Большая энциклопедия техники

Коллектив авторов

Существуют графики, выражающие зависимости величин, которые характеризуют гидравлические турбины, называемые турбинными характеристиками. Универсальные характеристики строятся на основании лабораторных исследований модели, проточная часть которой геометрически идентична натурной.

По способу регулирования мощности реактивные гидравлические турбины бывают одинарного и двойного регулирования. Гидравлические турбины одинарного регулирования содержат направляющий аппарат с поворотными лопатками. Через этот направляющий аппарат вода подводится к рабочему колесу (регулирование производится изменением угла поворота лопаток направляющего аппарата). У лопастно-регулируемых турбин лопасти рабочего колеса могут поворачиваться вокруг своих осей (регулирование в таких гидравлических турбинах производится изменением угла поворота лопастей рабочего колеса). Гидравлические турбины двойного регулирования имеют направляющий аппарат с поворотными лопатками и рабочее колесо с поворотными лопастями. Поворотно-лопастные гидравлические турбины могут быть в различном исполнении: осевыми и диагональными. Разновидностью осевых являются двухперовые,

в них на каждом фланце размещаются по две лопасти вместо одной. Радиально-осевые гидравлические турбины одиночного регулирования применяют на большие напоры (до 500—600 м). Как правило, их делят на парциальные и непарциальные. В непарциальных турбинах вода подводится одной кольцевой струей, поэтому одновременно работают все лопасти рабочего колеса. В парциальных вода к рабочему колесу подводится в виде струй через одно или несколько сопел, поэтому одновременно работают одна или несколько лопастей рабочего колеса. В активных гидравлических турбинах отсасывающие трубы и спиральные камеры отсутствуют. В качестве регулятора расхода выступают сопловые устройства с иглами, перемещающимися внутри сопел и изменяющими площадь выходного сечения. Крупные гидравлические турбины оборудованы автоматическими регуляторами скорости.

Гидравлические турбины делятся по расположению вала рабочего колеса на вертикальные, горизонтальные и наклонные. Конструкционное сочетание гидравлической турбины с гидрогенератором называется гидроагрегатом. Горизонтальные гидроагрегаты с поворотно-лопастными или пропеллерными гидравлическими турбинами часто выполняются в виде капсульного гидроагрегата. Широкое распространение получили обратимые гидроагрегаты для гидроаккумулирующих и приливных электростанций. Они состоят из насоса-турбины (гидромашины, способной работать как в насосном, так и в турбинном режимах) и двигателя-генератора (электромашины, работающей как в двигательном, так и в генераторном режимах). В обратимых гидроагрегатах используются только реактивные гидравлические турбины. Для приливных электростанций используются гидроагрегаты капсульного типа.

Основными тенденциями в развитии гидравлических турбин являются: увеличение единичной мощности, улучшение качества, продвижение каждого типа в область повышенных напоров, совершенствование созданных и разработка и создание новых типов, повышение надежности и долговечности оборудования.

Гидравлический двигатель

Гидравлический двигатель – машина, служащая для преобразования энергии потока жидкости в механическую энергию ведомого звена (вала, штока, возвратно-поступательно движущегося поршня). Различают гидравлические двигатели по принципу действия. В первом случае ведомое звено перемещается вследствие изменения момента количества движения потока жидкости (гидротурбина, водяное колесо). Объемные гидравлические двигатели действуют от гидростатического напора в результате наполнения жидкостью рабочих камер и перемещения вытеснителей (под вытеснителем понимается рабочий орган, непосредственно совершающий работу в результате действия на него давления жидкости, выполненный в виде поршня, пластины, зуба шестерни и т. п.). В гидравлическом двигателе первого типа ведомое звено совершает только вращательное движение. В объемных гидравлических двигателях ведомое звено может совершать различные движения – как ограниченное возвратнопоступательное или возвратно-поворотное движение (гидроцилиндры), так и неограниченное вращательное движение (гидромоторы). Гидроцилиндры подразделяются на силовые и моментные. В моментном гидроцилиндре (также он называется квадрантом) вал совершает возвратно-поворотное движение относительно корпуса на угол, меньший 360°. В силовом гидроцилиндре шток, связанный с поршнем, совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение относительно цилиндра. Гидромоторы, в свою очередь, тоже разделяются на поршневые (в которых рабочие камеры неподвижны, а вытеснители совершают только возвратно-поступательные движения) и роторные.

В роторных гидромоторах рабочие камеры имеют возможность перемещаться, а вытеснители совершают вращательное движение, которое может сочетаться с возвратно-поступательным (кулисные гидромоторы). Кулисные гидромоторы в зависимости от формы вытеснителей подразделяют на пластинчатые и роторно-поршневые (радиальные и аксиальные). Наиболее распространены аксиальные роторно-поршневые гидромоторы.

Давление рабочей жидкости в них на поршень создает на наклонной шайбе реактивное усилие, приводящее во вращение вал. Объемные гидравлические двигатели применяют в гидроприводе машин. Давление рабочей жидкости достигает 35 Мн/мг (350 кгс/см²). Гидромоторы изготовляют мощностью до 3000 кВт. Многие гидравлические двигатели могут работать и как насосы.

Горелка

Горелка – устройство, с помощью которого осуществляются образование смесей газообразного, пылевидного или жидкого топлива с воздухом или кислородом и подача их к месту сжигания. Они предназначены для ввода газа и окислителя (обычно воздуха) в печь или топку, смешения потока до начала горения или в самом процессе горения и для стабилизации факела. В данном случае под стабилизацией понимается создание условий, обеспечивающих надежное горение факела без погасаний, пульсаций или отрыва от горелки. За очень редким исключением это достигается путем создания такого аэродинамического режима, при котором образующиеся при сгорании раскаленные продукты непрерывно подмешиваются к свежей топливовоздушной смеси, обеспечивая ее зажигание. По принципу смесеобразования газовые горелки можно разделить на две большие группы: инжекционные и смесительные. К первой относятся, в частности, горелки бытовых газовых плит. Газ с избыточным давлением в несколько килопаскалей, вытекая из сопла в смеситель,

выполненный в форме эжектора, подсасывает в него нужное количество воздуха из окружающей среды и смешивается с ним. Количество инжектируемого воздуха примерно пропорционально расходу эжектирующего газа, поэтому при изменении тепловой мощности горелки (путем увеличения или уменьшения расхода газа с помощью вентиля или крана) соотношение газ – воздух, т. е. коэффициент избытка воздуха, остается приблизительно постоянным. Для его изменения при настройке горелки на линии подвода воздуха устанавливают заслонку или шайбу регулируемого сопротивления.

Инжекционные горелки не требуют установки вентилятора для подачи воздуха, но нуждаются в большом давлении газа. В крупных печах, особенно в котельных топках, чаще используются двухпроводные смесительные горелки, в которых газ и воздух подводятся под давлением и частично или полностью смешиваются в самой горелке или на выходе из нее. Интенсивное смешение можно организовать на небольшой длине, а ухудшая его, т. е. приближая горение к диффузионному, можно увеличить при необходимости длину факела. Стабилизация горения осуществляется обычно путем закручивания большей части подаваемого на горение воздуха (так называемого вторичного), создающего мощную циркуляцию к устью горелки раскаленных продуктов сгорания, поджигающих вытекающую из горелки газовоздушную смесь.

Ниже описан принцип работы горелки, широко используемой в крупных паровых котлах Таганрогского котельного завода. Из кольцевого газового коллектора газ со скоростью более 100 м/с подается через радиальные отверстия в воздушный поток. Основное количество воздуха (вторичный воздух) подводится через лопаточный завихритель (регистр), закручивающий поток для создания вихря на выходе из горелки и улучшения смешения. Часть воздуха (первичный воздух) проходит, минуя регистр, через регулирующий шибер, изменяющий длину факела. Скорость выхода газовоздушной смеси из горелки в топку составляет около 30 м/с. Данная горелка рассчитана на сжигание не только газообразного, но и жидкого топлива (мазута). Для этого в ней предусмотрена возможность установки мазутной форсунки. Оба топлива могут сжигаться совместно или раздельно. Газомазутные горелки современных паровых котлов имеют высокие производительности – до 3,1 м³/с по газу и 2,8 кг/с по мазуту. Газовые и газомазутные горелки устанавливают на стенах, потолке или поде камерной топки, представляющей собой камеру, форма которой определяется ее назначением. Предварительно подготовленная газовоздушная смесь сгорает очень интенсивно.

В ряде технологических процессов образуются горючие газы, содержащие к тому же вредные вещества, которые нельзя выбрасывать в атмосферу. Эти отходы можно разделить на две группы. В первую входят газы, нормальная скорость горения которых превышает 10—15 см/с, а теплота сгорания Q_H^C > = 3 МДж/м³ (коксовый и доменный газы, газы ферросплавных печей и конвертеров, отбросные сероводородные газы нефтепереработки и т. д.). Эти газы сжигают так же, как и природный, однако при низких значениях Q_H^C желательно предварительно подогревать воздух, а иногда и сам газ (например, доменный) и использовать специальные горелки.

Газы, у которых Q_H^C < 3 МДж/м³ (отходящий газ сажевых заводов, большинство ваграночных газов, вентиляционные выбросы сушильных и других аппаратов, содержащие пары органических растворителей, например толуола, и т. д.), по существу, не являются горючими, а многие из них содержат и кислород, что делает их взрывоопасными и исключает их подогрев. В этом случае применяют огневое обезвреживание таких выбросов, сжигая их в топке вместе с природным газом. Вентиляционные выбросы, т. е. воздух, содержащий пары растворителя, часто используют просто в качестве дутьевого воздуха в топках и печах. При этом исключается загрязнение атмосферного воздуха и используется теплота сгорания выбросов.

Разновидность горелки – форсунка.

Графитоводный реактор

Графитоводный реактор – разновидность ядерного реактора, в котором в качестве теплоносителя выступает вода, а графит выполняет функцию замедлителя нейтронов.

Данный вид реактора относится к классу канальных. Активная зона графитоводяного реактора состоит из графитовых блоков, которые пронизаны металлическими каналами, в которых протекает вода в качестве теплоносителя. На внешних стенках или внутри металлических каналов размещаются тепловыделяющие элементы. Активная зона окружена герметичным кожухом. Главная особенность графитоводяного реактора – отсутствие тяжелого громоздкого корпуса. Имеется возможность создания реактора большой мощности (до 5 ГВт) за счет увеличения числа каналов. В таких реакторах возможна смена тепловыделяющих элементов, которая может производиться с помощью специального приспособления с дистанционным управлением и без остановки реактора, и без снижения его мощности (так называемая перегрузка на ходу). Специфические особенности конструкции, высокая теплопроводность воды как теплоносителя, хорошие ядерно-физические свойства графита как замедлителя обеспечивают высокие технико-экономические показатели атомных электростанций (АЭС) с графитоводяными реакторами. Как и любой другой реактор с графитовым замедлителем, графитоводяной реактор обладает малой энергонапряженностью единицы объема активной зоны. Наиболее широко графитоводяной реактор применяют в СССР. Графитоводными реакторами оборудованы первая в мире Обнинская АЭС, 1-й и 2-й энергоблоки Белоярской АЭС (Российская Федерация) и многие другие. Предпосылками к созданию ядерного реактора явились проведенная Э. Резерфордом в 1919 г. первая ядерная реакция, открытие Ф. Жолио и И. Жолио-Кюри в 1934 г. искусственной радиоактивности.