Большая энциклопедия техники

3) паровые котлы с принудительной многократной циркуляцией.

Парогазотурбинная установка

Парогазотурбинная установка – теплосиловая установка, совместно использующая в своем тепловом цикле два рабочих элемента – газы от сгорания топлива и водяной пар. Принципиальная конструкция парогазотурбинной установки включает газовую турбину, высоконапорный парогенератор, паровую турбину, электрический генератор, компрессор. Первая парогазотурбинная установка появилась в 1932 г. в конструкции высоконапорного парогенератора «Велокс» производства швейцарской фирмы «Боун, Бовери унд компани». В этой установке газовая турбина сообщала работу дутьевому турбокомпрессору, используя отходящие газы парогенератора. Она повышала эффективность теплообмена, и наддув топки составлял 200—300 кн/м² (2—3 кгс/см²).

Установки «Велокс» имели очень широкое применение во многих странах, в том числе и в России. Современные парогазотурбинные установки различаются по конструкции и мощности. Они могут иметь и раздельные тепловые схемы, использующие газ и пар в контурах в отдельных газовых и паровых турбинах, или контактные схемы, при которых происходит смешивание пара и газа в общий поток, который направляется в турбину. Парогенераторы «Велокс» имеют небольшую мощность. В России, например, построены высоконапорные парогазогенераторы, имеющие большую производительность. Продукты сгорания газа поступают в газовую турбину, пар – в паровую турбину. Газовая турбина приводит в движение воздушный компрессор и электрический генератор. Применение совместного газового и парового циклов экономит удельный расход тепла, снижая его до 7%, что эффективнее паротурбинной установки такой же мощности, и снижает капиталовложения до 12%. Первая комбинированная схема, включающая высоконапорный парогенератор и газотурбинную установку, появилась в России в 1972 г. на Невинномысской ГРЭС. Мощность блока – 200 МВт, давление в топке парогенератора – 650 кн/м² (6,5 кгс/см²), мощность газотурбинной установки – 43 МВт, мощность паротурбинной установки – 160 МВт. Такие установки большой мощности используются на больших электростанциях и в России, и в зарубежных странах.

В Германии и в США работают тепловые схемы парогазотурбинных установок, использующие газы, отходящие из газотурбинной установки, в топку парового котла, увеличивая в ней температуру. И также отходящие газы газотурбинной установки подогревают воду, питающую теплообменник.

Парогенератор

Парогенератор– устройство, производящее водяной пар. Различаются по роду используемой энергии. Существуют парогенераторы, вырабатывающие пар при сжигании органического топлива (это паровые котлы), и есть парогенераторы, работающие на электрической энергии (это электрические котлы). Парогенераторы входят в конструкцию парогазотурбинной установки. Парогенераторы на атомных электростанциях вырабатывают вторичный пар, направляющийся в турбину. Это испарители с обогревом теплоносителя из атомного реактора.

Пароперегреватель

Пароперегреватель – устройство, перегревающее пар с целью повышения температуры этого пара, превышающей температуру насыщения. Принципиальная конструкция пароперегревателя представляет собой стальные трубы, имеющие внутренний диаметр до 60 мм, которые укреплены параллельно и присоединены или прямо к барабану котла, или к коллектору – входному, выходному или же промежуточному. Пароперегреватели различаются по направлению движения пара и дымового газа и по расположению пароперегревателя в котле. Направление пара и газа может быть параллельным, противонаправленным и смешанным. От расположения пароперегревателя в котле зависит теплообмен, осуществляющийся в нем. По расположению в котле пароперегреватели бывают радиационными, ширмовыми или конвективными.

Пароперегреватели радиационные расположены в топочной камере на ее потолке или на стенках между трубами испарительных экранов, они получают тепло, которое распространяет факел сжигаемого топлива.

Пароперегреватели ширмовые представляют собой отдельные плоские ширмы из параллельных труб, они располагаются перед конвективной частью котла, при выходе из топки. Их теплообмен 3/4 – это излучение или конвекция.

Пароперегреватели конвективные 3/4 – это несколько рядов змеевиков, они располагаются за топкой в газоходе котлоагрегата. Существуют и комбинированные пароперегреватели. Их конструкция включает радиационную, ширмовую, конвективную части и пароохладитель. Пароохладитель 3/4 – это теплообменное устройство, регулирующее температуру перегретого пара перед турбиной или в котле, предотвращающее слишком высокий перегрев пароперегревателя и обеспечивающее нормальные условия работы паровой турбины. Пароохладитель находится в промежуточном коллекторе или на выходе пара из пароперегревателя. Принцип работы пароохладителя состоит в отводе от пара тепла, который осуществляет вода, проходящая по трубам теплообменника, в результате чего происходит охлаждение пара.

Комбинированные пароперегреватели, обеспечивающие большой перегрев пара, используются в котлоагрегатах высокого давления. Пароперегревателями оснащают котлоагрегаты тепловых электростанций, потому что увеличение температуры пара увеличивает эффективность паросиловой установки. В котлоагрегатах среднего или низкого давления с температурой пара до 500 °С используют конвективные пароперегреватели. В котлоагрегатах с давлением пара 14 Мн/м² используют в дополнение к основным пароперегревателям также и промежуточные, перегревающие отработанный в турбине пар.

Паросиловая установка

Паросиловая установка – установка, преобразующая тепло сжигаемого топлива в механическую энергию с помощью пара, механическую энергию в электрическую энергию – с помощью генераторов электрического тока. Это работа тепловой электростанции. Атомная электростанция 3/4 – это также паросиловая установка, где пар вырабатывает атомная энергетическая установка. Паровая машина, паровая турбина 3/4 – это также паросиловые установки.

Принципиальная конструкция паросиловой установки представляет собой один паровой котел и один паровой двигатель, или же группу паровых котлов и несколько паровых двигателей. Также она включает вспомогательные механизмы и приборы, регулирующие и направляющие ее работу. Локомобиль 3/4 – это пример очень простой конструкции паросиловой установки, она представляет собой жаротрубный дымогарный котел с поршневой паровой машиной.

Существуют паросиловые установки, состоящие из паровых котлов, паровых турбин, конденсационных установок. Эти паросиловые установки имеют большую мощность. Современные мощные паросиловые установки имеют блоки котел-турбина с мощностью 300 МВт и более. Но эти блоки не связаны между собой паром и водой. Такие установки имеют короткие паропроводы и наименьшее число арматуры, отличаются высокими параметрами пара: давление – 24 Мн/м² (240 кгс/см²), температура – более 570 °С.

Паросиловые установки вырабатывают достаточное количество пара, и часть его направляется на технологические цели: отоплению, сушку. Паросиловые установки работают на судах (пароходах) и на железнодорожном транспорте (паровозах).

Пневмодвигатель

Пневматический двигатель – энергосиловая машина. Принцип ее действия состоит в преобразовании энергии сжатого воздуха в механическую работу. Пневмодвигатели и различаются по этому принципу действия и бывают объемными или турбинными.

Объемные пневмодвигатели бывают ротационными и поршневыми. В поршневых пневмодвигателях сжатый воздух расширяется в цилиндрах поршневой машины, и тем самым вырабатывается энергия, преобразующаяся в механическую работу. Поэтому объемные пневмодвигатели имеют очень широкое применение. Они приводят в движение инструменты, такие как отбойные молотки, шлифовальные головки, дрели, гайковерты. Они очень эффективны для работы во взрывоопасных местах, в среде, содержащей повышенное количество влаги, газа, пыли угля.

Действие турбинных пневмодвигателей основано на воздействии потока воздуха на лопатки турбины. В них используется кинетическая энергия сжатия воздуха, в то время как в объемных пневмодвигателях используется потенциальная энергия сжатого воздуха.

Поршневая машина

Поршневая машина – устройство, преобразующее энергию с помощью основного рабочего приспособления – поршня. Принципиальная конструкция поршневого устройства представляет собой цилиндр, в котором движется поршень. При движении поршня изменяется объем камеры и изменяются параметры рабочего тела – давление, температура. Рабочим телом могут быть воздух, газы, смеси, вода. Специальные распределительные устройства – клапаны, золотники – регулируют поступление и отвод рабочего тела из цилиндра. Во время работы поршневой машины энергия рабочего тела понижается или повышается. Различные двигатели, насосы, компрессоры имеют в своей конструкции поршневые устройства. Работа поршневой машины, как правило, носит прерывистый и цикличный характер. Поршень совершает возвратно-поступательное движение, которое с помощью кривошипного механизма преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. Цикличность работы механизма влияет на скорость поршневой машины, которая не так высока. К тому же поршневые машины имеют большую массу и затраты на трение. Существуют конструкции поршневых машин, преобразующие возвратно-поступательное движение во вращательное при помощи бесшатунного механизма. Также существуют поршневые машины, в которых поршень совершает вращательное движение, такие машины называются роторно-поршневыми. В конструкции парового насоса, например, поршень поршневой машины-двигателя приводит в движение поршень поршневой машины-исполнителя. Устройство мотокомпрессора представляет собой многоцилиндровую поршневую машину, в которой скомпонованы поршень-двигатель и поршень-исполнитель. Основная подвижная деталь поршневой машины – поршень, который движется вдоль оси цилиндра и перекрывает его поперек сечения. Поршень движется возвратно-поступательно и сжимает и засасывает рабочее тело – газы или жидкости. Поршни различаются по конструкции и по отношению его диаметра к длине и бывают тронковыми, дисковыми, скальчатыми. Тронковый поршень имеет небольшую длину, она только немного больше его диаметра, он снабжен головкой с днищем и канавками для поршневых колец. Дисковый поршень имеет длину, определяемую уплотнительным устройством, дисковый поршень установлен на штоке. Скальчатый поршень-плунжер имеет большую длину, в несколько раз больше его диаметра. Поверхность поршня, как правило, гладкая или имеющая кольцевые канавки. Изобретение и усовершенствование поршневой машины осуществлялось одновременно с изобретением паровой машины, автомобиля, дизеля, устройством которых она непосредственно является. Поршневые машины имеют очень широкое применение в различных областях производства и отличаются надежностью и простотой в эксплуатации, эффективностью и экономичностью.