9.3. Водоструйные эжекторы

9.3.1. Водоструйные эжекторы применяются в качестве как основных, так и пусковых эжекторов конденсационной установки, а также для отсоса воздуха из верхних точек водяных камер циркуляционной системы и отсоса паровоздушной смеси из уплотнений турбины. В отличие от пароструйных эжекторов они всегда выполняются одноступенчатыми. Водоструйные эжекторы ПОАТ ХТЗ применяет в качестве пусковых, а ПОТ ЛМЗ - в качестве основных на энергоблоках 300, 800 и 1200 МВт.

На рис. 9.5 представлена конструкция одной из модификаций пускового эжектора с короткой цилиндрической камерой смешения и диффузором.

В качестве основных применяются в последнее время водоструйные эжекторы ВТИ с удлиненной камерой смещения без диффузора. Вследствие меньших потерь при сжатии водовоздушной смеси в удлиненной камере смешения эти эжекторы примерно в два раза экономичнее применявшихся ранее водоструйных эжекторов с короткой каморой смешения. На рис. 9.6 изображен семиканальный эжектор ЭВ7-1000 ВТИ, серийно выпускаемый ПОТ ЛМЗ. Он имеет семь рабочих сопл и столько же примыкающих одна к другой цилиндрических камер смешения (труб), в каждую из которых поступает истекающая из соответствующего сопла струя рабочей воды, захватывающая из общей приемной камеры воздух (паровоздушную смесь). При давлении рабочей воды перед соплами р_р = 0,4 MПа ее суммарный объемный расход составляет около U_p = 0,28 м³/с (1000 м³/ч), объемный расход эжектируемой среды (при отсосе сухого воздуха) U_н = 1 м³/с (3600 м³/ч), объемный коэффициент эжекции U_н/U_p = 3,57.

Рис. 9.5. Пусковой водоструйный эжектор ПОАТ ХТЗ: 1 - камера смешения; 2 - приемная камера; 3 - сопло; А - подвод рабочей воды; Б - вход отсасываемого воздуха; В - выход воздуховодяной смеси	Рис. 9.6. Семиканальный основной водоструйный эжектор ЭВ7-1000 ВТИ

9.3.2. Применяются две схемы включения водоструйных эжекторов по рабочей воде. Более простой является разомкнутая схема, принятая в отечественных установках. При этой схеме рабочая вода для эжектора подается подъемными насосами из напорного циркуляционного водовода (в отдельных редких случаях - из сливного). Между насосом рабочей воды и эжектором устанавливается коническая сетка с лючком для ее ручной очистки. Водовоздушная смесь обычно сбрасывается из эжектора в сливной циркуляционный водовод либо в сливной канал (рис. 9.7, а). При оборотном водоснабжении с градирнями иногда применяются низконапорные водоструйные эжекторы, не требующие установки подъемного насоса для подачи рабочей воды в эжектор, что еще больше упрощает схему (см. рис. 9.7, б).

9.3.3. На зарубежных установках с водоструйными эжекторами распространена замкнутая схема, при которой рабочая вода циркулирует в контуре "эжектор - сливной бак - насос - эжектор" (рис. 9.8). В бане происходит выделение из воды воздуха, после чего она вновь забирается насосом и подается на эжектор.

При такой схеме можно исключить потерю пара, конденсирующегося в эжекторе, но для этого требуется осуществление постоянного эксплуатационного контроля и регулирования температуры и качества воды в контуре.

9.3.4. Под характеристикой водоструйного эжектора обычно понимается зависимость давления всасывания р_н от расхода эжектируемого сухого воздуха G_в (частого или находящегося в смеси с паром) при прочих неизменных условиях. Давление р_н увеличивается с ростом G_в. При G_в = 0 давление р_н близко к давлению насыщенного пара р_п при температуре рабочей воды t_p.

Рис. 9.7. Разомкнутая схема включения водоструйного эжектора по рабочей воде:

а – с подъемным насосом; б - без подъемного насоса; 1 - конденсатор; 2 - водоструйный эжектор; 3 - подвод циркуляционной воды; 4 - отвод циркуляционной воды; 5 - сливной канал; 6 - подъемный насос; 7 - обратный клапан (или гидрозатвор); р - давление в различных точках тракта между конденсатором я эжектором

При отсасывания сухого воздуха и неизменных значениях давления рабочей воды р_р и ее температуры t_p водоструйные эжекторы имеют в диапазоне давлений всасывания р_н, отвечающих условиям работы турбоагрегата под нагрузкой (до 15-20 кПа), практически линейную характеристику. Эжекторы с удлиненной цилиндрической камерой смешеная сохраняют такую характеристику вплоть до значений давления всасывания, приближающихся к атмосферному давлению.

Рис. 9.8. Замкнутая схема включения водоструйного эжектора:

1 - конденсатор; 2 - водоструйный эжектор; 3 - сливной бак; 4 - подъемный насос; 5 - добавочная холодная вода; 6 - сброс воды в дренаж; 7 - обратный клапан (или гидрозатвор)

9.3.5. Характеристики эжектора при отсасывании сухого воздуха, соответствующие р_р = const и разным температурам рабочей воды t_р, эквидистантны (рис. 9.9, а). Они имеют одинаковый угол наклона, а ординаты их различаются на значение, равное разности давлений насыщения , соответствующих температурам t_p. Поэтому значение U_н практически не зависит от температуры воды.

С увеличением до определенных значений давления рабочей воды р_р (или диаметра сопла d₁) давление всасывания эжектора уменьшается и характеристика протекает более полого (см. рис. 9.9 ,б). При этом увеличиваются объемные расходы эжектора U_н и рабочей воды U_p (м³/с), определяемый из выражения

U_p = 0,035 ,

где  = 0,930,97 - коэффициент скорости;

d₁ - диаметр сопла, м;

р_п и р_н - давление, Па.

Сжатие воздуха в водоструйном эжекторе происходит до противодавления р_с [кПа], устанавливающегося на выходе из эжектора в сливной трубе. Оно определяется высотой установки эжектора над уровнем воды в ставном баке h(M) , средней плотностью водовоздушной смеси _см (кг/м³) в сливной трубе и гидравлическим сопротивлением последней р_тр.сл (кПа):

р_с = р_б - h_смg10^-3 + р_тр.сл, (9.1)

где р_б - барометрическое давление, кПа.

Рис. 9.9. Характеристики водоструйного эжектора на сухом воздухе:

а - при разных температурах рабочей воды ( );

б - при разных давлениях рабочей воды ( )

Уменьшение противодавления р_с обычно приводит к увеличению объемной производительности эжектора, за исключением тех случаев, когда при малых расходах отсасываемого воздуха он работает в предельном режиме с постоянной U_н. Из уравнения (9.1) видно, что уменьшение р_с может быть достигнуто путем увеличения h. Однако это увеличение ограничивается условием обеспечения устойчивости работы сифона в сливной трубе за эжектором (не более 7-8 м). Кроме того, при увеличении h уменьшается давление перед соплами р_р, что приводит к уменьшению U_н. При р_р до 0,3 МПа значение h принимается в пределах 4-6 м.

5.3.6. В условиях эксплуатации основные эжекторы на сухом воздухе отсасывают из конденсатора смесь воздуха с паром, содержание которого в смеси тем больше, чем меньше расход отсасываемого воздуха G_в. Пар практически полностью конденсируется на струе рабочей воды и поэтому не требует затраты энергии на его сжатие. При отсасывании паровоздушной смеси с большим содержанием в ней пара объемный и массовый расход водоструйного эжектора значительно выше, чем при отсасывании им сухого воздуха. Соответственно растут скорость смеси по тракту от конденсатора до эжектора и падения давления на всех участках тракта. Заметно увеличивается также и паровое сопротивление приемной камеры эжектора, что видно из рис. 9.10, на котором приведены характеристики эжектора при отсасывании сухого воздуха (пунктирная линия) и паровоздушной смеси (сплошная линия). По мере увеличения G_в массовый расход пара, содержащегося в отсасываемой смеси, G_п и объемный расход эжектора U_пвс уменьшаются (см. рис. 9.10, б), а давление всасывания эжектора р_н при прочих равных условиях приближается к его значению при работе на сухом воздухе. При некотором значении G_в = G_в* обе характеристики практически совпадают.

9.3.7. При малых G_в и больших содержаниях пара в отсасываемой эжектором смеси повышенными являются также потери давления в конденсаторе р_к и воздушной линии "конденсатор - эжектор" р_тр, причем сумма р_к + р_тр уменьшается с увеличением G_в. В результате зависимость давления в конденсаторе р₂ = р_н + р_к + р_тр от G_в имеет в области, примыкающей к оси ординат, практически горизонтальный участок, переходящий затем в наклонную ветвь этой зависимости, близко совпадающую с характеристикой эжектора при работе его на сухом воздухе (см. рис. 9.10, а). При режиме работы конденсационной установки, отвечающем наклонной ветви характеристики, давление в конденсаторе растет с увеличением G_в, что приводит к снижению экономичности работы турбины. Однако в отличие от пароструйного эжектора, не допускающего работу установки при его перегрузке, водоструйный эжектор обеспечивает при работе его на участке характеристики, отвечающем G_в > G_в*, устойчивое поддержание давления в конденсаторе в соответствии со своей характеристикой на сухом воздухе. Это позволяет не отключать турбину из-за резкого ухудшения вакуума при выходе на перегрузочную ветвь, как в случае пароструйных эжекторов, а проводить работы по устранению появившихся повышенных присосов воздуха на работающей турбине.

Рис. 9.10. Влияние расхода отсасываемого воздуха на показатели работы водоструйного эжектора и конденсатора:

а - давление всасывания эжектора р_н и в конденсаторе р₂; б - объемные и массовые расходы пара, содержащегося в отсасываемой паровоздушной смеси, и объемный расход отсасываемого сухого воздуха;

при отсасывании паровоздушной смеси;

при отсасывании сухого воздуха

При малых присосах воздуха (в пределах норм ПТЭ) конденсаторы с основными водоструйными эжекторами работают, как правило, на горизонтальном участке характеристики p₂ = f(G_в). Положение рабочей точки на этой характеристике зависит как от G_в, так и от D₂, t_1в и t_p. Чем больше D₂, t_1в и t_p  t_1в., т.е. чем больше р₂, тем протяженнее горизонтальный участок (рис. 9.11). Протяженность горизонтального участка увеличивается также и при увеличении объемного расхода эжектора в результате увеличения р_р, d₁ или уменьшения р_с (рис. 9.12).

Рис. 9.11. Зависимости давления в конденсаторе р₂ от присоса воздуха G_в при разных температурах рабочей воды ( );

- р₂;

- p_н

Рис. 9.12. Зависимость давления в конденсаторе р₂, и приемной камере эжектора р_н от расхода воздуха при изменения объемной производительности эжектора

9.3.8. При допустимом по ПТЭ нормальном присосе воздуха G_в.н расчетное давление в конденсаторе должно обеспечиваться одним из установленной группы эжекторов, а остальные подключаются при пониженной воздушной плотности вакуумной системы турбоагрегата, приводящей к увеличению давления в конденсаторе. При этом должны быть приняты меры к возможно более быстрому устранению неплотностей. Отключение ненужных по условиям работы конденсационной установки эжекторов позволяет уменьшить затрату энергии на удаление воздуха. Для реализации максимальной экономии целесообразно, чтобы каждый эжектор был снабжен индивидуальным насосом рабочей воды.

При работе турбоагрегата с глубокими разгрузками при низких температурах рабочей воды, когда горизонтальный участок характеристики эжекторов очень мал, а присосы воздуха из-за увеличения вакуумной зоны возрастают, может быть целесообразным при соответствующем технико-экономическом обосновании включение в работу всей группы эжекторов.

9.3.9. Основные водоструйные эжекторы устанавливаются вертикально с отводом из каждого водовоздушной смеси через свою сбросную трубу, заведенную под уровень воды в сливном колодце. При этом сопротивление сливной трубы при обычной скорости смеси (около 2 м/с) невелико и давление р_c определяется согласно равенству (9.1) в основном значении h.

9.3.10. Если по условиям компоновки горизонтальные участки на сливной трубе неизбежны, то их делают возможно более короткими и располагают возможно ниже в зоне более высоких давлений сбросной воды.

Объединение сливных линий нескольких эжекторов, а также объединение их с другими сбросными водоводами от турбоустановки не допускается, так как это может приводить к образованию в них воздушных мешков и, как следствие этого, к пульсациям давления, вибрации труб и срыву сифона водоструйного эжектора. Перед установкой эжектора на место или после его ремонта следует проверить отсутствие смещений и перекосов в проточной части. Прокладки не должны вытесняться внутрь проточной части эжектора.

Во избежание стока в конденсатор воды при попадании ее в виде брызг из эжектора в воздушную линию участок последней, примыкающий к приемной камере, выполняется обычно с наклоном в сторону эжектора.

Таблица 9.2

Признак неполадки	Основная причина	Способ, устранения
Увеличение давления всасывания рн по сравнению с нормативным	Снижение давления рабочей воды перед соплом эжектора в результате неисправности насоса, засорения сетки на линии подвода рабочей воды к эжектору или при ее отсутствии засорения рабочего сопла	Проверить и наладить работу насоса. Прочистить сетку и сопло эжектора
Повышенное по сравнению с давлением насыщения при температуре рабочей воды давление	Наличие неплотностей в приемной камере эжектора и линии подвода паровоздушной смеси	Отыскать неплотности и устранить их
в приемной камере при безрасходном режиме эжектора (перед включением его в параллельную работу с другими эжекторами)
Нарушение нормальной работы сифона, увеличение давления в верхней части сливной трубы	Засорение сливной трубы, появление в ней неплотностей, возникновение воздушных мешков при наличии горизонтальных участков на отводящей трубе	Принять меры для доведения давления до нормального
Попадание воды из эжектора в конденсатор при внезапном отключении насоса рабочей воды (ухудшение качества конденсата)	Незакрытие обратного клапана на воздушной линии	Наладить обратный клапан

После сборки и установки эжектор следует проверить на плотность. Для того чтобы убедиться в исправности эжектора, производится его контрольное испытание на сухом воздухе и полученная характеристика сравнивается с заводской или нормативной. При безрасходном режиме (G_в = 0) давление в приемной камере не должно превышать давление насыщенного пара при температуре рабочей воды.

9.3.11. Нарушения нормальной работы водоструйного эжектора, их причины и способы устранения приведены в табл. 9.2, а основные технические характеристики эжекторов - в табл. П5.2 (приложение 5).