Материал: 2293
Сепаратор твердого СО2 и трубопровод «турбодетандер-сепаратор» должны иметь смотровые окна из органического стекла для визуальных наблюдений за процессами кристаллизации СО2 и конденсации водяных паров.
После окончания испытаний и отогрева стенда необходимо слить воду, которая накапливается в регенеративном теплообменнике, циклоне, влагоотделителе и наиболее низко расположенных участках системы. Для этого
внижней части аппаратов предусмотрены продувочные окна.
Сцелью повышения концентрации диоксида углерода на входе в турбодетандер в отдельных случаях следует осуществлять рециркуляцию продуктов сгорания топлива с выхода теплохладоэнергетического агрегата на вход в турбонагнетатель.
Экспериментальный стенд расположен на двух этажах (см. рис. 5.2): на первом этаже размещены влагоотделитель, блок регенераторов и сепаратор твердого диоксида углерода; на втором установлены все остальные машины и аппараты стенда. Такое расположение оборудования позволяет отделить аппараты холодильной части стенда от машин и аппаратов, работающих с повышенной температурой, чем достигается снижение теплопритоков в холодильную часть вследствие конвективного теплообмена. Установкой сепаратора ниже турбодетандера предотвращается возможность забивания детандера твердым СО2 .
Для предотвращения воздействий температурных расширений трубопроводов на работоспособность турбодетандера перед и за ним желательно установить температурные компенсаторы, представляющие собой сильфоны с приваренными к ним фланцами. Для очистки газового потока от механических примесей на входе в турбодетандер необходимо установить фильтр в виде конуса из металлической сетки.
Программа экспериментальных работ на стенде должна предусматривать опытное определение ряда параметров, разносторонне характеризующих рабочие процессы машин и аппаратов в широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров. Для выполнения программы испытаний стенд оборудуется комплексом измерительной и регистрирующей аппаратуры.
Котел-утилизатор
Котел-утилизатор (рис. 5.3) теплохладоэнергетического агрегата предназначен для получения горячей воды в принятой разомкнутой системе водоснабжения. Он состоит из корпуса 1 и трубного пучка 2, навитого на сердечник 3. Корпус закрывается двумя крышками 4 и 5 с фланцами входа 6 и выхода газа 7. Подвод и отвод питательной воды осуществляется через
135
боковые фланцы 8 и 9, а распределение воды по змеевикам производится с |
|||||||||
помощью коллекторов 10 и 11. |
|
|
|
|
|
|
|||
6 |
4 |
10 |
2 |
1 |
3 |
|
11 |
5 |
7 |
Вход |
|
|
|
|
|
|
|
|
Выход |
ПСТ |
|
|
|
|
|
|
|
|
ПСТ |
|
9 |
Выход воды |
|
|
8 |
Вход воды |
|
||
|
|
Рис. 5.3. Котел-утилизатор |
|
|
|
|
|||
Питательная вода движется противотоком, поступая во входной патрубок 8 и распределяясь по змеевикам через кольцевой коллектор 11. В змеевиках котла вода нагревается и через выходной коллектор 10 и патрубок 9 направляется к потребителю.
В зависимости от режима работы ТХЭА начальная температура газа может достигать 400 800 0С, в то время как на выходе из котла температура продуктов сгорания должна находиться в пределах 15 30 0С для обеспечения нормальной работы холодильной установки. При этом температура воды на выходе из котла-утилизатора должна быть равной 75 80 0С, что характерно для систем горячего водоснабжения. При любых отклонениях температур от оптимальных значений котел-утилизатор должен обеспечивать нормальную работу агрегата.
Отличительной особенностью котла-утилизатора ТХЭА по сравнению с существующими является его работа при повышенном давлении и относительно "глубокое" охлаждение ПСТ (до 15 30 0С). При столь низких температурах происходит конденсация части водяных паров, содержащихся в ПСТ, а выделение соответствующей теплоты конденсации водяных паров используется для подогрева питьевой воды.
Конденсация водяных паров начинается при охлаждении ПСТ ниже температуры точки росы, изменяющейся в зависимости от режима работы установки в пределах 30 35 0С. Переход к теплообмену, сопровождающемуся конденсацией водяных паров, приводит к существенному увеличению коэффициента теплоотдачи со стороны ПСТ. Наличие конденсирующихся водяных паров может привести к коррозии внутренних поверхностей, поэтому котел-утилизатор изготовлен из нержавеющей стали Х18Н9Т.
136
Промежуточный теплообменник
Промежуточный теплообменник установлен после воздушного турбонагнетателя и служит для понижения температуры воздуха, подаваемого на наддув газотурбогенератора. В качестве теплообменника были выбраны четыре последовательно соединенных кожухотрубных теплообменника авиационного типа. Площадь теплопередающей поверхности аппарата составляет 16 м2.
Турбодетандер
В установках для комплексного производства теплоты и твердого диоксида углерода, выполненных на базе турбомашин, рациональная степень расширения в турбодетандере находится в пределах 1,8 2,5. Малая степень расширения и относительно низкая температура потока ПСТ на входе в турбодетандер определяют относительно малые теплоперепады, что в сочетании с большими объемными расходами ПСТ обуславливает применение для установки осевого турбодетандера.
Теоретически и экспериментально исследуемый осевой одноступенчатый турбодетандер (рис. 5.4, 5.5) состоит из ротора, корпуса турбины, диффузора и ресивера. Ротор состоит из вала, двух дисков, в Т-образной проточке которых установлено 40 рабочих лопаток. На валу установлены лабиринты уплотнения, подшипники и распорная втулка. Торец вала сферический. Он обеспечивает центровку рессоры, соединяющей ротор детандера с турбонагнетателем. На корпусе установлена шлицевая втулка. Крутящий момент передается с ротора через шлицевую втулку на шпонку. Вал, лабиринт и диски изготовлены из стали 2Х13, лопатки – из алюминиевого сплава АК4-1.
Корпус турбины является опорным узлом ротора. К корпусу крепятся задняя опора и подшипник. Корпус турбины литой из сплава АЛ9. Корпус подшипника и задняя опора выполнены из стали 2Х13.
Входное устройство состоит из двух профилированных стенок: внутренней и наружной, изготовленных из стали Х18Н10Т.
Сопловой аппарат состоит из наружного и внутренних колец, имеющих профилированные просечки, в которые впаяны лопатки. Кольца и лопатки изготовлены из стали Х18Н9Т. Внутреннее кольцо совместно с наружной стенкой крепится к корпусу турбины, а наружное кольцо совместно с внутренней стенкой – к переходному фланцу.
137
138
Рис. 5.5. Ступень турбодетандера: 1 – корпус; 2 – втулка распорная; 3 – форсунка; 4, 5 – наружная и внутренняя стенки; 6 – фланец переходной;7 – бандаж; 8 – рабочая лопатка; 9 – кольцо внутреннее; 10 – уплотнительное кольцо; 11 – болт; 12 – корпус подшипника; 13, 15 – лабиринт; 14 – диск ротора; 16 – лопатка соплового аппарата; 17 наружное кольцо; 18 – вал ротора; 19 – отверстие; 20 – подшипник роликовый; 21 – паз для слива масла; 22 – подшипник шариковый; 23 – кольцо калиброванное; 24 – корпус подшипника
139