Вопрос № 213 Гидравлическая разверка в системе труб. Тепловая и гидравлическая неравномерность, конструктивная и гидравлическая нетождественность.

Гидравлическая разверка –неравномерность распределения расходов рабочей среды м/у отдельными трубами панелей.

Гидравлика системы панелей надежна тогда, когда расход воды (рабочей среды) в каждой параллельно включенной трубе ра­вен среднему расходу :

.

Трубные панели смонтированы и "на­строены" таким образом, что при полной на­грузке котла это условие практически выполняется. Отклоне­ния в отдельных трубах от незначительны, и гидрав­лическая неравномерность, так называемая гидравлическая разверка, вызванная неодинаковостью гидравлических сопро­тивлений отдельных труб, не проявляет себя заметно. Однако при понижении нагрузки котла и уменьшении расхода рабочей среды в трубах усиливается влияние неодинаковости гидрав­лических сопротивлений и, кроме того, возникает так называ­емый коллекторный эффект (изменение статического напора вдоль коллектора), поэтому гидравлическая неравномерность усиливается:

.

С уменьшением расхода рабочей среды гидравлическая раз­верка все больше отклоняется от единицы. При понижении на­грузки котла гидравлическая неравномерность усугубляется еще усилением тепловой:

.

т. е. отклонением тепловосприятия отдельных труб от сред­него.

Это отклонение (в незначительной степени) существует и при полной нагрузке котла, но все больше увеличивается по мере снижения форсировки тонки из–за увеличения неоднород­ности температурного поля.

Вследствие неодинакового обогрева отдельных труб из–за тепловой разверки плотность рабочей среды в них становится также неодинаковой, и это сказывается на значении так назы­ваемого нивелирного напора (составляющей напора, определяе­мой массой столба воды в трубе), который уменьшается там, где обогрев больше среднего, и увеличивается там, где обогрев меньше. В результате разность статических напоров на концах труб, определяющая расход рабочей среды в них, становится еще больше, вследствие чего гидравлическая неравномерность в панели усиливается. При некоторых критических значениях нагрузки котла неравномерность обогрева различных труб па­нели может оказаться настолько значительной, что в наименее обогреваемых трубах нивелирный напор окажется больше раз­ности давлений в коллекторе. В этом случае рабочая среда в наименее обогреваемых трубах начнет двигаться в обратную сторону, т. е. сверху вниз, и произойдет опрокидывание цирку­ляции рабочей среды. Промежуточным режимом является пре­кращение движения рабочей среды в трубе и образование па­ровых пробок – застой циркуляции. В этом случае из–за резкого ухудшения теплообмена возможен перегрев металла труб и их повреждение.

Вопрос № 214

Что такое опрокидывание циркуляции. Почему в котлах высокого давления более вероятны режимы с опрокидыванием циркуляции, а в котлах среднего давления с появлением застоя или свободного уровня.

Застоем циркуляции называют такой режим, при котором скорость циркуляции близка к нулю и пузырьки пара, отрываясь от стенки трубы, всплывают (барботируют) в почти неподвижной воде. Застой циркуляции может возникнуть лишь в слабообогреваемых трубах таких контуров циркуляции, в которых па­роводяная смесь подведена в бара­бан ниже уровня воды в нем.

При подводе труб в пар объем в условиях очень медленного движения в них воды полезный напор недостаточен для преодоления сопротивления опускных труб и подъема среза до высшей отметки подъемных труб контура. В этих условиях в них образуется своб. уровень воды. Процесс перехода от свободного движения у опускному проходу через нулевую скорость и называется опрокидыванием циркуляции.

Опрокидывание циркуляции ха­рактеризует режим, при котором в слабообогреваемых трубах вода с восходящего движения переходит на опускное, а пар в зависимости от скорости набегающей на паровой пузырь воды и скорости барботажа (подъема) его в воде может дви­гаться вверх либо увлекаться пото­ком воды вниз. При этом паровые пузыри могут задерживаться у стен­ки и образовывать более крупные скопления — «паровые пробки», ве­дущие к перегреву металла.

. На полезный напор циркуляции большое влияние оказывает относительная скорость пара.

По мере  перепада Sпол расход воды , одного при низком Р раньше наступает напор застоя и поэтому более вероятен застой циркуляции или свободный уровень в зависимости от способа подвода пароводяных струй в Б, а при высоком Р раньше достигается напор опрокидывания и потому более вероятно опрокидывание циркуляции.

Вопрос № 215

Характеристика движения пароводяной смеси.

Вопрос № 216

Как изменяется скорость циркуляции от нагрузки котла с естественной циркуляцией, с принудительной и прямоточного.

Вопрос № 217

Гидравлическое сопротивление одно- и двухфазного потока.

При движении в трубе воды, пароводяной смеси и пара за счет сопротивления создается перепад давления между любыми ее сече­ниями. Общее уравнение полного перепада давления . Для удобства практиче­ских расчетов перепишем его в виде

Полный перепад давления между двумя произвольными сечениями обогреваемой тру­бы представляется в виде суммы перепадов, возникающих от сопротивления трения р_тр, местных сопротивлений р_м, ускорения р_уск и нивелирного перепада р_нив.

Сопротивление трения вызывается вязко­стью среды и при движении однофазного изо­термического потока в прямом канале посто­янного сечения определяется по формуле

где р_тр — сопротивление трения, Па; — приведенный коэффициент трения, 1/м; I — длина канала, м; w — скорость сре­ды, м/с; р — плотность среды, кг/м³.

Сопротивление трения для двухфазного потока принципиально можно определить по той же формуле, что и для однофазного по­тока, заменив скорость однофазного потока w скоростью пароводяной смеси ω_см, однако при этом должно быть соблюдено условие гомогенности двухфазного потока

Принимая во внимание закон сохранения массы, можно записать

Структура двухфазного потока для боль­шинства режимов течения заметно отличает­ся от гомогенной (см. рис. 9.4), и потому в по­следнее уравнение вводят поправочный коэф­фициент ф, учитывающий влияние структуры потока. Тогда при постоянном паросодержании

Потеря от трения для потока переменного паросодержания определяется по формуле

в которой х — среднее паросодержание в ка­нале;

где и — поправочные коэффициенты, учитывающие влияние структуры потока для начального х_п и конечного х« паросодержа­ния.

Потери давления в местных сопротивле­ниях возникают из-за отрыва пограничного слоя от стенки и образования вихрей в по­токе, в которых теряется значительное коли­чество энергии. Они вызываются изменением формы или направления канала, каждое из которых условно считается сосредоточенным в каком-либо сечении и не включает сопро­тивления трения.

Потери в местных сопротивлениях при те­чении однофазной среды определяют по фор­муле, аналогичной (9.43), в которой приведен­ный коэффициент трения заменен на коэффициент местного сопротивления £_м (справочные данные):

Для двухфазной среды

где £_м — условный коэффициент местного со­противления пароводяной смеси (справочные данные);. Гидравлические со­противления при поперечном обтекании труб­ного пучка однофазной средой

Коэффициент 'сопротивления при попереч­ном обтекании £_тп зависит от конструкции трубного пучка.

Для двухфазной среды

Потеря давления от ускорения вызывается изменением объема, а следовательно, и ско­рости потока. Она может возникать от увели­чения паросодержания потока при обогреве, уменьшения сечения в отсутствие обогрева или от обеих причин.

Потеря давления, обусловленная ускоре­нием потока,

Для установившегося потока

Следовательно, при р>ркр

(9.55)

Для двухфазной среды р<р_кр. Выразим v_K и и_н через массовые паросодержания

После подстановки их в (9.55) получим окончательно

(9.56)

Нивелирная составляющая потери напора для однофазного и двухфазного вертикального потока

(9.57)

Для однофазного потока р — средняя плот­ность среды на участке h,

При определении полного перепада давле­ния значение учитывается с положитель­ным знаком при подъемном движении, так как оно увеличивает сопротивление трубы, и с отрицательным— при опускном движении, по­скольку уже не будет сопротивлением, а, на­оборот, используется на преодоление сопро­тивления.