64 4. При спотовой цене электроэнергии спээС 0,3 дол./(кВт ч) и глуби- не разгрузки 100 % Nном целесообразно использовать вариант с электрокот- лами. 5. При глубине разгрузки менее 50 % Nном вариант с электрокотлами уступает варианту с баками-аккумуляторами. В промежутке 50 100 % Nном варианты практически сопоставимы. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. E l e c t r i c i t y Storage Assouation. – 2010. 2. Л ы с и к о в, Б. А. Подземные структуры / Б. А. Лысиков, Л. Л. Кауфман. – Донецк: Норд-Пресс, 2005. – Ч. 1 – 280 с. 3. Б е з л е п к и н, В. П. Регулировочный диапазон тепловых электростанций / В. П. Без- лепкин, С. Я. Михайлов. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 168 с. 4. У с о в, С. В. Режимы тепловых электростанций / С. В. Усов, С. А. Казаров. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 240 с. 5. С м и р н о в, П. Е. Исследование возможности применения турбоагрегатов ТЭЦ к прохождению провалов графиков электрической нагрузки / П. Е. Смирнов // Сб. науч. трудов. – М.: МЭИ, 1987. – № 142. – С. 28–35. 6. Т о н к о н о г и й, А. В. Использование баков-аккумуляторов для перевода ТЭЦ в ма- невренный режим / А. В. Тонконогий, И. М. Горзиб // Сб. науч. трудов. – М.: МЭИ, 1987. – № 142. – С. 39–46. Представлена кафедрой ТЭС Поступила 25.03.2013 УДК 532.5; 536.2; 621.183; 621.039.5 ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В НЕМ МНОГОФАЗНЫХ ТЕЧЕНИЙ В ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛОВЫХ ПОЛЯХ Канд. техн. наук КАЩЕЕВ В. П.1), инж. ВОРОНОВ Е. О.2), магистр техн. наук КАЩЕЕВА О. В.3), канд. техн. наук ХАИМОВ В. А.4), доктора техн. наук ГАШЕНКО В. А.5), СОРОКИН В. Н., инж. УЛАСЮК Н. Н.1), докт. техн. наук, проф. КУЛАКОВ Г. Т.1), студ. КЛИМЕНКОВА О. Л.1) 1)Белорусский национальный технический университет, 2)РУП «Белэнерго», 3)Университет Штутгарта (IGE), 4)ЗАО «ЭНЕРГОСЕРВИС», 5)Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций В связи с мировым экономическим кризисом усилилась конкуренция, возросло значение энергосбережения. В целях экономии энергоресурсов 65 необходимо разрабатывать и внедрять новые технологии, которые либо соответствуют, либо выше сегодняшнего мирового уровня. Авторами разработан и испытан целый класс устройств, которые воз- никли в результате фундаментальных исследований многофазных течений в центробежных силовых полях, понимания механизмов происходящих в них процессов и их математического описания для оптимизации. Впер- вые предложен эффективный способ понижения давления и температу- ры пара в вихревых редукционно-охладительных и пароохладительных устройствах. Важными элементами оборудования тепловых и атомных электростан- ций являются редукционно-охладительные установки (РОУ) и паро- охладители (ПО), от которых в значительной степени зависят надежность и время использования установленной мощности энергоустановок. Тради- ционные РОУ обладают невысокой надежностью, так как в них обрыв дроссельного клапана происходит примерно через 120 нагружений, а за- щитная рубашка (ЗР) пароохладителя выходит из строя приблизительно через 2000 ч непрерывной работы [1]. После ее поломки корпус ПО под- вергается эрозионному износу непосредственным воздействием струи во- ды, вытекающей из форсунок, из-за чего срок его эксплуатации значитель- но сокращается. Авторами предложен эффективный способ понижения давления и тем- пературы пара, состоящий в пропускании пара через вращающееся кольцо охлаждающей воды (или другой жидкости), и на основе его разработано несколько конструкций РОУ, ПО, эффективных компактных тумано- образователей, устройств для образования парогазожидкостных смесей и др. [2–26]. В их числе компактный ядерный двигатель для беспилотного транспортного средства, которое может перемещаться как в погруженном состоянии в морской или пресной воде, так и в атмосфере планеты [27, 28]. При движении в погруженном состоянии двигатель использует в качестве теплоносителя и рабочего тела морскую (или пресную) воду. Причем бла- годаря особому устройству не происходит отложения солей (накипи) на рабочих поверхностях. При полете устройства в атмосфере планеты в каче- стве теплоносителя и рабочего тела используется окружающий газ (напри- мер, воздух). Положительная особенность двигателя – переход с одной рабочей сре- ды на другую, например при вылете устройства из воды в атмосферу, про- исходит автоматически и практически мгновенно. Компактный двигатель имеет огромную удельную мощность, что позволяет использовать его в качестве источника энергии для транспортабельной по воздуху блочной энергоустановки, снабжающей теплом и электроэнергией удаленные по- селки, экспедиции в труднодоступные районы планеты. Эксперименты, проведенные авторами на стендах во ВНИАМе, ЭНИСе ВНИИАЭСе (ныне Электрогорский научно-исследовательский центр по безопасности атомных электростанций) и в других организациях, показали, что компактные вихревые РОУ, ПО, туманообразователи и другие ком- пактные вихревые устройства надежно работают в широких диапазонах нагрузок, не ломаются, устойчивы в переходных режимах, обладают по- ниженными шумовыми характеристиками. 66 Математическое описание физических процессов в вихревых РОУ, ПО, парогенераторах и расширителях. Как в РОУ, так и в ПО, вихревых парогенераторах, расширителях и других подобных вихревых устройствах происходит взаимодействие веществ в двух фазах – жидкой (вода) и газо- образной (пар). Поэтому при математическом описании физических про- цессов, происходящих в них, используются одни и те же уравнения сохра- нения и один и тот же подход – движение и процессы переноса массы и энергии рассматриваются для каждой из фаз в отдельности и полученные при этом зависимости связываются в систему условиями, характеризую- щими протекание этих процессов на границе раздела фаз. Границы раздела можно рассматривать как поверхность разрыва, где законы сохранения формулируются в виде условий скачка. Как известно, математической основой описания физических процес- сов, происходящих при движении вязких газов и жидкостей, являются уравнения Навье–Стокса, которые в векторной форме выглядят так: 1ω ω, ω ρ grad ν ω; divω 0, p t где 1 2 3ω , ω , ω – вектор скорости, компоненты которого относятся к декартовой системе координат ),,( 321 XXX ; t – время; ρ – плотность; p – давление; ν – коэффициент кинематической вязкости. Рассмотрен случай, когда массовые силы отсутствуют. Выражение (2) называют уравнением неразрывности. Если жидкость идеальная, т. е. ли- шенная вязкости (ν = 0), то система уравнений (1), (2) преобразуется в уравнение Эйлера, которое, например в инвариантной форме, выглядит так 1 grad , ρ F p t (3) где F – вектор плотности массовых сил (сила тяжести, центробежные силы во вращающихся потоках). Для вращающейся системы при ее исследовании эти уравнения распи- сывают в проекциях на базисные векторы цилиндрической системы коор- динат (r, , z), а для сферической капли жидкости – в сферической системе координат (r, , ). Если поток (система) стационарен, то все частные про- изводные по времени в уравнениях (1) и (3) равны нулю. При рассмотрении движения без учета гравитационного поля и других силовых воздействий все составляющие вектора F равны нулю. В камере смешения РОУ благодаря осевой симметрии потока равны нулю все произ- водные по углу , а также можно считать, что из-за цилиндричности все производные по осевой координате z тоже равны нулю. При рассмотрении капли жидкости из-за симметрии равны нулю производные по углам и . Интегрированием уравнений Навье–Стокса и необходимыми преобразова- ниями можно получить выражения для законов сохранения импульса, мо- (1) (2) 67 мента импульса и энергии потока. Эти же законы можно получить и из рассмотрения физической сущности процесса. В общем виде законы сохранения (для системы «жидкость – пар») вы- глядят так [29, 30]: ( ) ( ) ( ) 1,2 1,2 1,2 ρ ψ ρ ψ (ω ) ρ k t k t k t kk k k k k k k k k kV a V d dV n da dV dt ( ) 1,2 ( ) . k t i k k i k a a t I da n da (4) Значения k, ,kI k, i для каждого локального мгновенного закона со- хранения представлены в табл. 1. Таблица 1 Значения используемых в уравнении (4) символов Закон сохранения Символ k kI k i массы 1 0 0 0 импульса k kT F 0 момента импульса k r kT R F r 0 полной энергии 21ω 2 k kU k k kq T k kT 0 энтропии kS 1 k k q T 1 k kq i * R – антисимметричный тензор, соответствующий радиусу-вектору .r Обозначения: V – объем; T – тензор напряжений; Т – температура (в градусах К); a – поверхность; n – нормальный единичный вектор; u – внутренняя энергия на единицу массы. Индексы: i – поверхность раздела; k – индекс, относящийся к фазе (жидкость или пар). Благодаря уравнению (4) можно получить вторичные уравнения: • умножая уравнение импульса на ,k получают уравнение механиче- ской энергии; • вычитая уравнение механической энергии из уравнения полной энер- гии, находят уравнение для внутренней энергии. Выражение (4) должно быть дополнено уравнением состояния F(p, , T) = 0. (5) Формулы (4) и (5) вместе с краевыми условиями полностью описывают поведение динамической системы в любой момент времени. Так как в предлагаемых устройствах (РОУ и ПО) пар проходит через вращающееся кольцо охлаждающей воды, важное значение для оптимизации процессов имеет учет влияния трения на скорость его вращения. Влияние трения на скорость вращения кольца воды. Всякая реаль- ная жидкость является вязкой, поэтому есть потери кинетической энергии на трение о стенки и сопротивление вихревому смешению. При больших скоростях движения сред, которые имеют место в камере смешения вихре- 68 вого типа, закон сопротивления движению является квадратичным. Поэто- му необходимо оценить влияние трения на скорость вращения кольца охлаждающей воды в камере смешения. Рассмотрим баланс кинетической энергии в камере смешения за какое- то время t в проекции на плоскость вращения кольца. За это время в ка- меру смешения со скоростью вошла масса G t редуцируемого пара, со скоростью в вошла масса вG t охлаждающей воды, а со скоростью р вышла масса pG t редуцированного и охлажденного пара. Как указыва- лось ранее, вкладом энергии охлаждающей воды в поступающую в камеру смешения энергию можно пренебречь (из-за ее малости). Потери кинети- ческой энергии на трение во вращающемся кольце охлаждающей воды со- ставят 2ω ζ , 2 k kM где ζ – коэффициент сопротивления трению, учитывает внешнее трение кольца воды (о торцевые стенки и направляющий аппарат) и внутреннюю диссипацию; Мk – масса прошедшей через кольцо и цирку- лировавшей в нем за время t воды. Таким образом, баланс кинетической энергии приближенно можно за- писать 222 p p ωωω ζ . 2 2 2 k kG t M G t (6) Расходы редуцируемого G и редуцированного Gр пара можно выразить следующим образом: щ 1 0ρω 2π ερω ω,G S R h z (7) где 1 02π ερ;z R h p (1 α) (1 α) ω.G G z (8) Массу воды Мk можно выразить через массу кольца km и число оборо- тов п кольца за время t: .k kM m n Число оборотов кольца tfn , где f – частота вращения кольца, равная ω . 2π kf R Здесь 2R R – – 2 (1 0,5 ). 2 R x Масса кольца для гиперболического профиля камеры смешения в в 2 1ρ δ ρ δ2π .km S R h Слагаемое баланса кинетической энергии, учитывающее потери на трение: 3 3 в 1 ω1 1 ζ ζρ δ ω . 2 2π 2 1 0,5 k k k t m t h R x 69 В предположении постоянства скорости воды в кольце по радиусу и pω ωk выражение (6) можно преобразовать следующим образом: 3 2 2ω ω ψ ω ψ 0,k kG G (9) где в 0 2π 1 0,5 ψ . ζ ζρ δk R x m n h Или, подставляя значения G и Gp, получаем 3 2 3ω (1 α)σωω σω 0,k k (10) в 2π(1 )ε ρ где σ ψ . ζ ρ z x Теперь рассмотрим, какое влияние на скорость вращения кольца оказы- вает трение (при прочих равных условиях). Введем величину , равную отношению скорости вращения k кольца охлаждающей воды к скорости ,б.тр ,k которая была бы в отсутствии трения ,б.тр θ .k k Из выражений (6)–(8) при ζ = 0 можно получить ,б.тр1 .k (11) Подставив это выражение в (10), после преобразований получаем 3 3 3 22 2θ (1 α) δθ (1 α) δ 0. (12) Если обозначить 3 2(1 α)a , то выражение (6) преобразуется 3 2θ θ 0a a . (13) Корни кубического уравнения k или θ можно найти, например, по формулам Кардано. Для определения коэффициента сопротивления трению ζ можно ис- пользовать формулу Филоненко, применимую в широком диапазоне числа Рейнольдса (Rе = 4·103 – 1012) [31]: 2 Re ζ 1,82lg 8 , где Re – число Рейнольдса. 70 В области квадратичного закона сопротивления верна формула (в авто- модельной области, когда коэффициент сопротивления уже не зависит от скорости потока, Re > Reгр) 2 ζ 2lg3,7 , dr где dr – гидравлический диаметр; ∆ – эквивалентная абсолютная шерохо- ватость (для нержавеющей стали можно принять 51 10 м [31, с. 18]. Для всех турбулентных режимов пригодна также формула [31] 0,25 68 ζ 0,11 . Redr Число Рейнольдса равно ω Re , ν kdr где – коэффициент кинематиче- ской вязкости и 0 0 4 . 2 h dr h Используя уравнение (7), были определены относительные скорости θ вращения кольца охлаждающей воды в зависимости от его относительной толщины x (при прочих равных условиях) и от комплекса «а». Эти зависи- мости показаны на рис. 1 и 2 соответственно. Рис. 1. Зависимость относительной скорости θ вращения кольца воды от его относительной толщины х Рис. 2. Зависимость относительной скорости θ вращения кольца воды от комплекса «a» Как видно из рис. 1, при относительной толщине кольца x = 0,4 ско- рость кольца при учете трения почти в два раза меньше, чем без его учета. Как можно видеть на рис. 2, при стремлении комплекса «а» к своим мак- симальным значениям величина θ стремится к 1,0. Расчеты, результаты которых приведены на рис. 1, проводили для камеры смешения высотой 0h = 0,08 м, толщиной слоя воды σ = 1–10 cм и радиусом 1R = 0,265 м. Плотность воды в = 1·10 3 кг/м3, ε = 0,02. 0,125 0,250 0,350 0,500 0,25 0,50 0,75 1,00 7,50 0,15 5,00 0,10 2,50 0,05 0 a a 0 0,1 0,2 0,3 0,4 х 0,3 0,5 0,7 0,9 71 Если предположить, что закон распределения скорости по радиусу кольца ω constki r (режим течения потенциальный), то текущая ско- рость кольца, выраженная через скорость на внутренней границе кольца (или скорость редуцированного пара), равна p 2 p 2( δ) (1 ) ki R R x r r . Мысленно разбив кольцо воды на слои толщиной dr, для каждого слоя имеем ρ .kdm Sdr Слагаемое баланса кинетической энергии, учитывающее потери на трение, в этом случае равно 2 p 3 3 3 3 2 p3 ζρ ( δ) ω ω . 2 2π 2 R R t S dr t R B R r Скорость p можно определить из следующего уравнения: 3 2 2 pp p ω ω φ ω φ 0,G G где 2 2 0 2π1 φ . ζρδ (1 ) R B h x Теперь рассмотрим некоторые практические применения проведенных исследований. Вихревой испаритель (парогенератор). Аппарат вихревого типа име- ет специально спрофилированную камеру – испаритель [11–13]. В нее по- ступает жидкость под давлением. В центре устройства из-за падения дав- ления жидкость кипит. Образующийся сухой насыщенный пар отводится в пароотводящий патрубок. Устройство предназначено для генерирования сухого насыщенного пара из предварительно нагретой жидкости путем по- нижения давления за счет ее закручивания и уменьшения радиуса закрут- ки. При этом обеспечивается стабильная граница раздела жидкой и паро- вой фаз. Особенность вихревого парогенератора – внутренняя сепарация влаги в испарительной камере. Средняя скорость выхода пара с зеркала испарения вихревого испарителя достигает нескольких десятков метров в секунду, поэтому его удельная паровая нагрузка при подаче в него жидкости с тем- пературой 140 С и давлением 0,4–0,5 МПа составляет 5 кг пара с квадрат- ного метра зеркала испарения в секунду. Экспериментальные исследования модели вихревого испарителя пока- зали, что его паропроизводительность в 25 раз больше, чем в традицион- ных испарителях. Рабочие характеристики вихревого испарителя устойчи- вы, он легко запускается, поддается автоматическому регулированию, быстро выходит на режим и устойчиво работает при любом расположении в пространстве. Конструкция вихревого испарителя проста, он компактен, 72 обладает небольшой металлоемкостью при большой паропроизводитель- ности. Он может найти применение как выпарной аппарат для очистки жидких радиоактивных отходов и опреснения морской воды. Как показали предва- рительные исследования, использование процесса объемного испарения при одновременной центробежной сепарации позволит достичь коэффици- ента очистки 107–108, коэффициента концентрации 102–103, увеличить про- изводительность на 30 % и снизить себестоимость получения чистой жид- кости (питьевой воды) в 10 раз. Вихревые испарители могут найти применение в качестве устройств для очистки сред от разных примесей и солей, так как эти вещества оста- ются в прокачиваемой через парогенератор жидкости, для дегазации жид- костей, поскольку газ уходит вместе с образующимся паром, для разгонки нефти, получения чистых металлов, для очистки отработанных масел и во многих других областях. Вихревая сушилка [21] позволяет высушивать рассолы из различных веществ. Особенность этой сушилки – возможность избежать отложений на теп- лообменных поверхностях из-за проведения процесса сушки с закрити- ческими скоростями (при которых не происходит образования накипи). Она может быть использована для сушки отходов различных вредных производств (например, гальванического) с последующим использованием сухого остатка как сырья для промышленности. Сушилка отличается ма- лыми массогабаритными характеристиками. Теплообменная труба, в которой создается внутреннее вращение текущей среды в плоскости, проходящей через ее ось [20]. Является эле- ментом различных теплообменных устройств, например конденсаторов. Особенность – возможность избежать отложений из-за внутренних кольце- вых сужений трубы специального профиля. Их создавали на токарном станке рифленым роликом специального профиля. Устройство, в котором находятся движущиеся жидкости и газы. Аппарат, применяемый в различных отраслях промышленности, в быту, сельском хозяйстве [11–13] в качестве: фильтра для очистки воздуха от пыли с одновременным увлажнением, охлаждением и дезинфекцией; концентратора сточных вод; концентратора фруктовых, овощных и ягодных соков, молока и т. д. за счет выпаривания воды; газоочистителя от различных примесей (хлора, фтора, аммиака и т. д.); деаэратора. Устройства, в которых находятся подвижные (вращающиеся) ча- стицы, шары или микротвэлы (например, в вихревом ядерном реакторе). Применяются в различных отраслях промышленности и сельского хозяй- ства [20] в качестве: сушильного агрегата для подсушки сыпучих материалов, например зерна; каталитического реактора; опреснителя морской воды; 73 концентратора примесей в сточных водах; энергетического и транспортного ядерного реактора с шаровыми мик- ротвэлами; сепаратора для классификации полифракционного материала. Вихревые камеры для проведения тепло-, массообменных и хими- ческих процессов [20, 21, 32]. За счет создания специальным образом спрофилированной камеры смешения можно добиться интенсификации теплообмена и химических процессов без накипеобразования на стенках устройства. Для отвода образующихся газообразных компонентов преду- смотрен специальный патрубок. Жидкость не попадает в газоотводный па- трубок благодаря специальному профилю камеры и центральному место- положению этого патрубка. Устройство, в котором используется неподвижная засыпка [33, 34]. Аппарат может применяться в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства в качестве: агрегата для подсушки сыпучих материалов, например зерна, песка и т. д.; фильтра для очистки жидкостей и газов от пыли и грязи; влаго-, маслоотделителя для очистки газовых сред; каталитического реактора в химической промышленности; дожигателя непредельных углеводородов и окиси углерода в автомо- бильной промышленности; тепловыделяющих сборок самых современных транспортных и энер- гетических ядерных реакторов с шаровыми микротвэлами, в частности для сжигания оружейного плутония с высокой эффективностью. Аппарат включает корпус, внутри которого коаксиально расположены наружный и внутренний пористые цилиндры. Сыпучий материал или набивка размещаются между этими пористыми цилиндрами. Поток рабочего тела входит в кольцевой зазор между корпусом и наружным пористым цилиндром и, двигаясь в кольцевом зазоре в осевом направлении, фильтруется через поры наружного цилиндра в радиальном направлении, проходит далее через засыпку (набивку). В соответствии с назначением конкретного аппарата рабочее тело или очищается, или нагревается, или образует новые химические соединения, или отбирает влагу от сыпучего вещества. Далее через поры внутреннего цилиндра по- ток рабочего тела попадает в приосевую зону, разворачивается в осевом направлении и уходит из аппарата. Как вариант, движение рабочего тела можно осуществить, наоборот, от центра аппарата через засыпку в кольце- вой зазор у корпуса. Разработки обеспечат: заданную (например, равномерную) раздачу потока рабочего тела по высоте и диаметру пористых цилиндров; термогидравлическую устойчивость течения рабочего тела в засыпке; сохранение заданного профиля скорости фильтрации в переменных и переходных режимах течения; выполнение специфических требований каждого аппарата в соответ- ствии с его конкретным назначением. 74 Заградительное охлаждение энергоблока с теплофикационной тур- биной Т-250/300-240 [16, 17]. При работе паровых турбин возможны раз- личные режимы, в том числе и с малыми расходами пара (через всю тур- бину при режиме холостого хода, а также у теплофикационных турбин че- рез цилиндр низкого давления (ЦНД) при больших отборах пара на тепло- фикацию). При очень малых расходах пара через ЦНД этот цилиндр не вырабаты- вает мощность, а потребляет ее, т. е. работает как вентилятор. Какой-то минимальный пропуск пара через всю турбину при холостом ходе или че- рез ЦНД при больших теплофикационных отборах должен быть для охла- ждения проточной части, иначе из-за выделения мощности при вентиля- торном режиме проточная часть турбины перегреется более допустимого уровня, лопатки и сопловой аппарат будут повреждены. При малорасходных режимах в ЦНД наблюдается следующая картина: пар отбрасывается лопатками к периферии и оттуда идет в конденсатор. При этом в центре ЦНД, вблизи вала ротора, создается разрежение, и туда из конденсатора засасывается пароводяная смесь. Капли и пленка влаги из конденсатора обладают достаточной кинетиче- ской энергией (массой и скоростью) для разрушения лопаток турбины, стоящих на пути пароводяного потока из конденсатора. Цель изобретения состоит в использовании для охлаждения ЦНД этого потока пароводяной смеси из конденсатора, но после измельчения капель до размеров пыли (порядка нескольких микрон), не вызывающей эрозию лопаток. Защита проточной части цилиндра среднего давления от эрозии. Изобретение [18] относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано при конструировании и модернизации паровых турбин, работающих с промежуточным перегревом пара. Предназначено для уменьшения эрозии проточной части турбин, внед- рено на Минской ТЭЦ-4 на трех энергоблоках (№ 4, 5, 6) с турбиной Т-250/300-240. Значительно уменьшилась эрозия проточной части турби- ны. Экономический эффект от внедрения составляет около 2000 т у. т. в год на одном энергоблоке. Повышение эффективности работы энергоблока № 5 МТЭЦ-4 с турбиной Т-250/300-240 благодаря применению вихревого пароохла- дителя [19]. Во время проведения капитального ремонта энергоблока № 5 МТЭЦ-4 в 2000 г. на трубопроводе подачи пара на уплотнения турбоагре- гата Т-250/300-240 был установлен вихревой пароохладитель, разработан- ный авторами на основании нового способа – вихревого охлаждения пара [9, 15]. Этот пароохладитель, позволяющий быстро получать охлажденный пар с нужной температурой, точно ее регулировать и не дающий каплям охлаждающей воды выходить из него при нормальном режиме работы, по- вышает надежность работы турбины, особенно в переменных режимах и при пуске. Штатная система не позволяла быстро, надежно и точно регу- лировать температуру пара, а главное, не гарантировала исключение за- броса воды в уплотнения турбины, что приводило к термошокам металла в них, не исключало попадание воды в проточную часть турбины. При пуске турбин из холодного и неостывшего состояний роторы из-за значительно меньшей массы и более интенсивного взаимодействия с паром 75 нагреваются быстрее цилиндров и через 4–5 ч величина их относительного расширения доходит до предельно допустимых значений. Снижение величины расхода топлива при пусках энергоблока из хо- лодного состояния с применением вихревого пароохладителя на трубопро- воде подачи пара на уплотнения обусловлено уменьшением времени пус- ковых операций до включения турбогенератора в сеть в среднем на 5 ч. Экономия топлива при этом составляет около 60 т у. т. за один пуск. Коли- чество пусков из холодного и неостывшего состояний в среднем за год – 10–15. Таким образом, экономия топлива при использовании вихревого пароохладителя – около 750 т у. т. в год (если блок все время в работе, а не простаивает), что при цене 100 дол. за 1 т у. т. составляет 75000 дол. в год. Кроме того, возрастает надежность работы энергоблока и уменьшаются количество и стоимость ремонтов. В Ы В О Д Ы 1. Разработан и испытан класс устройств, которые возникли в ре- зультате фундаментальных исследований многофазных течений в центро- бежных силовых полях, понимания сущности происходящих в них процес- сов и оптимизации их математического описания. 2. Впервые предложен эффективный способ понижения давления и тем- пературы пара в вихревых редукционно-охладительных и пароохладитель- ных устройствах. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Р о б о ж е в, А. В. Редукционно-охладительные установки для тепловых и атомных электростанций / А. В. Робожев. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 219 с. 2. С п о с о б обогащения газов парами жидкости и получения туманов: пат. 2.080.189 Рос. Федерация / В. П. Кащеев [и др.]. – 1992. 3. Р е д у к ц и о н н о-охладительное устройство: а. с. 1.110.990 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1983. 4. Р е д у к ц и о н н о-охладительное устройство: а. с. 1.266.288 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1985. 5. Д р о с с е л ь н о-охладительное устройство: а. с. 1.263.965 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1985. 6. Р е д у к ц и о н н о-охладительное устройство: а. с. 1.318.763 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1986. 7. С п о с о б запуска устройства для охлаждения перегретого пара: а. с. 1.370.365 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1986. 8. Р е д у к ц и о н н о -охладительное устройство: а. с. 1.467.310 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1988. 9. П а р о о х л а д и т е л ь: а. с. 1.471.735 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1988. 10. С п о с о б охлаждения и редуцирования пара : а.с. № 1.715.011 СССР / В. П. Каще- ев [и др.]. – 1990. 11. И с п а р и т е л ь: а. с. 1.726.891 СССР / В. А. Левадный [и др.]. – 1991. 12. П а р о г е н е р и р у ю щ е е устройство: а. с. № 1.200.824 СССР / В. А. Левадный [и др.]. – 1984. 13. П а р о г е н е р и р у ю щ е е устройство: а. с. 1.268.868 СССР / В. А. Левадный [и др.]. – 1986. 14. С п о с о б охлаждения пара: а. с. 1.759.099 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1989. 15. С п о с о б охлаждения пара: пат. 4.230 Респ. Беларусь / В. П. Кащеев [и др.]. – 2001. 16. С п о с о б заградительного охлаждения выхлопной части цилиндра низкого давле- ния: пат. 8.094 Респ. Беларусь / В. А. Хаимов, Е. О. Воронов, В. П. Кащеев, В. Н. Сорокин; опубл. 21.10.02. – 2002. 76 17. В ы х л о п н о й патрубок паровых турбин: пат. 2.999 Респ. Беларусь / В. П. Кащеев [и др.]. – 2006. 18. Ц и л и н д р среднего давления паровой турбины: пат. 4.203 Респ. Беларусь / В. П. Кащеев [и др.]. – 2007. 19. С п о с о б работы паротурбинной установки в нестационарном режиме: пат. 8.843 Респ. Беларусь / В. П. Кащеев [и др.]. – 2006. 20. Т е п л о о б м е н н а я труба: а. с. 1.211.585 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1985. 21. С п о с о б интенсификации теплообмена: а. с. 1.302.131 СССР / В. Н. Сорокин [и др.]. – 1986. 22. K a s t s c h e j e w, V. P. Modernisirung des Dampzuleitungssistem / V. P. Kastschejew, E. O. Voronov, V. N. Sorokin // ХХХV Kraftwerkstechnisches Kolloquim. – Dresden, 2003. 23. S c h u t z k ü h l i n g am ND-Gehäuse-Austritt von Dampfturbinen / V. P. Kastschejew [et al.] // ХХХV Kraftwerkstechnisches Kolloquim. – Dresden, 2003. 24. K a s t s c h e j e w, V. P. Reduzier- u. Kuehlstationen und Dampfkuehler auf Wirbelprin- zip fuer Kernkraftwerke / V. P. Kastschejew, V. A. Gashenko, K. E. Kastschejewa // ХХII Kraft- werkstechnisches Kolloquim. – Dresden,1990. 25. K a s t s c h e j e w, V. P. Effektivitatssteigerung von HKW durch rekonstruktion des Speisewasservorwarm-systems der Turbinenanlage / V. P. Kastschejew, K. E. Kastschejewa // ХХVI Kraftwerkstechnisches Kolloquim. – Dresden, 1994. 26. K a s t s c h e j e w, V. P. Verfahren zur Messung der Damhffeuchtigkeit und Flues- sigktitsmenge in stroemendem Dampf oder Dampf-Wasser-Gemischen // V. P. Kastschejew, K. E. Kastschejewa // ХХVIII Kraftwerkstechnisches Kolloquim. – Dresden, 1996. 27. Л е в а д н ы й, В. А. Устройство для понижения давления и температуры пара / В. А. Левадный, В. Н. Сорокин, В. П. Кащеев // Труды международного семинара по кон- версионной технике. – Минск, 1999. – Ч. 1. – С. 312–315. 28. L e v a d n y, V. A. The apparatus for lowering pressure and temperature of steam / V. A. Levadny, V. N. Sorokin, V. P. Kascheev // Proceedings of the International Seminar «Con- version of Scientific Research in Belarus within the Framework of ISTC Activity». Part 1. Minsk, May 17–22, 1999. – P. 298–300. 29. Д е л а й е, Дж. Теплообмен и гидродинамика двухфазных потоков в атомной и теп- ловой энергетике: пер. с анг. / Дж. Делайе, М. Гио, М. Ритмюллер. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 424 с. 30. И с с л е д о в а н и е нестационарных режимов работы паросбросного оборудова- ния энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-1000 и разработка технических предложений по его усовершенствованию: отчет о НИР / БНТУ; рук. темы В. П. Кащеев. – Минск, 1987. – № ГР 01.86.0 124789. 31. С п р а в о ч н и к по теплогидравлическим расчетам. Ядерные реакторы, теплооб- менники, парогенераторы / П. Л. Кириллов [и др.]. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 296 с. 32. В и х р е в о й аппарат для проведения тепломассообменных процессов в поле цен- тробежных сил: а. с. 965.441 СССР / В. П. Кащеев [и др.]. – 1979. 33. К а щ е е в, В. П. О гидравлическом сопротивлении слоя шаров / В. П. Кащеев, В. Н. Сорокин, А. В. Лебедев // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объеди- нений СНГ). – 1984. – № 8. 34. К а щ е е в, В. П. Исследование теплообмена между одиночным тепловыделяющим шаром и струей воздуха / В. П. Кащеев, В. Н. Сорокин, А. В. Лебедев // Энергетика… (Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ). – 1985. – № 9. Представлена кафедрой ТЭС Поступила 13.03.2012 УДК 622.276.279.691.4 ПОВЫШЕНИЕ РЕСУРСА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ ОАО «БЕЛТРАНСГАЗ» МАЙОРОВ В. В. ОАО «Белтрансгаз»