Конструкторский расчет. 
Парогазотурбинные установки: эжекторы конденсационных установок

Целью конструкторского расчета пароструйного аппарата эжектора является определение достижимого коэффициента эжекции, степени сжатия и основных геометрических параметров эжектора.

Основной эжектор конденсатора турбин должен сжимать паровоздушную смесь, отсасываемую из конденсатора, в 30…25 раз (от 3…4 кПа до барометрического давления). Поскольку такую степень сжатия невозможно реализовать в одном эжекторе (максимальная степень сжатия в эжекторе s = 5…6), постольку используется многоступенчатая схема сжатия, в которой давление смеси на выходе из ступени является входным давлением в последующую ступень. Современные основные эжекторы конденсаторов турбин имеют три ступени сжатия, что позволяет, в сравнении с двухступенчатыми эжекторами, экономить до 20% расхода рабочего пара на эжектор.

Перед началом расчета необходимо задаться распределением степеней сжатия по ступеням эжектора. Это позволит получить давление паровоздушной смеси на входе в каждую ступень. Далее необходимо рассчитать последовательно все ступени эжектора и определить суммарный расход рабочего пара на эжектор. Данные расчеты повторяются для другого распределения степеней сжатия. В результате находят вариант с минимальным расходом рабочего пара на эжектор.

ON.

NJ.

Газодинамические функции Таблица 2.8.

Обозначение функции.	Основные соотношения.					Значение газодинамических функций.
						Х=0.	Х = 1.
X.
Т.
п.
е.
р
ч

На рис. 2.19 представлена схема проточной части эжектора, используемая в расчетной методике. Сечениями, в которых рассчитываются параметры потока, являются:

• • р—р — критическое сечение сопла;
• • 1 — 1 — выходное сечение сопла;
• • 2—2 — сечение входной конической части диффузора (конфузора);
• • 3—3 — сечение цилиндрической части диффузора;
• • 4—4 — выходные сечение диффузора.

Рис. 2.19. Схема пароструйного аппарата эжектора

Принимаем условно, что на участке между плоскостью выходного сечения сопла 1 — 1 и входным сечением конфузора рабочий и инжектируемы потоки текут изолированно, не смешиваются, что соответствует совпадению входного сечения конфузора 2—2 и выходного сечения сопла 1—1. В таком случае уравнение импульсов для камеры смешения запишется следующим образом |1|.

где ф₂ — коэффициент скорости камеры смешения; (7_р, (7_н — расход рабочего, инжектируемого потока; w_p2, w_h2— скорость рабочего, инжектируемого потока в сечении 2—2; w₃ — скорость потока в цилиндрической части диффузора (сечение 3—3); р_г — давление в сечении 3—3; f_vf₂ — площадь проходного сечения 2—2 и 3—3; /?_р2, р_п2 — давление рабочего, инжектируемого потока в сечениях 2—2 и 3—3; f_p2, f_u2 — площадь рабочего, инжектируемого потока в сечении 2—2.

С помощью введения в первый член левой части уравнения (2.10) множителя (р₂ < 1 учитывается потеря количества движения в камере смешения из-за трения. Условно принимаем, что площадь рабочего потока в выходном сечении сопла и входном сечении конфузора одинакова, f_vrf_n2 и w_p|, w_h2. Определим также расчетный режим эжектора как режим, в котором давление рабочего потока на выходе из сопла равно давлению инжектируемого потока в приемной камере p_pi = р_н = р_р2.

В уравнении (2.10) второе слагаемое в правой части представляет собой значение импульса, определяемое реакцией стенок конфузора на поток. На основе уравнения выводится соотношение для расчета проточной части пароструйного аппарата.

Для расчета пароструйного аппарата эжектора необходимы следующие исходные данные:

• • максимальная производительность эжектора по воздуху G_K, кг/ч;
• • давление р_р, кПа, и температура рабочего пара, t_p, °С;
• • температура циркуляционной воды на входе в конденсатор, номинальная, t_{t в}, °С;
• • давление в конденсаторе в номинальном режиме р_к, кПа;
• • давление всасывания эжектора р_н = 0,92р_к, кПа.

Рассчитываем температуру паровоздушной смеси на входе в эжектор

где t_H (р_к) — температура насыщения при давлении пара р = /?_к, °С. Определяем объемную производительность эжектора, м³/с,.

где R_u— газовая постоянная воздуха, R_n = 287 Дж/(кг-К); р_пн — парциальное давление пара в паровоздушной смеси, определяется по /_см, кПа. Расход пара в паровоздушной смеси, кг/с,.

где R — газовая постоянная водяного пара, R_p = 461 Дж/(кг К).

Расход смеси, кг/с,

Газовая постоянная подсасываемой смеси, Дж/(кг К),

Показатель адиабаты подсасываемой смеси где к, к — показатели адиабаты сухого насыщенного пара, воздуха,.

К = 1.3; К = 1,4.

Затем рассчитываются скорости звука в средах: в рабочем паре а_р, воздухе в подсасываемой смеси а_ш, паре в подсасываемой смеси а_пн по общей формуле

где к — показатель адиабаты; р — давление, Па, и и — удельный объем, м³/кг, подставляются соответственно рассчитываемой среде.

Скорость звука в подсасываемой смеси (критическая).

Далее определяются газодинамические функции (см. табл. 2.8) в приемной камере эжектора:

где s — степень сжатия в эжекторе (задается в зависимости от поставленной задачи), е = 4.

Определяем относительное критическое давление (давление в потоке при скорости, равной местной скорости звука П), см. табл. 2.8. Далее определяем максимально достигаемый коэффициент эжекции при заданной степени сжатия.

Расчеты проводим для различных значений относительной скорости в сечении 3—3 (А._с3 < 1,0). Для к_с3 = 1 по таблице газодинамических функций (см. табл. 2.8) находим относительный расход в сечении 3—3 <7_с3 = 1. Предварительно задаемся коэффициентом эжекции, значение которого в последующих расчетах уточняем и = GJG = 0,5. Находим критическую скорость звука в паровоздушной смеси

Показатель адиабаты смеси.

По таблице газодинамических функций (см. табл. 2.8) находим относительное давление смеси в сечении 3—3 П_с3 =J (k_c, Х_с3) и критическое относительное давление смеси П_с. = J{k_c).

Определяем предельный коэффициент эжекции по формуле.

где р — отношение площади сечения в камере смешения эжектора, в котором (сечении) достигается критическая скорость инжектируемого потока, к площади цилиндрической части диффузора; q_pH определяется по таблицам газодинамических функций (см. табл. 2.8) с помощью относительной скорости q_pn = ДХ (П_рн)) и относительного давления, см. формулы (2.12)—(2.14).

Находим параметры рабочего и инжектируемого потока в сечении 2—2 на входе в конфузор.

Относительный расход подсасываемой смеси.

где р — отношение площади сечений 2—2 и 3—3, р = F₂/F_r

По таблице газодинамических функций (см. табл. 2.8) находим относительную скорость и давление подсасываемой смеси в сечении 2—2 А._н2 = Л^_н2, к_с) и П_н2 = J{k_с, А,_н2), а также относительное давление смеси в сечении 2—2

Затем рассчитываем значения коэффициентов.

Расчетный коэффициент эжекции рассчитывается по зависимости

Если расчетный коэффициент эжекции (2.19) превышает значение предельного коэффициента (2.16), то и = и_пр. Расчеты по формулам (2.17)—(2.18) проводятся для значений Х_с3 = 0,1…1,0 и находится максимальное достижимое значение коэффициента эжекции м_мах. Затем определяется расход рабочего пара, кг/с,.