Многоступенчатая система вакуумирования Российский патент 2024 года по МПК F04C28/02 F04B23/08 

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к конструкциям систем вакуумирования, используемых в конденсаторах паровых турбин.

Системы вакуумирования, используемые в конденсаторах паровых турбин, предназначены для создания вакуума в момент пуска турбины, а также для поддержания расчетного вакуума во время ее работы.

Из уровня техники известны конструкции установок и систем, предназначенных для создания вакуума, включая многоступенчатые системы вакуумирования.

Наиболее близким к заявляемой конструкции техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является многоступенчатая вакуумная насосная система, предназначенная для создания вакуума в конденсаторах паровых турбин, описанная в патенте на изобретение US 3642384.

Известная многоступенчатая вакуумная насосная система содержит насос объемного действия (насос Рутса) и водокольцевой вакуумный насос, соединенные последовательно, рециркуляционный трубопровод и клапанное средство, функционально связанное с рециркуляционным трубопроводом.

Известная система также включает устройство для снижения температуры, выполненное в виде форсунки, расположенной между выходом насосом объемного действия и водокольцевым вакуумным насосом.

Клапанное средство, располагаемое на рециркуляционном трубопроводе, обеспечивает автоматическую стабилизацию первой и второй ступени вакуумной насосной системы для обеспечения эффективной работы во всем диапазоне, объем первой ступени поддерживается в равновесии с производительностью второй ступени с помощью элементов управления байпасного канала.

При этом известная конструкция обладает следующими недостатками:

1. Отсутствие автоматического программного управления и возможности настройки под текущие параметры откачиваемой среды и рабочей жидкости, что необходимо для достижения максимальной эффективности системы.

2. Отсутствие частотного регулирования электродвигателя нагнетателя, который работает в номинальном режиме постоянно, что сказывается на ресурсе деталей нагнетателя.

С помощью заявляемого изобретения решаются следующие технические проблемы:

1. Недостаточная производительность системы вакуумирования;

2. Возможность перегрузки нагнетателя во время работы системы;

3. Отсутствие возможности оперативной настройки выходных характеристик системы в процессе ее эксплуатации;

4. Поддержание стабильного вакуума.

Техническим результатом, достигаемым при помощи заявляемой конструкции, является повышение производительности многоступенчатой системы вакуумирования.

Указанный технический результат достигается за счет многоступенчатой системы вакуумирования, включающей последовательно соединенные друг с другом при помощи трубопроводов: нагнетатель, оснащенный электродвигателем, соединенный с водокольцевым вакуумным насосом (ВКВН), оснащенным электродвигателем, соединенный с сепаратором, который в свою очередь соединен с насосом центробежным, оснащенным электродвигателем, на выходе из которого установлен теплообменник, соединенный с ВКВН, при этом между выходом нагнетателя и входом ВКВН установлена форсунка, предназначенная для охлаждения паровоздушной смеси, а на трубопроводе, соединяющем нагнетатель и ВКВН установлена байпасная линия, а также систему управления, которая включает: шкаф управления с частотными преобразователями, предназначенными для регулирования оборотов электродвигателей нагнетателя и ВКВН, датчики давления, расположенные на входе и на выходе нагнетателя, а также электромагнитный клапан, размещенный на байпасной линии.

Используемый в системе нагнетатель представляет собой объемный насос, предназначенный для создания дополнительного перепада давления паровоздушной смеси между его входным и выходным патрубками.

При этом совместное использование ВКВН и нагнетателя позволяет получать более глубокий вакуум, причем более высокая производительность системы достигается с меньшими энергетическими потерями и за меньшее время.

Кроме того, с помощью заявляемой конструкции дополнительно достигаются следующие технические преимущества:

1. В автоматическом режиме обеспечивается защита нагнетателя от перегрузок, при этом имеется возможность предварительной установки допустимого перепада давлений в зависимости от режима работы системы;

2. Обеспечивается возможность гибкого регулирования режимов работы системы вакуумирования для получения требуемых соотношений характеристик «производительность/давление».

Заявляемая конструкция поясняется изображениями:

На Фиг. 1 показана общая схема многоступенчатой системы вакуумирования;

На Фиг. 2 показано место размещения форсунки;

На Фиг. 3 показана байпасная линия;

На Фиг. 4 показаны графики выходных характеристик двух систем: системы, в которой используют только ВКВН и системы, в которой применяют ВКВН совместно с нагнетателем.

На Фиг. 1 показана многоступенчатая система вакуумирования, которая включает в себя последовательно соединенные друг с другом при помощи трубопроводов: нагнетатель (1), оснащенный электродвигателем, соединенный с ВКВН (2), также оснащенным электродвигателем, который соединен с сепаратором (3), который соединен с насосом центробежным (4), оснащенным электродвигателем, на выходе из которого установлен теплообменник (5), соединенный с ВКВН (2), за счет чего образуется замкнутый контур системы.

Кроме того, между выходом нагнетателя (1) и входом ВКВН (2) установлена форсунка (6) (Фиг. 2), предназначенная для охлаждения паровоздушной смеси, а на трубопроводе, соединяющем нагнетатель (1) и ВКВН (2) с установлена байпасная линия (7) (Фиг. 3), служащая для исключения перегрузки нагнетателя во время работы системы.

Многоступенчатая система вакуумирования также включает систему управления (Фиг. 1), в которую входят: шкаф управления (8), в котором установлены частотные преобразователи, предназначенные для регулирования оборотов электродвигателей нагнетателя (1) и ВКВН (2), датчики давления (9), расположенные на входе и на выходе нагнетателя (1), а также электромагнитный клапан (10), размещенный на байпасной линии (7) (Фиг. 3).

При этом, все оборудование, входящее в многоступенчатую систему вакуумирования может быть установлено на общей раме (11).

Многоступенчатая система вакуумирования работает следующим образом: паровоздушная смесь из конденсатора паровой турбины поступает через нагнетатель (1) в ВКВН (2) через его входной патрубок, оснащенный КИП и дисковым затвором с электроприводом, обеспечивающим подключение и отключение системы вакуумирования от конденсатора паровой турбины.

В результате, за счет использования ВКВН (2) совместно с нагнетателем (1) существенно увеличивается производительность системы.

Далее паровоздушная смесь, обогащенная водой, являющейся рабочей жидкостью ВКВН (2), поступает через его выходной патрубок в сепаратор (3), в котором под действием центробежных и гравитационных сил происходит ее разделение на исходные паровоздушную смесь и рабочую жидкость, которую при помощи насоса центробежного (4) подают через теплообменник (5), в котором происходит ее охлаждение с помощью охлаждающей воды, поступающей из системы трубопроводов с охлаждающей водой, после чего охлажденная рабочая жидкость снова поступает в ВКВН (2).

Для нормальной работы ВКВН (2) в сепараторе (3) поддерживается постоянный уровень рабочей жидкости, контроль которого осуществляется посредством датчика уровня. При достижении минимального уровня рабочей жидкости, осуществляется подпитка сепаратора через линию подпитки, оборудованную электромагнитным клапаном.

Кроме того, поскольку превышение максимального перепада давления на входе и выходе нагнетателя (1) может привести к его перегрузке, то для предотвращения перегрузки нагнетателя (1) в системе применяется байпасная линия (7) (Фиг. 3), в которой перепад давления на входе и выходе нагнетателя (1) контролируют при помощи датчиков (9). При превышении разницы давлений выше заданного значения автоматически срабатывает электромагнитный клапан (10), который открывает байпасную линию (7), за счет чего перепад давления снижается.

Кроме того, за счет возможности изменения частоты вращения электродвигателя нагнетателя (1) с помощью частотных преобразователей, установленных в шкафу управления (8), обеспечивается возможность оперативного изменения в ручном режиме соотношения характеристик системы «производительность/давление» во время ее эксплуатации.

Кроме того, за счет применения на входе ВКВН (2) мелкодисперсной форсунки (6) происходит распыление рабочей жидкости, что ускоряет конденсацию паровоздушной смеси.

Кроме того, за счет применения нагнетателя, который производит предварительное сжатие паровоздушной смеси, тем самым увеличивая производительность системы, заявляемое техническое решение позволяет использовать ВКВН меньших размеров, и, как следствие, соответственно уменьшить габаритные размеры всего оборудования системы.

Управление работой оборудования возможно, как в ручном режиме с панели оператора шкафа управления, так и в автоматическом режиме с помощью программно-технического комплекса.

С целью проверки эффективности работы заявляемой системы вакуумирования были произведены сравнительные испытания двух типов систем: системы, в которой применяют только ВКВН и системы, в которой применяют ВКВН, работающий совместно с нагнетателем.

На Фиг. 4 представлены графики с выходными характеристиками двух типов систем, работающих в одинаковых условиях: при температуре рабочей среды + 20 °С и температуре рабочей жидкости (воды) + 15 °С.

Проведенные испытания показали, что применение системы, в которой применяют ВКВН, работающего совместно с нагнетателем дает большую производительность при работе при низких значениях давления на входе.

Таким образом, заявленное техническое решение позволяет повысить производительность работы многоступенчатой системы вакуумирования, а также улучшить ее параметры в части:

1. Защиты нагнетателя от перегрузок.

2. Возможности оперативного изменения режимов работы оборудования путем регулирования системы за счет:

- размещения на входе и выходе нагнетателя датчиков, контролирующих давление;

- размещения в байпасной линии электромагнитного клапана, связанного с электронным блоком управления оборудование системы вакуумирования.

3. Обеспечения гибкого регулирования режимов работы системы вакуумирования, позволяющего ее применять в широком диапазоне характеристик «производительность/давление», включая:

- возможность регулирования скорости вращения роторов нагнетателя и ВКВН при помощи частотных преобразователей;

- возможность регулирования и контроля подачи рабочей жидкости в ВКВН при помощи электромагнитного клапана и расходомера.

Изобретение относится к вакуумной технике, а именно к конструкциям систем вакуумирования, используемых в конденсаторах паровых турбин. Многоступенчатая система вакуумирования, включающая последовательно соединённые друг с другом при помощи трубопроводов: нагнетатель, оснащённый электродвигателем, соединённый с водокольцевым вакуумным насосом (ВКВН), оснащённым электродвигателем, соединённый с сепаратором, который в свою очередь соединён с насосом центробежным, оснащённым электродвигателем, на выходе из которого установлен теплообменник, соединённый с ВКВН, причём между выходом нагнетателя и входом ВКВН установлена форсунка, предназначенная для охлаждения паровоздушной смеси, а на трубопроводе, соединяющем нагнетатель и ВКВН, установлена байпасная линия, а также систему управления, которая включает: шкаф управления с частотными преобразователями, предназначенными для регулирования оборотов электродвигателей нагнетателя и ВКВН, датчики давления, расположенные на входе и на выходе нагнетателя, а также электромагнитный клапан, размещённый на байпасной линии. Техническим результатом изобретения является повышение производительности многоступенчатой системы вакуумирования. 4 ил.

Многоступенчатая система вакуумирования, включающая последовательно соединённые друг с другом при помощи трубопроводов: нагнетатель, оснащённый электродвигателем, соединённый с водокольцевым вакуумным насосом (ВКВН), оснащённым электродвигателем, соединённый с сепаратором, который в свою очередь соединён с насосом центробежным, оснащённым электродвигателем, на выходе из которого установлен теплообменник, соединённый с ВКВН, причём между выходом нагнетателя и входом ВКВН установлена форсунка, предназначенная для охлаждения паровоздушной смеси, а на трубопроводе, соединяющем нагнетатель и ВКВН, установлена байпасная линия, а также систему управления, которая включает: шкаф управления с частотными преобразователями, предназначенными для регулирования оборотов электродвигателей нагнетателя и ВКВН, датчики давления, расположенные на входе и на выходе нагнетателя, а также электромагнитный клапан, размещённый на байпасной линии.