9. Воздушные насосы

9.1. Основные типы воздушных насосов

9.1.1. Для поддержания разрежения в конденсаторе необходимо постоянное удаление из него поступающих вместе с отработавшим паром неконденсирующихся газов, в основном воздуха, проникающего извне через неплотности в вакуумной системе турбоагрегата.

В предназначенные для этого воздушные насосы поступает из конденсатора наряду с неконденсирующимися газами также и некоторое количество несконденсировавшегося пара.

Отсасываемая из конденсатора парогазовая смесь, как правило, насыщена паром, содержание его в смеси определяется ее давлением и температурой. Чем ниже давление и температура смеси, тем меньше содержание в ней пара. Газы сжимаются в насосе и выбрасываются в атмосферу, а содержание пара в газах на выходе из насоса зависит от конструкции и режима работы последнего.

9.1.2. Из различных по принципу действия вакуумных насосов в конденсационных установках отечественных турбостроительных заводов в настоящее время применяются для удаления газов насосы струйного типа, в которых рабочей (эжектирующей) средой служит пар (пароструйные эжекторы) или вода (водоструйные эжекторы). В дальнейшем намечается также, применение водокольцевых вакуумных насосов, принадлежащих к числу ротационных насосов вытеснения.

9.1.3. В пароструйном эжекторе (рис. 9.1) пар, поступающий при начальном давлении р_р в сопло 1, расширяется в сопле до давления р_н в приемной камере эжектора 2. Поскольку отношение давлений р_р/р_н в эжекторах конденсационных установок выше критического, в них применяются сопла Лаваля. Истекающая из сопла с большой скоростью струя рабочего пара увлекает (эжектирует) воздух или паровоздушную смесь из приемной камеры 2 в камеру смешения 3. Последняя состоит из последовательно расположенных конфузорного (3, а) и цилиндрического (3, б) участков. Применение в камерах смешения пароструйных эжекторов конфузорных участков позволяет увеличить расход отсасываемого воздуха, при котором наступает при прочих равных условиях перегрузка эжектора (см. п. 9.2.4).

По пути движения рабочего пара и отсасываемой среды в камере смешения происходят их перемешивание и выравнивание распределения скорости смеси по ее поперечному сечению. Уменьшение кинетической энергии смешанного потока при выравнивании профиля скоростей сопровождается повышением его давления. Дальнейший рост давления до противодавления р_с происходит в диффузоре 4. Значение р_с определяется барометрическим давлением и падением давления в тракте выхлопа эжектора.

9.1.4. Водоструйные эжекторы выполняются двух типов, различающихся между собой нормой и длиной проточной части: с камерой смешения, состоящей, как и в пароструйном эжекторе, из конфузорного участка и относительно короткого цилиндрического участка, за которым расположен диффузор; с удлиненной камерой смешения, цилиндрической на всем ее протяжении и без диффузора за ней. В эжекторах обоих типов рабочая вода поступает в приемную камеру через суживающееся сопло, по истечении из которого водяная струя быстро распадается на капли.

При отсосе из конденсатора паровоздушной смеси содержащийся в ней пар конденсируется на поверхности водяной струи, что приводит лишь к незначительному повышению ее температуры. В камере смешения диспергированная водяная струя и эжектируемый воздух или паровоздушная смесь движутся сперва раздельно со скольжением газовой (парогазовой) среды относительно жидкой. Затем в некотором сечении камеры смешения (или диффузора), положение которого зависит от режимных условий, в частности от противодавления р_с, происходит возмущение двухфазного водовоздушного потока, сопровождавшееся его перемешиванием и торможением, приводящим к повышению давления смешанной среды.

Рис. 9.1. Устройство пароструйного эжектора:

1 - рабочее сопло; 2 - приемная камера; 3 - камера смешения (а - конфузорный участок; б - цилиндрический участок); 4 - диффузор; 5 - рабочий пар; 6 - паровоздушная смесь из конденсатора

С увеличением противодавления р_с зона повышения давления смещается навстречу потоку. По достижении ею входного сечения камеры сечения приемная камера эжектора затапливается водой и происходит срыв работы эжектора.

9.1.5. Водокольцевой ротационный насос (рис. 9.2) имеет цилиндрический корпус, в котором эксцентрично расположено рабочее колесо с лопатками. Внутрь корпуса подводится через гидравлические уплотнения вала некоторое количество воды. При вращении рабочего колеса приводным электродвигателем вода оттесняется под действием центробежной силы к стенкам корпуса, где в результате этого образуется вращающееся водяное кольцо, а между внутренней поверхностью последнего и ступицей колеса - серповидное рабочее пространство.

Рис. 9.2. Устройство водокольцевого насоса:

1 - вал; 2 - ступица рабочего колеса; 3 - лопатки; 4 - корпус; 5 - водяное кольцо; 6 - впускные отверстия; 7 - выпускные отверстия

Воздух или паровоздушная смесь поступает в водокольцевой насос и удаляется из него через отверстия в одной или двух торцевых крышках корпуса.

Каждая пара рабочих лопаток образует ограниченную ими, ступицей рабочего колеса и водяным кольцом полость с изменяющимся по мере ее перемещения объемом, в котором происходят обычные для поршневого насоса процессы расширения и сжатия.

При движении данной полости от ее верхнего крайнего положения вниз содержащаяся в ней среда расширяется, давление в ней понижается до значения, меньшего, чем давление в конденсаторе, и в нее поступает из конденсатора воздух или паровоздушная смесь. При движении полости вверх объем ее уменьшается, содержащаяся в ней среда сжимается до давления, большего, чем давление на выхлопе, и выбрасывается из нее.

Удаляемая паровоздушная смесь насыщена паром при температуре рабочей воды, которая и определяет возможное минимальное давление на входе в насос.

Поскольку в процессе работы насоса находящаяся в нем вода вследствие трения, повышения температуры газа при сжатии и конденсации содержащегося в смеси пара нагревается, часть ее должна постоянно отводиться и заменяться более холодной свежей водой или же охлаждаться в специальном теплообменнике и после этого возвращаться в насос. Взамен воды, безвозвратно выносимой из насоса в результате захвата ее уходящим воздухом, подводится подпиточная вода. Для улавливания большей части уносимой воздухом воды за насосом устанавливается сепаратор.