ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Глава двадцать первая
КОНДЕНСАТОРЫ
§ 86. Конструкции конденсаторов
Конденсатор служит для создания вакуума в выпускном патрубке турбины. Вакуум в конденсаторе создастся при помощи конденсации отработавшего пара в результате резкого уменьшения удельного объема (более чем в 30 000 раз) при превращении пара в конденсат и отсоса воздуха из конденсатора посредством эжекторов.
В современных мощных паротурбинных установках применяются исключительно конденсаторы поверхностного типа, в которых охлаждающая циркуляционная вода прокачивается через пучки трубок, расположенные в паровом пространстве конденсатора. Пар, поступающий из турбины, соприкасается с холодной поверхностью трубок и конденсируется на них, отдавая теплоту парообразования протекающей через трубки циркуляционной воде. Конденсат стекает в нижнюю часть конденсатора и откачивается из сборника конденсата конденсатным насосом. Воздух, проникающий в конденсатор через неплотности вакуумной системы установки и поступающий в ничтожном количестве вместе с паром из парового котла, непрерывно отсасывается из конденсатора воздухоотсасывающим устройством. ЛМЗ применяет для отсоса воздуха паровые эжекторы (см. § 88).
Конденсат используется для питания паровых котлов и представляет большую ценность, в особенности в установках высокого давления, так как паровые котлы высокого давления требуют применения питательной воды особо высокого качества. По этой причине необходимо следить за тем, чтобы конденсат турбины был чистым дистиллятом, т. е. не содержал каких-либо примесей в результате присоса сырой циркуляционной воды через лопнувшие охлаждающие трубки или неплотности в местах их развальцовки. В нормально работающем конденсаторе конденсат дегазируется, что облегчает работу деаэратора и предупреждает ржавление системы. В эксплуатации не следует допускать переохлаждения конденсата во избежание лишних потерь на его подогрев. Гидравлическое сопротивление водяной системы конденсатора должно быть незначительным, чтобы уменьшить расход энергии на прокачку циркуляционной воды через конденсатор.
Теоретически возможный вакуум в конденсаторе зависит только от температуры и располагаемого количества охлаждающей воды. Однако облопачивание последней ступени ограничивает увеличение используемого турбиной перепада при углублении вакуума в конденсаторе. Облопачивание последней ступени может пропустить лишь определенный объемный расход пара при заданном вакууме и сработать лишь ограниченный перепад (обеспечить расширение пара лишь до ограниченного противодавления). Величина объемного расхода и степень расширения пара в облопачивании лимитируются сечениями лопаточных каналов с учетом расширения пара в косом срезе. При чрезмерном углублении вакуума расширение пара будет происходить по выходе его из лопаточного аппарата, ввиду чего прироста мощности от этого не произойдет. Вакуум, соответствующий предельному расширению пара в облопачивании, называется предельным.
Однако вести эксплуатацию турбины при предельном вакууме невыгодно, так как для создания его требуется значительная дополнительная затрата электроэнергии для прокачки повышенного количества охлаждающей воды через конденсатор (если предельный вакуум вообще достижим при располагаемой в данное время года температуре охлаждающей воды). Поэтому Для каждой установки должен быть опытным путем установлен наивыгоднейший или экономический вакуум, который соответствует максимальному выигрышу в мощности от углубления вакуума с учетом дополнительной затраты мощности на прокачку охлаждающей воды через конденсатор.
Значение экономического вакуума, естественно, будет зависеть от температуры охлаждающей воды.*
* «Руководящие указания по установлению и поддержанию режима наивыгоднейшего вакуума в паротурбинных установках», Госэнергоиздат, 1941
А. С. Зильберман и Г. С. Смоляров. Влияние вакуума в конденсаторе на экономичность паровой турбину, «Тепло и сила», 1939, № 7.
Как показали исследования Всесоюзного теплотехнического института, регулирование количества охлаждающей воды путем применения циркуляционных насосов с регулируемыми приводами или путем дросселирования напора насосов задвижками со стороны нагнетания экономически не оправдывается. В каждой установке обычно имеется возможность осуществить несколько комбинаций включения циркуляционных насосов (при полностью открытых задвижках со стороны нагнетания) для подачи различного количества охлаждающей воды в конденсатор (например: один или два насоса на один конденсатор, три насоса на два конденсатора). Каждая комбинация включения циркуляционных насосов соответствует затрате определенной электрической мощности для привода насосов.
В результате испытании по определению экономическою вакуума для каждою турбоагрегата устанавливается режимный график работы конденсационной установки. По графику в зависимости от температуры охлаждающей воды и расхода пара в конденсатор определяют, сколько циркуляционных насосов и в какой комбинации должны быть включены в работу и какой при этом должен быть вакуум в конденсаторе.
Первые турбины серии высокого давления ЛМЗ были оборудованы конденсаторами с центральным отсосом воздуха и кольцевым потоком воды и конденсаторами типа OV.* Впоследствии завод перешел к изготовлению конденсаторов с ленточным расположением пучков трубок. В настоящее время все турбины снабжаются конденсаторами последнего типа.
На фиг. 105 изображен конденсатор типа 25KЦC-8 (для морской воды). Отличительной особенностью этих конденсаторов является укорочение пути пара через толщу трубного пучка, имеющего в поперечном разрезе конденсатора в каждой половине вид сложенных лент. Поток пара, поступающий сверху в конденсатор из выхлопного патрубка турбины, свободно распределяется по всей длине конденсатора и подходит широким фронтом к пучку трубок через центральный проход, боковые проходы в верхней половине и глубокие прорезы в толще самих пучков. Подобная конструкция обеспечивает малое паровое сопротивление конденсатора.
Поступающий в конденсатор пар свободно проходит через центральный проход между пучками трубок до нижней части конденсатора, обеспечивая в нем одинаковую температуру с верхней частью, благодаря чему температура конденсата мало отличается от температуры пара.
* Описание конденсаторов этих типов см. в кн.: Л. И. Тубянский, Обслуживание паровых турбин нормального давления ЛM3 имени Сталина, Госэнергоиздат, 1949.
Горизонтальные щиты с лотками в средней части конденсатора служат для направления потока пара и защиты расположенных под ними пучков трубок от стекающего сверху конденсата, что улучшает теплообмен нижних пучков. Слив конденсата из лотков обеспечивается через вырезы в их бортах около трубных досок. Щитки с гидравлическим затвором под нижними пучками препятствуют прососу пара помимо трубных пучков к воздушным холодильникам, расположенным с обеих сторон конденсатора. В воздушных холодильниках сечение для прохода воздуха и остатков пара резко уменьшается, что увеличивает его скорость и содействует интенсивности охлаждения воздуха. Из воздушных холодильников воздух отсасывается эжектором.
Циркуляционная охлаждающая вода имеет во всех конденсаторах ЛМЗ два хода. Вода подается в конденсатор через нижние патрубки передней водяной камеры; в задней водяной камере вода переходит из нижних пучков трубок в верхние пучки и сливается через верхние патрубки. Каждая водяная камера разделена вертикальной стенкой на две независимые половины с раздельными ходами охлаждающей воды. Такая конструкция позволяет производить чистку с водяной стороны каждой половины конденсатора в отдельности без остановки турбины.
Охлаждающие трубки изготовляются из латуни марки Л-68 (ГОСТ 931-41). Трубки с обеих сторон развальцовываются в трубных досках, причем выступающие через трубную доску в полость водяных камер концы трубок должны иметь длину в пределах 2—3 мм.
В случае применения пресной охлаждающей воды трубные доски изготовляются из стали и привариваются к корпусу конденсатора; при работе же на морской воде трубные доски выполняются из мунц-металла (марки ЛС-59-1). В последнем случае трубные доски крепятся к корпусу на шпильках с буртами.
В водяных камерах конденсаторов для морской воды устанавливаются цинковые протекторные пластины толщиной 8—12 мм, предназначенные для защиты латунных трубок от электролитического разъедания.
Для предохранения от разъедания обращенную к морской воде очищенную от ржавчины и грязи железную поверхность водяных камер рекомендуется покрывать асфальтовым лаком, суриком или лучше всего портланд-цементом. Портланд-цемент разводится на воде до консистенции густой сметаны и плоской кистью наносится на внутреннюю поверхность камеры. Поверхность покрывается цементом три-четыре раза, причем каждый слой хорошо просушивается до последующего покрытия.
Между трубными досками в паровом пространстве конденсатора установлены поддерживающие перегородки, оси которых по отношению к трубным доскам незначительно смешены, чтобы зажать трубки и тем самым отстроить частоту их вибрации от резонанса с частотой вращения турбины (50 пер/сек).
Слив конденсата и дренажа из элементов турбоустановки производится в паровое пространство конденсатора через коллекторы или через расширительный бак. В случае непосредственного слива в конденсатор дренажей высокого давления на конце сливной трубы, введенной в корпус конденсатора, ставится отклонитель (из коробчатого железа), направляющий выходящую с большой скоростью струю пароводяной смеси в сторону, во избежание эрозийного повреждения латунных трубок.
Крышки водяных камер конденсатора уплотняются при помощи резиновых полос прямоугольного сечения (10X20), закладываемых в специальные пазы во фланцах по периметру и в перегородках водяных камер, причем стыки резиновых полос склеиваются. Перед установкой крышек сначала следует навернуть внутренние гайки, находящиеся на связях внутри водяных камер, до отказа в сторону трубных досок.
После заложения резиновых полос и установки крышек на место производится затяжка шпилек и болтов по периметру крышек. Затем внутренние гайки отдаются обратно до соприкосновения с крышками, после чего производится подмотка для гидравлических уплотнений связей и шпилек и затяжка всех наружных гаек на шпильках и связях, проходящих из водяных камер наружу.
Крышки лазов уплотняются при помощи листовой резины с парусиновой прокладкой.
Конденсаторы выполняются цельносварными. В зависимости от размеров корпусы конденсаторов с водяными камерами, трубными досками и промежуточными перегородками свариваются целиком на заводе или изготовляются из трех частей (по условиям железнодорожных габаритов), которые свариваются на месте монтажа согласно особым указаниям завода. На месте монтажа до набивки трубок производится также вырезка отверстий в корпусе для присоединения продувочных трубопроводов и пр.
Конденсаторы жестко соединяются с выпускным патрубком турбины путем сварки на месте монтажа. К чугунным выпускным патрубкам конденсаторы присоединяются при помощи фланца. Конденсатор устанавливается на пружинных опорах, воспринимающих его вес (без воды), а также компенсирующих температурные расширения. Вес воды воспринимается цилиндром турбины.
Присоединение конденсатора к турбине на месте монтажа производится следующим образом: установленный на пружинных опорах конденсатор после набивки трубок подводится к выпускному патрубку турбины путем равномерного заворачивания болтов 25, вследствие чего поднимаются стаканы 24 и поджимаются пружины 23. Конденсатор поднимают до момента соприкосновения верхней полки паровпускного патрубка конденсатора со стенкой выпускного патрубка турбины.
Затем производится подгибка верхней полки патрубка конденсатора для образования минимальных зазоров между соединяемыми частями. После этого конденсатор с внутренней стороны приваривается к турбине, а также привариваются косынки 8 и соединительные планки 7. Лишние, выступающие в патрубок части полок конденсатора отрезаются. Затем измеряются расстояния между опорами и стака нами пружин 23 и по данным замеров пригоняются планки 26. Планки устанавливаются под стаканами, после чего болты 25 ослабляются.
Плотность сварных швов соединения конденсатора с выпускным патрубком турбины и трубопроводами проверяется путем заливки вакуумной системы конденсатом. Перед этим испытанием, во избежание повреждения паронитовой прокладки атмосферной диафрагмы, она должна быть заменена специальным стальным кольцом (см. § 97).
Конденсаторная группа (100-КЦС-2) турбины типа ВК-100-2 состоит из двух отдельных конденсаторов. Отличительная особенность конденсаторов этого типа заключается в том, что в паровое пространство каждого конденсатора встроена камера одной секции поверхностного подогревателя низкого давления № 1. Камера расположена под входным фланцем на боковой стенке, которой конденсатор обращен к смежному конденсатору.
Обе секции подогревателя соединяются по основному конденсату турбины параллельно в случае применения конденсаторной группы 100-КЦС-3. Секции подогревателем этих конденсаторов имеют U-образные трубки.
В ранее выпускавшейся заводом конденсаторной группе типа 100-КЦС-2 обе секции подогревателя № 1 имели прямые трубки диаметром 19/17,5 мм и вторую трубную доску. В этом случае обе секции соединены по основному конденсату последовательно.
Отборный пар из цилиндра низкого давления турбины поступает в камеру каждой секции из тройника через отверстие в боковой стенке конденсатора.
Трубные системы подогревателя для удобства выемки их при ревизиях снабжены роликами, которыми опираются на нижние стенки камер в конденсаторах; кроме того, к наружным водяным камерам крепятся специальные приспособления с роликами для выкатки трубных систем по рельсам. Технические данные о конденсаторах ЛМЗ изготовляемых в настоящее время типов приведены в приложении 7.
Эксплуатационные замечания
Обслуживание конденсатора заключается в основном в обеспечении необходимого вакуума и в сохранении водяной и воздушной плотности конденсатора, т. е. в недопущении присоса сырой охлаждающей воды и воздуха в паровое пространство конденсатора.
Бесперебойная работа конденсатора зависит от исправной работы и плотности всех элементов конденсационной установки и находящихся вод вакуумом частей турбины и системы регенерации: циркуляционных и конденсатных насосов, эжекторов, арматуры, трубопроводов и пр., от чистоты охлаждающих трубок, состояния приемных сеток или фильтров, градирен или брызгальных бассейнов, а также от количества и качества циркуляционной воды
Для наблюдения за работой конденсатор снабжается термометрами для измерения температуры циркуляционной воды непосредственно перед каждым входным патрубком и после каждого сливного патрубка. Для наблюдения за уровнем конденсата в паровом пространстве конденсатора (в целях регулирования работы конденсатных насосов) предусмотрено водоуказательное стекло.
