КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Охарактеризуйте цели и методы теплового расчета испарительной поверхности нагрева котла.

2.Укажите основные эксплуатационные и конструктивные факторы, влияющие на интенсивность конвективного теплообмена.

3.Как влияет величина поперечного шага труб S1 на параметры испарительного пучка?

4.Как в процессе расчета конвективного теплообмена учитывается доля теплоты, передаваемой излучением?

5. Как определяется величина температурного напора t для различных видов конвективных поверхностей нагрева?

6.Запишите основное уравнение конвективного теплообмена в критериальной форме и поясните входящие в него величины.

7.Поясните величины, входящие в выражение для определения коэффициента теплопередачи k. В чем заключается физический смысл k?

8.С какой целью выполняется поверочный расчет поверхности нагрева? Поясните его методику.

9.Как изменяются параметры котла (температура уходящих газов, паропроизводительность) при округлении количества рядов труб, образующих испарительную поверхность нагрева?

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО КОТЛА

Цель занятия: приобретение навыков составления схемы газовоздушного тракта (ГВТ) вспомогательного котла и расчета различных видов аэродинамических сопротивлений.

Задание. 1. Определить величину полного аэродинамического сопротивления ГВТ вспомогательного котла.

2. Рассчитать производительность котельного вентилятора и мощность его приводного электродвигателя.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

87

где ∑Δhтр — сумма сопротивлений трения, Па; ∑Δhм — сумма местных сопротивлений, Па; hс — самотяга (естественная тяга), Па.

Сопротивления трения (путевые) наблюдаются при движении воздуха и газов в воздуховодах и газоходах, а также в дымогарных трубах газотрубных котлов. Местные сопротивления вызваны изменениями сечения потока, его поворотами, наличием препятствий на пути движения воздуха и газов

Самотяга представляет собой разность давлений столбов воздуха и дымовых газов. Она возникает из-за разности плотностей этих сред. Величинау самотяги, Па, можно определить по выражению:

где ρв — плотность воздуха, кг/м3; ρг — плотность газов, кг/м3; Ндт — высота дымовой трубы, равная расстоянию от оси нижней форсунки до верхнего среза газохода, м.

Самотяга может как вычитаться из полного сопротивления ГВТ, так и суммироваться с ним: она имеет отрицательный знак при восходящем движении газов и положительный — при нисходящем.

Перед выполнением аэродинамического расчета предварительно составляется схема движения воздуха и газов в пределах ГВТ. На ней выделяются характерные участки (рис. 11.1). Для каждого участка указываются направления движения сред, их средние скорости и температуры. Определение этих параметров производится в процессе теплового расчета. Средние плотности воздуха и газов на рассматриваемых участках,

где ρво— плотность воздуха при НУ, 1,293 кг/м3; ρг о— плотность газов при НУ (см. практическое занятие 5), кг/м3; tв, tг — средние температуры воздуха и газа на участках, °С.

Все расчетные зависимости и номограммы, использующиеся в ходе аэродинамического расчета, отнесены к плотности воздуха, находящегося при нормальных условиях (760 мм. рт. ст. и 0 оС). Найденное аэродинамическое сопротивление ГВТ (без учета величины самотяги) необходимо умножить на поправочный множитель μ = ρго/1,293, учитывающий отличие свойств газа от воздуха.

88

Рис. 11.1. К расчету сопротивления ГВТ

2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ТРЕНИЯ

Вобщем случае потеря напора на преодоление сопротивлений трения hтр, Па, рассчитывается по выражению вида:

где λ — коэффициент сопротивления трению; l — длина рассматриваемого канала, м; dэ — эквивалентный диаметр канала, м; ρ — средняя плотность среды на участке, кг/м; ω — средняя скорость потока на участке, м/с.

Эквивалентный диаметр dэ для канала круглого сечения равен его внутреннему диаметру, то есть dэ = dвн. Для канала произвольной формы эквивалентный диаметр, м, находится из отношения:

где F — площадь поперечного сечения канала, м2; U — периметр канала, м.

При ламинарном (Re < 2 300) течении коэффициент сопротивления трению λ зависит только от величины критерия Рейнольдса:

89

где С — коэффициент, равный 64 для труб и 96 для плоских каналов.

При турбулентном течении λ зависит так же и от величины относительной шероховатости канала k/dэ (k — высота микронеровностей, 0,0001—0,0004 м). Различают каналы гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые.

Для гидравлически гладкого канала (k/dэ < 23/Re) наличие сопротивлений не влияет на трение, так как высота микронеровностей меньше толщины ламинарного подслоя. Коэффициент сопротивления трению в этом случае

При Rе < 100 000 и k/dэ = 0,001—0,000007 коэффициент сопротивления трению

Для гидравлически шероховатого канала с k/dэ > 23/Re коэффициент сопротивления трению

Сопротивление трению при скорости воздуха менее 10 м/с может не учитываться. При скорости воздуха в пределах 10—20 м/с потери на трение определяются для одного или двух наиболее длинных участков с коэффициентом сопротивления трению λ, равным 0,02 для стальных

нефутерованных воздуховодов; 0,03 для стальных футерованных каналов при l ≤ 0,9 м и 0,04 при длине l > 0,9 м.

3. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПОПЕРЕЧНО ОМЫВАЕМЫХ ТРУБ

При поперечном омывании трубных пучков сопротивления трения незначительны. Основные потери напора в этом случае вызваны местными сопротивлениями из-за чередующихся сужений и расширений потока. Течение газов сопровождается вихреобразованием, на что в значительной мере расходуется движущий напор. Выражение для определения со-

где ξ — коэффициент сопротивления поперечно омываемого пучка.

Для шахматного пучка ξ = ξо(Z2 + 1), для коридорного ξ = ξоZ2. Величина коэффициента сопротивлений одного ряда труб ξо зависит от числа Рейнольдса Re и геометрических размеров пучка. Для гладкотрубного

90

коридорного пучка ξо определяется по зависимостям:

— при S1< S2 и ϕ ≤ 1,0:

где ϕ = (σ1 − 1)/(σ2 − 1) — геометрический параметр.

Для гладкотрубного шахматного пучка ξо определяется так:

— если σ1 < 1,44 и ϕS >1,7, то ξо = [(0,44 + (1,44 − σ1))(ϕS + 1)2]Re–0,27;

Если трубный пучок омывается газами под углом, не равным 90°, то величину его сопротивления необходимо увеличить на 10 % по сравнению с расчетной.

4. МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Этот вид сопротивлений связан с изменением сечения канала, наличием поворотов, заслонок и препятствий на пути движения газа или воз-

где ξм — коэффициент местного сопротивления.

Местное сопротивление относят к определенному сечению канала. Величина ξм зависит от его вида. Она найдена опытным путем и приведена в справочниках.

Рассмотрим характерные виды местных сопротивлений.

4.1. Сопротивление топочного устройства. Его относят к местным

ирассчитывают по выражению (11.10), считая ξту = ξм = 2,5—3,5. Скорость воздуха в сечении фурмы ωту, м/с:

где dф — диаметр фурмы, м; n — количество форсунок.

Диаметры фурмы dф стандартизованы и равны 0,18; 0,2; 0,22; 0,24; 0,28 м.

4.2. Сопротивление при изменении сечения канала. Коэффициент ме-

стного сопротивления определяется по номограммам в зависимости от отношения площадей входного и выходного сечения (рис. 11.2).

91

Рис. 11.2. Номограмма для определения коэффициентов местного сопротивления изменению сечения потока

Для внезапного расширения в неограниченное пространство (выход из газохода в атмосферу) ξм = 1,1. Сопротивление внезапному изменению сечения можно уменьшить путем установки диффузора. При этом коэффициент местного сопротивления определяют по формуле:

ξд = ϕрξвых,

где ϕр — коэффициент расширения (полноты удара), зависящий от угла раскрытия диффузора, рис. 11.3.

4.3. Местные сопротивления поворотам. Местное сопротивление по-

вороту без изменения сечения определяется по зависимости (11.10), в которой коэффициент местного сопротивления

ξпов = ξм = kξоBC ,

где k — коэффициент, учитывающий шероховатость стенок канала, равный для газоходов и воздуховодов 1,3, для колен — 1,2; ξо — исходный коэффициент сопротивления повороту, зависящий от формы и относительной кривизны канала; В — коэффициент угла поворота; С — коэффициент, зависящий от отношения размеров поперечного сечения.

Произведение kξо для колен без закругления кромок принимают равным 1,4. Для других случаев его величину определяют по графику, представленному в работе [9, с. 106, рис. 7.4а]. Значения коэффициентов В и С определяются по номограммам (рис. 7.4в и 7.4г), приведенным в указанной выше работе.

Для круглого или квадратного сечения С = 1, для колен с острыми кромками при всех отношениях длин сторон а/b коэффициент С также принимается равным 1.

92

Рис. 11.3. Номограмма для определения коэффициента расширения

4.4. Сопротивления повороту в пучке труб. Сопротивление попереч-

но омываемых пучков труб определяют независимо от наличия поворотов, а затем суммируют его с сопротивлением поворота. Коэффициент местного сопротивления в этом случае зависит от угла поворота потока

α:

•для α = 45 — ξпов = 0,5;

•для α = 90° — ξпов = 1,0;

•для α = 180° — ξпов = 2,0.

Расчетную скорость определяют с учетом загромождения канала пучком труб. Если сечение канала при повороте на 45 или 90° меняется, скорость находится как полусумма входной и выходной. При повороте потока на 180° усредняют три скорости: начальную, среднюю и конечную.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРА

Напор, развиваемый котельным вентилятором на установившемся режиме работы котла Hв, Па, затрачивается на преодоление сопротивления ГВТ, то есть Нв = hгвт. Зная секундный расход воздуха через котел и сопротивление ГВТ, можно определить требуемую мощность привода вентилятора и подобрать его тип по каталогу.

Максимальный секундный расход воздуха, подаваемый вентилятором в топку котла Vв, м3/с:

где k — коэффициент запаса по производительности, равный 1,1.

Мощность приводного электродвигателя вентилятора Nв в этом случае составит, кВт:

где ηв — КПД вентилятора, 0,66—0,75; ηм — механический КПД вентилятора,

93