3.4.4. Влияние нивелирного напора на гидравлическую разверку

Степень влияния на распределение расхода по параллельным трубам может быть найдена из уравнения для расчета коэффициента гидравлической разверки (3.7). При дальнейшем анализе будем пренебрегать влиянием коллекторного эффекта и рассмотрим случай, когда приведенные коэффициенты гидравлического сопротивления одинаковы для всех труб. С учетом сказанного уравнение (3.7) примет вид:

(3.19) Второе слагаемое подкоренного выражения определяет влияние изменения нивелирных напоров на расход рабочей среды по параллельно включенным трубам. Нивелирный напор проявляется лишь при неодинаковых плотностях среды в отдельных трубах и тем сильнее, чем больше разность плотности. Действие нивелирного напора на распределение среды по трубам качественно по-разному проявляется в зависимости от направления движения потока. При подъемном движении угол между вектором скорости и горизонталью равен 90º и , а при опускном движении и . Соответственно для опускного движения зависимость для определения коэффициента гидравлической разверки примет вид:

(3.20)

В сильно обогреваемой трубе плотность среды меньше среднего значения и приращение нивелирного напора имеет положительный знак. При подъемном движении это приводит к увеличению расхода среды в сильно обогреваемой трубе, а при опускном движении в сильно обогреваемой трубе расход среды уменьшается. Эти выводы подтверждаются также результатами анализа гидравлических характеристик труб при подъемном и опускном движении (см. разделы 2.2.1 и 2.2.2).

Таким образом, действие нивелирного напора при подъемном движении среды приводит к уменьшению гидравлической разверки, а при опускном – к ее усилению.

В парообразующих поверхностях нагрева с подъемным движением в большинстве случаев нивелирный напор оказывает положительное влияние, так как при этом происходит распределение расхода в соответствии с тепловой нагрузкой отдельных труб. Однако при небольших средних расходах может произойти значительное снижение или полное прекращение расхода в трубах с пониженным обогревом. Последнее произойдет тогда, когда приращение нивелирного напора будет равно гидравлическому сопротивлению элемента. Это условие может быть получено из уравнения (3.19), в котором должно быть положено . Тогда после преобразования имеем:

Если гидравлическое сопротивление будет меньше приращения нивелирного напора, то в слабо обогреваемой трубе может образоваться свободный уровень. Этот режим опасен в том случае, если часть трубы, находящаяся выше свободного уровня, интенсивно обогревается. Тогда труба может перегореть. Свободный уровень может образоваться в испарительных поверхностях нагрева, особенно при большой неравномерности в обогреве и малом гидравлическом сопротивлении.

Следует обратить внимание, что степень изменения расхода среды по трубам зависит не только от относительной величины приращения нивелирных напоров , но и отношения ее к гидравлическому сопротивлению средних труб элемента . С увеличением гидравлического сопротивления элемента влияние нивелирного напора на гидравлическую разверку уменьшается и в случаях, когда < 0,05 может не учитываться. Это условие, как правило, всегда выполняется в конвективных пароперегревателях и многоходовых экранах топки.