ГИДРОДИНАМИКА ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ ТРУБ ПРИ ПРИНУДИТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ РАБОЧЕГО ТЕЛА

Поверхность нагрева современных паровых котлов состоит из большого числа параллельно работающих труб, из которых многие вследствие неравномерности обогрева и неодинаковости гидравлического сопротивления имеют различные тепловые и гидродинамические характеристики. Распределение воды по таким трубам не может быть равномерным, вследствие чего энтальпия рабочего тела на выходе из отдельных витков может значительно отличаться от среднего значения. В экономайзерах и пароперегревательных поверхностях нагрева повышение энтальпии рабочего тела сопровождается повышением его температуры, а следовательно, и температуры стенки трубы. В испарительных поверхностях нагрева увеличение энтальпии влечет за собой повышение сухости пара, а иногда и его перегрев, в результате чего повышается температура их стенок.

Для надежной работы котла необходимо, чтобы температура стенок поверхностей нагрева не превышала определенной величины, допустимой для данного металла, не только в среднем для всей поверхности нагрева, но и для любой ее трубы. Очевидно, что это возможно только в случае, если повышение энтальпии в любой трубе не будет сильно отличаться от среднего повышения энтальпии для всей поверхности нагрева. Отношение наибольшего приращения энтальпии в каком-либо витке АЛ к среднему прирашению энтальпии по всей поверхности нагрева Aftcp называют тепловой разверкой:


Так как величины ЛЛВ и ЛЛср для разверенного витка и витка, отвечающего среднему режиму, могут быть выражены через их удельные тепловые нагрузки qB и qcР, величины поверхностей нагрева FB и Fср и расходы рабочего тела DB и Dcp, то уравнение (7.2) может быть представлено в следующем виде:


т. е. тепловая разверка вызывается как тепловой, так и гидравлической неравномерностью. Тепловая неравномерность паралельно включенных труб обусловлена в основном неодинаковыми условиями их обогрева, зависящими от эксплуатационных факторов (зашлаковывание отдельных групп витков, смещение ядра факела и возникновение температурных перекосов в топке и газоходах и др.), и от конструктивных особенностей и компоновки отдельных элементов котельного агрегата (топочной камеры, горелочных устройств и др.). Гидравлическая неравномерность обусловлена главным образом неодинаковыми гидравлическими сопротивлениями вследствие различной степени шероховатости стенок труб, неодинаковой их длины и конфигурации, а также изменением их тепловой нагрузки по эксплуатационным причинам.

В испарительных поверхностях нагрева тепловая разверка может явиться результатом гидродинамической нестабильности в работе параллельных труб. Анализ изменения гидравлического сопротивления парообразующей трубы при постоянном ее обогреве и увеличение подачи в нее недогретой до кипения воды показывают, что гидродинамическая характеристика трубы может быть выражена уравнением



В общем случае решение уравнения (7.3) может дать три действительных корня. Такая гидродинамическая характеристика (рис. 7.7) называется неустойчивой, так как одному и тому же гидравлическому давлению (см. рис. 7.7, точки 1,2,3) соответствуют три различных значения расхода разной степени сухости пара X. Для надежной работы котла необходимо сделать характеристику трубных пучков устойчивой, т. е. такой, у которой каждому значению гидравлического сопротивления соответствует только одно значение расхода. Для устойчивой работы трубных пучков используют дополнительное сопротивление в виде дроссельных шайб, устанавливаемых на входе в трубы. Гидравлическое сопротивление шайбы суммируется с сопротивлением витка, и гидродинамическая характеристика его становится устойчивой. Чем больше сопротивление устанавливаемой дроссельной шайбы, тем гидродинамическая характеристика его становится круче.

Требуемая степень дросселирования в основном определяется исходной гидродинамической характеристикой витка. Влияние установки шайб на изменение гидродинамической характеристики показано на рис. 7.8. Дроссельные шайбы помимо выравнивания гидродинамической характеристики устраняют также пульсации потока, возникающие при некоторых гидродинамических и тепловых характеристиках испарительных труб и вызывающие образование кольцевых трещин в трубах. Для устранения пульсации потока применяют большее дросселирование по сравнению с тем, которое требуется для стабилизации гидродинамической характеристики витка.

Теплогенерирующие установки: Учеб. для вузов. Г. Н. Делягин, В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков. М.: Стройиздат, 1986.

на главную