- •Глава 10. Атомная энергетическая установка корабля
- •10.1. Особенности динамики ядерного реактора и парогенератора
- •10.2. Особенности динамики турбозубчатого агрегата и
- •10.З. Балансные параметры
- •10.4. Внутренние связи и структурная схема аэу
- •10.5. Динамика аэу при воздействии основных
- •Динамические характеристики аэу
10.2. Особенности динамики турбозубчатого агрегата и
главного конденсатора
10.2.1. Динамика турбозубчатого агрегата (ТЗА). Для исследования динамических характеристик ТЗА в качестве исходной базы приведем без вывода три известных уравнения, а именно:
1) уравнение мощности, затрачиваемой турбиной на преодоление сопротивления гребного винта
(10.28)
где – буксировочная мощность в лошадиных силах;
– пропульсивный коэффициент винта, цифра "0" – признак установившегося режима;
2) уравнение буксировочной мощности
(10.29)
где – частота вращения турбины;
– коэффициент, определяемый для конкретного ТЗА экспериментально, л.с./об.мин.3;
3) уравнение винтовой характеристики
(10.30)
Мощность – в тепловых единицах.
Тогда тепловая мощность ТЗА в установившемся режиме равна
(10.31)
где – теплосодержание перед соплами;
– теплосодержание пара в выходном патрубке;
– расход пара на турбину.
На неустановившемся режиме работы ТЗА, учитывая его свойство аккумулировать механическую энергию во вращающихся элементах и принимая во внимание уравнения (10.28) – (10.31), уравнение теплового баланса
( – потери мощности в тепловых единицах на трение) можно переписать в виде:
(10.32)
где – расход отработавшего пара на главный конденсатор;
– приведенный к оси ротора турбины момент инерции вращающихся частей ТЗА с линией вала, гребным винтом и присоединенной к нему массой воды.
Значение теплосодержания свежего пара для наиболее часто встречающегося в реальных установках диапазона изменения параметров пара = 1 – 40 кГс/см2 и = 200 – 400С определяется выражением:
(10.33)
Аналогично теплосодержание пара на выходе турбины будет определяться выражением:
(10.34)
Значения коэффициентов для конкретных ТЗА определяются экспериментально. После линеаризации переменных окончательно получим уравнение динамики ТЗА
(10.35)
или в операторной форме записи
(10.36)
В уравнении (10.35) коэффициенты определяются экспериментально. Для практических расчетов обычно принимают:
Тогда уравнение (10.36) примет вид:
(10.37)
где
Анализ уравнения (10.37) показывает, что ТЗА – это объект регулирования, состоящий из двух параллельно включенных по отношению друг к другу апериодических звеньев первого порядка.
10.2.2. Динамика главного конденсатора (ГК). В главном конденсаторе происходит теплообмен между рабочей средой второго контура и охлаждающей забортной водой, в результате которого осуществляется конденсация пара и охлаждение смеси, поступающей из дроссельно-увлажнительного устройства. Тепло , воспринятое забортной водой, является невосполнимой потерей рабочего цикла АЭУ. Давление пара в паровом объеме и температура конденсата в конденсатосборнике определяют качественную картину процесса теплообмена. Нормальная работа ГК возможна, если соблюдается неравенство:
где – количество тепла, вносимого в ГК по i-му входу;
– количество тепла, отводимого с конденсатом из конден-сатосборника.
Заданное значение параметра поддерживается за счет отсоса паровоздушной смеси с помощью пароэжекторной установки. С паровоздушной смесью из конденсатора отбирается некоторое количество тепла . Температура конденсата в зоне конденсации соответствует температуре насыщения при давлении . Таким образом, на установившемся режиме необходимо иметь:
(10.38)
Свойства ГК как объекта регулирования определяются тепловой инерцией взаимодействующих сред и элементов конструкции. Тепло накапливается: в забортной воде в объеме водяного пространства; в паре и пароводяной смеси; в конденсате в объеме конденсатосборника; в металле трубок поверхности теплообмена; в металле конструкций, обтекаемых рабочей средой. Для неустановившегося режима работы ГК уравнено (10.38) перепишется в виде
(10.39)
где – количество тепла, накопленное в перечисленных выше элементах.
Величина определяется весом соответствующих составных частей, теплоемкостью и их температурой . Учитывал, что зависит от величины , получим
В свою очередь количество тепла, которое необходимо отобрать из цикла, также является функцией давления пара в ГК, что способствует саморегулированию процесса.
Трудности автоматизации теплообмена в ГК вызваны значительной тепловой инерцией его элементов. Поэтому в корабельных АЭУ тепловые параметры конденсатора и на рабочих режимах поддерживаются в заданных пределах за счет саморегулирования.
Третьим параметром, характеризующим материальный баланс рабочей среды в ГК, является уровень конденсата в конденсатосборнике. Рассматривая конденсат как однородную среду, изменение уровня на неустановившемся режиме выразим уравнением материального баланса
(10.40)
где – вес конденсата, приходящийся на 1 м высоты конден-сатосборника; – расход конденсата.
Значения составляющих определяются следующим образом:
количество пара, поступающего через ТЗА и дроссельно-увлажнительное устройство;
расход питательной воды на дроссельно-увлажнительное устройство;
другие, менее существенные составляющие (обычно не учитываются).
Тогда уравнение (10.40) перепишется так:
или
,
где – орган, регулирующий производительность конденсатного насоса ,
– коэффициенты, определяемые для конкретного ГК экспериментально.
Все остальные элементы конденсатно-питательной системы считаются пропорциональными звеньями.