Водоструйные эжекторы. 
Парогазотурбинные установки: эжекторы конденсационных установок

Устройство и принцип действия водоструйного эжектора

Среди основных эжекторов на отечественных турбоустановках наибольшее распространение получили пароструйные эжекторы. Водоструйные эжекторы, устанавливаемые в 20—30-е годы XX века на паровые турбины небольшой мощности, были заменены пароструйными эжекторами. Водоструйные эжекторы снова нашли применение в качестве основных эжекторов на блочных турбоустановках на сверхкритические параметры пара Л М3 и в качестве пусковых — на турбоустановках К-300−240 ХТЗ.

Водоструйный эжектор осуществляет одноступенчатое сжатие паровоздушной смеси, причем конденсация пара, содержащегося в ней, происходит на струе рабочей воды. Водяная струя, вытекающая из суживающегося (или цилиндрического) сопла, быстро распадается на капли, на поверхности которых конденсируется паровоздушная смесь, отсасываемая из конденсатора. Диспергированная водяная струя и эжектируемый воздух или паровоздушная смесь движутся первоначально раздельно. Затем происходит возмущение двухфазного водовоздушного потока, сопровождающееся его перемешиванием и торможением, приводящим к повышению давления смешанной среды.

Водоструйные эжекторы различаются между собой формой и длиной проточной части. Один тип эжектора имеет канал, состоящий, как и в пароструйном эжекторе, из конфузорного участка, относительно короткого цилиндрического участка и диффузора (как правило, эжекторы этого типа используются в качестве пусковых); другой тип — с удлиненной проточной частью, цилиндрической по всей длине и без диффузора, используется в качестве основных эжекторов. Из-за меньших потерь при сжатии водовоздушной смеси в удлиненной камере смешения второй тип эжекторов почти в 2 раза экономичнее эжекторов с короткой камерой.

Включение водоструйного эжектора по рабочей воде возможно по двум схемам — разомкнутой и замкнутой. В замкнутой схеме (рис. 3.1, а) рабочая вода подается в эжектор 1 специальным насосом 4, сливается из эжектора в сливной бак 2 или бетонный резервуар, в котором освобождается от воздуха в брызгальном устройстве 6, после чего вновь забирается насосом. В этой схеме часть воды из сливного бака или резервуара постоянно удаляется в канализацию или бак низких точек 5 и заменяется свежей водой, что необходимо для предотвращения значительного повышения температуры циркулирующей в замкнутой системе воды из-за конденсации пара на струе воды в эжекторе и из-за нагрева воды в насосе. Преимуществом замкнутой схемы является возможность уменьшить расход рабочей воды за счет повышения напора, создаваемого насосом, который подает воду на эжектор, что приводит также к большей компактности эжектора. Напор насоса рабочей воды принимается при этой схеме в пределах 0,25…0,40 МПа.

Рис. 3.1. Схема (а — замкнутая и б — разомкнутая) водоструйной эжекторной установки:

• 1 — водоструйный эжектор; 2 — сливной бак; 3 — поверхностный охладитель;
• 4 — насос; 5 — трубопровод в бак низких точек; 6 — брызгальное устройство;
• 7 — отсос из конденсатора

При разомкнутой схеме (рис. 3.1, б) рабочая вода для эжектора подается подъемными насосами, как правило, из напорного циркуляционного водовода. Водовоздушная смесь обычно сбрасывается из эжектора в сливной циркуляционный водовод либо в сливной канал. При оборотном водоснабжении с градирнями иногда применяются низконапорные водоструйные эжекторы, не требующие установки подъемного насоса для подачи рабочей воды в эжектор. Разомкнутая схема является более простой, так как не требует установки емкости для слива воды из эжектора и наблюдения за температурой рабочей воды. Кроме того, при разомкнутой схеме температура рабочей воды несколько ниже, чем при замкнутой, и расход энергии на эжектор меньше. Во избежание засасывания рабочей воды эжектора в конденсатор в случае срыва подачи насоса рабочей воды или циркуляционного насоса непосредственно перед приемным патрубком эжектора устанавливается обратный клапан.

Недостатком разомкнутой схемы является потребление значительного количества охлаждающей воды (до 10% расхода циркуляционной воды на конденсаторы турбоустановки).

В водоструйных эжекторах рабочей (эжектирующей) средой служит вода, подаваемая под давлением к суживающемуся соплу, на выходе из которого она приобретает большую скорость. Вытекающая из сопла в приемную камеру струя воды увлекает с собой поступающий в камеру воздух или паровоздушную смесь, после чего смешанный поток сжимается до требуемого давления. Конструктивная схема водоструйного эжектора (рис. 3.2) аналогична схеме ступени пароструйного эжектора: струя рабочей воды из сопла / и увлекаемая ею (эжектируемая) среда, поступающая через патрубок Д попадает из приемной камеры 3 в камеру смешения 4 и диффузор Д в которых и происходит повышение их давления.

Рис. 3.2. Схема водовоздушного эжектора:

1 — сопло; 2 — патрубок; 3 — приемная камера; 4 — камера смешения; 5 — диффузор При отсасывании водоструйными эжекторами паровоздушной смеси, содержащейся в последней, пар конденсируется на поверхности водяной струи, вследствие чего сжатию в камере смешения подвергается, как и в случае отсасывания сухого воздуха, водовоздушная смесь.

Движущийся в проточной части эжектора водовоздушный поток имеет три характерных зоны. В первой по ходу потока зоне происходит распад на капли истекающей из сопла с большой скоростью струи рабочей воды, захват и увлечение в камеру смешения окружающего воздуха. Во второй зоне захваченный воздух сжимается до заданного противодавления, определяемого величиной р_с. При этом происходит скачкообразный переход кинетической энергии движущейся струи в энергию давления с резким торможением потока и изменением его структуры от капельной до эмульсионной, характерной тем, что пузырьки воздуха разделены пленками воды при отсутствии скольжения фаз.

В третьей зоне непосредственно за скачком давления заканчивается формирование однородного двухфазного потока при полном заполнении сечения камеры смешения и сливной трубы.

Месторасположение зоны скачка давления в проточной части эжектора зависит от его типа и геометрических размеров, а также режимных параметров: в основном от давлений р_р, р>_с и р_п и расходов G_B и (7_р. При увеличении при прочих неизменных условиях или уменьшении р_р зона скачка давления перемещается навстречу потоку в сторону приемной камеры, при достижении которой происходит срыв работы эжектора. Соответствующие этому значения р_с и р считаются для данного эжектора предельными />" ^р и />'^ф.

Давление в приемной камере р_п при увеличении давления рабочего пара р может либо сохраняться неизменным, либо увеличиваться. В первом случае считается, что эжектор работает в предельном режиме, во втором — в допредельном. Работа эжектора в предельном режиме обычно наблюдается при низких значениях расхода эжектируемого воздуха G_B, а в допредельном — при высоких. Переход с предельного режима к допредельному происходит плавно без существенного изменения объемной производительности эжектора. Уменьшение давления всасывания эжектора при уменьшении противодавления возможно только для эжектора, работающего в допредельном режиме.

Водоструйные эжекторы сжимают воздух, содержащийся в отсасываемой из конденсатора паровоздушной смеси, от давления р_к = 2…6 кПа до барометрического или при расположении водоструйного эжектора на некоторой высоте над уровнем воды в сливном баке или сливном колодце — до давления, меньшего барометрического на значения давления столба водовоздушной смеси в сливном трубопроводе.