ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.11.2023
Просмотров: 141
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Устанавливается режим кипения с q-const и коэффициентом теплоотдачи а2-const.
При росте величины теплового потока до критической величины qкрит наступает пленочное кипение с резким снижением а2 за счет появления парового слоя - пленки у поверхности нагрева.
Этот режим называется кризисом кипения, а поверхностная плотность теплового потока qкр, вт/м2-критической плотностью теплового потока.
При работе на эксплуатационных режима судового парового котла qэкспл всегда меньше qкр
В огнетрубных и огнетрубно-водотрубных котлах естественная циркуляция осуществляется за счет свободной конвекции, обусловленной разностью плотностей воды вдали от поверхностей нагрева (более холодной) и пароводяной смеси у поверхности нагрева ( более нагретой).
Кипение при вынужденном течении в трубах характерно для водотрубных котлов.
При эксплуатации водотрубных паровых котлов qкр (в водотрубных котлах носит название кризис кипения 1 рода) всегда больше максимальной qэкспл на любом режиме в 1.5-2 раза. При увеличении плотности теплового потока в водотрубных котлах процесс кипения меняется от:
-пузырьковый
-снарядный
-эмульсионный
-дисперсно-кольцевой
-дисперсный
При переходе от режима к режиму наблюдается увеличение массового паросодержания (отношение массового содержания пара к массе пароводяной смеси).
При последнем режиме наблюдается на стенке трубы высыхание пленки и резкое снижение коэффициента теплоотдачи от стенки к среде-а2. Это явление называется кризисом кипения 2 рода и оно не допустимо в эксплуатации.
Это явление возможно только при нарушении циркуляции воды в котле. При нормальной циркуляции паросодержание на выходе из парообразующих труб х=0.05-0.1
ПРОЦЕСС ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ
В вертикальные или наклонные обогреваемые трубы из водяного коллектора поступает вода, недогретая до кипения. На участке трубы, называемым экономайзерным, вода подогревается до кипения и появляется поверхностное кипение, сменяемое пузырьковым, по мере восходящего движения воды. Пузырьки пара с меньшей плотностью, чем вода на линии насыщения, всплывают вверх, увлекая за собой воду. На место всплывшего пузырька поступает новая порция воды, догревается до кипения, образует пузырек пара, двигающийся вверх. Цикл образования пузырьков, движения вверх пузырьков пара и воды идет непрерывно. Пузырьки пара в пароводяном коллекторе выходят в пароводяное пространство, а вода, смешиваясь с поступающей питательной водой по необогреваемым опускным трубам, опускается в водяной коллектор.
Для обеспечения стабильной циркуляции при постоянном подводе теплоты требуется непрерывно удалять пар из пароводяного коллектора, иначе паросодержание увеличится до критической величины, когда охлаждение парообразующих труб будет нарушено.
Контур циркуляции состоит из:
-пароводяной коллектор
-опускные трубы
-водяной коллектор
-парообразующие трубы
В пароводяном коллекторе происходит:
- разделение пара и воды,
-смешение питательной воды с котловой
-организация поступления в опуcкные трубы
В опускных трубах:
-организованный подвод воды, недогретой до кипения к водяному коллектору
В водяном коллекторе:
-промежуточное смешивание воды из опускных труб
-выравнивание давления на входе в подъемные трубы
Парообразующие трубы:
-парообразование и появление “движущей силы”
Рдв=(1) СКУ Денисенко Н.И. стр.90 (98)
Рдв=hпар x (ро’-ро см) x g
h пар-высота парообразующего участка
ро’ -плотность насыщенного пара, кг/м3
ро см -плотность пароводяной смеси, кг/м3
Движущая сила расходуется на преодоление сопротивления опускных дельта Роп и подъемных труб дельта Р под
Рдв= (1)СКУ Денисенко Н.И. стр.90 (99)
Рдв=дельтаРоп+дельта Рпод
Т.к, подъемные силы в каждой обогреваемой трубе разные из-за различной степени обогрева, то для расчетов циркуляции принимаем усредненную характеристику по всем трубам:
Кратность циркуляции-отношение количества воды, прошедшей через циркуляционный контур, кг/с к количеству пара, полученном в контуре, кг/с
K= (1)CКУ Денисенко Н.И. стр.90 (101)
K=Gц/G”, где
Gц-количество воды, проходящей через циркуляционный контур
G”-количество пара, генерирующемся в контуре
Физический смысл кратности циркуляции - сколько раз вода пройдет через контуру циркуляции, чтобы превратиться в пар.
Среднее ее значение для водотрубных котлов для номинальной нагрузки: 60-80
Недогрев воды до кипения – разность между температурой кипения воды, соответствующей давлению пара в котле и температурой воды в опускных трубах в условиях отсутствия закипания воды в трубах.
Застой- уменьшение паросодержания х до минимальных значений, при которых скорость движения пароводяной смеси падает до нуля. Это происходит при падении плотности теплового потока, возможно из-за загрязнения труб или снижения нагрузки.
Скорость движения паровых пузырьков больше 0, а скорость движения воды равна нулю, т.е. поток воды останавливается. Вероятность слития паровых пузырьков и образования паровых пробок велика. В этом случае теплообмен между стенкой трубы и нагреваемой средой нарушается и возможен местный перегрев трубы при температуре более 600грС.
Опрокидывание - та же ситуация, но в отличие от застоя в парообразующих трубах идет движение воды вниз при минимальном парообразовании.
Кавитация в опускных трубах – присутствие пузырьков пара. Отсутствие газообразования и кипения воды в опускных трубах-условие надежного подвода воды к подъемным трубам.
Газообразование вследствие кавитации появляется на входе в опускные трубы, если давление воды на входе в опускные трубы станет меньше давления в паровом пространстве пароводяного коллектора из-за сопротивления движению потока в опускных трубах, пропорциональному скорости потока.
Это компенсируется высотой уровня воды над верхней кромкой входного сечения опускных труб в пароводяном коллекторе.
Гидравлическое сопротивление водяного тракта определяется по формулам для местного сопротивления движению потока (для экономайзеров, трубопроводов, клапанов) или берутся из справочников.
Гидравлические сопротивления парового тракта определяется так же, как и водяного (пароперегреватель, главный стопорный клапан) не должно превышать 5-10 % от Рк.
Основное требование к естественной циркуляции - надежное охлаждение парообразующих поверхностей при всех нагрузках.
ЛЕКЦИЯ №11
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПОСТРОЙКИ И РЕМОНТА КОТЛОВ
Нагрузки на элементы судовых котлов определяются:
-температурные нагрузки
-механические нагрузки
-агрессивность рабочих сред, зависящих от условий нагрузки
Требования к материалам судовых паровых котлов:
-высокие прочностные свойства и устойчивость против изменения структуры в диапазоне рабочих температур
-равномерность структуры, отсутствие внутренних дефектов
-высокая пластичность, жаропрочность, жаростойкость, выносливость
Характеристики прочности:
Предел текучести сигма Т, МПа-напряжение, при котором материал
деформируется без увеличения механической нагрузки
Условный предел текучести, сигма 0.2 т Мпа-напряжение, вызывающее в образце остаточную деформацию в 0.2%
Предел прочности- сигма В МПа- напряжение при максимальной нагрузке, предшествующее разрыву
Характеристики пластичности
-относительное удлинение, %
-относительное сужение, %
-ударная вязкость, КС, Мпа
Чаще используют отношение сигма Т/ сигма В , которое:
0.5-0.6 –пластичная сталь
0.6-0.75-удовлетворительная пластичность
Более 0.75- хрупкая сталь
Высокая пластичность обусловлена эксплуатационными условиями работы, когда при нагреве разные элементы имеют разные значения линейных расширения, а также условиями изготовления элементов: гибка, развальцовка.
Выбор материалов по прочности и пластичности гарантирует надежность до температур менее 400-450грС. При более высоких температурах проявляется свойство материала-ползучесть-непрерывная пластическая деформация металла в напряженном состоянии при напряжении ниже предела текучести.
Жаропрочность - способность стали сопротивляться разрушению в условиях ползучести.
Характеристики жаропрочности:
-Условный предел ползучести- сигма п МПа-напряжение, вызывающее остаточную деформацию в 1% за 100 000 ч работы при данных Т и Р.
-Предел длительной прочности сигма дп t ,Мпа-напряжение разрушения металла при данной температуре за определенный промежуток времени (10 000ч).
Повышение жаропрочности достигают легированием-хром, молибден, ванадий
Жаростойкость (окалиностойкость) - метод борьбы-легирование
Выносливость- или циклическая прочность-способность противостоять разрушению металла от переменных напряжений, вызванных колебаниями температур и давлений.
Характеристика выносливости-предел усталости сигма 1 - напряжение при котором металл выдерживает определенное число циклов до разрушения. Правилами Регистра одобрены и применяются в котлостроении углеродистые стали:
Cт 10,12К,15К,16К,18К,20,20К.
Для снижения металлоемкости пароводяные паровые коллекторы изготавливают из легированных сталей:
22ГК, 16ГКС, 09Г2С.Для деталей при температурах более 400грС применяют стали: 15ХМ, 12Х1МФ ( Г-марганец, С-кремний, Х-хром, М-молибден, Ф-ванадий).
Для прочностных расчетов применяют характеристики:
-прочности-
-жаропрочности-
Для защиты стенок топки применяют кирпичную кладку от воздействия теплоты факела, температура которого достигает 1800-1900грС.
Характеристики кирпичной кладки:
-огнеупорность-температура, при которой кирпич сохраняет свои свойства. Для судовых котлов-1700-1800грС
Термостойкость-число теплосмен, которые выдерживает кирпич без разрушений при специальных испытаниях. Кирпичная кладка обмуровывается огнеупорными материалами: глиной, шамотом.
Для изоляции обшивки котлов, коллекторов, трубопроводов с температурой поверхности более 60грС используют ньювель, совелит.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ КОТЛОВ
Цель расчетов - обеспечение условий надежной работы паровых котлов на всех эксплуатационных режимах потребителей пара.
Надежность парового котла обеспечивается прочностью всех элементов котла, находящихся под внутренним и наружным давлением воды и пара в условиях высоких температур.
Прочность обеспечивается выбором соответствующих материалов с высокими прочностными и жаростойкими характеристиками. Рассматривая способность материалов противостоять механическим, тепловым нагрузкам, считаем основным условием надежной работы элемента котла соблюдение:
Сигма раб < сигма доп
Где сигма раб -рабочее напряжение, Мпа
Сигма доп -допускаемое напряжение, Мпа,
Величина сигма доп определяется:
(1)СКУ Денисенко Н.И. с тр.99 (102)
Сигма доп={сигма t т/ nт; сигма В/nв; cигма t дп/