Компоновочная схема турбоагрегатов и конденсационной установки
Владельцы патента RU 2365768:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. КУЗНЕЦОВА (RU)
Изобретение относится к области промышленной и корабельной энергетики, преимущественно к транспортным и стационарным паротурбинным установкам. Компоновочная схема турбоагрегатов и конденсационной установки отработавшего пара турбоагрегатов включает в себя главную турбину, автономные турбины генераторов, смесительного типа трансзвуковые струйные конденсационные установки - конденсатные трансзвуковые струйные насосы, встроенные в корпуса устройств отвода отработавшего пара от турбоагрегатов, и объединенный выносной конденсатосборник. Изобретение позволяет при неизменной мощности паротурбинной установки исключить из компоновочной схемы традиционные паровые части главного конденсатора с трубными системами конденсации отработавшего пара турбоагрегатов, снизить массу оборудования блока, уменьшить его объем на (36÷50)% и повысить надежность системы конденсации отработавшего пара. 4 ил.
Изобретение относится к области промышленной и корабельной энергетики, преимущественно к транспортным и стационарным паротурбинным установкам (ПТУ).
Объектом изобретения является компоновочная схема турбоагрегатов и смесительного типа трансзвуковых струйных конденсационных установок отработавшего пара турбоагрегатов - конденсатных трансзвуковых струйных насосов с целью существенного снижения занимаемых компоновочной схемой объемов при той же мощности ПТУ.
Наиболее близкими к предлагаемой компоновочной схеме по достигнутой компактности являются компоновочные схемы турбоагрегатов и конденсационных установок, принятые в подводном атомном кораблестроении России. За прототип изобретения взята компоновочная схема турбоагрегатов и конденсационной установки отработавшего пара турбоагрегатов ГТЗА - 615 [Кирияченко В.А. Альбом схем к учебному пособию «Конструкции элементов паротурбинных установок подводных лодок». - Севастополь: Севастопольское ВВМИУ, 1988, 88 стр.]. Схематическое изображение компоновочной схемы-прототипа приведено на фиг.1 (вид с правого борта) и фиг.2 (вид с носа) на основании чертежей продольных разрезов и поперечных сечений (стр.5 рис.1.2; стр.8 рис.1.4; стр.13 рис.1.9; стр.62 рис.5.2; стр.64 рис.5.4 и стр.72 рис.5.12).
Прототип компоновочной схемы турбоагрегатов и конденсационной установки отработавшего пара турбоагрегатов состоит из главной турбины (ГТ) 1, двух автономных турбин генераторов (АТГ) 2, 3, расположенных выше ГТ справа и слева от нее, двух корпусов паровой части главного конденсатора (ГК) 5, 11 с трубными системами конденсации пара, двух выносных конденсатосборников (ВКсб) 7, 10, двух корпусов устройств подачи (КУП) 6, 12 отработавшего пара ГТ и двух КУП 4, 13 отработавшего пара АТГ 2, 3 на корпуса паровой части ГК 5, 11.
Занимаемый перечисленным оборудованием прототипа компоновочной схемы объем определен в относительных величинах пропорционально размерам реального оборудования паротурбинной установки и принят равным Vп=Lп×Вп×Нп=1, где
Vп=1 - объем, занимаемый блоком оборудования прототипа;
Lп=1 - максимальная длина блока оборудования прототипа, определяемая корпусами паровых частей главного конденсатора (ГК) с трубными системами конденсации пара;
Вп=1 - максимальная ширина блока оборудования прототипа, определяемая образующими корпусов паровых частей ГК;
Нп=1 - максимальная высота блока оборудования прототипа, определяемая образующими корпусов АТГ и днищами выносных конденсатосбоников.
Конденсатные насосы (ЭКН) 8, 9 и трубопроводы подвода к ним конденсата из ВКсб 7, 10 на фиг.1 показаны менее толстыми линиями и в объем компоновочной схемы не включены.
Другое оборудование ПТУ (системы регулирования частоты вращения турбоагрегатов, конденсатно-питательные и паровые контура с арматурой, питательные насосы и пр.) на фиг.1 компоновочной схемы-прототипа не показано, как не относящееся к содержанию описываемого изобретения.
Недостатками компоновочной схемы-прототипа являются:
1. Значительные массы и габариты двух корпусов паровых частей главного конденсатора с трубными системами конденсации пара.
2. Сложность конструкций уплотнения трубных систем охлаждающей воды в трубных досках разделения паровых частей и водяных камер ГК.
3. Недостаточная надежность материала трубных систем в случаях поступления пара с температурами выше расчетных значений и внезапного прекращения циркуляции охлаждающей воды.
Задачей предлагаемой компоновочной схемы является устранение перечисленных выше недостатков.
Техническими результатами предлагаемой компоновочной схемы турбоагрегатов и конденсационной установки отработавшего пара турбоагрегатов являются:
- Уменьшение массы и габаритов оборудования компоновочной схемы.
- Упрощение конструкции конденсационной установки.
- Повышение надежности конструкции конденсационной установки.
Технические результаты (положительный эффект) достигаются тем, что:
- Исключаются корпуса паровых частей ГК 5, 11 с трубными системами конденсации пара.
- Для конденсации отработавшего пара турбоагрегатов используются смесительного типа трансзвуковые струйные конденсационные установки - конденсатные трансзвуковые струйные насосы 14, 15, 16 и 17, встроенные в корпуса устройств подачи отработавшего пара турбоагрегатов на ГК 4, 6, 12 и 13, и до настоящего времени в паротурбинных установках не применявшиеся.
- Смесительного типа трансзвуковые струйные конденсационные установки - конденсатные трансзвуковые струйные насосы 14, 15, 16 и 17 одновременно с конденсацией отработавшего пара турбоагрегатов выполняют функции конденсатных насосов 8, 9 и подают конденсат питательным насосам (ПН) и в выносной конденсатосборник.
- Оба выносных конденсаотосборника 7, 10 объединены в один общий конденсатосборник 18, который размещен по всей длине и ширине компоновочной схемы.
Предлагаемая как объект изобретения компоновочная схема турбоагрегатов и конденсационной установки отработавшего пара турбоагрегатов, состоящая из главной турбины 1, двух автономных турбин генераторов 2, 3, четырех корпусов устройств подачи отработавшего пара турбоагрегатов 4, 6, 12, 13 на главный конденсатор, отличающаяся тем, что содержит смесительного типа трансзвуковые струйные конденсационные установки - конденсатные трансзвуковые струйные насосы 14, 15, 16, 17, встроенные в корпуса устройств подачи отработавшего пара от турбоагрегатов на главный конденсатор 4, 6, 12, 13, автономные турбины генераторов 2, 3 размещены ниже главной турбины 1, корпуса устройств 6, 12 со смесительного типа трансзвуковыми струйными конденсационными установками - конденсатными трансзвуковыми струйными насосами 15, 16 главной турбины расположены под нею вертикально, а объединенный выносной конденсатосборник 18 размещен по всей длине и ширине компоновочной схемы, как показано на фиг.3 (вид с правого борта) и фиг.4 (вид с носа).
В предлагаемой компоновочной схеме все смесительного типа трансзвуковые струйные конденсационные установки - конденсатные трансзвуковые струйные насосы (УКН) 14, 15, 16, 17, размещенные в габаритах корпусов устройств подачи отработавшего пара от турбоагрегатов 4, 6, 12, 13, работают одинаково. Рассмотрим их работу на примере одного из УКН главной турбины (принцип действия описан в книге Фисенко В.В. Сжимаемость теплоносителя и эффективность работы контуров циркуляции ЯЭУ. - М.: Энергоатомиздат, 1987 и патентах RU 2142581 С, 6 F04F 5/54, опубл. 1999.12.10; RU 2133836 C1, 6 F01K 11/02, опубл. 1999.07.27; RU 2294028 C2, G21D 5/06, опубл. 2007.02.20 Бюл. №5).
Отработавший пар ГТ 1 с большой скоростью поступает в параллельно расположенные в общем кольцеобразном корпусе УКН 16 секции. Непосредственно на входе в каждую секцию расположено сужающее сопло или сопла подачи конденсата из ВКсб 10 в паровой поток. За счет кинетической энергии струи пара в сужающемся проходном сечении камеры смешения аппарата пароводяной поток очень быстро становится однородным двухфазным сверхзвуковым, характеризующимся исключительно высокой эффективностью процессов обмена количествами движения между молекулами пара и каплями воды, имеющими размеры в доли микрона, малой местной скоростью звука в нем и повышенной сжимаемостью. Вследствие большой скорости в камере смешения устанавливаются низкие давление и температура. Снижение за последней ступенью турбины давления и температуры ниже температуры окружающей среды приводит к увеличению срабатываемого ГТ 1 теплоперепада и к увеличению вырабатываемой механической энергии, то есть к росту КПД турбоагрегата.
В районе минимального проходного сечения камеры смешения формируется скачек перехода однородного двухфазного сверхзвукового пароводяного потока в дозвуковой поток однофазной среды - воды. В скачке паровая фаза потока изоэнропно охлопывается, а при движении воды в расширяющейся части проходного сечения на выходе из аппарата устанавливается давление, достаточное для подачи части конденсата на всасывание питательного насоса и возвращения оставшейся части в ВКсб.
Оценки показали, что благодаря исключительно высокой производительности смесительного типа трансзвуковых струйных конденсационных установок - конденсатных трансзвуковых струйных насосов, для их размещения достаточно объемов, отводимых ранее для корпусов устройств подачи отработавшего пара от соответствующих турбоагрегатов к паровым частям главного конденсатора ПТУ. Традиционные паровые части главного конденсатора поверхностного типа со своими трубными системами конденсации пара исключаются из состава ПТУ, чем и объясняется возможность снижения габаритов блока оборудования при использовании предлагаемой компоновочной схемы.
На Фиг.3 (вид с правого борта) и Фиг.(вид с носа) показана компоновочная схема, отличающаяся от прототипа тем, что корпуса автономных турбин генераторов 2, 3 размещены ниже главной турбины и несколько сдвинуты к бортам, корпуса устройств со смесительного типа трансзвуковыми струйными конденсационными установками - конденсатными трансзвуковыми струйными насосами 15, 16 главной турбины 1 расположены под турбоагрегатом вертикально, а объединенный выносной конденсатосборник 18 размещен по всей длине и ширине компоновочной схемы блока.
При такой компоновке:
- Протяженность блока оборудования ПТУ уменьшается до величины, определяемой габаритами ГТ 1, т.е. до L1=Lп-(ΔL1+ΔL2)=0,64Lп.
- Высота блока оборудования ПТУ снижается до величины, определяемой новым расположением турбин генераторов 2, 3, т.е. до H1=Нп-ΔН=0,79 Нп.
В результате полный объем блока оборудования ПТУ составит 0,5 объема прототипа - V1=L1×Вп×H1=0,64Lп×Вп×0,79Hп=0,5Vп.
Следует заметить, что учет исключения из схемы компоновочного блока конденсатных насосов при их обязательном расположении ниже выносного конденсатосборника для обеспечения надежного всасывания конденсата из находящегося под вакуумом ВКсб позволил бы получить еще большее снижение объема компоновочного блока.
Технический результат изобретения:
1. В зависимости от взаимного расположения турбоагрегатов, смесительного типа трансзвуковых струйных установок конденсации отработавшего пара турбоагрегатов - конденсатных трансзвуковых струйных насосов и выносного конденсатосборника объем их компоновочного блока при неизменной мощности паротурбинной установки составит не более 50% объема блока-прототипа.
2. Масса оборудования блока уменьшится за счет исключения массы корпусов паровых частей главного конденсатора с трубными системами конденсации пара.
3. Надежность конструкции смесительного типа трансзвуковых струйных установок конденсации отработавшего пара турбоагрегатов - конденсатных трансзвуковых струйных насосов возрастет за счет исключения конструктивно сложных уплотнений трубных систем охлаждающей воды в трубных досках паровых частей и водяных камер главного конденсатора и снятия проблемы недостаточной надежности материала трубных систем в случаях поступления пара с температурами выше расчетных значений и внезапного прекращения циркуляции охлаждающей воды.
1. Компоновочная схема турбоагрегатов и конденсационной установки отработавшего пара турбоагрегатов, состоящая из главной турбины, двух автономных турбин генераторов, четырех корпусов устройств подачи отработавшего пара турбоагрегатов на главный конденсатор, отличающаяся тем, что содержит смесительного типа трансзвуковые струйные конденсационные установки - конденсатные трансзвуковые струйные насосы, встроенные в корпуса устройств подачи отработавшего пара от турбоагрегатов на главный конденсатор, автономные турбины генераторов размещены ниже главной турбины, корпуса устройств со смесительного типа трансзвуковыми струйными конденсационными установками - конденсатными трансзвуковыми струйными насосами главной турбины расположены под нею вертикально, а объединенный выносной конденсатосборник размещен по всей длине и ширине компоновочной схемы.
