Файл: Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник.pdf

Сопротивление трения при поперечном потоке

в результате изменения сечения каналов и скорости движения воздуха и газов, определяют по формуле

где £м — коэффициент местного сопротивления, определяемый экспе­ риментальным путем для различных конфигураций воздушного и газового трактов по графикам ЦКТИ.

Аэродинамический расчет парогенератора производят после теп­ лового, данные которого необходимы для расчета сопротивлений. Из теплового расчета известны средние скорости газов и воздуха и тем­ пературы газов в различных участках газоходов, которые входят в формулы (184) — (189) для определения соответствующих сопротив­ лений. Предварительно составляют схему воздухопровода, трубной системы и газоходов парогенератора.

Расчет сопротивлений трения можно выполнить по номограммам, составленным на основе расчетных формул и приведенным в разра­ ботанных ЦКТИ «Нормах аэродинамического расчета котельных аг­ регатов».

Производительность вентилятора определяют по формуле

(190)

где К 1 — коэффициент запаса, принимаемый в пределах

К г= 1,2-ь 1,25.

При искусственной тяге только с применением искусственного дутья вентилятор должен создать напор, достаточный для преодоле­ ния сопротивлений всего газовоздушного тракта парогенератора:

Н в К г (fi-BC~Ь ^вп + А]. + + ^тр) > (191)

где Кг — коэффициент запаса по напору, принимаемый в пределах

Кг = Kl - 1,2;

/гтр — сопротивление дымовой трубы, Н/м2.

1 ЦКТИ, Аэродинамический расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. «Энергия», 1964.

151

При наличии вентилятора и дымососа сопротивление воздушного

где Ар т — разрежение в топке, создаваемое дымососом; при нормаль­ ной нагрузке Лр т = 50—70 Н/м2.

При значительном избыточном давлении в топке Лр т = Аг — йс;>0 предусматривается установка дымососа, который должен развивать напор, достаточный для преодоления сопротивлений газового тракта с учетом самотяги парогенератора, т. е.

где К з — коэффициент запаса по мощности, принимаемый в пределах

Кз = 1,1 - U 5 ;

Q — производительность вентилятора или дымососа, м3/с; Н — общий напор вентилятора или дымососа, Н/м2;

г; — коэффициент полезного действия вентилятора или дымососа.

Обычно принимают г)в = 0,7 — 0,75; т)д = 0,5 — 0,55.

§45. Основные понятия о циркуляции воды

впарогенераторе

Естественная циркуляция. Тепловая мощность, получаемая 1 м2 поверхности труб, очень велика, у экранов она достигает 350 000 Вт и более; 1 м2 поверхности нагрева современного парогенератора дает до 0,03 кг/с и более пара. Очевидно, что такое поглощение стенкой испарительных труб тепла и выделение в трубе пара не были бы воз­ можны, если бы вода в трубе не перемещалась, подводя к нагреваемым местам новую воду взамен испаряемой. Это непрерывное и направлен­ ное движение воды и пароводяной смеси в работающем парогенераторе называется циркуляцией.

На рис. 80 показана схема парогенератора с двумя самостоятель­ ными контурами циркуляции. Трубы 2, расположенные ближе к топке, омываются более горячими газами и получают значительно больше тепла, чем трубы 6, расположенные дальше от топки. Трубы 3 вовсе не обогреваются. Поэтому в передних рядах труб большее количество воды превращается в пар, а в последующих рядах паросодержание уменьшается. Получающаяся смесь воды и пара в обогреваемых тру­ бах 2 имеет меньшую плотность, чем вода в слабообогреваемых 6 и необогреваемых 3 трубах. Вследствие этого вода в трубах 6 и 3 опу­ скается, стремясь вытеснить вверх более легкий столб пароводяной

152

смеси в трубах 2. Движение воды и пароводяной смеси в трубах паро­ генераторов, вызванное разностью их плотностей, называется естест­ венной циркуляцией.

Если из верхнего пароводяного коллектора отводить выделяю­ щийся в нем пар, а взамен убыли воды подавать в коллектор питатель­ ную воду по трубе 5, то последняя, смешиваясь с парогенераторной водой, будет по трубам 6 опускаться в нижний коллектор 7 и посту­ пать из него в трубы 2. Здесь эта вода будет частично испаряться и, увлекаемая паром, а также благодаря давлению на нее более тяжелого столба воды в трубах 6, будет продолжать подъем, и так далее. Следо­ вательно, образуется замкнутый контур, состоящий из периферийных труб 6, нижнего коллектора 7, притопочных труб 2 и пароводяного

Рем — плотность пароводяной смеси в подъемных трубах, кг/м3. При установившемся движении воды и беспрерывном парообразо­ вании движущий напор циркуляции уравновешивается суммой сопро­ тивлений. Движение 'воды и пароводяной смеси становится возмож­ ным только в том случае, если величина Ар равна сумме всех сопро­ тивлений в циркуляционном контуре парогенератора или больше ее:

Ар > S Арсопр Н/м2.

Полная сумма сопротивлений равна сумме сопротивлений в опуск­ ных Дроп и подъемных Арпод трубах:

153

Разность Ар — Дрпод, представляющая избыток движущего на­ пора в подъемных трубах, называется полезным напором циркуляции воды парогенератора и обозначается через АрИзб (избыточный напор):

Кратность циркуляции. Поступающая в опускные трубы вода пол­ ностью за один раз не испаряется, а до полного испарения совершает многократное движение по циркуляционному контуру. Отсюда сле­ дует, что количество воды, проходящее в единицу времени через по­ перечное сечение труб циркуляционного контура, больше количества производимого в нем пара в эту единицу времени.

Отношение количества воды DB, проходящей через контур, к па­ ропроизводительности Dn этого же контура, взятых за равные проме­ жутки времени, называется кратностью циркуляции:

Кратность циркуляции является одной из характеристик надеж­ ности работы и обычно для парогенераторов с естественной циркуля­ цией составляет 30—60.

Методика расчета циркуляции разработана ЦКТИ и изложена в «Нормах расчета циркуляции воды в парогенераторах». Скорость циркуляции в трубах, по данным ЦКТИ, принимается равной: в кон­ вективном пучке 0,5 — 1,5 м/с — 1- и 2-й ряды; 0,4 — 0,9 м/с — 3-

и 4-й ряды; 0,3 — 0,8 м/с — 5- и т. д. ряды, в экранных трубах —

0,8 — 1,5 м/с.

Принудительная циркуляция. Циркуляция воды и пароводяной смеси под действием насоса называется принудительной. В парогене­ раторах с принудительной циркуляцией естественный движущий на­ пор незначителен и сопротивление трения преодолевается благодаря внешнему напору, создаваемому насосом.

В змеевиках парогенератора с принудительной циркуляцией в ре­ зультате неравномерного обогрева образуются различные количества пара и, следовательно, расходуются различные количества воды. Из­ менение гидродинамического сопротивления змеевика в зависимости от расхода воды, пароводяной смеси или пара характеризуется так называемой гидродинамической характеристикой змеевика. Устойчи­ вость гидродинамической характеристики достигается установкой на входе в змеевики дроссельных шайб. Расчет устойчивости принуди­ тельного циркуляционного контура сводится, таким образом, к рас­ чету диаметра шайб. По расчетному сопротивлению циркуляционного контура определяют необходимую мощность питательного или цирку­ ляционного насоса.

154

Глава XIII

РАСЧЕТ ПАРОГЕНЕРАТОРОВ НА ПРОЧНОСТЬ

§ 46. Материалы для парогенераторостроения

При выборе материала для изготовления судовых парогенераторов учитывают следующие основные требования: надежность и долговеч­ ность работы, обеспечение необходимых массовых и габаритных по­ казателей и минимальную стоимость постройки.

Современный парогенератор работает в условиях высоких парамет­ ров пара, и поэтому решающее значение в выборе качества материала и его свойств имеют параметры пара, на которые рассчитывается па­ рогенератор.

В настоящее время отечественная промышленность выпускает стали, пригодные для изготовления всех ответственных элементов судового парогенератора и обеспечения его надежной эксплуатации в течение заданного срока службы. Все материалы для изготовления парогенераторов должны удовлетворять Правилам Регистра СССР, предъявляющим определенные требования к ним и устанавливающим виды их технологических испытаний.

Материал должен обладать большой прочностью, достаточным от­ носительным удлинением, высокой ударной вязкостью, достаточной стойкостью против термического и химического воздействия, а также должен допускать возможность применения всех видов станочной об­ работки и хорошо свариваться. При выборе материала необходимо учитывать рабочую температуру стенки рассчитываемого элемента парогенератора, так как с изменением температуры изменяются ме­ ханические характеристики материала. При температуре выше 425° С появляется ползучесть. Обыкновенные углеродистые стали обладают невысоким пределом ползучести и возникает необходимость в приме­ нении жаропрочных легированных сталей, а при температуре 450° С и выше происходит значительное окалинообразование сталей. Поэ­ тому в расчетах на прочность элементов современных парогенераторов основанием для выбора допускаемых напряжений служат, кроме пре­ дела прочности, предел текучести и ползучести.

Впарогенераторостроении наряду с качественными углеродистыми сталями применяют низко- и высоколегированные стали.

Всудовом парогенераторостроении чаще всего используют молиб­ деновые, хромомолибденовые и марганцовистые стали.

Для изготовления коллекторов парогенератора применяют средне­ марганцовистую сталь, которая отличается довольно низкой стои­ мостью и значительно более высокими химическими характеристи­ ками по сравнению с углеродистыми сталями.

Шпильки, болты, гайки и детали крепления пароперегревателей изготовляют в основном из жаропрочных сталей марок 35ХМ, 25Х2МФА (ЭИ-10) и других— для рабочих температур до 500 — 510° С и Х20Н14С2 (ЭИ-211) — для более высоких температур.

155