- •Кафедра эксплуатации судовых энергетических установок
- •Судовые паровые котлы
- •Введение
- •Предисловие
- •Глава 1. Назначение, принцип действия и устройство судовых паровых котлов
- •1.1. Назначение, принцип действия и место парового котла в составе судовой энергетической установки
- •1.2. Классификация и основные характеристики паровых котлов
- •1.3. Общее устройство котлов
- •Глава 2. Топливо и продукты сгорания
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Состав и рабочая масса топлива
- •2.3. Теплота сгорания топлива
- •2.4. Характеристики жидкого топлива
- •2.5. Прием, хранение и сжигание топлива
- •2.6. Общие сведения о горении топлива
- •2.7. Теоретически необходимое количество воздуха для горения топлива
- •2.8. Расчет объемов продуктов сгорания топлива
- •2.9. Энтальпия продуктов сгорания
- •2.10. Организация топочного процесса
- •2.11. Принцип действия и конструкции форсунок и воздухонаправляющих устройств
- •2.12. Дистанционное управление топочным устройством
- •Глава 3. Эффективность использования теплоты топлива и основы теплового расчета парового котла
- •3.1. Тепловой баланс парового котла
- •3.2. Полезно используемая теплота и к. П. Д. Парового котла
- •3.3. Тепловые потери
- •3.4. Теплообмен в паровом котле
- •3.5. Пример теплового расчета вспомогательного парового котла
- •Последовательность выполнения теплового расчета вспомогательного котла
- •Средние изобарные объемные теплоемкости воздуха и газов
- •К определению энтальпии продуктов сгорания
- •Глава 4. Основы аэро- и гидродинамики паровых котлов
- •4.1. Аэродинамика потока в газовоздушном тракте
- •4.2. Определение аэродинамических сопротивлений при движении воздуха и газов
- •4.3. Определение мощности котельного вентилятора
- •4.4. Естественная циркуляция
- •4.5. Основы и методика расчета циркуляции
- •4.6. Показатели надежности циркуляции
- •Глава 5. Водный режим паровых котлов
- •5.1. Водоподготовка
- •Показатели качества воды для судовых паровых котлов
- •5.2. Методы предотвращения накипеобразования и коррозии
- •Глава 6. Материалы и основы расчета прочности паровых котлов
- •6.1. Выбор материала котлов
- •6.2. Расчет прочности основных элементов парового котла
- •Глава 7. Конструкция основных элементов паровых котлов
- •7.1. Корпус парового котла
- •7.2. Пароперегреватели, экономайзеры, пароохладители, воздухоподогреватели, сажеобдувочные устройства
- •7.3. Каркас, обшивка, опоры парового котла
- •7.4. Арматура и контрольно-измерительные приборы
- •Глава 8. Теплотехнические испытания и обслуживание паровых котлов
- •8.1. Цель и виды теплотехнических испытаний
- •8.2. Обслуживание паровых котлов
- •8.3. Основные неисправности и средства защиты паровых котлов
- •8.4. Техника безопасности при обслуживании паровых котлов
- •Библиографический список
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •Судовые паровые котлы
Глава 4. Основы аэро- и гидродинамики паровых котлов
4.1. Аэродинамика потока в газовоздушном тракте
Воздух по каналам-воздуховодам подается к кожуху котла котельным вентилятором. Из кожуха котла через воздухо-направляющие устройства воздух поступает в топку для поддержания горения топлива. Под действием напора, создаваемого вентилятором, газы из топки направляются в газоходы, в которых расположены конвективные поверхности нагрева в виде пучков труб (трубных пакетов). Двигаясь по газоходам, газы омывают пучки труб снаружи, и затем входят в трубы газового воздухоподогревателя. Из воздухоподогревателя газы направляются в дымоход и через дымовую трубу выбрасываются в атмосферу. Такой принцип работы получил название искусственного дутья. Имеются и другие принципы, например, естественной тяги, искусственной тяги и др. Принцип искусственного дутья мало экономичен, но он позволяет в судовых паровых котлах обеспечивать требуемые скорости движения воздуха и газов, что важно для обеспечения эффективной работы агрегатов.
Система каналов для подачи воздуха и движения газов называется газовоздушным трактом (ГВТ) (Рис. 4.1). Воздух и газы, двигаясь в газовоздушном тракте, испытывают сопротивления, которые называются газовыми или аэродинамическими. Движение воздуха и газов с заданной скоростью в газовоздушном тракте обеспечивается при условии, если напор, создаваемый котельным вентилятором , равен суммарному аэродинамическому сопротивлению газовоздушного тракта котла , то есть
. |
(4.1) |
Следовательно, чтобы определить требуемый напор котельного вентилятора, необходимо рассчитать суммарное аэродинамическое сопротивление .
Воздух и газы являются вязкими средами. При движении вязких сред возникают сопротивления трения и местные сопротивления. Сопротивление трения связано с тем, что частицы движущейся вязкой среды прилипают к стенкам, способствуя образованию около них подтормаживающего пристенного слоя, называемого пограничным слоем. В пограничном слое скорость движения уменьшается от максимальной па оси потока до нуля около стенки. Однако основную долю в величине занимают не сопротивления тре-
ния, а местные сопротивления, связанные с необходимостью преодолевать движущейся вязкой средой какое-либо местное сопротивление: вход в узкий канал, выход из канала в большой объем, поворот и др. При этом в потоке возникают вихри, отрывные течения и т. п., на образование которых тратится энергия потока.
Рис. 4.1. Схема газовоздушного тракта судового парового котла с вентиляторным дутьем: – Газовый тракт: 1 – трубы газового воздухоподогревателя; 2 – экономайзер; 3 – основной и промежуточный пароперегреватель; 4 – конвективная шахта; 5 – фестон; 6 – топка – Воздушный тракт: 7 – воздухонаправляющее устройство; 8 – напорный патрубок горячего воздуха; 9 – межтрубное пространство воздухоподогревателя; 10 – напорный патрубок хоодного воздуха; 11 – вентилятор |
Суммарное аэродинамическое сопротивление движению воздуха и газов в ГВТ в общем случае можно рассчитать по формуле, Па,
, |
(4.2) |
где |
– |
суммарное сопротивление трения при движении среды в каналах; | |
|
– |
сумма местных сопротивлений (входа, выхода и т. п.); | |
|
– |
суммарное сопротивление поперечно омываемых трубных пучков; | |
|
– |
естественная тяга (самотяга). |
Рассмотрим методы определения величин, входящих в правую часть формулы (4.2).