Пароструйный эжектор

Полезная модель относится к области энергомашиностроения и может быть применена для улучшения характеристик работы сетевых подогревателей в составе паротурбинных теплофикационных установок (ПТУ) и увеличения надежности и эффективности работы ПТУ в целом.
Известны пароструйные многоступенчатые эжекторы различных заводов изготовителей (Ленинградского металлического завода, Уральского турбинного завода, Харьковского турбинного завода, Калужского турбинного завода), такие как ЭП-3-700, ЭП-3-3, ЭП-3-25/75 и другие, состоящие из трех ступеней, каждая из которых содержит сопло, приемную камеру, диффузор и охладитель (РД 34.30.302-87 Методические указания по наладке и эксплуатации пароструйных эжекторов конденсационных установок турбин ТЭС и АС / Белевич А.И. // М.: Минэнерго СССР, 1990. 34 с.) предназначенных для отсасывания неконденсирующихся газов из конденсаторов паровых турбин.
Известен пароструйный эжектор с выносными охладителями – аналог марки ЭПО-3-135, разработанный Уральским турбинным заводом и выполненный с охладителями типа «с выносным трубным пучком». (Баринберг Г.Д. Паровые турбины и турбоустановки Уральского турбинного завода / Г.Д. Баринберг, Бродов Ю.М., Гольдберг А.А., Иоффе Л.С., Кортенко В.В., Новоселов В.Б., Сахнин Ю.А. Екатеринбург: «Априо», 2007. 460 с.). В этом эжекторе решена основная проблема многоступенчатых пароструйных эжекторов, связанная с перетечками паровоздушной смеси (ПВС) между ступенями.
Наиболее близким к технической сущности заявляемой полезной модели является эжектор ЭПО-3-120, конструкция которого соответствует патенту на полезную модель RU170935. Известный пароструйный эжектор является трехступенчатым и включает расположенные в каждой ступени последовательно по ходу движения рабочего пара сопла, приемные камеры, камеры смешения, диффузоры, переходные патрубки и охладители. Сопла выполнены с возможностью осевого перемещения относительно диффузора. Переходные патрубки расположены ниже диффузоров. Охладители эжектора выполнены вертикальными и выносными, с применением U-образных трубок. Охладители расположены относительно друг друга триангулярно, выполнены с одинаковыми диаметрами корпусов.
Конструкция пароструйного эжектора-аналога (ЭПО-3-135) и конструкция пароструйного эжектора-прототипа (ЭПО-3-120) имеют много общего: три отдельных струйных аппарата с выносными охладителями, близкие расчетные степени сжатия по ступеням и суммарная степень сжатия эжектора ε = 25…30, расходы рабочего пара и отсасываемой паровоздушной смеси, функциональная принадлежность (основные эжекторы для отсоса паровоздушной смеси из конденсатора ПТУ), схема подключения к охлаждающему конденсату.
Общим недостатком вышеуказанных конструкций является глубокое разряжение, создаваемое в первой ступени, что приводит к отсасыванию из теплообменника большого количества пара в паровоздушной смеси при относительно высоких давления пара в теплообменниках, зависимость вследствие этого производительности пароструйного эжектора от температуры охлаждающего конденсата (невозможность работы пароструйных аппаратов эжектора при высоких температурах охлаждающего конденсата) и относительно высокий расход рабочего пара, что негативно сказывается на целесообразности применения данного типа эжекторов для отсоса неконденсирующихся газов из внутреннего пространства сетевых подогревателей теплофикационной установки. Так при одинаковой производительности по отсасываемому «сухому» воздуху аналог и прототип имеют высокий расход рабочего пара. Кроме того, для аналога и прототипа максимальная температура охлаждающего конденсата не должна превышать 45°С.
Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности и эффективности применения пароструйных эжекторов для отсоса неконденсирующихся газов из внутреннего пространства сетевых подогревателей паротурбинных теплофикационных установок (ПТУ) путем снижения суммарной степени сжатия паровоздушной смеси и расхода рабочего пара.
Техническим результатом, достигаемым полезной моделью, является снижение расхода теплоты на собственные нужды паротурбинной теплофикационной установки (ПТУ) и повышение надежности работы схемы отсоса воздуха из сетевых подогревателей ПТУ.
Поставленная задача решается тем, что предлагается двухступенчатая конструкция пароструйного эжектора для отсоса паровоздушной смеси (ПВС) из сетевого подогревателя ПТУ.
Заявляемый пароструйный эжектор представляет собой расположенные по ходу движения рабочего пара в соответствующих корпусах пароструйных ступеней последовательно соединенные сопло, сообщенное с приемной камерой, которая соединена со камерой смешения, диффузор, размещенный ниже и сообщенный с камерой смешения, переходный патрубок, который с одной стороны соединен с диффузором, а с другой стороны соединен с кожухотрубным охладителем, выполненным выносным в вертикально расположенном корпусе, внутри которого размещены U-образные теплообменные трубки, отличающийся тем, что содержит две пароструйные ступени, корпуса которых расположены вертикально, корпус первой пароструйной ступени с одной стороны соединен с промежуточным охладителем, а с другой стороны соединен с дополнительно установленным выносным вертикальным кожухотрубным предвключенным охладителем, который снабжен нижним и верхним патрубками паровоздушной смеси (ПВС), при этом нижний патрубок выполняет функцию подводящего паровоздушную смесь (ПВС) из сетевого подогревателя, а верхний патрубок выполняет функцию отводящего паровоздушную смесь (ПВС) в приемную камеру первой пароструйной ступени с возможностью обеспечения движения рабочего пара и паровоздушной смеси (ПВС) сверху вниз в корпусе первой пароструйной ступени, предвключенный охладитель содержит U-образные теплообменные трубки, контактирующие с промежуточными перегородками, размещенными в паровом пространстве и контактирующие с внутренней поверхностью цилиндрического кожуха, промежуточные перегородки в местах контакта с кожухом снабжены уплотнительными элементами, корпус второй пароструйной ступени соединен с концевым охладителем, предвключенный охладитель, промежуточный охладитель первой пароструйной ступени и концевой охладитель второй пароструйной ступени подключены последовательно по охлаждающей воде, при этом подвод конденсата осуществлен в водяную камеру предвключенного охладителя, а отвод конденсата выполнен из водяной камеры концевого охладителя второй пароструйной ступени.
Рабочий пар сверху по паропроводу подводится к соплам каждой ступени пароструйных аппаратов. Для уменьшения количества пара в ПВС, поступающего с предвключенного охладителя через верхний патрубок в приемную камеру первой пароструйной ступени, на промежуточных перегородках в паровом пространстве предвключенного охладителя установлены уплотнительные элементы, например, в виде уплотняющих манжет, предпочтительно изготовленные из фторопласта. Промежуточные перегородки парового пространства предвключенного охладителя представлены перегородками в форме кольца (типа «кольцо») и перегородками в форме диска (типа «диск»). Отличительной особенностью перегородок типа «диск», изначально имеющих форму круга, является два противолежащих друг другу сегментных выреза для прохода ПВС, причем две противолежащих стороны перегородки, имеющие форму окружности, и непосредственно контактирующие с внутренней поверхностью корпуса охладителя (кожухом), имеют периферийные уплотнения из фторпласта. Перегородки типа «кольцо» имеют прямоугольное окно в центре для прохода ПВС, а по всему периметру внешней окружности установлены фторпластовые уплотнения. Размещение уплотнительных элементов на промежуточных перегородках парового пространства предвключенного охладителя уменьшает протечки пара мимо трубного пучка U-образных теплообменных трубок и, соответственно, повышает эффективность теплообмена. Снижение количества пара в паровоздушной смеси на входе в корпус первой пароструйной ступени эжектора снижает расход ПВС в его приемной камере и увеличивает производительность эжектора по отсасываемому сухому воздуху.
Также можно отметить, что дренаж рабочего пара пароструйного эжектора отводится в конденсатосборник первого сетевого подогревателя, что позволяет исключить потери теплоты от этого дренажа с циркуляционной водой в конденсаторе.
Заявляемый двухступенчатый пароструйный эжектор рассчитан на степень сжатия отсасываемого воздуха ε = 2,5…3,0. Заявляемый пароструйный эжектор потребляет гораздо меньше рабочего пара, чем эжектор по прототипу. Заявляемый двухступенчатый эжектор позволит сохранить рабочее тело и теплоту в цикле паротурбинной теплофикационной установки (ПТУ). За счет выносного предвключенного охладителя на входе в пароструйный аппарат первой ступени, часть пара из ПВС конденсируется, тем самым струйный аппарат первой ступени не перегружается, а, следовательно, значительно снижается общее потребление рабочего пара на пароструйный эжектор во всем диапазоне работы ПТУ, увеличивается надежность эжектора в процессе его эксплуатации.
Сравнение заявляемой полезной модели с прототипом позволяет выявить следующие отличительные признаки:
- содержит две пароструйные ступени;
- корпуса двух пароструйных ступеней которых расположены вертикально;
-дополнительно содержит выносной вертикальный кожухотрубный предвключенный охладитель;
- предвключенный охладитель соединен с корпусом первой пароструйной ступени;
- предвключенный охладитель снабжен нижним и верхним патрубками ПВС;
- нижний патрубок предвключенного охладителя выполняет функцию подводящего ПВС из сетевого подогревателя;
- верхний патрубок предвключенного охладителя выполняет функцию отводящего ПВС в приемную камеру корпуса первой пароструйной ступени с возможностью движения рабочего пара и подсасываемой ПВС сверху вниз в корпусе первой пароструйной ступени;
- предвключенный охладитель содержит U-образные теплообменные трубки, контактирующие с промежуточными перегородками, размещенными в паровом пространстве;
- промежуточные перегородки контактируют с внутренней поверхностью кожуха, а в местах их контакта снабжены уплотнительными элементами;
- промежуточный охладитель первой пароструйной ступени и концевой охладитель второй пароструйной ступени подключены последовательно по охлаждающей воде;
- подвод конденсата выполнен в водяную камеру предвключенного охладителя;
- отвод конденсата выполнен из водяной камеры концевого охладителя второй пароструйной ступени.
Отличительные признаки заявляемой полезной модели позволяют сделать вывод о соответствии критерию «новизна». Совокупность признаков заявляемой полезной модели обеспечивает получение заявленного технического результата за счет соединения на входе ПВС в первую пароструйную ступень дополнительного выносного предвключенного охладителя, обеспечивающего глубокую конденсацию пара из ПВС, подсасываемой в приемную камеру первой пароструйной ступени, что позволяет снизить расход рабочего пара и повысить надежность эксплуатации пароструйного эжектора.
Заявляемый пароструйный эжектор выполнен из известных в промышленности материалов, конструктивных узлов и деталей, которые соединены в единую конструкцию сборочными операциями и находятся в конструктивном единстве, обеспечивая достижение заявленного технического результата. Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели критерию «промышленная применимость».
Заявляемая конструкция полезной модели поясняется следующими иллюстрациями.
На фиг. 1 схематично представлена конструкция заявляемой пароструйного эжектора.
На фиг. 2 показано изометрическое изображение предвключенного охладителя со снятым кожухом с промежуточными перегородками, выполненных в форме кольца и в форме диска.
На фиг. 3 показана схема крепления уплотнительных элементов в виде уплотняющих манжет из фторопласта по периметру промежуточных перегородок, контактирующих с кожухом предвключенного охладителя.
Заявляемая полезная модель состоит из вертикальных корпусов первой 1 пароструйной ступени и второй пароструйной ступени 2, соединенных друг с другом последовательно. Корпусы первой 1 пароструйной ступени и второй 2 пароструйной ступени содержат последовательно размещенные по ходу движения рабочего пара, подаваемого по паропроводу, рабочее сопло 4, приемную камеру 5, камеру смешения 6, диффузор 7, сообщенные друг с другом и соединенные через переходный патрубок 8 с выносными вертикальными кожухотрубными промежуточным 9 и концевым 10 охладителями соответственно. Корпус первой 1 пароструйной ступени соединен с выносным вертикальным кожухотрубным предвключенным 3 охладителем. Промежуточный 9, концевой 10 и предвключенный 3 охладители содержат U-образные теплообменные трубки 11, контактирующие с промежуточными перегородками 14 и 15, размещенными в паровом пространстве и контактирующие с кожухами охладителей. В предвключенном 3 охладителе промежуточные перегородки 14, имеющие форму кольца (типа «кольцо»), и промежуточные перегородки 15, имеющие форму диска (типа «диски»), по периметру в местах контакта с внутренней поверхностью цилиндрического кожуха снабжены уплотнительными элементами в виде уплотняющих манжет 16, предпочтительно изготовленных из фторопласта. Предвключенный 3 охладитель, промежуточный 9 и концевой 10 охладители установлены на блоке водяных камер, которые, в свою очередь, закреплены на опорных рамах (не показаны). ПВС от сетевого подогревателя ПТУ подводится в предвключенный 3 охладитель по нижнему патрубку, а из парового пространства предвключенного 3 охладителя ПВС отводится по верхнему патрубку 13, в приемную камеру 5 корпуса первой 1 пароструйной ступени. Конденсат рабочего пара и ПВС отводится из трубной доски 12 промежуточного 9 и концевого 10 охладителей и предвключенного 3 охладителя через соответствующие штуцеры (не показаны). Между корпусами охладителей 3,9 и 10 и водяной камерой выполняются фланцевые соединения, в которых зажимается трубная доска 12 охладителей. Предвключенный 3 охладитель и промежуточный 9 и концевой 10 охладители первой 1 и второй 2 пароструйных ступеней подключены последовательно по охлаждающей воде. Подвод конденсата выполнен в водяную камеру предвключенного 3 охладителя, а отвод конденсата выполнен из водяной камеры концевого 10 охладителя второй ступени 2. Уплотняющие манжеты 16 посредством крепежных элементов в виде болта 18, гайки 19 и шайбы 20 крепятся по периметру промежуточных перегородок 14 и 15 с использованием металлической подложки в виде стального сегмента 17.
Заявляемый пароструйный эжектор работает следующим образом. Рабочий пар с абсолютным давлением 0,5 МПа через паропровод поступает в рабочие сопла 4 в корпуса первой 1 пароструйной ступени и второй 2 пароструйной ступени. Проходя через рабочее сопло 4 первой пароструйной ступени 1 поток рабочего пара ускоряется, при этом с ростом скорости потока происходит одновременное снижение статического давления в потоке пара. В результате такого преобразования потенциальной энергии пара (давления) в импульс, на срезе рабочего сопла 4 образуется сверхзвуковая струя с давлением ниже, чем давление среды в межтрубном пространстве сетевого подогревателя, что и обеспечивает отсос ПВС из сетевых подогревателей через предвключенный 3 охладитель к приемной камере 5 корпуса первой 1 пароструйной ступени. По ходу движения ПВС от сетевого подогревателя ПТУ через предвключенный 3 охладитель к приемной камере 5 первой пароструйной ступени 1 осуществляется конденсация водяного пара ПВС, поступающего из сетевого подогревателя, на U-образных теплообменных трубках 11. В паровом пространстве предвключенного 3 охладителя для организации течения ПВС в трубном пучке установлены промежуточные перегородки 14, имеющие форму кольца, и промежуточные перегородки 15, имеющие форму диска. Пар конденсируется на U-образных теплообменных трубках 11, в которых протекает охлаждающая вода. Для уменьшения протечек ПВС помимо трубного пучка по периметру наружной образующей промежуточных перегородок 14 и 15 установлены уплотнительные элементы в виде уплотняющих манжет 16, предпочтительно выполненных из фторопласта. Уплотняющие манжеты крепятся на промежуточных перегородках 14 и 15 с помощью болтового соединения 18, 19, 20. Для этого, по периметру промежуточных перегородок 14 и 15 выполняется ряд отверстий и подготавливается металлическая подложка в виде стальных сегментов 17 для закрепления уплотняющих манжет 16 на поверхности промежуточных перегородок 14 и 15 и равномерного распределения усилий от болтового соединения. В промежуточных перегородках 15, имеющих форму диска, поток пара обтекает их снаружи, тогда как в промежуточных перегородках 14, имеющих форму кольца, предусмотрено центральное отверстие (окно) для пропуска потока ПВС через него. Уплотняющие манжеты 16 крепятся по наружному периметру всех промежуточных перегородок, в местах, где имеется контакт с внутренней поверхностью цилиндрического кожуха предвключенного 3 охладителя. В частности, для промежуточных перегородок 14 уплотняющие манжеты 16 устанавливаются по всей длине окружности, а для промежуточных перегородок 15 - только на двух противоположных гранях, контактирующих с внутренней поверхностью цилиндрического кожуха предвключенного 3 охладителя.
Использование уплотнительных элементов на промежуточных перегородках 14 и 15 позволяет повысить эффективность конденсации пара из ПВС путем организации направленного течения в паровом пространстве предвключенного 3 охладителя, что, одновременно, позволяет в значительной степени уменьшить количество ПВС, поступающей в приемную камеру 5 корпуса первой 1 пароструйной ступени заявляемого эжектора и, следовательно, повысить его производительность.
За рабочим соплом 4 первой 1 пароструйной ступени, входящий поток рабочего пара попадает в камеру смешения 6 первой 1 пароструйной ступени, захватывает ПВС, поступающую по верхнему патрубку 13 предвключенного 3 охладителя, и увлекает ее за собой, где оба потока смешиваются. При этом, за счет действия сил вязкости и турбулентного перемешивания, происходит сопутствующее торможение перемешанного потока. Далее смешанный поток попадает в диффузор 7, где происходит дополнительное торможение и восстановление статического давления до величины, равной давлению в промежуточном 9 охладителе первой 1 пароструйной ступени. Промежуточный 9 охладитель первой 1 пароструйной ступени собой кожухотрубный теплообменный аппарат, в котором происходит конденсация пара из ПВС на U-образных теплообменных трубках 11. Воздух и остатки несконденсировавшегося пара подсасываются в приемную камеру 5 корпуса второй 2 пароструйной ступени, где осуществляется процесс, аналогичный процессу на первой ступени. После прохождения потока ПВС через трубный пучок концевого 10 охладителя второй 2 пароструйной ступени, воздух и остаток несконденсировавшегося пара удаляются в атмосферу через сбросное отверстие.
Достоинством заявляемой полезной модели является то, что при одинаковой производительности по отсасываемому «сухому» воздуху аналог и прототип имеют расход рабочего пара в 3 раза больший, чем заявляемая конструкция. Кроме того, для аналога и прототипа максимальная температура охлаждающего конденсата не должна превышать 45°С, а для заявляемой конструкции - 70°С. Надежность заявляемой конструкции выше, ввиду меньшего количества элементов (ступеней: две ступени в заявляемой конструкции, против трех ступеней в прототипе).