Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В многочисленном ряду машин и аппаратов, предна­значенных для сжатия и перемещения газов и жидкостей (центробежные, осевые, роторные, поршневые, мембран­ные машины и струйные аппараты — эжекторы), усло­виям применения в системах питания ЭУ и требованиям* предъявляемым к их агрегатам, в наибольшей степени; отвечают:

а) эжекторы в качестве побудителей потоков парога­зовых смесей (ПВС и ПКС) в замкнутых газовых кон­турах;

б) центробежные турболопаточные машины (ЦТЛМ)* к разряду которых относятся:

центробежные вентиляторы — в качестве побудителей потоков ПВС и ПКС, когда способ эжектирования не обеспечивает необходимой интенсивности циркуляции из-за высокого сопротивления контура;

нагнетатели воздуха водородно-воздушных ЭХГ; циркуляционные насосы электролитных контуров и других вспомогательных систем ЭХГ.

Рассмотрим некоторые свойства и схемно-конструктивные осо­бенности этих агрегатов.

Эжекционные циркуляторы характеризуются простотой кон­струкции, отсутствием движущихся частей и электропривода. Это обусловливает их высокую надежность и снижает затраты энергии на собственные нужды ЭХГ. Рабочий процесс эжекционного цирку­лятора состоит в передаче кинетической энергии активного потока контурному и с учетом потерь в процессе смешения характеризует-

ся балансом энергий обоих потоков. Приобретенная контурным по­током кинетическая энергия благодаря торможению и расширению этого потока в проточной части эжектора преобразуется в потен­циальную энергию статического давления на срезе выходного диф­фузора и, таким образом, служит причиной побуждения циркуля­ции парогазовой смеси по контуру. Отсюда следует, что с возраста­нием расхода газа на реакцию возрастает интенсивность циркуля­ции по контуру, при этом кратность циркуляции поддерживается на необходимом уровне [5.20].

Дозирование давления ра, определяющего подачу через ак­тивное сопло требуемого на ре­акцию количества газа, осуще­ствляется автоматически специаль­ным регулятором по давлению рк в контуре (над электродами ТЭ)

(рис. 5.24).

При изменении нагрузки ЭХГ вследствие изменения расхода газа на реакцию давление в контуре рк в начале изменяется на +Дрк.

Это отклонение давления от уставки воспринимается чувстви­тельным элементом (мембраной) регулятора, который, управляя за­слонкой входного сопла, увеличи­вает или уменьшает давление ра перед активным соплом до значе­ния, обеспечивающего равновесие

расхода газа на реакцию в ТЭ и расхода через активное сопло. В результате обеспечивается подача газа к ТЭ, пропорциональная нагрузке ЭХГ, поддерживается давление в контуре и кратность цир­куляции К.

Расходно-напорная характеристика эжекционного циркулятора показана на рис. 5.25.

Конструктивно циркулятор может быть выполнен как сборочная единица, состоящая из эжектора и регулятора давления перед активным соплом, или как комплекс, состоящий из этих двух частей, функционально связанных газопроводом подачи активного газа, до­зируемого регулятором.

Расчеты и опытные данные показывают, что при эжекгирова — нии ПВС в контуре отвода воды кратность циркуляции Л’=10-?-12 может быть достигнута лишь при критической или близкой к ней скорости истечения эжектируюшего газа через активное сопло. По­этому эжекционные циркуляторы могут применяться на ЭХГ, у ко­торых расход газа при минимальной нагрузке достаточен для по­лучения критической скорости истечения на технологически выпол­нимом сопле. Изготовление сопл с диаметром dmi„^0,3^-0,2 мм технологически затруднительно.

Система питания ЭХГ реагентами должна обеспечивать мини­мальное давление на входе в циркулятор нс ниже давления перед активным соплом, необходимым при максимальной нагрузке ЭХГ..

Центробежные вентиляторы, нагнетатели и насосы систем пита­ния ЭУ характеризуются общими для ЦТЛМ свойствами: простотой конструкции, надежностью действия, динамической уравновешенно­стью и хорошей регулируемостью. Их конструктивные схемы позво­ляют надежно решать задачу герметизации и подбора коррозионно- стойких материалов для работы в контакте с агрессивной щелочной и парогазовой средой.

Главной особенностью конструкции циркуляционных вентиля­торов и электролитных насосов является привод их рабочих орга­нов (рабочих колес) от бесконтактных двигателей с экранирован­ным ротором или через экранированную магнитную муфту, пере­дающую крутящий момент от электродвигателя обычного типа. Оба

■264

«

варианта исключают необходимость применения сальниковых уплот­нений, которые не могут обеспечить полной герметизации рабочей полости агрегата но выводу вала двигателя.

Работа сальников во всех случаях характеризуется перегревом, быстрым износом и большими потерями на трение, которые у мик — рорасходных машин превышают полезную работу в 6—8 раз. На рис. 5.26 показана конструктивная схема водородного вентилятора с подачей 4,2-10~3 м5/с. Магнитный ротор этого двигателя распо­ложен в гильзе (экране) с глухим днищем, внутренняя полость ко­торой сообщается с рабочей полостью корпуса машины, заполнен­ной влажной агрессивной средой (ПВС). Статор двигателя с обмот­ками расположен снаружи гильзы, таким образом, его токоведущие части не контактируют с агрессивной средой, а рабочая полость вентилятора герметически отделена от окружающей среды.

Конструктивная схема элек­тролитного насоса с подачей 1,61X ХЮ-4 М’7с с приводом через маг­нитную муфту показана на рис. 5.27. Выходной ротор муфты здесь также расположен в герме­тичном экране, сообщающемся с внутренней полостью насоса, за­полненной электролитом. Веду­щий магнит и коллекторный дви­гатель расположены снаружи эк­рана и, таким образом, полностью отделены от агрессивной среды.

Вал ротора опирается на подшип­ники скольжения, выполненные из специально подобранного материа­ла. Их смазка осуществляется ра­бочей средой. Насос допускает ра­боту на дистилляте воды с тем­пературой 360—373 К. Заметим, что ресурс работы насоса опре­деляется работоспособностью ще­точного узла двигателя.

На рис. 5.28 показана кон­структивен схема электролитного насоса с приводом от бесконтакт­ного экранированного двигателя. Благодаря отсутствию промежуточ­ного элемента для передачи крутящего момента (магнитной муф­ты) и скользящих контактов у двигателя этого насоса его надеж­ность и рабочий ресурс резко возрастают, а масса и габариты уменьшаются.

Нагнетатели воздуха водородно-воздушных ЭХГ не имеют прин­ципиальных различий с конструкциями ЦТЛМ общего назначения, но отличаются от них малой производительностью. На рис. 5.29 по­казан двухступенчатый нагнетатель с внешним перепуском воздуха из первой во вторую ступень. При частоте вращения «=8000 об/мин и давлении па выходе ДрСт=3400 Па его подача Q= 1,55 -10~3 м3/с.

В некоторых случаях нагнетатель воздуха целесообразно объ­единять с поглотителем углекислого газа, содержащегося в атмосфе­ре, в общий блок подготовки воздуха (БПВ).

Регулирование подачи центробежных агрегатов может осуществ­ляться двумя способами:

а) дросселированием контура, которое характеризуется непроиз­водительной затратой энергии на преодоление дополнительно вво­димого (дроссельного) сопротивления контура;

б) изменением частоты вращения. Регулируемый расход в этом случае изменяется прямо пропорционально частоте вращения, а по­требляемая мощность — пропорционально ее кубу.

В заключение укажем на то, что общей характери­стикой центробежных агрегатов ЭХГ, как и всех ЦТЛМ, служит коэффициент быстроходности Пу, от которого за­висят основные характеристические коэффициенты рабо­чего процесса (КПД, коэффициент давления р, коэффи­циент расхода Q) и оптимальные соотношения геометри­ческих размеров рабочих органов. При малых значениях пу характеристики машин ухудшаются. В общем виде коэффициент быстроходности центробежных агрегатов

Vq Vq

^3/4 (Д>стЛ£)3/4

Из этого выражения следует, что при некотором зна­чении частоты вращения п и при заданном давлении Арст коэффициент быстроходности зависит только о г подачи. Поэтому у микрорасходных машин, к числу ко­торых относятся рассматриваемые агрегаты, он значи­тельно ниже, чем у полноразмерных машин общего наз­начения. Соответственно малы КПД и другие характери­стические коэффициенты агрегатов малой подачи. При заданных подаче и давлении удельная быстроходность может быть увеличена повышением частоты вращения. Расчеты и опытные данные показывают, что оптималь­ная частота вращения центробежных агрегатов ЭХГ 266

лежит в пределах 4—6 тыс. об/мин у гидравлических (электролитных) насосов, 8—10 тыс. об/мин у нагнета­телей воздуха и кислородных вентиляторов низкого дав­ления, 12—15 тыс. об/мин у водородных вентиляторов.

Характеристические коэффициенты, принимаемые при проектировании ЦТЛМ, не поддаются определению расчетным путем и принимаются как опытные. Крите­рием сравнения прототипа и выбора коэффициентов для расчета новой машины служит, в частности, коэф­фициент быстроходности «у, рассматриваемый в прак­тике турболопаточного машиностроения как один из критериев газодинамического подобия ЦТЛМ.

При большом различии пу образна и проектируемой машины пользоваться характеристическими коэффи­циентами первого невозможно. Поэтому техническому проектированию агрегатов ЭХГ должно предшествовать миоговариантное моделирование их рабочих органов с целью определения необходимых для расчета коэффи­циентов и оптимизации соотношений геометрических размеров рабочих органов разрабатываемого образца. Полученные значения могут применяться для расчета ряда образцов агрегатов своего класса быстроходности.

Комментарии запрещены.