Назначение, состав и принцип действия конденсационных установок
Конденсационные установки предназначены для снижения давления пара за машиной и для конденсации отработавшего пара паровых двигателей с целью получения конденсата для питания паровых котлов.
Судовые конденсационные установки делятся на главные и вспомогательные. Каждая конденсационная установка состоит из конденсатора, вакуумного устройства, конденсатного и циркуляционного охлаждающего насосов и систем трубопроводов. Конденсатор прокачивается забортной водой; воздух попадает в него с паром и через неплотности в соединениях трубопроводов.
Удаление конденсата и воздуха из конденсатора может про-изводится совместно и раздельно (рис. 58).
При совместном удалении (рис. 58, а) смесь конденсата и воздуха удаляется из конденсатора при помощи воздушного или конденсатно-воздушного насоса. Такой способ отвода смеси осуществляется обычно в паромашинных установках. Частичное отделение воздуха от конденсата происходит в нагнетательном трубопроводе в машинное отделение, а конденсат подается в теплый ящик.
Отвод смеси воздуха и конденсата осуществляется из нижней наиболее холодной части конденсатора. С понижением температуры воздуха уменьшается его объем и уменьшаются затраты энергии конденсатно-воздушным насосом. При совместном удалении смеси из конденсатора конденсат переохлаждается на 6—12° С по сравнению с температурой конденсации. Пропорционально потерям тепла из-за переохлаждения конденсата необходимо увеличивать затраты тепла на подогрев питательной воды. Поэтому в некоторых паромашинных и во всех паротурбинных установках применяют раздельное удаление конденсата и воздуха из конденсаторов. Воздух отсасывается при более низкой температуре, чем конденсат. Достигается это выделением отдельного пучка охлаждающих трубок, называемого воздухоохладителем, при помощи наклонных щитов или перегородок (рис. 58,6).
С целью повышения экономичности паросиловой установки за счет значительного снижения переохлаждения конденсата применяются регенеративные конденсаторы. Трубные доски у таких конденсаторов не заполняются полностью трубками и оставляются места для прохода пара возможно глубже внутрь, трубного пучка. В результате этого стекающий вниз конденсат соприкасается с паром и конденсирует его, забирая тепло и подогреваясь. У современных регенеративных конденсаторов переохлаждение конденсата составляет всего 0,3—1,5° С.
При раздельном удалении смеси из конденсатора (см. рис. 58, б) воздух отсасывается двухступенчатым пароструйным эжектором, а конденсат отводится при помощи конденсатного насоса через охладители эжекторов в теплый ящик или деаэратор, из которых подается питательным насосом в котлы.
При конденсации отработавший пар отдает тепло охлаждающей воде и превращается в конденсат, объем которого меньше объема поступающего пара в несколько тысяч раз. Благодаря этому, а также непрерывному отсосу воздуха из конденсатора в нем создается и поддерживается значительное разрежение. Разность между давлениями атмосферным и внутри конденсатора называется вакуумом. Вакуум в конденсаторе измеряется при помощи приборов вакуумметров, шкалы которых градуируются в миллиметрах ртутного столба или в процентах абсолютного вакуума.
Конструкции судовых конденсаторов
На морских судах применяются исключительно поверхностные конденсаторы одно-, двух-, трех- и четырехпроточные по направлению потока охлаждающей воды. Наибольшее распространение получили двухпроточные конденсаторы.
На рис. 59 показан простейший двухпроточный конденсатор. Он состоит из цилиндрического корпуса, трубных досок, охлаждающих трубок и водяных крышек. Одна крышка (на рис. 59 левая) имеет патрубки и горизонтальную перегородку, делящую ее на две камеры и обеспечивающую два прохода воды через конденсатор. Для осмотра и чистки трубок на крышках предусмотрены горловины, на которых установлены цинковые протекторы, предохраняющие детали конденсатора от разъедания гальваническими токами.
Патрубок входа пара в конденсатор снабжен пароотбойным щитом с отверстиями для равномерного распределения потока пара по сечению конденсатора.
Крепление крышек и трубных досок с корпусом конденсатора фланцевое при помощи шпилек с буртиками (рис. 60,I). Такая конструкция позволяет снимать крышки и водяные камеры, не нарушая плотности соединений трубной доски с корпусом конденсатора. Фланцевые соединения уплотняются прокладкой из листовой резины по водяной стороне и прокладкой из парусины на сурике между трубной доской и корпусом конденсатора.
Трубные доски крепятся между собой продольными связями, конструкции которых показаны на рис. 60, II. У конденсаторов, имеющих значительную длину, применяются комбинированные продольные связи, состоящие из дистанционных распорных труб, в оба конца которых ввернуты и вварены хвостовики с резьбой. Такие связи могут иметь гайки только со стороны водяных камер или вообще не иметь их. В местах крепления трубных досок с продольными связями всегда должна быть обеспечена плотность, достигаемая путем постановки под гайкой пеньковых подмоток, промазанных предварительно мастикой из свинцовых белил (60%) и свинцового сурика (40%), разведенных на вареном льняном масле. Для крепления продольных связей применяют часто глухие гайки, закрывающие концы связей или шпилек, на которые они наворачиваются.
Крепление трубок в трубных досках должно быть абсолютно плотным и обеспечивать возможность теплового удлинения трубок. Для этой цели применяется сальниковое крепление трубок с обоих концов или один конец трубки развальцовывается, а другой укрепляется в сальнике. Применяется также развальцовка обоих концов трубок и даже приварка их к трубным доскам. Некоторые конструкции уплотнительных устройств конденсаторных трубок приведены на рис. 61.
Отдельные части конденсатора оборудуются патрубками и наварышами с отверстиями для присоединения и установки арматуры, контрольно-измерительных приборов, автоматических устройств регулирования уровня конденсата и различных трубопроводов.
Современный конденсатор, устанавливаемый на отечественных паротурбинных танкерах типа «Пекин», приведен на рис. 62. Конденсатор регенеративный двухсекционный. Каждая секция имеет свой подвод охлаждающей воды и работает как двухходовой конденсатор.
Конденсатно-воздушные насосы. Принцип действия и их конструкции
Широкое распространение в паромашинных установках получили два типа конденсатно-воздушных насосов: с перепускными клапанами в поршне и с приемными окнами (рис. 63). Насос с перепускными клапанами в поршне (рис. 63, а) простого действия и навешивается на главную машину. Работает насос следующим образом. При ходе поршня вверх начинается сжатие смеси воздуха и конденсата в верхней полости насоса. Когда давление в ней превысит атмосферное, открываются нагнетательные клапаны в корпусе насоса и смесь подается в теплый ящик через воздушный колпак. Одновременно в нижней полости будет происходить всасывание смеси из конденсатора через всасывающие клапаны. При движении поршня вниз начинается сжатие смеси в нижней полости и расширение оставшейся смеси в верхней полости. Когда разрежение в верхней полости станет больше, чем в нижней, откроются перепускные клапаны в поршне и смесь будет перепускаться из подпоршневого в надпоршневое пространство. Таким образом, с чередованием ходов поршня эти рабочие процессы повторяются.
К недостаткам рассматриваемого насоса относятся большое количество клапанов и трудность наблюдения за их работой. Конденсатно-воздушный насос с приемными окнами (рис, 63,6) имеет только отливные клапаны. Роль всасывающих клапанов выполняют окна, расположенные в нижней части цилиндра.
Насос одностороннего действия. При ходе поршня вниз, когда нагнетательные клапаны закрыты, создается разрежение в верхней полости и становится меньше, чем в конденсаторе. Не доходя на 10—15% хода до нижней мертвой точки, поршень открывает своей кромкой окна. Под действием разности давлений в цилиндр насоса устремляется конденсатно-воздушная смесь из конденсатора. Заполнению цилиндра способствует динамическое действие струй конденсата, выдавливаемого конической частью поршня из нижней части корпуса насоса. Поэтому такие насосы называют иногда насосами динамического действия типа Эдвардса. При обратном ходе поршня часть конденсата выливается обратно в нижнюю камеру до момента закрытия окон.
Для смягчения гидравлических ударов поршня о жидкость и лучшего вытеснения смеси в цилиндр нижняя часть поршня и днища сделаны коническими. Насос оборудован предохранительным клапаном для предотвращения возможных поломок от гидравлического удара.
Корпусы конденсатно-воздушных насосов изготавливаются литыми чугунными и снабжаются вставными бронзовыми втулками. Клапаны изготавливаются из фибры, теплостойкой резины, бронзы, набора латунных пластин и т. п. и прижимаются к гнездам под действием собственного веса или при помощи пружин. Некоторые конструкции клапанов приведены на рис. 64.
Лучшими являются фибровые и металлические клапаны, так как резиновые клапаны быстро разбухают и портятся при высокой температуре конденсата, а также разрушаются от действия минеральных масел на них, попадающих с паром из машины. Из металлических клапанов применяются чаще всего клапаны, состоящие из трех латунных дисков (рис. 64, в) надетых на шпильку. Для предотвращения слипания средний и нижний диски имеют сквозные отверстия диаметром 3—4 мм, не совпадающие друг с другом, по окружности.
Отливные клапаны должны быть покрыты конденсатом в процессе работы насоса, чтобы воздух не мог просачиваться из нагнетательной камеры в цилиндр насоса. Для этого делают бурты высотой 10—20 мм по периферии клапанных решеток.
Конденсатно-воздушные насосы работают только с подпором и устанавливаются ниже конденсаторов. Этим обеспечивается поступление конденсата в насос самотеком. Конденсатно-воздушные насосы приводятся в действие от главной машины через балансир, но иногда применяются и автономные насосы. Применение навешенных насосов более экономично, но неудобно своей зависимостью от главной машины. Автономные насосы менее экономичны, но не зависят от действия главной машины и могут работать и при стоянке ее.
Обслуживание конденсационных установок
Обслуживание конденсационных установок должно вестись в строгом соответствии с Правилами технической эксплуатации судовых паровых турбин, машин и вспомогательных механизмов. Кроме них, необходимо также руководствоваться инструкциями заводов-строителей и рекомендациями служб судового хозяйства пароходств, составленных применительно к данной установке и с учетом ее индивидуальных особенностей.
Поэтому ниже рассмотрены только общие принципы эксплуа¬тации судовых конденсационных установок.
Приготовление к действию и пуск конденсационной установки, как правило, предшествует приготовлению к действию парового двигателя. Перед пуском конденсационной установки в действие должен быть произведен тщательный осмотр конденсатора, механизмов и аппаратов, а также систем, их обслуживающих. В обязательном порядке проверяется исправность и правильность включения всех установленных приборов и арматуры.
Убедившись в отсутствии нарушений и ненормальностей, вводят в действие конденсационную установку в следующей последовательности. Сначала включают циркуляционную, затем конденсатную и, наконец, воздушную систему (при конденсационной установке с раздельным удалением конденсата и воздуха). В случае конденсационной установки с совместным удалением конденсата и воздуха сначала включают циркуляционную систему, а затем конденсатно-воздушный насос. При этом, если насос навешен на главную машину, то необходимо следить за тем, чтобы в конденсаторе не скапливалось чрезмерное количество конденсата.
В случае кратковременного бездействия конденсационной установки водяное пространство конденсатора оставляют заполненным, конденсат из сборника не удаляется. При длительном бездействии конденсационной установки конденсат из конденсатора удаляется, водяные камеры осушаются путем спуска охлаждающей воды через спускные краны или пробки.
Контроль за работой конденсационной установки должен осуществляться систематически наблюдениями за вакуумом и температурным режимом конденсатора, а также по результатам периодических проверок воздушной и водяной плотности, за содержанием солей и кислорода в конденсате.
Неполадки в работе конденсационной установки могут быть вызваны неудовлетворительным действием обслуживающих ее систем, состоянием конденсатора и, чаще всего, повышенными подсосами воздуха в систему, находящуюся под разряжением, или пропусками забортной воды через уплотнительные устройства.
Причинами повышенного давления в конденсаторе могут быть: недостаточное количество и высокая температура забортной охлаждающей воды; неисправность и перегрузка эжекторов; чрезмерные подсосы воздуха в конденсаторе; загрязнение или повреждение трубок конденсатора и, реже, неисправности конденсатного насоса и затопление нижних рядов трубок конденсатора.
Причинами повышенного переохлаждения конденсата могут быть:
- чрезмерно большое количество и низкая температура охлаждающей воды;
- значительные подсосы воздуха в конденсатор;
- неисправности в работе конденсатной системы, ведущие к затоплению нижних рядов трубок конденсатора;
- перегрузка и неполадки в работе эжекторов или конденсатно-воздушного насоса.
Как видно, указанные причины обычно взаимосвязаны и обнаружить их быстро бывает иногда затруднительно, поэтому для определения причин необходимо тщательно анализировать показатели работы конденсационной установки, полученные в результате регулярного контроля или в процессе специальных проверок и испытаний.
При обнаружении любых неисправностей или отклонений в режиме работы конденсационной установки необходимо сразу же доложить о них вахтенному механику и действовать по его указаниям.
