типов определяется: характеристиками перекачиваемой среды (температурой, вязкостью, наличием примесей и их свойствами); требованиями по созданию определенной по- дачи и напора в сети; соображениями надежности и экономичности работы. В поле «напор-подача» можно выделить области, характерные для разных типов насосов (рис. 3.10). Наибольшую производительность при относительно малом напоре име- ют осевые насосы, что обуславливает целесообразность их использования в качестве циркуляционных насосов турбоагрегатов ТЭС с прямоточными системами водо- снабжения (в этом случае применяется сифон, позволяющий существенно умень- шить требуемый напор насосов). Центробежные насосы охватывают широкий диа- пазон подачи и напора и потому наиболее распространены на ТЭС. Максимальные значения напора могут быть обеспечены объемными насосами, однако их произво- дительность относительно не велика.

Рис. 3.10. Область применения основных типов насосов

Учитывая рассмотренные особенности насосов разных типов, для ТЭС можно указать следующие основные области их применения:

–осевые и диагональные насосы используются в качестве циркуляционных насо- сов систем технического водоснабжения;

–центробежные насосы применяются в качестве бустерных, питательных, дре- нажных, конденсатных, перекачивающих, сетевых, подпиточных, пожарных и др.;

–струйные насосы представлены эжекторами конденсационных установок, ваку- умных деаэраторов, элеваторами в системах теплоснабжения, перекачивающими устройствами систем гидрозолоудаления;

–поршневые насосы используются в качестве насосов-дозаторов реагентов, а также питательных насосов паровых котлов малой мощности;

–роторные насосы используются как маслонасосы смазки и регулирования тур- бин; шнековые насосы применяются в системах гидрозолоудаления;

–вихревыми могут являться некоторые насосы установок химводоочистки, насо- сы отопления и вентиляции, пожарные, канализационные насосы и др.

9