Образовании свободного уровня

Точка М характеризует работу контура при осредненной тепловой нагрузке всех труб и найдена по методике, изложенной выше (рис.5). Кривые (S_ПОЛ)' и (S_ПОЛ)'' отражают изменение полезного напора слабо обогреваемой трубы В при двух тепловых нагрузках Q_B' > Q_B" более низких чем средняя тепловая нагрузка труб контура. Полезный напор трубы В, отвечающий предельному положению свободного уровня (S_ПОЛН^ПРЕД)_В будет находиться на пересечении кривых полезного напора данной трубы с вертикальной прямой, отсекающей величину расхода жидкости, равную расходу пара D_B', D_B" при Q_B' и Q_B". В соответствии с рис.5 при Q_B этот напор больше (S_ПОЛ)_КОН, а при Q_B" он меньше напора контура и, следовательно, труба будет работать в режиме свободного уровня.

Застой и опрокидывание потока

Застоем циркуляции называется медленное движение в обогреваемой трубе воды вверх или вниз, а пара - вверх, при котором возможна задержка отдельных паровых пузырей в благоприятных для этого участках трубы (наклонные участки, отводы, изгибы, сварные стыки и т.п.).

При некоторых условиях слабообогреваемые трубы, выведенные в водяной объем барабана, могут начать работать как опускные. При этом явлении, называемом опрокидыванием потока, возможно скопление пузырей пара, так как их подъемная сила не может преодолеть динамического воздействия движущейся вниз жидкости; в отдельных случаях паровые пузыри либо сносятся вниз, либо объединяются и, прижимаясь к верхней образующей наклонной трубы, также создают застойные зоны. Это явление, получившее название «запаривание трубы», может привести к перегреву стенки поверхности нагрева. Поэтому недопустимо любое опрокидывание потока, даже если оно и не приводит к немедленному запариванию трубы.

Условия возникновения явления опрокидывания потока в подъемных трубах вытекают из рассмотрения уравнения баланса сил, действующих в сечении в - в слабообогреваемой трубы В для случая опускного движения смеси (рис.6):

hg_CM – p_B = hg' – p_ОП, Па (30)

где p_B - сопротивления движению смеси в трубе В, Па.

Из (30) сопротивление опускных труб (или полезный напор контура (S_ПОЛ)_КОН ) запишется как:

hg(' – _CM) + p_B = p_ОП, Па (31)

Правая часть уравнения (31) представляет собой сопротивление опускному движению парожидкостной смеси в трубе В. Эта величина получила название полезный напор опрокидывания – S_ОПР. В соответствии с (31) в левом квадранте циркуляционной диаграммы (рис. 6) располагается кривая изменения S_ОПР в зависимости от расхода жидкости (-G кг/с) через трубу.

Рисунок 6. К ЯВЛЕНИЮ ОПРОКИДЫВАНИЯ ПОТОКА.

а) СХЕМА ЦИРКУЛЯЦИОННОГО КОНТУРА;

б) ДИАГРАММА ЦИРКУЛЯЦИИ.

С ростом расхода напор в отрицательном квадранте сначала падает за счет уменьшения члена hg(' – _CM) и малого роста p_B (в связи с уменьшением паросодержания смеси), но затем начинает возрастать по квадратичному закону за счет роста p_B.

Минимальный напор, которому отвечает точка перегиба кривой S_ОПР = f(-G), носит название предельный напор опрокидывания - S_ОПР^ПРЕД.

При работе трубы в вынужденном перепаде давлений опрокидывание циркуляции в слабообогреваемой трубе будет возможно, если

(S_ОПР^ПРЕД) < (S_ПОЛ)_КОН , Па (32)

По аналогии с (29) условию предотвращения опрокидывания потока отвечает неравенство:

(33)

В инженерных расчетах циркуляции проверка на образование свободного уровня, застоя и опрокидывания циркуляции проводится в соответствии с методикой и рекомендациями нормативного метода [2].

Неравномерность обогрева отдельных параллельно работающих труб циркуляционных контуров оценивается коэффициентом неравномерности тепловосприятия [2]:

_Т = q_TP /q (34)

где q_TP ,q - тепловосприятие исследуемой трубы и среднее для контура (элемента), кВт/м.

Из анализа условий возникновения рассмотренных выше типичных нарушений циркуляции следует, что они возникают в тех случаях, когда полезный напор отдельных труб оказывается меньше полезного напора контура. В связи с этим, наиболее универсальным способом повышения надежности естественной циркуляции является снижение сопротивления опускных труб. Как следует из рис.7, с увеличением сечения опускных труб с F_ОП' до F_ОП" не только снижается полезный напор контура S_ПОЛ" < S_ПОЛ', но также возрастают общий расход циркулирующей жидкости (G_КОН">G_KOH') и расход жидкости в отдельных трубах (G_ТР">G_ТР').

Рисунок 7. ВЛИЯНИЕ ПОВЫШЕНИЯ СЕЧЕНИЯ ОПУСКНЫХ ТРУБ НА ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНТУРА И ОТДЕЛЬНОЙ ТРУБЫ

В связи с отмеченными выше особенностями работы многотрубного циркуляционного контура для экспериментального определения различных характеристик процесса циркуляции, отвечающих осредненным условиям работы его параллельно включенных труб, опыты целесообразно проводить на однотрубном контуре. Только в последнем любое изменение тепловой нагрузки или суммарного коэффициента сопротивления (l/d + _M) опускной системы влечет за собой однозначное изменение характеристики циркуляции. Изучение же условий, приводящих к нарушению циркуляции в отдельных трубах, проводится на многотрубном контуре.