Турбовозы. История, теория, конструкция

Насосы Эдвардса с самостоятельными двигателями строятся на частоту вращения 200—300 об/мин. В этих насосах должна быть предусмотрена возможность сообщения обеих полостей, что необходимо во избежание слишком тяжёлого хода в начальный период работы, когда в холодильнике находится большое количество воды.

Насос Эдвардса.

Дуаль-помпа Вира применяется в крупных установках, требующих повышенного вакуума, и является отдельной от главной машины. Она состоит из двух цилиндров, оба насосных поршня имеют взаимно противоположное движение.

Насос Вира.

Один из цилиндров А служит сухим насосом и откачивает насыщенный паром воздух, а второй В служит мокровоздушным насосом.

Преимуществом насоса Вира служит раздельный забор воздуха и конденсата при выгодных температурах с избежанием чрезмерного переохлаждения конденсата.

Для паровых установок, требующих повышенного вакуума, для удаления воздуха, применяются системы так называемых пароструйных или эжекторных воздушных насосов.

Пароструйный насос с промежуточным конденсатором.

Насыщенный паром воздух отводится из главного конденсатора С по трубе В и проникает к смешивающей камере эжектора А

. В ту же камеру через расширяющееся сопло поступает свежий пар (через трубку М), достигающий при выходе из сопла давления холодильника и высокой скорости. Далее, смешиваясь с поступающей через трубку В паровоздушной смесью, общая масса воздуха и пара удаляется через сопло или диффузор п, в котором происходит сжатие смеси, сопровождаемое повышением давления примерно до 0,2 ата. Смесь поступает при этом давлении в промежуточный конденсатор D, охлаждающей водой для которого служит конденсат главного холодильника (последний откачивается через патрубок К особым центробежным конденсационным насосом). В холодильнике бо`льшая часть пара осаждается, и образованный таким образом конденсат поступает по трубе Е обратно в главный холодильник. Уровень воды в трубке Е, обозначенный на эскизе высотой h, определяется разностью давлений в промежуточном и главном конденсаторах. Сжатая до промежуточного давления паровоздушная смесь засасывается через трубку О вторым паровым эжектором A

 и окончательно поступает во второй промежуточный холодильник G, в котором поддерживается атмосферное давление. Этот второй холодильник охлаждается также конденсатом главного холодильника, поступающим через трубку N

 и удаляемым в тёплый ящик через трубку N

; доведенный же до атмосферного давления воздух удаляется наружу через атмосферную трубку Н. В приведенной схеме теплота пара, расходуемого на эжекторе используется для подогрева конденсата, что делает всю установку весьма экономичной.

Двухступенчатый эжектор с промежуточным конденсатором.

Конструкция двухступенчатого эжектора с промежуточным

конденсатором системы Balcke.

Комплект конденсационной установки завода Balcke с пароструйными эжекторами и промежуточным конденсатором.

В нижней части под главным холодильником виден центробежный конденсационный насос.

Эжектор без промежуточного конденсатора.

Пароструйные эжекторы применяются двухступенчатого типа, без промежуточного конденсатора, либо с последним. В эжекторе без промежуточного конденсатора вторичное сопло образовано кольцевой щелью между обоими диффузорами. Первый диффузор не имеет расширения, т. к. остающаяся неиспользованной в нём энергия пара используется в следующем, втором, диффузоре.

Кольцевая щель вторичного сопла может регулироваться при сборке эжектора постановкой прокладок.

Из современных систем следует отметить пароэжекторные вакуумные насосы (ПЭВН) Научно-производственного объединения «Энергомашавтоматика», поддерживающие относительно глубокий вакуум (0,5 – 5,0 мм рт. ст.). Они имеют обычно от четырёх до шести газоструйных аппаратов (ступеней), включенных последовательно по эжектируемой парогазовой смеси. Для снижения суммарного расхода рабочего пара на ПЭВН за струйным аппаратом устанавливается теплообменник-конденсатор, в котором большая часть расхода пара, выходящего из этого струйного аппарата, конденсируется и благодаря этому к струйному аппарату следующей ступени поступает меньший расход эжектируемой (пассивной) парогазовой смеси; соответственно, на её сжатие тратиться меньше рабочего пара.

В зависимости от условий работы ПЭВН его теплообменники-конденсаторы могут быть различного типа. Часто в эжектируемой смеси находятся вещества, которые могут загрязнять охлаждающую воду, циркулирующую через теплообменники-конденсаторы, и ПЭВН целесообразно комплектовать кожухотрубными теплообменниками-конденсаторами. Когда в составе эжектируемой смеси нет загрязняющих веществ, ПЭВН могут оснащаться смешивающими теплообменниками-конденсаторами или водогазовым струйным аппаратом. Причём в последнем случае водогазовый струйный аппарат заменяет как все смешивающие теплообменники-конденсаторы, так и три последних струйных аппарата.

ПЭВН с кожухотрубными теплообменниками-конденсаторами значительно сложнее и дороже, чем ПЭВН со смешивающими теплообменниками-конденсаторами или водогазовым струйным аппаратом. Однако использование такого типа ПЭВН позволяет исключить необходимость очистки (требуемой в случае использования ПЭВН со смешивающими теплообменниками-конденсаторами) большого количества загрязнённой воды.

Пароэжекторный вакуумный насос НПО «Энергомашавтоматика».

В качастве холодильных машин в вакуумных системах конденсации используются абсорбционные холодильные установки. Широкое распространение получили водоаммиачные холодильные машины, но для размещения на турбовозе они слишком велики из-за больших размеров ректификатора. Для турбовозов более подходят бромистолитиевые абсорбционные холодильники.

Принцип действия абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины (АБХМ) основан на способности водного раствора бромистого лития поглощать (абсорбировать) более холодные водяные пары с выделением теплоты. Процессы, происходящие в машине, имеют следующие особенности:

– холодильным агентом является вода, поглотителем бромистый литий, поэтому получение холодильного действия связано с работой под глубоким вакуумом;

– холодильный агент и поглотитель несоиспаримы, поэтому процессы в конденсаторе и испарителе осуществляются чистым водяным паром и водой;

– концентрация раствора определяется не по холодильному агенту, а по бромистому литию.

Охлаждаемая вода поступает в трубное пространство испарителя, где охлаждается до необходимой температуры за счёт испарения хладагента – воды, стекающей в виде плёнки по наружным поверхностям труб испарителя. Для орошения трубного пучка испарителя используется циркуляционный насос хладагента.

Водяной пар с температурой 2—4°С из испарителя поступает в межтрубное пространство абсорбера, где поглощается в нём крепким (концентрированным) водным раствором бромистого лития, стекающего в виде плёнки по поверхностям труб. Теплота, выделяемая при абсорбции пара, отводится охлаждающей водой, протекающей в трубках абсорбера.

Поглощая пар хладагента, крепкий раствор бромистого лития становится слабым – его концентрация снижается. Слабый раствор стекает в поддон абсорбера, откуда насосом подаётся в трубное пространство растворного теплообменника.

После подогрева в теплообменнике слабый раствор поступает в межтрубное пространство генератора. В генераторе слабый раствор бромистого лития упаривается за счёт теплоты греющей среды, поступающей в трубное пространство генератора.

Упаренный (крепкий) раствор из генератора поступает в межтрубное пространство регенеративного теплообменника, где охлаждается слабым раствором и далее направляется на орошение абсорбера.

С помощью насоса слабый раствор из абсорбера через теплообменник растворов подаётся в генератор, где в результате нагрева происходит процесс десорбции – разделение раствора с выделением водяного пара.

Образующийся в генераторе водяной пар поступает в конденсатор, где конденсируется на внешней поверхности теплообменных труб. В конденсаторе за счёт охлаждения водой происходит сжижение водяного пара и конденсат пара (хладагент) через регулирующий вентиль (гидрозатвор) поступает в испаритель.  Теплота конденсации водяного пара отводится охлаждающей водой, протекающей через трубы конденсатора.

Схема абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины.

1 – генератор; 2 – абсорбер; 3 – теплообменник; 4 – конденсатор; 5 – испаритель; 6 – насос.

При снижении давления из распылённого потока воды в испарителе происходит испарение части её массы, за счёт чего охлаждается остальная часть, которая, в свою очередь, охлаждает промежуточный хладоноситель.

Отличительные особенности рабочей схемы от теоретической заключаются в следующем:

– в рабочей схеме и действительном цикле учитывается влияние глубокого вакуума, который устанавливается в аппаратах; глубокий вакуум усиливает влияние гидростатического давления столба жидкости, характерного для аппаратов затопленного типа; давление кипения и абсорбции при этом переменны по высоте аппарата, в связи с чем наблюдается недовыпаривание в генераторе и недонасыщение раствора в абсорбере;

– получение холодильного действия при использовании в качестве холодильного агента воды связано с большими объёмами пара, переходящего из одного аппарата в другой, что обуславливает большие потери давления на преодоление гидравлического сопротивления соединяющих трубопроводов;

– в действительной холодильной машине наблюдаются потери тепла в окружающую среду.

Перечисленные выше отличительные особенности определяют конструктивное решение рабочей схемы бромистолитиевой абсорбционной холодильной машины.

Рабочая схема абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины с аппаратами затопленного типа.

1 – генератор-конденсатор; 2 – испаритель-абсорбер; 3 – теплообменник растворов; 4, 5, 6 – насосы.

Для уменьшения влияния гидравлического сопротивления соединительных трубопроводов аппараты холодильной машины попарно объединены в одном корпусе: генератор с конденсатором, абсорбер с испарителем.

При кипении раствора в генераторе влияние гидростатического давления столба жидкости сохраняется, поэтому наблюдается недовыпаривание.

Наличие конечной скорости абсорбции, ограничения поверхности и времени контакта фаз в абсорбере обуславливают недонасыщение.