CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО Том 80 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1955 г.
А. М, ПОДСУШНЫЙ
За последнее время компаундаж поршневых паровых машин с турбинами . отработавшего пара, как средство повышения экономичности паросиловых установок морских судов, получает значительное распространение. Наиболее распространенными комбинированными установками, облагающими наилучшей экономичностью, являются установки с поршневой машиной 3-го расширения и турбиной отработавшего пара, работающими на один вал с машиной через двойную зубчатую передачу с гидромуфтой (система Бауэр-Вах). Однако вопрос о распределении теплоперепадов по цилиндрам машины, о распределении мощности как между машиной и турбиной, так и ао цилиндрам, до последнего времени не получил пол-зюго и законченного освещения в литературе. Вопрос решен в частном простейшем случае, когда машина работает без отборов пара. При отсутствии отборов пара из ресиверов машины поток пара во всех цилиндрах машины будет одинаковым, если пренебречь утечками пара через уплотнения штоков. В этом случае индикаторные мощности цилиндров будут пропорциональными индикаторным теплоперепадам цилиндров
Nlls Nic , N ¿N 'Чв >ЧС hm ,,4
NiM ' NtM ' N¡м Ны ' HiM, ' HiM '
При наличии отборов пара из ресиверов или ввода пара в ресиверы машины это уравнение не будет справедливо в силу изменяемости количества работающего пара в отдельных цилиндрах машины. Пусть в частном случае судовая комбинированная установка с машиной 3-го расширения и турбиной отработавшего пара имеет 3-х ступенчатый подогрев питательной воды. Отборы пара производятся из всех ресиверов, причем из ресивера турбины отработавшего пара отбирается Dol кг ¡час, из ресивера II,НД—Д>2 кг!яас, из ресивера ЦСД—£>03 кг!час пара. Основной поток пара—количество пара, выходящего из турбины в конденсатор—будет D,3m кг/час. Относительные отборы пара исчисляем по отношению к основному потоку пара:
aoi — ; а02 — > аоз: Аз
Dom Dom D0
Тогда отношение индикаторных мощностей цилиндров паровой машины 3-го расширения следует определять соотношением
А' //; _ А /V ^ А^/я__
Л';„ М- м А ¡т
1 Чг 4 «о« 1 -Г V 2оя 1 + V «»я
fi^H'rj i^iiv^ jietd
hi« :-- /■" ~ n 1С • т ' I iH j
r • f 'ЧГ • j
1
где = (1 -и у аоя ) //,•„ +(1+5« «оя ) Л* + (1 + а0„ ) 1цм ,
«.ДПГТ* п)МУ|И
гдеЬ/.и—индикаторная работа машины, совершенная всем количеством пара, прошедшего через цилиндры, и приходящаяся на 1 кг пара основного
потока,
р
1 -р ^ яол = 1 + а„| + яо2 + а„3 — относительный поток пара в ЦВД,
"V а
относительный поток пара в ЦСД
1 + 5 аоп = 1 + я0! — относительный поток пара в ЦНД,
Распределение мощности между машиной и турбиной комбинированной установки в известной мере характеризуется относительной загрузкой машины
и, — - . (4)
¿7 ¡к
Для получения большей экономичности парового двигателя с регенеративными отборами пара ряд авторов [1; 2; 3] рекомендует обеспечивать разномерный нагрев питательной воды в каждой ступени подогрева, В случае, когда задано давление в 1-й ступени подогрева (в данном случае задано то эти авторы рекомендуют принимать соотношение между относительными загрузками цилиндров в виде
hi„ + Ike _ 1 , , hi» 2 , и.,—--^- ф и <ь„ - =- ^ (o)
Hue 3 Y Hi,: 3
Однако в судовых машинах при применении перегретого пара и особенно в машинах комбинированных установок при регенеративных отборах пара, приходится перегружать ЦВД и недогружать ЦНД, чтобы обеспечить нормальные степени наполнений цилиндров (больше 50°/о) среднего и низкого давлений.- В комбинированных установках это диктуется также тем обстоятельством, что при маневрировании и на заднем ходу поршневая машина работает па конденсатор, вакуум в котором уменьшается весьма мало против расчетного режима переднего хода. В этом случае наблюдается перегрузка ЦНД вследствие понижения противодавления за машиной. Исходя из этих соображений, приходится отказываться от равномерного распределения мощности по цилиндрам поршневой машины. А. В. Голынский, например, рекомендует [4; 5] в машинах 3-го расширения с отборами пара из ресиверов и работе на перегретом паре загружать ЦВД до 36—40% от мощности машины, а ЦСД—до 33—35%. Учитывая сказанное и работы ЦНИИМФ [6], можно принять в нашем рассматриваемом случае для машины 3-го расширения комбинированной установки, работающей паром нормальных и повышенных параметров, распределение мощности по цилиндрам равным
Mo Nic NiH
Niu Nut N;
0,38 : 0,34 : 0,28.
На основании исследования опытного материала и расчетов автора установлено, что значения множителей при hic в уравнении (3) лежат в пределах
1 _!_ "V
Т > J-on
L,
IM
1,11 — 1,08, принято 1,095,
1 —j— о.оп
-^-= 1,02—0,96, принято 1,0,
t-iж
i + 2 LZ
0,930—0,875, принято 0,90.
Эти значения установлены для комбинированных установок с машиной 3-го расширения при мощности установки 2000 л. с. Для установок иного типа указанные множители следует установить особо.
Из уравнения (3) имеем соотношения между индикаторными теплопе-репадами цилиндров в виде:
Nie • . А/ш hu : htc : hiH =__ : __ : _. (8)
an
L>ím L IM
Подставляя сюда принятые значения относительных мощностей цилиндров по (б) и значения знаменателей по (7), получим
hie : hic : h¡H = 0,35 : 0,34 : 0,31. (9)
При этом относительные загрузки цилиндров станут равными
d)8 = 0,35 <!>„
Ф2 = 0,69«!>1 (Ю)
вместо (5).
В общем случае паровая машина может быть & кратного расширения, а отборы пара могут осуществляться не только из ресиверов, но и из промежуточных ступеней турбины отработавшего пара. Считая в этом случае за ступень двигателя часть двигателя между соседними отборами пара, можем выразить отношение мощностей ступеней двигателя через отношение теплоперепадов ступеней в общем виде уравнением:
М-(«-и) . Nin . Ni in—i) . Nit __ NiK ' N¡K " NlK .....Nuc ~
1 + ^aon l+"|a07I l + faon ^
=-j-- кцп+1) : -1-hin '■--1-han-i) :... : j—- , (11)
i-he L,iK LiK l^iic
где Ni („+D , Nln, Ni („_i),..., iV/i — индикаторная мощность соответствующей ступени главного двигателя; N¡k — индикаторная мощность главного двигателя;
hi (n+i), hm , hi („_!),..., h-n— индикаторный теплоперепад соответствующей ступени расширения главного двигателя;
1 -f a01 ~f «02 + аоз + • • • + a0 (я_ j) -f а0Л)
1 + a01 + «02 + а03 + • • • + «0 f«~l) И Т. Д.—
— относительный поток пара в соответствующей ступени главного двигателя;
1ы (1 + у «оя) ¡к {;(+1) + (1 «о») hin + (1 + У а-оп) h-, (n-r} + ■ • • + А/..
¡-¡к— суммарная индикаторная работа главного двигателя; п — порядковый номер отбора пара от главного двигателя, ведя нумерацию по ходу питательной воды от конденсатора к котлам.
Уравнение (11) может быть применено к паровому двигателю любого типа с любым числом отборов пара. Из этого уравнения легко определить отношение теплоперепадов при любом заданном соотношении мощностей ступеней двигателя при известных значениях относительных величин отборов пара от главного двигателя. Уравнение (3) является частным случяем уравнения (11) в применении к машине 3-го расширения комбинированной установки при отборах пара только из ресиверов. Уравнение (1) тоже можно рассматривать как частный случай уравнения (11) при работе машины без отборов пара. Этими уравнениями можно пользоваться и для нахождения соотношения мощностей ступеней двигателя по известным величинам отборов пара от главного двигателя и заданным величинам теплоперепадов.
Таким образом, уравнение (11) является наиболее общим уравнением связи величин теплоперепадов и мощностей ступеней двигателя и величин отборов пара от главного двигателя.
ЛИТЕРАТУРА
1. Рубинштейн Я. М. Исследование регенеративного процесса в паротурбинных установках. Изв. ВТИ, № 1 (44), № 9 (52), 1929.
2. Петелин Г. И. Регенеративный подогрев питательной воды. ОНТИ, 1932.
3. Фукс Г. И. К.п.д. и давления отборов регенеративного цикла. Изв. ТПИ, т. 63. 1945.
4. Голынский А. В. Тепловой расчет паровых поршневых машин. Л.К.И. ч. 1, 1938, ч. 2, 1939.
5. Голынский А. В. Теория и тепловой расчет судовых паровых машин. „Морской транспорт", 1951.
6. Сенека В. А., К у т ь и и Л. Н. Выбор типа паросиловых установок морских судов, подлежащих постройке, с установками 1500 и л. с. и меньше. ЦНИИМФ, Ленинград, 1950.
1 + 2 а'ап' я—1
1 + У «О«
¿явА
