- •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
4.6. Показатели надежности циркуляции
Значения величин К и сами по себе еще не определяют надежность циркуляции. Циркуляция будет надежной, если будут отсутствовать опасные явления, которые затрудняют движение воды в опускных и подъемных трубах и препятствуют охлаждению стенок труб изнутри движущейся средой. К таким явлениям относятся застой и опрокидывание циркуляции, приводящие к нарушению движения воды и пароводяной смеси в подъемных трубах, расслоение потока пароводяной смеси в наклонных парообразующих трубах, которое влечет за собой повышение температуры стенки трубы в местах скопления пара, предельно допустимое значение кратности циркуляции, кавитация на входе в опускные трубы, вскипание воды в опускных трубах.
Застой и опрокидывание циркуляции возникают из-за неравномерного обогрева подъемных труб, находящихся в одном и том же ряду. Неравномерность обогрева может быть вызвана различными причинами: односторонним отоплением, неодинаковым загрязнением труб и др. Циркуляционная характеристика трубы со слабым обогревом отличается от циркуляционной характеристики всего ряда (рис. 4.6). Положение рабочей точки М' обеспечивает достаточный для охлаждения стенки расход воды в подъемном ряду и в слабо обогреваемой трубе. Однако если по какой-либо причине гидравлическое сопротивление в опускных трубах возрастет (например, вода вскипит), гидравлическая характеристика опускных труб займет положение и рабочая точка сместится в положение, топри новом полезном напоре расход воды в слабо обогреваемой трубе 2 будет равен нулю . В трубе наступит застой циркуляции. В неподвижной воде ухудшается охлаждение стенок трубы и удаление образующегося на стенках пара. Это может вызвать перегрев стенки и разрушение целостности трубы.
Рис. |
В слабо обогреваемых трубах при некоторых условиях может возникнуть опускное движение потока или смена опускного движения подъемным и наоборот. Такое неустойчивое движение недопустимо, так как оно не обеспечивает охлаждения металла труб. Это явление называют опрокидыванием циркуляции.
Из рис. 4.6 следует, что для нормальной работы подъемных труб необходимо снижать сопротивление опускных труб, чтобы рабочая точка находилась в положении, близком к М' (то есть справа и по возможности в нижней части графика). Для этого опускные трубы всегда делают из труб большого диаметра: 57 или 114 мм.
Расслоение потока пароводяной смеси происходит в горизонтальных и наклонных к горизонту подъемных трубах. При этом пар собирается и движется в верхней части трубы, вода – в нижней (лотковое течение). Процесс охлаждения стенки трубы в районе верхней образующей нарушается и становится реальной угроза перегрева металла трубки. Возможно пульсирующее движение потока в таких трубах, когда их стенки попеременно омываются то водой, то паром. Это вызывает опасные циклические знакопеременные напряжения в металле, приводящие к разрушению стенки. Поэтому в котлах с естественной циркуляцией надо проверять угол наклона подъемных труб к горизонту: он должен быть не менее 25–30°.
Предельно допустимое значение кратности циркуляции в подъемном ряде К 4. При этом структура потока смеси в подъемных трубах такова: пар движется в ядре потока, а вода по стенкам трубы. При К < 4 количество пара в трубах увеличивается и его становится так много, что водяная пленка, текущая по внутренним стенкам труб, утоняется, ее непрерывность нарушается, и в пленке начинается интенсивное накапливание солей, приводящее к накипеобразованию, что недопустимо.
На предельно допустимое значение кратности циркуляции следует проверять наиболее нагруженные в тепловом отношении трубы (ряды).
Кавитация (воронкообразование) на входе в опускные трубы возникает при снижении уровня воды в пароводяном барабане и снижении подпора на входе в опускные трубы из-за возникновения вихревой воронки. Для того чтобы кавитация не возникла, уровень воды над входным сечением опускных труб должен быть не менее 100 мм (см. рис. 4.4).
Вскипание воды в опускных трубах может привести к росту их гидравлического сопротивления и уменьшению поступления воды в нижний коллектор. При этом подъемные трубы, более нагруженные в тепловом отношении, «забирают» воду из нижнего коллектора, а приток воды к слабо обогреваемым трубам приостанавливается, и в них наступает застой. При очень бурном вскипании воды в опускных трубах и во всем котле образуется большое количество пара, вследствие чего быстро поднимается уровень воды в пароводяном коллекторе (набухание уровня). Вместе с паром, выходящим из коллектора, захватывается большое количество воды, которая может попасть в пароперегреватель и даже в паровую турбину.
Вскипание воды возникает при резком увеличении отбора пара из котла и падении давления в нем. Чтобы избежать нарушения циркуляции в судовых котлах, отраничивают скорость снижения давления при отборе пара из котла: она не должна превышать (3 ÷ 6) 10–3 МПа/с. Недопустимо и резкое повышение давления в котле, при котором прекращаются кипение и циркуляция. Скорость повышения давления на 20–30% может превышать допустимую скорость снижения давления.
В судовых котлах отношение сечения опускных труб к сечению подъемных труб рекомендуется сохранять в пределах 0,3–0,5.