Пульсация потока

В эксплуатации паровой котел всегда под­вержен воздействию возмущений, вызываю­щих нарушение установившегося режима, при котором возможно возникновение пульсирую­щего расхода рабочей среды. Такими возму­щениями являются: изменение обогрева, дав­ления, расхода и температуры питательной воды. Различают общекотловые и межвитко-вые пульсации.

Общекотловые пульсации представляют собой колебания расхода рабочей среды в от­дельных трубных элементах, контурах и агре­гате в целом. Они возникают под воздействием резких колебаний указанных выше пара­метров. В параллельных трубах.в подобных сечениях параметры потока изменяются син­хронно. Общекотловые пульсации являются затухающими (рис. 11.25,а); они прекращают­ся после устранения возмущения.

Пульсации расхода могут достигать харак­терного для данных условий уровня колеба­ний и самопроизвольно не прекращаться (рис. 11.25,6). Это означает, что через отдель­ные трубы расход воды сначала возра­стает до максимального, затем снижается и, пройдя среднее значение, достигает минималь­ной величины (иногда отрицательной), после чего снова возрастает. Далее процесс повто­ряется. При этом в других парообразующих трубах расход воды также имеет пульсирую-

Рис. 11.25. Характер затухающих колебаний (а) и авто­колебаний (б) в отдельной трубе прямоточного эле­мента.

щий характер, но он сдвинут по фазе. Следо­вательно, периодическое увеличение расхода воды через одни трубы связано с периодиче­ским снижением его через другие при сохра­нении общего перепада давлений между кол­лекторами. Это явление, получившее название межвитковой пульсации, может происходить даже при постоянном общем расходе через параллельные и совместно работающие трубы.

Период пульсаций в прямоточных котлах иногда составляет десятки секунд и даже ми­нуты. При значительной амплитуде колебаний расхода воды и указанном периоде пульсация может представлять большую опасность для парообразующих труб, так как в периоды ма­лого расхода вследствие ухудшенного тепло­обмена и колеблющейся температуры стенки (кривая ) металл подвергается напряже­ниям усталостного характера. В горизонталь­ных трубах может возникать расслоение пото­ка и периодически выход верхней образующей на перегрев также с образованием трещин усталостного характера.

Межвитковая пульсация характеризуется периодом пульсацийи амплитудой (см. рис. 11.25).

Для межвитковых пульсаций установлены следующие закономерности:

межвитковые пульсации могут возникать в отдельных трубах парообразующей поверх­ности даже при неизменном тепловом и гид­равлическом режимах котла;

пульсации расхода среды сдвинуты по фа­зе в параллельных трубах таким образом, что суммарный расход и параметры среды на вы­ходе из поверхности нагрева остаются неиз­менными;

амплитуда пульсаций расхода на входе в трубу значительно выше амплитуды на вы­ходе из нее, а периоды пульсаций одинаковы;

максимальному расходу воды на входе со­ответствует минимальный расход пара на вы­ходе— сдвиг фаз на 180°;

в режиме межвитковой пульсации давление в парообразующих трубах колеблется с перио-' дом, равным периоду колебаний расхода среды.

Поскольку основной причиной возникнове­ния межвитковых пульсаций является измене­ние физических свойств рабочей среды в зоне начала парообразования, с повышением дав­ления вероятность их возникновения умень­шается. При СКД пульсации встречаются ре­же и амплитуда их меньше, но по своему характеру пульсации расхода при ДКД и СКД близки.

Пульсации расхода уменьшаются с ростом массовой скорости из-за увеличивающегося при этом гидравлического сопротивления на экономайзерном участке. Граничная массовая скорость в горизонтальных трубах, при кото­рой возникают пульсации, зависит от давле­ния, тепловой нагрузки, длины обогревае­мой частии внутреннего диаметра :

где—граничная массовая скорость при давлении 10 МПа, определяемая по графикам для заданных значений дросселирования на входе и недогрева;—поправочный коэффи­циент на давление.

В вертикальных трубах (витках) нивелир­ная составляющая перепада давленияуменьшает вероятность возникновения пульса­ций и потому снижает

где —граничная массовая скорость в такой же горизонтальной трубе; — коэффициент для вертикальных труб,определяемый по графикам,;—недогрев до кипения среды на входе;—давление.

Подъемно-опускные и слабонаклонные эле­менты, у которыхне превышает 10полного, рассчитывают, как и горизонтальные, с увеличениемна 20%. При большем вкладе нивелирной составляющей расчет ве­дется, как и для вертикальных каналов. Дей­ствительная массовая скорость должна быть больше граничной:

В тех случаях, когда условия по граничной массовой скорости не выдерживаются, увели­чивают гидравлическое сопротивление эконо-майзерного участка установкой дроссельных шайб. Дроссельные шайбы устанавливают на входе в трубы. Расчет дросселирования, ис­ключающего пульсационные режимы в прямо­точных котлах, необходимо вести для мини­мальных значений . Полученная по усло­виям предотвращения межвитковой пульсации степень дросселирования одновременно устра­няет неустойчивость гидравлической характе­ристики змеевиков.

Дата добавления: 2014-01-04