Конспект лекции "Конспект Конструкция коллекторов, сепараторов пара, трубок "

Конструктивные элементы котлов.

Рассмотрим основные конструк­тивные элементы водотрубных кот­лов, которые являются наиболее рас­пространенными на современных морских судах.

Главными элементами этих кот­лов являются паровой коллектор и один или два водяных коллектора, соединенных между собой трубами. Водяной коллектор, соединенный с пароводяным пучком экрана, обычно называют экранным. У котлов такого типа топки образуются боковым эк­раном и конвективным притопочным пучком. В ряде конструкций приме­няются и торцевые экраны.

Трубы изготавливают из малоугле­родистой стали марок 10, 20 и дру­гих, а при достаточно высоких пара­метрах — из специальных низколе­гированных сталей 15ХМ, 12Х1МФ и др. Трубы применяют только цель­нотянутые бесшовные. Наружные ди­аметры труб в достаточной степе­ни унифицированы, но у одного и того же котла применяют трубы раз­ных диаметров в зависимости от их расположения и характеристик кот­ла. Трубы первого ряда бокового экрана и нескольких рядов притопочного конвективного пучка обычно делают большего диаметра, чем в ос­тальных рядах, более отдаленных от топки. У парообразующих труб диаметр меньше, чем у опускных. Наибольший диаметр имеют опуск­ные трубы, особенно необогреваемые, расположенные вне топки.

На рис. 1.9—1.19 показаны кон­структивные элементы основных де­талей и узлов водотрубных котлов.

Паровой и водяной коллекторы из­готавливают цилиндрическими, свар­ными. Коллекторы экранов делают тоже цилиндрическими или прямо­угольного сечения. Материалом для изготовления коллекторов служит среднемарганцовистая или специаль­ная низколегированная сталь. Кол­лектор состоит из сварного корпу­са 4 (рис. 1.9) и приваренных к не­му днищ 1 и 5, изготавливаемых методом горячей штамповки. Участ­ки коллекторов, в которых закреп­ляются трубы, называются трубными решетками. Для обеспечения лучшей плотности соединения труб трубные решетки 3 обычно бывают утолщен­ными. Для возможности доступа внутрь коллектора в одном или обоих днищах располагают лазы, по пери­метру которых на днищах выполня­ется внутренняя отбуртовка. Трубы 6 закрепляют в коллекторах обыч­но развальцовкой, иногда с допол­нительной подваркой или только на сварке. Для вальцовки диаметры от­верстий в трубных решетках выпол­няют на 1 —1,5 мм больше наруж­ного диаметра труб, благодаря че­му обеспечивается их свободная ус­тановка. Концы труб задвигают внутрь коллектора на 6—7 мм от внутренней стенки трубной решетки и цилиндрическими роликами валь­цовки уплотняют посадку труб в от­верстие. Затем с помощью кониче­ских роликов вальцовки разделы­вают срез трубы «на колокольчик», после чего окончательно вальцуют трубу так, что ее стенка в районе соединения утоньщается на 10—12% первоначального размера. Для луч­шей плотности и прочности соеди­нения в отверстиях т
рубной решетки протачивают от одной до трех канавок (в зависимости от толщины стенки решетки) глубиной примерно 0,5 мм. На коллекторах устанавли­вают приварыши 2 под арматуру и контрольно-измерительные приборы.

Наиболее распространенный спо­соб закрытия лазов показан на рис. 1.10. Они закрываются крышками 2, которые заводят внутрь коллек­тора и прижимают к отбуртовке ско­бами 4 и шпильками 1 с гайками. Крышки лазов устанавливают на прокладках 3. В дальнейшем при ра­боте котла давление в нем при­жмет крышку лаза еще плотнее. Та­ким образом, крышка по размеру больше отверстия и для того чтобы ее можно было завести внутрь кол­лектора, отверстия лазов, делают эллиптичными — обычно размером 300X 400 мм. В ряде случаев для удобства крышку ставят на петле 5. Если диаметр коллектора меньше 450 мм, то для осмотра, очистки и ремонта установленных в нем труб предусматриваются лючки или отвер­стия, расположенные напротив труб и закрываемые лючковыми крыш­ками или пробками. На рис.1.11, а показан наиболее простой вариант закрытия

Рис. 1.9. Конструктивные элементы водотрубных котлов

отверстий резьбовыми проб­ками 1 на прокладках 2. На рис. 1.11 б. г показаны конструкции пробковых закрытий, применяемые в котлах, работающих на паре высо­ких параметров. Недостатками рас­смотренных пробковых закрытий яв­ляются сложность их вывертывания, несмотря на то, что при постановке пробок их резьбу смазывают графи­товой смазкой.

Наиболее удобным и достаточно надежным способом, является закры­тие лючков крышками на проклад­ках (рис. 1.11 в). Крышку 8 оваль­ной формы, имеющую штырь с резь­бой, заводят в коллектор 6 и притяги­вают с помощью гайки 4 и поперечи­ны 5. При натяге гайка, упираясь в поперечину, обжимает прокладку 7. Резьбовое отверстие 3 в штыре крыш­ки предназначено для ввертывания рыма для страховочного шкерта. Ма­териалом уплотняющих прокладок в зависимости от места уплотнения, среды, давления и температуры могут быть специальная люковая лента, паронит, клингерит, медь, мягкая сталь.

В паровом коллекторе котла разме­щаются различные паросепарирующие устройства, служащие для сни­жения влажности пара; питательные трубы, благодаря которым питатель­ная вода равномерно распределяется по коллектору, а также трубы верхне­го продувания, предназначенные для удаления с поверхности испарения посторонних плавающих примесей.

В водяном коллекторе размещают­ся трубы нижнего продувания, слу­жащие для удаления из котла осаж­дающихся в воде посторонних приме­сей, а иногда также разделительные 20 щиты, предназначенные для улучше­ния циркуляции, и специальные водоподогреватели. Если котел имеет внутриколлекторный пароохладитель, то его обычно размещают в паровом коллекторе. Ниже рассматриваются элементы устройства коллекторов. Установленный в коллекторе погруженный дырчатый щит 4 (рис. 1.12, а) предназначен для равномер­ного распределения выходящего па­ра по площади зеркала испарения, противодействует «набуханию» уров­ня и одновременно служит успо­коителем воды при качке судна. «На­бухание» уровня (вспенивание) мо­жет возникать при резко увеличен­ном расходе пара из-за быстрого снижения давления или попадания с питательной водой большого коли­чества солей при повреждении систе­мы. В этом случае появляется опас­ность заброса воды в паропровод и паровые механизмы. Располагаются щиты на 100—150 мм ниже рабо­чего уровня в котле. Диаметры от­верстий в погруженных дырчатых щитах обычно 10—15 мм. Направля­ющий щит 2 препятствует воздействию пара, интенсивно выделяющему­ся из парообразующих труб 5, на воду, которая поступает в опускные трубы 1. Жалюзийный сепаратор 3 (см. рис. 1.12, а), устанавливаемый в паровом пространстве, снижает влажность пара путем отделения от него мелких капель. Сепаратор представляет со­бой набор тонких гофрированных стальных щитов, собранных в пакет с зазорами между ними 8—10 мм. Для этой же цели широко исполь­зуют дырчатые паровые щиты 6 (рис. 1.12, б), но по сравнению с по­груженными щитами отверстия в них делают диаметром примерно в 3 раза меньшими.

В котлах, работающих с большим напряжением парового объема и зер­кала испарения, часто устанавли­вают внутриколлекторные циклонные сепараторы (рис. 1.12, в). Такой се­паратор устанавливают на группу па­рообразующих труб, которые объеди­няются общим щитом 7, проходящим вдоль всего парового коллектора 12. На щите устанавливают циклоны 11 на паропроизводительность 3—4 т/ч. В центре циклона имеется сердечник 8 с лопастями. Благодаря интенсив­ному закручиванию пара лопастями сердечника, влага, содержащаяся в паре, отбрасывается на стенки стака­на 9 и, увлекаемая потоком пара, поднимается по его внутренним стен­кам. Поднявшись до верхнего среза стакана, влага переливается через его край, попадая опять в водяное пространство котла, а пар, дополни­тельно отсепарировавшийся в жалюзийном сепараторе 10, поступает к парозаборной трубе.

П

Рис. 1.12. Элементы внутреннего устройства коллекторов

арозаборная труба 14 (см. рис. 1.12, г) предназначена для рав­номерного забора более сухого пара из котла. Труба располагается вдоль парового коллектора и присоединяется к стопорному клапану. Торцевые концы трубы заглушены. Для забора пара в верхней части трубы располо­жены отверстия или прорези, общая площадь которых в несколько раз больше площади поперечного сече­ния самой трубы. Делается это для того, чтобы пар, проходящий через отверстия или прорези, имел неболь­шую скорость. При малых скоростях пар увлекает за собой меньше влаги, кроме того, часть ее в отверстиях или прорезях отбивается.

Забираемый пар осушают не толь­ко для исключения заброса влаги в паропровод и паровые механизмы, но и для уменьшения уноса с водой со­лей из котла, приводящих к накипеобразованию.

Питательные трубы 16 служат для подачи питательной воды в котел. Они проходят от питательных клапа­нов вдоль парового коллектора. Для равномерного смешения питательной воды с водой котла вдоль труб в два или три ряда располагаются отвер­стия диаметром 6— 10 мм, а в верхней части трубы — два или три отверстия для выхода воздуха. Места установ­ки питательных труб строго опреде­лены при проектировании и построй­ке котла, поскольку при ином распо­ложении может произойти неравно­мерное смешение питательной воды с водой котла и нарушится циркуля­ция. Обычно эти трубы размещают в районе опускных труб или преду­сматривают установку перегородок для направления питательной воды в опускные ряды труб. При исполь­зовании погруженных дырчатых щи­тов питательные трубы иногда распо­лагают над ними, благодаря чему достигаются небольшая промывка пара и снижение его солесодержания.

Труба 13 верхнего продувания предназначена для улавливания с по­верхности зеркала испарения пены и других плавающих примесей и удале­ния их из котла. Труба одним концом присоединяется к клапану верхнего продувания, а на свободном конце имеет воронку 15, которая обычно располагается на 50—100 мм ниже нормального рабочего уровня воды в котле. Во избежание завихрений во­ды и поступления через воронку в систему продувания пара в ней иног­да ставят радиальные ребра. Встре­чаются конструкции систем верхнего продувания с несколькими воронка­ми. У некоторых котлов воронок нет и продувание осуществляется через отверстия или щели в стенке трубы.

Труба 17 нижнего продувания слу­жит для удаления из котла осажда­ющегося шлама, т. е. выпадающих в осадок веществ, накапливающихся в процессе парообразования. Трубу нижнего продувания ставят на рас­стоянии 20—30 мм от нижней стенки водяного коллектора в месте ожи­даемого наибольшего скопления шла­ма. На трубах имеются отверстия или щели, а иногда по условиям компоновки агрегата устанавливают патрубки-отростки, обращенные вниз. Трубы продувания подключают через клапаны и трубы к забортной арма­туре.

Сепараторы пара

Сепаратор пара УК с принудительной циркуляцией используют для отделения пара от воды ив качестве емкости для воды.

Пуск, остановка, переменные режимы работы УК связаны со зна­чительным изменением водосодержания его экономайзерной и испари­тельной поверхностей нагрева, что является причиной изменений уров­ня воды в сепараторе пара. Колебания уровня воды могут нарушить нормальный режим эксплуатации других элементов энергетической установки. Поэтому масса воды в сепараторах должна быть достаточ­ной для компенсации возможных колебаний уровня, а размеры сепа­ратора должны обеспечить получение пара требуемого качества и воз­можность приема массы воды, вытесняемой в него из обогреваемой части УК при его пуске.

Давление пара в сепараторе должно быть меньше, чем в УК, на сумму значений гидравлических сопротивлений р_г и гидростатического столба р_ст между испарительной поверхностью нагрева котла и сепа­ратором:

р_с= р_к — (р_г + р_ст), (22)

где р_к — давление в испарительной поверхности нагрева УК, МПа.

Разность давлений в УК и сепараторе обычно составляет 0,05— 0,3 МПа. Паровой сепаратор может быть вертикальным, более удоб­ным для размещения, и горизонтальным, имеющим значительно боль­шую площадь зеркала испарения, чем вертикальный сепаратор, при одинаковых диаметрах.

Вертикальный сепаратор (рис. 58) представляет собой цилиндри­ческий сосуд, состоящий из корпуса 11, покрытого изоляцией 10 и крепящегося посредством опор 15. В корпусе имеется лаз 9, а на кор­пусе расположены клапаны: предохранительный 3, стопорный 4, пи­тательный 6, продувания 8, Также на корпусе расположены водоуказательный прибор 5, импульсный генератор термогидравлического ре­гулятора 1, патрубки 2 и 7 для присоединения клапанов пароводяной смеси и циркуляционной воды. Внутри сепаратора установлены пароотборная труба 12, труба питательной воды 13, козырек 14, предотвра­щающий унос пара циркуляционной водой, отбойный щит 16 для бо­лее эффективного отделения воды и пара.

Горизонтальные сепараторы по конструктивному исполнению не­значительно отличаются от пароводяных коллекторов вспомогатель­ных котлов.

Основными аккумуляторами теплоты в сепараторе пара являются вода и пар, которые в значительной степени определяют динамиче­ские характеристики УК.

(23)

г де G_п.в. G_ц.в. G_н.п.,— соответственно расходы питательной воды, циркуля­ционной воды и насыщенного пара, кг/с; i_п.в, i’ i_c — соответственно энтальпии питательной, кипящей, сепараторной воды. кДж/кг.

Для непрерывного обеспечения паром судовых потребителей при различных эксплуатационных режимах главных двигателей, теплоты, аккумулированной в УКУ, должно быть достаточно в течение времени, необходимого для пуска и подключения под нагрузку ДГ или ввода в действие ВК. Такая ситуация возможна, например, при уменьшении или прекращении подвода теплоты в УК вследствие внезапного умень­шения мощности главного двигателя или его остановки.

Поэтому стремятся повышать аккумуляционную способность УКУ, использовать способность водяного объема сепаратора аккумулиро­вать теплоту. Эту задачу решают подводом питательной воды в нижнюю часть сепаратора, чем достигают значительного увеличения его тепло­емкости, подогревом питательной воды до температуры, близкой к тем­пературе насыщения, созданием новых конструкций сепараторов и схем УКУ.