Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колесами. Центробежный 6-ступенчатый компрессор разделен на 3 секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в необходимые каналы. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, т. е. преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора. Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25—30, а у промышленных компрессоров 8—12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колес. Допускающие окружные скорости до 280—500 м/с. Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также КПД от производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками. Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и другими различными способами.

Осевой компрессор имеет ротор, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. На внутренней стенке корпуса располагаются ряды направляющих лопаток. Всасывание газа происходит через канал. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться и вращаться. Решетка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени.

В некоторых конструкциях осевых компрессоров между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счет уменьшения скорости газа.

Степень повышения давления для одной ступени осевого компрессора обычно равна 1,2—1,3, т. е. значительно ниже, чем у центробежных компрессоров, но КПД у них достигнут самый высокий из всех разновидностей компрессоров. Зависимость давления, потребляемой мощности и КПД от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик.

Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же, как и центробежных. Осевые компрессоры применяют в составе газотурбинных установок (см. «Газотурбинный двигатель»). Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых компрессоров оценивают по их механическим КПД и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически выгодному в данных условиях.

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессоры обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

В турбокомпрессорах сжатие происходит вследствие использования сил инерции потока газа. Преобразование энергии в таких машинах можно условно расчленить на два этапа: на первом этапе газу сообщается кинетическая энергия (например, вращающимся лопаточным аппаратом), на втором этапе поток газа тормозится и его кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Оба этапа могут совершаться и одновременно. Характерная особенность этих машин – непрерывность рабочего процесса.

По направлению движения потока различают центробежные и осевые турбокомпрессоры. В центробежных машинах поток движется радиально (от центра к периферии вращающегося рабочего колеса), а в осевых машинах поток параллелен оси вращения рабочего колеса.

Конденсатор

Конденсатор (от лат. condense – «уплотняю», «сгущаю») – теплообменный аппарат для осуществления перехода вещества из газообразного (парообразного) состояния в жидкое или твердое. Широко используется в химической технологии, в теплоэнергетических и холодильных установках для конденсации рабочего вещества, в испарительных установках для получения дистиллята, разделения смесей паров и т. д. Конденсация пара в конденсаторе происходит в результате соприкосновения его с поверхностью твердого тела (поверхностные конденсаторы) или жидкости (контактные конденсаторы), имеющих температуру более низкую, чем температуpa насыщения пара при данном давлении. Всякая конденсация пара сопровождается выделением тепла, затраченного ранее на испарение жидкости, которое необходимо отводить какой-либо охлаждающей средой.

Поверхностные конденсаторы обычно выполняются в виде пучка горизонтальных или вертикальных труб. При этом охлаждающая среда (вода, рассол, воздух) может протекать внутри труб, а пар – поступать в пространство между трубами и конденсироваться на их наружной поверхности или наоборот. Пространство, в котором происходит конденсация, может быть под атмосферным повышенным или пониженным давлением. По устройству поверхностные конденсаторы аналогичны другим поверхностным теплообменникам (обычно кожухотрубным). Используются в случаях, когда конденсат необходимо сохранить в чистом виде.

При конденсации пара образуется жидкость, она стекает с поверхности теплообмена под действием силы тяжести или увлекается движущимся паром. Если же образуется твердая фаза (например, лед), она непрерывно или периодически удаляется скребками или другими устройствами. При использовании в качестве охлаждающей среды воздуха или другого газа поверхность конденсатора с целью интенсификации теплообмена обычно снабжается со стороны этой среды ребрами. В контактных конденсаторах образующийся конденсат смешивается с охлаждающей жидкостью и отводится вместе с ней. В зависимости от взаимного направления движения пара и жидкости конденсаторы бывают прямоточные, противоточные или с перекрестным током. Конденсат обычно удаляется из конденсатора насосом, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом. Для увеличения поверхности соприкосновения пара с жидкостью последняя разделяется в контактном конденсаторе (при помощи переливных устройств, дырчатых тарелок, распыляющих сопел или других устройств) на струи и капли, на поверхности которых происходит конденсация пара. Иногда пар подается в объем жидкости и пронизывает ее (барботирует) в виде пузырей, на поверхности которых происходит конденсация.

Для обеспечения нормальной работы конденсатор снабжается рядом вспомогательных устройств, вместе с которыми он образует конденсационную установку.

Конденсационная турбина

Конденсационная турбина – разновидность паровой турбины, в которой рабочий цикл завершается процессом конденсации пара. На всех крупных тепловых и атомных электростанциях для привода электрических генераторов применяются конденсационные турбины. Также они применяются в качестве главных двигателей на кораблях и для привода доменных воздуходувок и т. д. Главным преимуществом конденсационной турбины по сравнению с любым другим двигателем является возможность получения в одной установке большой мощности (до 1200 МВт и более).

Конденсационные турбины больших мощностей выполняются, как правило, многоцилиндровыми с развитой системой регенеративного подогрева питательной воды (до 8—9 отборов пара для подогрева). Конденсационная турбина мощностью свыше 100 МВт обычно бывает с однократным промежуточным перегревом пара.

Первая конденсационная турбина в нашей стране была построена на Ленинградском металлическом заводе в 1924 г. Полученная турбина была мощностью 2 МВт, работала на паре с начальным давлением 1,1 Мн/м2 (11 кгс/см2) и температурой 300 °С. В 1970 г. там же была изготовлена одновальная конденсационная турбина мощностью 800 МВт с начальным давлением пара 24 Мн/м2 (240 кгс/см2) и температурой 540 °С. Чуть позже, в 1973 г., создается не имеющая аналогов в мировом турбостроении одновальная конденсационная турбина мощностью 1200 МВт с промежуточным перегревом пара.

Атомные электростанции главным образом оснащены конденсационными турбинами насыщенного пара. Расход пара у этих турбин примерно на 60—65% больше, чем у конденсационной турбины с перегревом пара равной мощности. Чтобы пропустить увеличенные расходы пара через последние ступени, необходимо увеличивать длину лопаток этих ступеней, что может быть достигнуто лишь при снижении частоты вращения конденсационной турбины.