Зысин В.А. - Вскипающие адиабатические потоки, страница 24

В условиях равнинной местности эти установки требуют больших капиталовложений. Поэтому следует рассмотреть иные методы аккумулирования и, в частности, возможности аккумуляции тепловой энергии. В свое время прп малых масштабах тепловых электростанций применялнсь паровые аккумуляторы Рутса 188). В этом случае отработанный пар нз отбора турбины, конденсируясь, нагревал воду в замкнутом резервуаре. Соответственно возрастали запас воды и давление пароводяиой смеси, В период максимума на графике нагрузки нз аккумулятора осуществлялся отбор пара, образующегося вследствие падения давления в аккумуляторе. Аккумуляционная способность аппарата определялась равенством 15.8) где л1 — масса вещества в аккумуляторе, 1„— знтальпяя пара, поступающего в аккумулятор.

В общем случае для зарядки аккумулятора использовался перегретый пар. При разгрузке аппарат выдавач насыщенный пар, что обусловливало неизбежность дополнительных термодинамнческих потерь в цикле. Однако основным недостатком парового аккумулятора была его низкая аккумуляциониая способность. Например, при снижении давления в аппарате с 18 до 9 кГ/смт из 1 мз емкости выделялось лищь 10 кг пара, что .соответствовало 278 10' Дж аккумулированной энергии 11ч.

Аккумуляция располагаемой работы определялась равенством м ~ .= ~ 11, — ' ш),. (8,9) Р где т1 — средний КПД турбины; йл — располагаемый изоэнтропийиый теплоперепад от давления сухого насыщенного пара в аккумуляторе до давления в конденсаторе паровой турбины. Малые значения 1 привели к тому, что паровые аккумуляторы не подучили распространения в мощных злектрогеиерирующнх установках и применяются лишь в системах генерации технологического пара. В случае применения в энергетике гидропаровых турбин и тепловой аккумулятор вместо пара может в период мищи мума нагрузки подаваться нагретая вода, воспринимающая 1!У (5.10) г-'и» йн" = )" дт" =гп'х„ Р где и' — первоначальная масса жидкости в аккумуляторе; х„— степень сухости, отвечающая процессу адиабатного ра:- ширения при уменьшении давления на Ьр.

Объем образовавшегося пара М" = т'о".г„ где а" †удельн объем сухого насыщенного пара, соответствующий конечному давлению в аккумуляторе. При разгрузке аккумулятора Рутса основная часть этого пара отводятся в турбину. Если пренебречь массой пара, остающейся в аккумуляторе, по сравнению с массой отведенного пара, то работа, которая может быть произведена паром в паровой турбиие, определяется из выражения (здесь условно полагаем т1, =1) »»»т = 1»»ит4йп = й»»»зп х» где 6„, и Ъят — соответственно мгновенный н усредненный располагаемые теплоперепады в турбине. Если в качестве рабочего тела используется вскипаюшач жидкость, то весь образующийся пар остается в аккумуляторе, отходяшее тело энергетической установки.

В период максимума нагрузки из аккумулятора также будет отводиться вода, используемая в гидропаровых турбннах. Соответствующее изменение давления в аппарате может быть рассчитано по методике, изложенной в ф!.6. Располагаемая работа аккумулированной нагретой воды определяется равеяством Р» ~=~ — "" щ„ Р где Ь„„— располагаемый теплоперепад в гидропаровом цикле; à — эитальпия насыщенной жидкости в аккумуляторе, Учитывая, что д9, ЫО, вместо (5.10) можно написать ь =) т),й 40, (5.1!) Р» Рассмотрим два тепловых аккумулятора одинаковых размеров, заполненных насыщенной жидкостью одинаковой температуры. Пусть давление в обоих аккумуляторах в процессе разгрузки упало иа некоторую величину Лр, которой соот. ветствует изменение температуры насыщения ЬТ. В обоих случаях масса генерируемого пара определится равенством а к турбнне подводится жидкость, объем которой равен об~ему образовавшегося пара.

Соответствующая располагаемая работа Р+ЛР 1,„«, =- 1 Ь„„,ейп' Р где й „,— мгновенный располагаемый теплоперепад в гидро. паровой турбине; рп;лт — масса жидкости, отводимая из аккумулятора. Учитывая, что РП,' = авр"~О' =- т'О«Х,/и', получаем лт'Р"Хе тлт л . й тлт' лт' «длр«т «Лл~«е от« ед симости от начального давления в аккумуляторе. Было 'принято, что давление за турбиной постоянно соответствует вакууму в конденсаторе, равному 96%. ВелиЧИНЫ ЖелтЯлт, О тгп СООТВЕТ ствуют началу разгрузки. теллера. тура в а« «Рлтлеторе, "С $ 5.2. Гидропаровые турбины Современные влажнопаровые турбины не допускают превышения степени влажности за пределы 12 — 16% (42), Гидропаровые турбины должны использовать паровой поток со степенью влажности около 90%, Анализ процессов в высоковлажном паре показывает, что практическая реализация гндропаровых турбин возможна, Из материалов гл.

4 следует, что обычные сопла Лаваля прн начальной температуре воды 150 †2'С генерируют пар со средним размером капель порядка 80 мкм, максимальный размер капель не превышает 200 мкм. Г1ри расширении от указанных температур до драк- где лтлт — средний располагаемый теплоперепад в гидропаровой турбине, Разделив Ц„, иа 1.„, получим соотношение работ, аккумулируемых в обеих сравниваемых системах: лтлт аалто Елт й Ниже приведена таблица, характеризующая соотношение аккумулируюших способностей, определенная по формуле (5.12), в завн- тически возможного вакуума действительные скорости истечения достигнут 290 †3 м/с, при этом относительные скорости входа потока на рабочие лопатки будут значительно меньше. Расчеты показывают, что в этих условиях ударные потери и динамическое воздействие капель на рабочие лопатки осевых турбин не должны выйтп за допустимые пределы прочности материала.

С ростом начальной температуры рабочего тела скорости истечения соответственно возрастут. Однако еше в большей степени будет сокрашаться влияние фактора метастабильностн. Это создает благоприятные предпосылки для применения высоковлажного пара в гидропаровых турбинах. Известно, что основные потери от влажности ц образование наиболее крупных капель в современных влажнопаровых турбннах обусловлены наличием жидкостных пленок на поверхностях лопаток. В гидропаровых турбинах, где х<х„„, (для(р).<0, поэтому в случае формирования пленок в нпх должно возникнуть бурное парообразование с появлением мелкодисперсной влаги. В пристенном слое, как было установлено ранее, образуется поток, близкий к равновесному, в результате чего можно ожидать, что взаимодействие влаги с поверхностямп ротора не только не вызовет дополнительных потерь, но может даже способствовать возвращению части эксергип, не реализованной в соплах вследствие явления метастабильности, Рассмотрим возможность применения известных принципиальных схем турбомашпн к гпдропаровым турбииам (ГПТ).

Если ориентироваться на турбины тепловые, то предпочтительна осевая (рис. 5.2. и) или радиальная схема (рис. 5.2, б) с движением потока от центра к периферии. Возможность применения центростремительной схемы представляется сомнительной, во всяком случае до тех пор, пока ие будут созданы сопла, исключающие образование крупных капель в генерируемом потоке. Из известных схем гидравлических турбин следует остановиться прежде всего на центробежной схеме (сегнерово колесо) — рис.

5.2, в. Известный недостаток сегнерова колеса — то обстоятельство, что истечению пз его ротора предшествует движение рабочего тела от центра к периферии. Таким образом, внутри ротора осуществляется процесс под. вода механической энергии к рабочему телу. В обычной турбине потери в соплах определяются зависимостью ЛЬ = (! — <рз) с !2, где с~, — идеальная скорость истечения, соответствукипая ,заданному теплоперепаду. В сегнеровом колесе выражение для потерь примет вид ЬЬ = (! — срт) (сгг + и')/2, где и — окружная скорость на среднем диаметре среза сопла. Нз сопоставления этих выражений легко убедиться в большой чувствительности данной схемы к необратимым потерям.

Однако данная схема заслуживает особого внимания в случае, когда в качестве рабочей среды используется двухфазный поток 12!1. Здесь наибольшие скорости развиваются в выходном срезе канала. В результате этого снижаются отрицательные явления. связанные с обтеканием поверхностей высокоскоростным двухфазным потоком. У сегнерова колеса, ис. пользованного в гидропаровой турбине, возникает дополни. тельный недостаток. Ранее было установлено определяющее влияние начального недогрева Ы„ на потери от метастабильности. Допустим, что к ротору сегнерова колеса нодводится насыщенная жидкость 51ч О. Тогда в выходном срезе канала !исходя из формулы (1.7)3 относительно параметров заторможенного потока образуется недогрев: (5.!2) 2 Г ~ о' где и — окружная скорость на внешнем диаметре ротора.