1.2. Характерные нарушения гидродинамических процессов в аппаратах утилизации тепла.

Образование свободного уровня

Свободный уровень в трубе, выведенной в паровое пространство барабана, появляется при прекращении циркуляции жидкости вследствие недостаточности полезного напора данной трубы. При этом на участке выше уровня воды в трубе медленно движется насыщенный или перегретый пар. В тех случаях, когда участок трубы, заполненный паром, находится в зоне обогрева, возможны перегрев и разрушение стенки трубы.

Образование свободного уровня может произойти в слабо обогреваемой трубе В (или нескольких трубах), включенной параллельно с интенсивно обогреваемыми трубами Г контура (рис.4).

Рисунок 4. СХЕМА КОНТУРА

ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ

С ОБОГРЕВАЕМЫМИ ТРУБАМИ,

ВЫВЕДЕННЫМИ В ПАРОВОЕ

ПРОСТРАНСТВО БАРАБАНА

При постепенном увеличении обогрева трубы В от нуля до некоторой тепловой нагрузки Q_B < Q_Г уровень жидкости в этой трубе будет повышаться от положения h_П, отвечающего полному отсутствию обогрева (труба А), до положения h_CB < h_П. Для этого случая, по аналогии с уравнением (22), можно записать баланс сил в сечении б - б:

hg' – p_ОП = h_СВg'' + (h – h_СВ)g_СМ + h_СВg'' + p_В, Па (25)

где кроме ранее названных обозначений

_СМ - средняя по высоте трубы В плотность парожидкостной смеси, кг/м³;

p_В - сопротивления движению среды в трубе В, Па.

После преобразований уравнение (25) принимает вид:

hg(' – _СМ) – p_В + h_CB(_CM' – '') = p_ОП, Па (26)

В соответствии с (20) и (21) левая часть выражения (26) является полезным напором трубы со свободным уровнем.

Из сопоставления (26) и (20) следует, что полезный напор слабо обогреваемой трубы со свободным уровнем включает полезный напор, который она имела бы при отсутствии свободного уровня:

hg(r' – r''_CM) – p_ОП = (S_ПОЛ)_В, Па (27)

и дополнительное слагаемое h_CB(_СМ - "), возникающее за счет образования свободного уровня. Поскольку последнее слагаемое является положительной величиной, условием образования свободного уровня является:

(S_ПОЛН^ПРЕД)_В < p_ОП = (S_ПОЛ)_КОН, Па (28)

где (S_ПОЛН^ПРЕД)_В - максимально возможный полезный напор трубы В, отвечающий уравнению (27). Этот напор возникает, если расход жидкости сократится до минимального предела, равного паропроизводительности трубы (G_B = D_B). Последнее условие отвечает наступлению режима свободного уровня при h_CB = 0.

Для предупреждения образования свободного уровня необходимо, чтобы (S_ПОЛН^ПРЕД)_В не был меньше полезного напора контура. Принимая 10% запас по напору условие надежной работы трубы В может быть записано в следующем виде:

(29)

Условия перехода отдельных труб от нормального режима к режиму со свободным уровнем наглядно иллюстрируются гидравлической (циркуляционной) диаграммой контура, в котором есть слабо обогреваемые трубы (рис.5).

Рисунок 5. ДИАГРАММА ЦИРКУЛЯЦИИ. К РАСЧЕТУ ПОЛЕЗНОГО НАПОРА ПРИ