MeRSZ online
okoskönyvtár
Több száz tankönyv egy helyen.
Online. Bárhol. Bármikor.
Kazánok
2., javított kiadás
2.2.2.3. Elgőzölögtető rendszer
A működés alapelve: Természetes cirkulációjú, vízcsöves kazánoknál az elgőzölögtető rendszer egy vagy több kazándobból és az ezekhez közvetlenül vagy kamrák közbeiktatásával csatlakozó csőrendszerekből áll. A fűtött csőfelületek hűtését, az elgőzölögtető felületeken elpárolgó folyadék utánpótlását biztosító közegáramlást (gyakorlati szóhasználattal természetes cirkulációt) a fűtött és a fűtetlen (illetve kevésbé fűtött) csöveket kitöltő közegben kialakuló sűrűségkülönbség hozza létre. A legegyszerűbb csőrendszer kazándobból, ejtő- és emelő- (forr-) csövekből áll (2.79. ábra).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_807/#m713kaz_807 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_807/#m713kaz_807)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_807/#m713kaz_807)
2.79. ábra. Cirkulációs kör elvi vázlata, keringési szám, munkapont
E csőrendszerben a fűtetlen ejtőcsövek és a fűtött forrcsövekben lévő közegek között, a csöveket kitöltő közegek eltérő átlagos sűrűségének hatására, a csőrendszer legalsó közös pontjára (az ábrán az ejtőcső alatti kamra szimmetriatengelyére) vonatkoztatva
nagyságú geodetikus nyomáskülönbség (gyakorlati szóhasználatban: felhajtóerő) jön létre, amely a közeget mozgásba hozza. Az áramlást a sebesség négyzetével arányos áramlási és gyorsítási veszteségek fékezik. A forrcsövekben keletkező gőz () mennyisége adott nyomásnál csak a hőfelvételtől függ, az áramlási viszonyoktól (a hőátadásra gyakorolt hatástól eltekintve) független. Így az egyensúly kialakulása csak a keringő mennyiségtől () függ, hiszen a forrcsövekbeli átlagos sűrűség változását is az állandó gőzáram mellett az ejtőcsövekbe belépő folyadékáram határozza meg (növekvő folyadékárammal az átlagos sűrűség egyre közelebb kerül a folyadékfázis sűrűségéhez). Ezért a geodetikus nyomáskülönbség () és az áramlási, gyorsítási veszteségek összege () a két közegáram keringésiszámnak nevezett
hányadosának függvényében ábrázolható. A munkapont, a ténylegesen kialakuló keringési szám a növekvő folyadékárammal csökkenő felhajtóerőt és a növekvő veszteségeket ábrázoló jelleggörbék metszéspontjaként határozható meg. Az előzőek alapján az is megállapítható – mint arra a 2.2.2.1. fejezetben már utaltunk –, hogy a nyomás növekedésével (miután az ejtő- és forrcsőbeli sűrűség különbsége kisebb lesz) a csökken, így a 2.79. ábra jobb oldalán a felhajtóerő jelleggörbéje lefelé tolódik, azaz az egyéb feltételek változatlansága esetén egyre kisebb keringési szám alakul ki. Ezt a szintmagasság növelésével ellensúlyozni lehet, de egy adott nyomás felett az elérhető keringési szám már nagy kazánmagasság esetén sem lesz elégséges a csövek hűtéséhez. Ez az oka, hogy 195 bar engedélyezési nyomás felett sehol sem készítenek gőzkazánokat természetes cirkulációval.
Ekószakasz: A kazándobba bevezetett tápvíz telítési vagy annál kisebb hőmérsékletű. Olyan esetben – úgynevezett forraló ekónál –, amikor a tápvíz-előmelegítőből részben elgőzölgött folyadék lép be a kazándobba, a folyadék- és a gőzfázis szétválik, a bevezetett gőz nem keveredik a dob alsó felében lévő kazánvízzel. Így a kazándob vízterében (a folyadékfelszíntől eltekintve, ahol a gőz- és a folyadékfázis mindig egyensúlyban van, és ezért hőmérséklete megfelel a dobnyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnek) a kazánvíz hőmérséklete – a telítési hőmérsékletűnél hidegebb tápvíz bevezetése esetén – a keveredési arányoktól függően elmaradhat a telítési hőmérséklettől.
Fűtetlen ejtőcsövek esetén lefelé haladva a közeg nyomása egyre növekszik, miközben hőtartalma (közelítőleg hőmérséklete) nem változik, így – még a kazándobban telített állapotú kazánvíz esetén is – egyre távolabb kerül a telített állapottól, úgynevezett aláhűtött állapotba kerül. Ezért a fűtött forrcsövekbe belépve a forrás nem indulhat meg azonnal, a közegnek ehhez, kivételes esetektől (3.3.3. fejezet) eltekintve, telítési hőmérsékletre kell felmelegednie. A forrcsöveknek azt a szakaszát, ahol a folyadék hőtartalma egyenlővé válik a változó (forrcsövekben csökkenő) helyi nyomáshoz tartozó telített folyadék-hőtartalommal, a cső ekószakaszának () nevezik. Fűtött ejtőcsöveknél a hőfelvétel telítési hőmérsékletre melegítheti vagy akár részben el is gőzölögtetheti az áramló közeget. Ez esetben az ekószakasz elmaradhat.
Az ekószakasz nagyságának megállapítása az egységnyi közegmennyiségre vonatkozó hőmérleg felírásával lehetséges.
ahol
|
entalpianövekedés a (fűtött) ejtőcsőben [kJ/kg],
|
|
|
a forrcső alsó fűtetlen szakaszának geodetikus magassága [m],
|
|
|
áramlási veszteség az ejtőcsőben [N/m2],
|
|
|
a telített folyadékentalpia nyomás szerinti differenciahányadosa [(kJ/kg)/(N/m2)],
|
|
|
az egységnyi forrcsőhosszon átadott hőmennyiség (gyakorlati elnevezéssel: vonalterhelés) [kW/m],
|
|
|
a forrcsőrendszer közegárama [kg/s],
|
|
|
a forrcsőrendszer ekószakaszát kitöltő közeg sűrűsége [kg/m3],
|
|
|
a tápvíz entalpiája a dobba történő belépésnél [kJ/kg].
|
A kifejezés gyakorlati alkalmazásakor, a vízszinteshez mért hajlásszöggel ferdén vezetett csövek esetében, a hőfelvétel számításánál a magasság és a csőhossz közötti eltérést figyelembe kell venni: helyett helyettesítendő. Amennyiben a forrcsőrendszer több különböző fűtöttségű szakaszból áll, ezeket külön-külön kell számításba venni oly módon, hogy az előbbi egyenlet bal oldalán az ekószakaszt megelőző szakaszok entalpianövekedését, nyomáscsökkenését az ejtőcsőre vonatkozó változásokhoz hasonlóan be kell számítani. Az egyenletből kifejezhető és kiszámítható. A szakasz magassága a forrcsőrendszer közegáramától is függ, így a tényleges érték a közegáram (keringési szám) meghatározására végzett iteráció eredményeként adódik ki.
Az elgőzölgés hatása: A telítési hőmérséklet elérését követően a forrcsövekben megindul az elgőzölgés (2.80. ábra), melyet részletesen a 3.3.1.2. fejezet ismertet, és a közeg áramlása kétfázisúvá válik.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_822/#m713kaz_822 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_822/#m713kaz_822)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_822/#m713kaz_822)
2.80. ábra. Elgőzölgés, gőztartalom, térfogatarány (térfogathányad), keresztmetszet-kitöltési tényező függőleges forrcsőben
A kazánoknál előforduló normál hőterhelések tartományában a gőzfejlődést kezdetben telített buborékos forrás jellemzi. Előrehaladtával a csőkeresztmetszet egyre nagyobb részét töltik ki gőzbuborékok, amelyek úgynevezett dugókká, tömlőkké állhatnak össze. Miután a gőzfázis sűrűsége a folyadékfázisénál lényegesen kisebb, a buborékok, dugók − felfelé áramló közeg esetén − a folyadékfázishoz viszonyítva előresietnek, és így függőleges csőben az általuk elfoglalt keresztmetszet egy adott csőkeresztmetszetben lényegesen kisebb az addig a keresztmetszetig keletkezett gőz elméleti keresztmetszet-arányánál. Lefelé áramló folyadékban (ejtőcsőben) képződő gőzbuborékok, gőzdugók ezzel szemben nem előresietnek, hanem visszamaradnak a folyadékáramban. Emiatt egy adott csőkeresztmetszetben az általuk elfoglalt keresztmetszet nagyobb lehet az addig keletkezett gőz elméleti keresztmetszet-arányánál. Nagyobb gőztartalom esetén a cső közepét teljesen − a folyadéktól eltérő sebességgel áramló − gőz töltheti ki, a folyadék csak a csőfelületet nedvesíti, az áramlás gyűrűssé válik. Tovább folytatva a hőközlést a csőfelület kiszárad, folyadék csak a cső közepén áramló, a folyadékfilmből a falon képződő gőzbuborékok által elragadott folyadékcseppekben marad vissza, majd ezek is elpárolognak.
E képlet alapján is megállapítható, hogy azonos gőztartalomnál, kisebb nyomáson, kisebb gőz/folyadékfázis sűrűségaránynál a cső nagyobb keresztmetszetét foglalja el a gőz, míg a nyomás- és ezzel a sűrűségarány növekedésével a térfogathányad csökken (2.81. ábra). Megjegyezzük, hogy az angol irodalom alapján -t térfogathányadnak (void factor), -t térfogati minőségnek (void quality) is nevezik.
kifejezéssel határozható meg, ahol
|
tömegáram-sűrűség, a csőben áramló közeg sebességének és sűrűségének a cső bármely keresztmetszetében számított szorzata, a cső hossza mentén állandó [kg/m2s],
|
|
|
párolgáshő, a telített gőz- és folyadékentalpiák különbsége [kJ/kg],
|
|
|
az elgőzölögtető cső belső felületére vonatkoztatott felületi hőterhelés [kW/m2].
|
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_838/#m713kaz_838 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_838/#m713kaz_838)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_838/#m713kaz_838)
2.81. ábra. A térfogatarány változása a nyomás és a gőztartalom függvényében
A gőzfázis helyi sebessége:
A folyadékfázis helyi sebessége:
Ebből a keresztmetszet-kitöltési tényező (térfogathányad) az egyensúlyi térfogathányad és az előresietési arány (slip) segítségével is kifejezhető:
Az , , változását a cső hossza mentén − felfelé áramló közegre − egyenletes fűtés és teljes elgőzölgés feltételezésével a 2.80. ábra jobb oldala mutatja.
Kétfázisú áramlás: A kétfázisú áramlás jellemzőit, számítását a 3.4. fejezet ismerteti. Ezen belül az egyensúlyi térfogathányad és a keresztmetszet-kitöltési tényező gyakorlati számítása a 3.4.3.2. fejezetben, az áramlási (csősúrlódási, irányelterelési, belépési, kilépési, keresztmetszet-változási, fojtási stb.), valamint a gyorsítási nyomásveszteségek levezetése, számítása a 3.4.1. fejezetben, a 3.4.3.1. fejezetben és a 3.4.3.3. fejezetben szerepel. A részletek ismertetése nélkül előrebocsátható, hogy egy tetszőlegesen vezetett, elgőzölögtető cső két végpontja közötti geodetikus nyomáskülönbség ((3.184) képlet):
amelyből az elgőzölögtető cső magasságára átlagolt sűrűség:
A dinamikusnyomásveszteséget az áramlástanban szokásos összefüggésekkel számítjuk azzal az eltéréssel, hogy kétfázisú áramlás esetén az egyfázisú, belépő folyadékáramra vonatkoztatott áramlási veszteségeket ((3.174), (3.175) képletek) egy, a nyomástól, gőztartalomtól függő kétfázisú súrlódási nyomásveszteségi tényezővel korrigáljuk ((3.121) képlet), illetve az egyfázisú áramlásnál általában elhanyagolt gyorsítási nyomásveszteséget ((3.218) képlet) is figyelembe vesszük.
Így kétfázisú áramlásra:
Egyfázisú áramlásra:
A lángmag helyzetének hatása a cirkulációra: A valóságban, mint azt a 2.2.2.2. fejezet részletezte, a csövek hőterhelése nem egyenletes, és üzem közben is lényegesen változhat. Ebből adódóan a gőzfejlődés, keresztmetszet-kitöltés is eltérő lehet. A leggyakoribb változás a lángmag függőleges irányban történő eltolódása. Ennek hatását a 2.82. ábra mutatja.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_865/#m713kaz_865 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_865/#m713kaz_865)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_865/#m713kaz_865)
2.82. ábra. A lángmag helyzetének hatása a keresztmetszet-kitöltési, illetve a kétfázisú nyomásveszteségi tényezőre
A 2.82. ábra egy = 46 mm belső átmérőjű, = 20 m magas, 10 egyenlő hosszúságú zónára osztott forrcsőre vonatkozik, = 5 keringési számnál (500 kg/m2s tömegáram-sűrűségnél). Az alsó és a felső láng relatív hőáramsűrűség-lefutása egymás tükörképe, a leadott hőmennyiség mindkét esetben azonos. Megfigyelhető, hogy alsó láng esetén a cső alsó részén intenzívebb a gőzfejlődés, ebből adódóan a keresztmetszet-kitöltési tényező () értéke gyorsabban növekszik. Hasonlóan, az intenzívebb gőzfejlődés miatt gyorsabban nő a kétfázisú súrlódási nyomásveszteségi tényező () értéke is. A magasságra átlagolt értékek (alsó, illetve felső láng):
-
keresztmetszet-kitöltési tényező 0,3214, illetve 0,3003 (–6,57%),
-
kétfázisú súrlódási nyomásveszteségi tényező 1,553, illetve 1,518 (–2,25%)
-
átlagos sűrűség 426,3, illetve 436,0 (+2,28%).
Összességében (miután a geodetikus nyomáskülönbség általában többszöröse a dinamikus nyomáskülönbségnek, ezért a geodetikus nyomáskülönbség növekedése nagyobb mérvű, mint az áramlási veszteségeké) „alsó láng” esetén általában jobb cirkuláció alakul ki. Így a gyakorlatban, a tűztér kihasználása mellett, a cirkuláció javítása érdekében is a lehető legalacsonyabban elhelyezkedő lángformára kell törekedni.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_870/#m713kaz_870 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_870/#m713kaz_870)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_870/#m713kaz_870)
2.83. ábra. A hőterhelés hatása a geodetikus nyomáskülönbségre
Az átlagos hőterhelés hatása: A láng elhelyezkedése mellett az átlagos hőterhelés nagysága is lényegesen befolyásolja a cirkulációt meghatározó jellemzőket. A 2.83. ábra a hőterhelés növekedésének hatását mutatja az előbbi forrcső geodetikus nyomáskülönbségére. Megfigyelhető, hogy az intenzívebb gőzfejlődés hatására a nyomáskülönbség csökken. Az ábrán a görbék az összevethetőség érdekében azonosan = 1-től indulnak, de a valóságban a jobban fűtött csövekben nyilvánvalóan több gőz fejlődik, így a tömegáram függvényében történő ábrázolásnál a jobban fűtött csövek jelleggörbéje a hőterheléssel arányosan eltolódna jobbra. Az ábra alapján következtethetünk arra, hogy egyrészt az azonos ejtőcső-rendszerhez tartozó, különböző fűtöttségű csövek cirkulációja lényegesen eltérő lehet, másrészt a nagyobb hőterhelés melletti intenzívebb elgőzölgés a nagyobb (ejtőcső-forrcső közötti) geodetikus nyomáskülönbség következtében intenzívebb cirkulációt is biztosít, így a jobban fűtött csövek egyben jobban hűtöttek is lesznek. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a hűtés a fűtéssel arányosan változna, hiszen így nem alakulhatna ki az intenzívebb cirkulációt biztosító, nagyobb átlagos gőztartalom és keresztmetszet-kitöltési tényező ().
A nyomás és a felhajtóerő összefüggése: Az előzőekben többször utaltunk a nyomás és a felhajtóerő közötti összefüggésre. Erre egy, az előbbi méretű forrcsövekből és az 1/3 () keresztmetszetű ejtőcsőből, = 2 m hosszú bekötőcsőből álló rendszerre a 2.84. ábra mutat példát. Az ábrán megfigyelhető, hogy azonos ( = 5) keringési szám esetén az azonos geodetikus nyomáskülönbséget eredményező magasság gyorsan csökken, már 100 bar dobnyomásnál is csak mintegy fele a 165 bar nyomáshoz tartozó értéknek. Kisebb nyomásnál a megfelelő hűtéshez a gyakorlati tapasztalatok (2.91. ábra) alapján nagyobb minimális keringési szám szükséges, így ez esetben a kisebb átlagos gőztartalom mellett azonos geodetikus nyomáskülönbséghez nagyobb relatív magasságra van szükség. A teljes cirkulációs hurok szükséges magassága az elvárt keringési számnál a felhajtóerő és az áramlási veszteségek − 2.79. ábrán bemutatott − egyenlőségét leíró (2.63/a) összefüggésből határozható meg (a közelítő egyenlőségjel a csősúrlódási, belépési, irányelterelési veszteségek egyszerűsített figyelembevételére utal):
Mint a 2.84. ábra mutatja, a szükséges magasság a nyomás csökkenésével gyorsan csökken, de 50 bar nyomás alatt a nagyobb minimális keringési szám biztosítása az azonos hőfelvételhez szükséges tömegáram növelésén keresztül a relatív egyenértékű emelőmagasság növekedését eredményezi. A valóságban kisebb nyomású kazánoknál nagyobb átmérőjű forrcsövek alkalmazhatók, így az áramlási ellenállás lényegesen csökkenhet, és a cirkulációs hurok magassága tovább csökkenthető, így az ábrán látható, 50 bar alatti magasságnövelésre nincs szükség.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_876/#m713kaz_876 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_876/#m713kaz_876)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_876/#m713kaz_876)
2.84. ábra. A hőterhelés hatása a geodetikus nyomáskülönbségre
Cirkulációs számítás: Az elgőzölögtető rendszer cirkulációs számítására és ennek megfelelően a jelleggörbék ábrázolására kétféle gyakorlat alakult ki. Az egyiknél a 2.79. ábrához (és az előző képlethez) hasonlóan különválasztják a geodetikus nyomáskülönbségeket (az ezekből kiadódó felhajtóerőt) és az áramlási veszteségeket, és a kettő egyensúlyát vizsgálják. A másiknál az egyes csövek, csőszakaszok alsó végpontjára (a belépőkamra szimmetriatengelyére) számított, két végpont közötti nyomáskülönbségét határozzák meg, és az egyensúlyi tömegáramokat a sorba vagy párhuzamosan kapcsolt szakaszok jelleggörbéinek megfelelő összegzésével állapítják meg.
Eredő jelleggörbék meghatározása: Felfelé áramlásnál az áramlási veszteségek növelik, lefelé áramlásnál csökkentik az egyes csőszakaszokban kialakuló geodetikus nyomáskülönbséget. Az alábbi összefüggéseket egyfázisú áramlásra írtuk fel, de elgőzölgés esetén a számítást mindig a kétfázisú áramlásra kell elvégezni.
Több, különféle módon kapcsolt elem esetében az összegzés sorba kapcsolt elemeknél a tömegáram függvényében az adott csőszakaszok nyomásainak, párhuzamosan kapcsolt elemeknél a nyomáskülönbség függvényében az egyes elemek tömegáramainak összeadásával végezhető el. Míg a felhajtóerőt és az áramlási veszteségeket különválasztó eljárás csak egyszerűbb, egyetlen hurokból álló elgőzölögtető rendszerekre alkalmazható, addig az elemek jelleggörbéit megfelelően összegző eljárás bármilyen összetett, egyenlőtlen fűtésű rendszer jól átlátható vizsgálatára alkalmas. Így a következőkben az utóbbi leírásmódot alkalmazzuk.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_883/#m713kaz_883 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_883/#m713kaz_883)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_883/#m713kaz_883)
Fűtött csövek viselkedése: Alsó, felső dobokhoz csatlakozó, keresztáramlással fűtött, „Stirling” rendszerű elgőzölögtető csöveknél (például 2.44. ábra, konvektív elgőzölögtető) a csövek a fűtés erősségétől, a párhuzamosan kapcsolt csövek számától függően, ejtő- és emelőcsőként is viselkedhetnek. A gőztartalom azonos fűtés, tömegáram esetén azonos lefutású marad, ettől eltérően az emelőcsőben a felfelé áramlásnál előresiető, illetve az ejtőcsőben lefelé áramlásnál visszamaradó gőzbuborékok, gőzdugók lényegesen eltérő keresztmetszet-kitöltést (térfogathányadot) eredményezhetnek. Míg felfelé áramlásnál a keresztmetszet- kitöltési tényező csökken, addig lefelé áramlásnál nő a térfogatarányhoz viszonyítva (2.85. ábra). Ezért azonos feltételek esetén a geodetikus magasságkülönbség lefelé áramló közegben kisebb lesz, mint a felfelé áramló közegben. Ebből következik, hogy a csövek eredő jelleggörbéje teljesen más alakú lesz ejtő- és emelőcső üzemmódban.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_886/#m713kaz_886 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_886/#m713kaz_886)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_886/#m713kaz_886)
2.86. ábra. Forrcső jelleggörbéje ejtőcső, emelőcső üzemmódban
Erre példát − az előbbi paraméterekkel jellemezhető gőzfejlesztő csőre − a 2.86. ábra mutat. Ejtőcső üzemmódban a geodetikus nyomáskülönbség vonala (az átlagosan nagyobb keresztmetszet-kitöltési tényező és az ennek következtében kisebb átlagos sűrűség miatt) kisebb értékről indul, de ugyanúgy a telített folyadékkal kitöltött cső geodetikus nyomáskülönbségéhez () tart. Az áramlási veszteségek () változása a keringési szám (tömegáram) függvényében közel négyzetes (a tömegáram négyzetesen növelő hatását az átlagos gőztartalom csökkenésével mérséklődő, kétfázisú súrlódási nyomásveszteségi tényező csökkenti). Így egy gőztermelő cső alsó pontjára számított nyomás, emelőcső üzemmódban, a tömegáram (keringési szám) függvényében egyenletesen növekszik, ejtőcső üzemmódban pedig általában maximummal rendelkező eredő nyomáskülönbség-jelleggörbe alakul ki. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a fűtött gőztermelő ejtőcsövek ugyanazon (jelleggörbe-maximumnál kisebb) nyomásnál több üzemállapotot vehetnek fel, elvileg lehetőség van emelőcső üzemmódból ejtőcső üzemmódba történő átváltásra, labilis üzemmódra is.
2.87. ábra.a)–b) Forrcső jelleggörbéje ejtőcső, emelőcső üzemmódban. c) Gyengén fűtött forrcső jelleggörbéje ejtőcső, emelőcső üzemmódban
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_891/#m713kaz_891 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_891/#m713kaz_891)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_891/#m713kaz_891)
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_892/#m713kaz_892 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_892/#m713kaz_892)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_892/#m713kaz_892)
|
Az előbbiek alapján az egyes csőtípusok, közegáramlások jelleggörbéi általánosíthatók (2.87. ábra, (a), 2.87. ábra (b)). Az egyfázisú áramlást négyzetesen emelkedő, csökkenő jelleggörbe jellemzi. A kétfázisú áramlásnál (elgőzölögtető csöveknél) emelőcső üzemmódban a jelleggörbe harmadfokú függvény alakhoz hasonlít, ejtőcső üzemmódban pedig az előbbiek szerint maximuma van. Kétfázisú áramlásra a jelleggörbe a = 1-nek megfelelő tömegáram alatt fizikailag nem értelmezhető, mivel a keringő közegmennyiség (állandósult állapotban) a keletkező gőzmennyiségnél nem lehet kisebb. Hasonlóan a geodetikus nyomáskülönbség a értéknél (a csövet teljesen gőzfázis töltené ki) nem lehet kisebb.
Visszaáramlás: Gyengén fűtött forrcsöveknél különösen indulásnál előfordulhat, hogy az elgőzölögtető csövekbe a kilépő gőzzel szemben folyadék lép be, azaz egyidejűleg létezik egy felfelé történő gőzáramlás és egy lefelé történő folyadékáramlás, melyek eredő tömegárama negatív. Erre az esetre jellemző a 2.87. ábrán (c) látható, úgynevezett − negatív tartományba − áthajló csőkarakterisztika. Ledinegg [7] szerint ilyen akkor alakulhat ki, ha a keletkező gőzmennyiség kisebb a forrcsőben előresiethető gőzmennyiség kétszeresénél:
A munkapont meghatározása: Az egyes csövekre vonatkozó jelleggörbék alapján a 2.79. ábra bal oldalán vázolt, egyszerű cirkulációs kör munkapontja a fűtetlen ejtőcső és az emelőcsőként működő elgőzölögtető cső jelleggörbéjének metszéspontjaként adódik ki (2.88. ábra).
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_897/#m713kaz_897 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_897/#m713kaz_897)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_897/#m713kaz_897)
2.88. ábra. Fűtetlen ejtőcsőből és forrcsőből álló cirkulációs kör munkapontjának meghatározása
Cirkulációs kör felépítése a gyakorlatban. Eddig csak ejtő- és emelőcsövekből, kazándobból, kamrákból álló egyszerű elgőzölögtető rendszert vizsgáltunk. A valóságban a csőrendszerek sokkal bonyolultabbak. Egy, a gyakorlatban előforduló részelemeket tartalmazó, természetes cirkulációjú elgőzölögtető rendszer felépítését a 2.89. ábra mutatja. Az egyes részelemek szerepe, a kialakításuknál figyelembe veendő szempontok a következőkben foglalhatók össze:
-
A kazándob (1) feladata egyrészt a gőz- és folyadékfázisok szétválasztása, ennek részeként a folyadékcseppek elragadásának megakadályozása (minimalizálása), másrészt a gőzelvétel és a tápvíz- betáplálás eltéréséből adódó mennyiségi eltérések kiegyenlítése. A víztér felszínén a folyadék- és gőzfázis egyensúlyban van egymással, a közeghőmérséklet a dobnyomáshoz tartozó telítési hőmérsékletnek felel meg. Az alsóbb rétegekben a közeghőmérséklet a tápvízbevezetés kialakításától függ. A folyadékszint alá vezetett, telítésinél hidegebb tápvíz esetén a kazánvíz hőmérséklete kisebb lesz a telítési értéknél. A gőztérbe vezetett, megfelelően elosztott, a gőzzel nagy felületen érintkező tápvíz telítési hőmérsékletre melegedhet.
-
Az előleválasztó dob (2) alkalmazásának célja az elgőzölögtető csövekből érkező gőz-víz keverék szétválasztása, a dobvízszint hullámzásának, a dobon belüli fröcskölés, felhabzás esetleges előfordulásának megelőzése, ezzel a gőzminőség javítása. Mintegy megnöveli a kazándob gőzterét. Előfordulása esetén a tápvízbevezetés is ide történik. Telítésinél hidegebb tápvíz esetén a víztérben, a kazándobhoz hasonlóan, aláhűtött folyadék-hőmérséklet is kialakulhat. A gőzoldali (9), vízoldali (10) összekötő csövek keresztmetszetének, áramlási ellenállásának megválasztásával biztosítani kell, hogy az előleválasztó dob alján mindig legyen folyadék. A kazándobbal egy magasságban elhelyezett előleválasztó doboknál (a gőzoldali összekötő csövek ellenállásának növelésével) arra is ügyelni kell, hogy a dobból folyadék ne áramolhasson vissza. Teljes sótalanítással előkészített tápvíz esetén alkalmazása nem szokásos.
-
Szétválasztó dobot (3) a kazándob gőzterének növelésére, a kazándobból esetlegesen elragadott, nagy sótartalmú folyadékcseppek leválasztására alkalmaznak. A gőz- és a folyadékfázis is telített állapotban van. Csak különleges kazánkonstrukcióknál alkalmazzák.
-
A tápvízbevezetés (4) feladata a tápvíz-előmelegítőből érkező tápvíz kazánvízzel történő, lehetőség szerinti egyenletes keveredésének biztosítása. Ennek elősegítésére a dob hossztengelye mentén végigfutó vályú, perforált cső alkalmazása is szokásos. Rosszabb kazánvíz-minőség esetén a gőztérbe filmszerűen vezetett tápvízzel a gőz sótartalmának csökkentésére a gőz „mosása” is szokásos volt. A belépő közeg hőmérséklete elgőzölögtető tápvíz-előmelegítőknél telített, egyébként telítési hőmérséklet alatt van, üzem közben is ingadozhat. Erre tekintettel a tápvízbevezető csonk(ok) kazándobba történő bevezetésénél az esetlegesen eltérő hőmérsékletekből adódó hőfeszültségek minimalizálására különös gondossággal kell eljárni, lehetőség szerint a gőztéren keresztül, a vízszintingadozás sávjától távol történő bevezetést kell alkalmazni.
-
Az ejtőcsövek (5) feladata az elgőzölögtető csövekben elpárologtatott közeg folyamatos pótlása, a kazándobot az elosztókamrákkal vagy a vízoldali összekötő csövekkel kötik össze. Összes keresztmetszetük a forrcsövek keresztmetszeténél (általában lényegesen) kisebb. Kialakításuk sokféle lehet: több – fűtött vagy fűtetlen – kisebb, illetve néhány fűtetlen, nagyobb átmérőjű cső. Utóbbi esetben több, kisebb átmérőjű összekötő csővel csatlakozik a kazándobhoz. Telített vagy aláhűtött közeget szállít, fűtött ejtőcsövekben elgőzölgés is lehetséges. Gyakori a konvektív elgőzölögtető csövek ejtőcsőként történő alkalmazása.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_901/#m713kaz_901 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_901/#m713kaz_901)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_901/#m713kaz_901)
2.89. ábra. Az elgőzölögtető rendszer felépítése
-
A forrcsövek (6) a közeg elgőzölögtetésére szolgálnak. Hőterhelésük és ezáltal gőztermelésük, falhőmérsékletük a láng alakjától, elhelyezkedésétől, a tüzelőanyag-minőségtől stb. függően változik. Rendszerint csak egyik oldaluk fűtött. A rétegződés (gőz-folyadék keverék szétválásának) elkerülésére vízszintes vezetésüket kerülni kell.
-
Recirkulációs csöveket (7) a kazándob és az ejtőcsövek tehermentesítésére alkalmaznak. Miután a gyűjtőkamrákban a fázisszétválasztás nem tökéletes, kis gőztartalmú gőz-folyadék keveréket szállítanak. Az áramlás stabilitása érdekében fűtetlenek. Keresztmetszetük kisebb a forrcsövekénél, csatlakoztatásukat a közeg egyenletes eloszlásának figyelembevételével kell kialakítani.
-
A felszálló csövek (8) a forrcső-rendszert kötik össze a kazándobbal. Falazaton belüli vezetés esetén az elgőzölgés a felszálló csövekben is folytatódik. Keresztmetszetük általában kisebb a forrcsövek keresztmetszeténél, gyűjtőkamrákhoz történő csatlakoztatásuknál az egyenletes közegelosztásra ügyelni kell. A dobvízszint feletti szakaszt (magasságot) túlemelésnek nevezzük.
-
A gőzoldali összekötő csövek (9) az előleválasztó dobban – a beérkező gőz-folyadék keverékből – kivált gőz kazándobba vezetésére szolgálnak. Keresztmetszetüket a vízoldali összekötő csövekkel összehangoltan kell meghatározni.
-
A vízoldali összekötő csövek (10) feladata az előleválasztó dobba beérkező folyadék kazándobba vezetése. Telített vagy aláhűtött közeget szállítanak. Utóbbi esetben kiszáradásuk gyors hőmérséklet-növekedésre, ebből adódóan, a járulékos feszültségek miatt, gyors meghibásodásokra vezethet. Ennek elkerülését az előleválasztó dob alját kitöltő folyadék vagy a kazándobban a csővégek folyadékszint alá vezetése biztosítja.
-
A gőzelvezető csövek (11) a kazándobból vezetik a nedves gőzt a leválasztódobba vagy egy gőzvezeték előtti gyűjtőkamrába. Keresztmetszetüket, csatlakozási pontjukat a cseppelragadás minimalizálásának figyelembevételével kell meghatározni.
-
A vízvisszavezető csövek (12) a leválasztódobban kivált vízcseppek kazándobba való visszavezetésére szolgálnak.
-
A vízoldali bekötőcsövek (13) az ejtőcsövet kötik össze az elosztókamrával, csatlakoztatásukat a közeg lehetőleg egyenletes elosztásának biztosítására kell kialakítani.
-
Az elosztókamrák (14) az ejtő-, a vízoldali bekötő-, az elgőzölögtető és (amennyiben van) a recirkulációs csövek csatlakozását biztosítják a cirkuláció stabilitása érdekében. Szakaszokra osztásuk általában indokolt.
-
A gyűjtőkamrák (15) feladata az elgőzölögtető és felszálló csövek csatlakozásának biztosítása. A cirkuláció stabilitásának javítására célszerű szakaszokra osztani őket. A rétegződés elkerülésére a cső be- és elvezetéseket lehetőség szerint szimmetrikusan kell kialakítani.
A természetes cirkuláció megbízhatósága:A vízcsöves kazánoknál az elgőzölgés során a folyadéknak, az elgőzölögtető felületek nedvesítése mellett, a csőfal megfelelő hűtését is biztosítani kell. A folyadékot csak olyan mértékben szabad besűríteni, hogy az oldott sók, ionok kiválása még a csőfal menti határrétegben kialakuló, nagyobb hőmérsékleten se következzen be. Ezek a követelmények egy, az adott nyomásnak, hőterhelésnek megfelelő, maximális gőztartalommal, minimális közegáramlási sebességgel, tömegárammal általában kielégíthetők.
A gyakorlatban a berendezések, még a legjobb szabályozó beállítások esetén is, folyamatosan változó tüzelőanyag-minőség, lángalak, gőznyomás, tápvízáram mellett üzemelnek, így a csövekben a cirkuláció is változik. Erre tekintettel a rendszert úgy kell kialakítani, hogy zavarok esetén is megbízhatóan működjön; elkerülhető legyen:
-
az áramlás megállása, megfordulása,
-
a gőz-víz keverék rétegződése,
-
a gőz-víz keverék csövek közötti egyenlőtlen eloszlása,
-
az ejtőcsövekbeli kavitáció, forrás,
-
az áramló közegbeli sebességingadozás.
Kritikus gőztartalom, minimális áramlási sebesség, tömegáram:A forrcső-rendszer csöveinek anyagválasztásánál, méretezésénél a várható csőfalhőmérsékletből kell kiindulni. Ennek meghatározása a közeghőmérsékletből () kiindulva történik, értékét i) a ( hőáramsűrűségből, közegoldali hőátadási tényezőből számítható) belső közegoldali hőátadás miatti; ii) a cső belső felületén képződött oxidréteg vagy lerakódás miatti (); valamint iii) a ( belső, közepes átmérőjű) csőfalban létrejövő hővezetés miatti hőmérséklet-növekedés növelvi:
A belső, közegoldali hőátadási tényező nagysága a hőátadás és az áramlás jellegétől függ. A számítási összefüggések az aláhűtött buborékos forrásra (2.80. ábra, B szakasz) a 3.3.3. fejezetben, a telített buborékos forrásra (C, D szakaszok) a 3.3.4. fejezetben, a kétfázisú konvektív hőátadásra (E, F szakaszok) a 3.3.5. fejezetben, a folyadékhiányos forrásra (G szakasz) a 3.3.6. fejezetben találhatók.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_910/#m713kaz_910 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_910/#m713kaz_910)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_910/#m713kaz_910)
2.90. ábra. A csőfal hőmérsékletének alakulása az elgőzölgés során a hőterhelés függvényében [2.59]
A 2.90. ábrán (167 bar gőznyomásra, 700 kg/m2s tömegáram-sűrűségre) bemutatott mérési eredményekből jól látható, hogy egy adott tömegáramnál, hőterhelésnél már viszonylag kis gőztartalomnál (x = 0,3–0,6) megkezdődik a falhőmérséklet emelkedése. Kis áramlási sebesség, tömegáram esetén a belső hőátadás leromlása miatt bekövetkezhet a csőfelület − 3.3.1.2. fejezetben tárgyalt − kiszáradása, túlhevülése, meghibásodása is. Ennek elkerülésére a tömegáramot úgy kell megválasztani, hogy a várható gőztartalom a 3.3.7. fejezetben részletesen tárgyalt kritikus gőztartalom, illetve a fűtőfelület tényleges hőterhelése a választott tömegáramhoz tartozó kritikus hőterhelés alatt legyen. Ledinegg a kritikus hőterhelés elkerülésére − az atomreaktorokat is beleértve − 1,25 értékű biztonsági tényező figyelembevételét javasolta.
A megvalósítandó minimális áramlási sebességet, a fűtőfelület megfelelő hűtéséhez szükséges tömegáram mellett, az áramlás rétegződésének, áramlási instabilitások veszélyének elkerülése is befolyásolja. Ezért a kazángyártók a gyakorlati tapasztalatok alapján belső irányelveket dolgoztak ki. Egy ilyen − a Deutsche Babcock AG. cég által készített − dokumentumban [2.62] megadott irányértékeket mutat a 2.91. ábra. Függőleges forrcsövekre az ábra bal oldali diagramjából kiolvasható, ferdén vezetett csövekre a vízszinteshez mért hajlásszög és a kilépő gőztartalom függvényében a jobb oldali diagramból leolvasott helyesbítő tényezővel növelt értéket javasolják. Az ábrán szereplő hidegvíz-sebesség a környezeti hőmérsékletre átszámított áramlási sebességet jelenti. A minimális keringési szám, a kiválások elkerülésére, 3-nál nem lehet kisebb.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_914/#m713kaz_914 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_914/#m713kaz_914)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_914/#m713kaz_914)
2.91. ábra. A megengedhető minimális keringési szám, a hidegvíz-sebesség és a ferde csőre vonatkozó helyesbítő tényező [2.62]
Az egyes csövek eltérő fűtöttsége, a gyártási, szerelési egyenlőtlenségek miatt a cirkulációs sebesség is eltérő lesz. Ebből adódóan a csatlakozó kamrákban is áramlási egyenlőtlenségek alakulhatnak ki. Ennek elkerülésére az elosztó- és gyűjtőkamrákat úgy kell szakaszolni, hogy egy kamraszakaszon belül a legjobban és legkevésbé hűtött csövekben kialakuló áramlási sebességek különbségének a legkevésbé hűtött csőbeli sebességhez viszonyított aránya a 20%-ot ne haladja meg.
Az áramlás megállása, megfordulása:A cirkuláció megállásával, megfordulásával minden, az ejtőcső üzemmódhoz tartozó maximális nyomáskülönbségnél kisebb nyomáskülönbséggel üzemelő, párhuzamosan kapcsolt csövekből álló elgőzölögtető rendszernél számolni kell. A veszélynek elsősorban a csőkötegek legkevésbé fűtött csövei vannak kitéve, hiszen ezeknél a csöveknél, a nagyobb átlagos sűrűségből adódóan, a jelleggörbe maximuma magasabban van.
Az áramlás megállása úgy következhet be, hogy a fűtés növekedése esetén a jobban fűtött csövekben fejlődő nagyobb gőzmennyiség miatt jelleggörbéjük jobbra (a nagyobb tömegáramok irányába) tolódik, így a munkapont kisebb nyomáskülönbségnél alakul ki. Emiatt a gyengébben fűtött csövekben a közegáram lecsökken, az áramlási sebesség közel zérus lesz. A kísérleti megfigyelések alapján a csövek nem telnek meg gőzzel, ugyanis a csöveket nagyrészt kitöltő folyadékból felfelé áramló gőz csak a keresztmetszetek viszonylag kisebb részén áramlik. Előfordulhat, hogy a csövekből kilépő gőzzel szemben folyadék áramlik be a csövekbe. A falhoz tapadó gőzdugók, még kis hőterhelés esetén is, a csőfal gyors meghibásodását eredményezhetik.
A túlemeléssel épített rendszereknél a megállás úgy is bekövetkezhet, hogy a kis felhajtóerő következtében az indulásnál az áramlás nem indul meg vagy kis terhelésen megszűnik. A határteljesítmény, amelynél az áramlás megáll (vagy ameddig még nem indul meg), az a terhelés, amelynél a csőbe belépő folyadékmennyiség éppen a csőből az előresietési sebességgel távozó gőzmennyiséggel lesz egyenlő ( = 1). A csövet kitöltő gőz-víz keverék a dob vízszintje fölé emelkedik, de a legmagasabb ponton nem tud átbukni. Meghatározása abból a feltételből történhet, hogy az áramlás megindulásához (a felszálló cső túlemelt szakaszának legmagasabb pontján történő átbukáshoz) az ejtőcső áramlási veszteségekkel csökkentett alsó kamrára számított nyomómagasságának nagyobbnak kell lenni az elgőzölögtető + feszálló csövet kitöltő keverék statikus nyomásánál:
Megfordulás az áramlási irány hirtelen megváltozása miatt következhet be. Ekkor is lehetőség van arra, hogy a gőz és a csőfal között közvetlen érintkezés jöjjön létre, és az átmenetileg kialakuló, rossz hőátadás következtében a csőfal túlhevüljön. Kisebb nyomásoknál (mintegy 30 barig) inkább megállás következik be, nagyobb nyomásoknál a megfordulás valószínűbb. Ennek ellenére az ellenőrző számításokat mindkét esetre el kell végezni. A számítás a gyengén fűtött elgőzölögtető csövek ejtőcső üzemmódra meghatározott jelleggörbe-maximumának és az üzemi munkapontnak az összehasonlításán alapul. Amennyiben a maximum értéke az üzemi munkapontra meghatározott nyomáskülönbség 90–95%-ánál kisebb, az áramlás megfordulásával nem kell számolni. A hagyományos ellenőrzési eljárást orosz források alapján [3.16] ismerteti. Egy, a katasztrófaelméleten alapuló vizsgálati megközelítést Nowotny [2.63] közöl: a részletesen vizsgált esetre kimutatja, hogy amennyiben a legjobban és a legkevésbé fűtött csövek hőterhelésének aránya a 4-et eléri, az áramlás a gyengébben fűtött csövekben megfordulhat.
A gyakorlatban az elgőzölögtető csőkötegeknél a felső kazándob szakaszolásával (például a tápvíz bevezetése a leggyengébben fűtött csövek fölé történik, ezáltal a nagyobb átlagos sűrűség következtében a csövek bizonyosan ejtőcsőként működnek), más esetekben az elosztó-, gyűjtőkamrák hőterhelés-eloszlásnak megfelelő szakaszolásával az áramlás megállása, megfordulása bizonyosan megelőzhető.
A gőz-víz keverék rétegződése:A rétegződés elsősorban vízszintesen vagy kis hajlásszöggel vezetett elgőzölögtető csöveknél, elágazásoknál [2.64] következik be, de függőleges csöveknél is kialakulhat egyenlőtlen fűtés kis tömegáram-sűrűség esetén. Kialakulását a csőátmérő növelése is kedvezőtlenül befolyásolja. Gyakorlati tapasztalatok alapján: 15 foknál meredekebben vezetett csövekben hatása elhanyagolható, 3 m/s-nál nagyobb hidegvíz-sebesség estén 40–75 mm átmérőjű, 40 barnál nagyobb üzemnyomású csövekben rétegződés általában nem következik be [2.60].
A gőz-víz keverék egyenlőtlen eloszlása:A kétfázisú közeg egyenlőtlen eloszlásával a kazándob és az elgőzölögtető csőrendszer közé iktatott kamrák, gőzbekötő csövek esetén kell számolni. Az elgőzölögtető csöveket követő kamrákban bekövetkezhet a fázisok rétegződése, emellett a továbbvezető csövekbe történő belépésnél további egyenlőtlenségek alakulhatnak ki [2.65], így a kétfázisú keverék összetétele az elvezető csövek kezdetén nagyon különböző lehet. Megelőzése a lehetőség szerinti egyenletes (osztással, sebességgel, szimmetrikusan történő) bevezetéssel, elvezetéssel lehetséges. Ügyelni kell:
-
több alkotó mentén történő bevezetésnél, elvezetésnél a csonkok kamrakerület menti szimmetrikus elrendezésére,
-
a kétfázisú keverék kamra hossztengelye mentén történő áramlásának elkerülésére, minimalizálására,
-
az elvezető csövek bevezető csövekkel azonos vagy azokénál kisebb keresztmetszetére,
-
a bevezető és elvezető csövek hossztengely menti arányos elrendezésére.
Kavitáció az ejtőcsövekben:A kazándobban a kazánvíz telített vagy aláhűtött állapotban van. Az ejtőcsőbe történő belépésnél statikus nyomása a belépési veszteségnek és sebességnek () megfelelő dinamikus nyomással csökken, és előfordulhat, hogy a statikus nyomás a közeghőmérséklethez tartozó telítési nyomásnál kisebb lesz. Ekkor az ejtőcsőben megindul a gőzfejlődés, amely az áramlás rövid időre történő megállásához vezethet. A gőzfejlődés lehetősége mindaddig fennáll, amíg a statikus nyomás nem növekszik a telítési nyomás fölé. Az áramlás megállása, esetleges lengések a fűtött csöveknél, azok esetleges túlhevülése esetén okozhatnak meghibásodást. Ennek megelőzésére a kazándobokban a kavitáció elkerüléséhez szükséges nagyságú ejtőcső-belépőcsonk feletti vízszintmagasságot () kell biztosítani.
Emellett a konstrukciós kialakítással mindenképpen meg kell akadályozni a kazándobba különféle csöveken beáramló gőz-víz keverékből a gőz ejtőcsövekbe történő esetleges bejutását.
Forrás az ejtőcsövekben:Kialakulása fűtött ejtőcsöveknél várható, hatására a cirkuláció romlik, esetleg megáll, így a csőrendszer egyes részei túlmelegedhetnek, meghibásodhatnak. A jelenség lehetőségének ellenőrzését a legjobban fűtött, legkevesebb folyadékot szállító csőre kell elvégezni. Utalni kell azonban arra, hogy az ejtőcsőbeli elgőzölgés önmagában, amennyiben a rendszer tervezésénél figyelembe vették, megengedhető, elég csak a „Stirling”-rendszerű elgőzölögtetőkre utalni.
Sebességingadozások a csövekben:Mint arra utaltunk, a cirkuláció még a berendezések állandósult állapotában sem állandó, a keringő közeg sebessége, összetétele mindig változik, az áramló közeg lengésbe jöhet [2.61, 2.66]. A lengések lehetnek periodikusak vagy aperiodikusak. Előbbinél a sebesség egy átlagérték körül, közel azonos értékkel ingadozik, utóbbinál változik a sebességváltozás mértéke is. A lengés veszélyes, mert:
-
a fűtőfelületen változhat az elgőzölgés mértéke, előfordulhat, hogy a gőztartalom átmenetileg a kritikus érték fölé nő, a csőfal kiszárad, túlmelegszik, ebből adódóan helyi kiválások, lerakódások jöhetnek létre, a csőfalon lévő magnetitréteg sérülhet, a cső meghibásodhat,
-
gyors hőmérséklet-változás esetén kis ciklusú kifáradás történhet,
-
az állandó lengés (oszcilláció vagy pulzáció) a kazánszerkezet rezgését is előidézheti, ezáltal is csökkentve a kazán élettartamát. Különleges esetben elemek meghibásodása is bekövetkezhet.
A filmelgőzölgés például aperiodikus vagy periodikus oszcillációt, a buborékos forrással jellemezhető dugós áramlás gyűrűs áramlásra történő átváltása pedig pulzációt eredményezhet. A lengés lehetőségét a statikus, illetve dinamikus stabilitás vizsgálata alapján lehet mérlegelni. Amennyiben a kazán üzemében jelentkező különféle átmeneti zavarások (mint például a hőfelvétel, a gőzelvétel, a tápvízáram változása stb.) a csövekben vagy legalább azok egy részében nem okoznak lengést, statikus stabilitásról beszélünk. Ilyen átmeneti zavarásoknál lengés akkor jöhet létre, ha a csőben áramló mennyiség növekedése (például a kisebb gőzfejlődés miatt a kétfázisú súrlódási nyomásveszteségi tényező változásán keresztül) a nyomásveszteség csökkenését eredményezi, vagy megfordítva.
Amennyiben az áramlási zavarások (például buborékképződés, nedvesítés, áramlási forma változása stb.) hatására nem jön létre lengés, dinamikus stabilitás van. Ilyen zavarások hatására részben nagy frekvenciás nyomáshullámok (akusztikus oszcilláció), részben kis frekvenciájú sűrűséghullámok (térfogati pulzáció) keletkezhetnek. A gyakorlatban mindkettő előfordulhat. A gyakoribb térfogati lengés a gőztermelésre hatással lévő, keringő tömegáram zavarával indul. A gőztermelés változása pedig befolyásolja a nyomáskülönbség nagyságát, ezzel az egyensúlyi tömegáramot. Kedvezőtlen csőgeometria és peremfeltételek (fűtés, tápvízáram, gőzelvétel stb.) esetén visszacsatolás és folyamatos lengés alakulhat ki. A hivatkozott irodalom alapján a lengés amplitúdója a fajtérfogatok arányától (gőznyomástól) függ, frekvenciája független a nyomástól.
Cirkulációs számítás a gyakorlatban:Az előzőekben bemutattuk a természetes cirkulációs kör általános felépítését, működésének alapelveit. A tervezés során a cirkulációs csőrendszer kialakítása az elgőzölögtető felület (forrcsövek) hőtechnikai számításokból adódó, optimális elrendezésének van alárendelve, mivel az ejtőcsövek, bekötőcsövek stb. méreteinek, kapcsolásának, vonalvezetésének meghatározása csak az elgőzölögtető rendszer figyelembevételével lehetséges. Az elgőzölögtető rendszer csőelrendezését követően az egyik első feladat annak eldöntése, hogy hány és milyen cirkulációs hurok kialakítására kerüljön sor. A hurkok számának növelése javítja a cirkuláció megbízhatóságát, de a csövek, kamrák számának növelésével drágítja a konstrukciót. Csőkötegeket tartalmazó elgőzölögtető rendszereknél vizsgálni kell, hogy szükség van-e külön (fűtetlen) ejtőcsőre, vagy a csőköteg megfelelő szakaszolásával enélkül is lehetséges a megbízható hűtés. Hurkokat rendszerint az azonos méretű, csőelrendezésű, hosszúságú, fűtöttségű, azonos kamra- és dobszakaszokhoz tartozó csövekből alakítunk ki. A fontosabb konstrukciós szempontokat az egyes lényegesen eltérő gőzfejlesztők cirkulációs számításainak ismertetésénél a következőkben vázoljuk.
A cirkulációs számításokat célszerű különálló cirkulációs hurkonként végezni. Ismerni kell az egyes csövek méretét, számát, a cső hosszát, vonalvezetését, hajlításainak számát, ezek sugarát, szögét, a dobokhoz, kamrákhoz történő csatlakozások kialakítását, a csövek hőfelvételét a hosszuk mentén. Maga a számítás minden esetben az elgőzölögtető csövek szakaszokra osztásával, ezekben az átlagos gőztartalom egy feltételezett tömegáram figyelembevételével történő meghatározásával indul. A gőztartalom alapján a felhajtóerő, az áramlási ellenállások, a gyorsítási veszteség számítása elvégezhető, majd a teljes csőre összegezhető. A számításokat több feltételezett tömegáramra elvégezve az egyes csövek jelleggörbéi megrajzolhatók.
A számítások bonyolultabb rendszerekre hagyományos, kézi módszerekkel, a jelleggörbék felrajzolásával csak lassan, nagy munkaráfordítással végezhetők el, így az optimális konstrukciós megoldás kidolgozása hosszú időt igényelne. Ezért a számításokat általában számítógépes programokkal végzik [3.16]. Ezek közül az egyszerűbbek csak egy-egy hurok számítására képesek, de ismertek a több különböző hurok egyidejű számítására alkalmas programok is. Ezek hiányában időtakarékosságból a legkedvezőtlenebb hurok hagyományos módszerekkel történő vizsgálata ajánlható, ez esetben azonban valószínűleg az optimálisnál több szerkezeti anyag felhasználására kerül sor [2.87].
A kazánoknál a legtöbb meghibásodás a túlmelegedett túlhevítőknél, ezt követően az elgőzölögtetőknél fordul elő. Az elégedett üzemeltetők érdekében, a meghibásodások megelőzésére, az elgőzölögtetőket célszerű „túlméretezni”, azaz a különféle módszerek alapján elvárt „minimális” cirkulációnál minden üzemállapotban nagyobbat biztosítani vagy egy kissé jobb csőanyagot alkalmazni. Ezeknek a gyártók közötti árverseny nyilván határt szab, de a garanciális időszak alatti vagy későbbi javítások valószínűsíthető költségeinek figyelembevételével az optimális „túlméretezés” mértéke eldönthető.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_939/#m713kaz_939 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_939/#m713kaz_939)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_939/#m713kaz_939)
2.92. ábra. Meredek csöves, besugárzott tűzterű gőzkazán cirkulációs körének vizsgálata [3.16]
Besugárzott tűzterű, meredek csöves gőzfejlesztő:Egy besugárzott tűzterű, meredek csöves gőzfejlesztő általános cirkulációs körének kialakítása a 2.92. ábrán látható. A forrcsövek számát a tűztér kerülete határozza meg. A leggyakoribb csőméret 57 mm külső átmérő, 75 mm-es csőosztással (lásd 2.2.2.1. fejezet). Az ejtőcsövek, felszálló csövek áramlási keresztmetszetét a forrcsövek áramlási keresztmetszetének mintegy egyharmadára választják. Az ejtőcső, vízoldali bekötőcsövek általában fűtetlenek, a felszálló cső részben fűtött. A forrcsöveket és a felszálló csöveket összekötő kamra a kazánfalazaton kívül, fűtetlen helyen van. A tűztér szélessége mentén változó hőterhelés miatt ezt és az alsó kamrát hosszirányban (3–7 részre osztva) indokolt szakaszolni. A túlemelés nagysága a dob sugaránál általában kisebb. A változó hőterhelés a lánggal érintkező szakaszokra, míg az állandó hőterhelés az egyenletes gázsugárzással fűtött szakaszokra utal. A forrcsövek alsó, fűtetlen része a tűztéren kívüli (a kamra és a másik oldali tűztérfal közötti) szakasz. Hasonlóan: a felszálló csövek fűtetlen szakasza a csövek füstgázjáraton kívüli része. A cirkulációs jelleggörbék az ábra bal oldalán láthatók.
A stabilitási vizsgálatot (vajon a hurokhoz tartozó leggyengébben fűtött csőben nem áll-e, fordul-e meg az áramlás) a kritikus hőterhelést, a csőfalhőmérséklet számítását, az anyagválasztás ellenőrzését a munkapontra adódott tömegáram (tömegáram-sűrűség) alapján kell elvégezni. Elégtelenség esetén az ejtőcső, a bekötőcsövek, a felszálló csövek keresztmetszete a cirkulációs sebesség érdekében növelhető. Instabilitás veszélye esetén a kamraosztás újragondolása, az előbbi csőkeresztmetszetek növelése, esetleg (1/6–1/12 keresztmetszet-arányú) szűkítő tárcsáknak a forrcső belépő szakaszaira történő beépítése jelenthet megoldást. Utóbbiak emelőcső üzemmódban növelik, ejtőcső üzemmódban csökkentik a csőszakaszok két végpontja közötti nyomáskülönbséget. A gőzbuborékok fojtótárcsán át történő lefelé áramlása a nyomásveszteséget a folyadékfázishoz viszonyítva lényegesen megnöveli. Így a munkapont bizonyosan az ejtőcső üzemmódra vonatkozó jelleggörbe maximuma fölé kerül. A fojtótárcsák alkalmazásának hátránya a keringési szám csökkenése, illetve a gyártási költségek növekedése, ezért alkalmazásuk csak más lehetőség hiányában célszerű.
Cirkulációs kör recirkulációs csővel:A recirkulációs csövek alkalmazásának célja − mint arra már utaltunk − az ejtő- és gőzbekötő csövek tehermentesítése. Így az ejtőcsövek száma, áramlási keresztmetszete csökkenthető. A forrcsövekhez viszonyított szokásos keresztmetszetarány Ledinegg [7] szerint: ejtőcsöveknél ~1/7–1/8, felszálló csöveknél ~1/2–1/3, recirkulációs csöveknél ~1/3,8. A csőrendszer kialakítására egyébként a recirkulációs csövek nélküli, meredek csöves csőrendszerre ismertetettek érvényesek.
2.93. ábra. a) Elgőzölögtető csőrendszer recirkulációs csővel [3.16]. b) Recirkulációs csővel kialakított csőrendszer jelleggörbéi [3.16]
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_946/#m713kaz_946 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_946/#m713kaz_946)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_946/#m713kaz_946)
|
|
a)
|
|
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_947/#m713kaz_947 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_947/#m713kaz_947)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_947/#m713kaz_947)
|
|
b)
|
A recirkulációs csővel kialakított elgőzölögtető rendszer egyszerűsített vázlatát a 2.93. ábra (a) mutatja. A cirkulációs számítás az egyes csőszakaszok (ejtőcső, recirkulációs cső, forrcső, feszálló cső) jelleggörbéjének meghatározásával kezdődik. A jelleggörbéket az ejtőcsövek (2.93. ábra (b) bal oldala) és a recirkulációs csövek (jobb oldali ábra) tömegárama függvényében ábrázoljuk. A forrcső-jelleggörbét ez esetben azonban nemcsak az ejtőcsövön át keringő folyadékmennyiség (R = 0), hanem az ehhez hozzáadódó, különféle nagyságú (R1–R4) recirkulációs csövön keringő folyadékmennyiségek figyelembevételével is ki kell számítani. Ez tulajdonképpen az R = 0 értékhez tartozó jelleggörbe R1–R4 értékekkel balra történő eltolását jelenti.
A különféle recirkulációs tömegáramokhoz tartozó forrcső-jelleggörbékhez a sorba kapcsolt felszálló cső jelleggörbéjét hozzáadva a különféle tömegáramokhoz tartozó forrcső + felszálló cső jelleggörbék adódnak. Ezeknek az ejtőcső jelleggörbéjével való metszéspontját az azonos recirkulációs tömegáramokhoz tartozó forrcső-jelleggörbékre visszavetítve egy forrcső-segédvonal adódik. Ez a különféle recirkulációs áramokhoz tartozó, egyensúlyi forrcső-nyomáskülönbségeket mutatja, amelyek így (a jobb oldali ábrán) a recirkulációs tömegáramok függvényében is ábrázolhatók. A recirkulációs és forrcső-jelleggörbék metszéspontja a recirkulációs csőrendszeren keringő tömegáramot adja. Az ehhez tartozó, egyensúlyi nyomáskülönbséget a bal oldali ábra forrcső-segédvonalára visszavetítve az ejtőcső egyensúlyi tömegárama adódik. A forrcsövön a két tömegáram összege áramlik.
A munkapont meghatározását a stabilitási vizsgálat követi. Vajon az egyensúlyi nyomáskülönbség nagyobb-e és mennyivel a forrcső ejtőcső üzemmódra számított jelleggörbéjének maximumánál? Azt is célszerű megvizsgálni, hogy vajon a kedvezőtlenebb elrendezésű recirkulációs csövekben (például a forrcsövek szívó hatására) nem fordul-e meg az áramlási irány.
Az előbbiekből is megállapítható, hogy a számítás bonyolult, a recirkulációs csövekben visszaáramló tényleges gőzmennyiség ismeretének hiányában mindig közelítő. A konstruktőrnek ellentétes szempontokat kell egyidejűleg kielégíteni: a forrcsövekben a stabilitás érdekében nagy nyomáskülönbséget, a nagy recirkulációs tömegáram érdekében kis nyomáskülönbséget kellene biztosítani. Ezek is hozzájárultak, hogy a falazott kazánoknál széles körben alkalmazott megoldás visszaszorult, ma csak elvétve (például a sarokcsöves kazánoknál [2.69]) építenek be recirkulációs csöveket.
Alsó, felső dobokhoz csatlakozó fűtött csőrendszer:Az ipari kazánoknál nagy számban alkalmaznak fűtött, alsó és felső kazándobok közé beépített, elgőzölögtető csőkötegeket (2.94. ábra (a)). Az egyes csövek mérete, vonalvezetése a dobokhoz történő csatlakozástól, hőfelvétele a füstgáz áramlási irányától, tömegáramától függően lényegesen eltérő. Így eltérő az alsó és felső végpontjaik közötti nyomáskülönbség is. Fűtetlen ejtőcsövek hiányában a csövek egy része kényszerűen ejtőcsőként üzemel. Emiatt a nyomáskülönbség a szokásos fűtetlen ejtőcső-forrcső rendszerekhez viszonyítva sokkal kisebb, ami az instabil üzem veszélyét valószínűsíti.
Az instabilitás lehetősége az emelő- és ejtőcsövek közötti sűrűségkülönbség növelésével, ennek érdekében az ejtőcsőnek tervezett csövek hőfelvételének emelőcsövekhez viszonyított lényeges csökkentésével (például az eltérő feladatra szánt elgőzölögtető csőkötegek közé túlhevítő beépítésével) vagy a felső dob szakaszolásával, a telítésinél hidegebb tápvíznek az ejtőcsöveknek szándékolt csőköteget tartalmazó szakaszba történő bevezetésével, így a forrás megindulásának késleltetésével, az ejtőcsöveknek szánt elgőzölögtető csövek ellenállásának mérséklésével (átmérőjük növelésével) csökkenthető. Ezek mellett szóba jöhet terelőfal beépítése (az ejtőcsőnek szánt csövek leárnyékolása), kerülő füstgázjárat kialakítása is, ezek azonban a beépített fűtőfelület hatékonyságát lényegesen csökkentik, a konstrukciót drágítják. Célszerűbb lehet helyettük fűtetlen, nagyobb átmérőjű ejtőcső alkalmazása.
2.94. ábra. a) Fűtött elgőzölögtető csőköteg. b) Fűtött elgőzölögtető csőköteg csöveinek jelleggörbéi emelőcső (F) és ejtőcső (E) üzemmódban. c) Fűtött elgőzölögtető csőköteg eredő jelleggörbéi különleges állapotban. d) Fűtött elgőzölögtető csőköteg eredő jelleggörbéi
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_956/#m713kaz_956 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_956/#m713kaz_956)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_956/#m713kaz_956)
|
|
a)
|
|
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_957/#m713kaz_957 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_957/#m713kaz_957)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_957/#m713kaz_957)
|
|
b)
|
|
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_958/#m713kaz_958 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_958/#m713kaz_958)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_958/#m713kaz_958)
|
|
c)
|
|
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_959/#m713kaz_959 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_959/#m713kaz_959)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_959/#m713kaz_959)
|
|
d)
|
A csőköteg cirkulációs vizsgálatát abból kiindulva lehet elvégezni, hogy a párhuzamosan kapcsolt csövek végpontjai között a nyomáskülönbség, illetve a lefelé és felfelé áramló tömegáram azonos. A feladat az egyensúlyt biztosító ejtő- és emelőcső-számok meghatározása. A módszert egy 4 m magas, öt (100, 90, 80, 70, 60% arányban), különbözőképen fűtött csőből álló csőrendszerre mutatjuk be.
Az egyes csövek jelleggörbéit feltüntető 2.94. ábra (b) alapján megállapítható, hogy az eltérő fűtött hosszúság, hőfelvétel, vonalvezetés ellenére az egyes csövek jelleggörbéi között alig van különbség. Legalul mind az ejtőcső (E1–E5), mind az emelőcső (F1–F5) tartományában a legjobban fűtött cső jelleggörbéje helyezkedik el. Az ábra a jelleggörbéket az azonos méretű csövek tömegáram-sűrűségének függvényében mutatja. A lényeget illetően nem jelent változást a tömegáram függvényében történő ábrázoláshoz, hiszen utóbbi az előbbi érték csőkeresztmetszettel szorzott értéke. A választott ábrázolás esetén közvetlenül is megítélhető, hogy a cső hűtése várhatóan elégséges lesz-e.
A lehetséges munkapont(ok) meghatározása „próbálgatással” történik. Feltételezzük, hogy az 1–4 jelű csövek emelőcsőként (F1, F2, F3, F4), az 5 jelű cső ejtőcsőként (E5) működnek. Az egyes csövek jelleggörbéinek összegzésével meghatározzuk az emelőcsőként működő csövek eredő (F1–F4) jelleggörbéjét (2.94. ábra, (c) bal oldal), melyet az ábra az ejtőcsőként működő cső tömegáram-sűrűségének függvényében ábrázol. A munkapontot a két jelleggörbe metszéspontja határozza meg.
Az egyensúlyi nyomásértéket az egyes csövek jelleggörbéire visszavetítve kiadódik az egyes emelőcsőként működő csövek tömegáram-sűrűsége. Miután az egyensúlyi nyomáskülönbség kisebb a 3–4 jelű csövek ejtőcső üzemmódra vonatkozó (E3, E4) jelleggörbéjének maximumánál, ezekben a csövekben az áramlás instabil lehet. Ugyanakkor, mint azt a 2.94. ábra (c) jobb oldala mutatja, az F1–F3 eredő jelleggörbének nincs közös metszéspontja az E4–E5 eredő jelleggörbével. Így az áramlás a bemutatott üzemállapotban, a 4 jelű csőben teljesen nem fordulhat meg. Kisebb hőfelvételnél azonban ez bekövetkezhet.
A 2.94. ábra (d) egy különleges üzemállapotot mutat. Egy adott hőterhelés-eloszlásnál az F1–F4 eredő jelleggörbe nem metszi, hanem csak érinti az E5 jelleggörbét, és a munkapont stabilnak is tűnik, mivel a nyomáskülönbség nagyobb az 1–4 csövek ejtőcső üzemmódra vonatkozó jelleggörbéjének maximumánál. Az egyes emelőcsövekre kiadódott munkapontok (a tömegáram-sűrűség az emelőcsövekben ~100–300 kg/m2s nagyságrendben van) alapján megállapítható, hogy a csövek megfelelő hűtése nem biztosított, így a cirkulációt az előzőekben ajánlott lehetőségek felhasználásával javítani kell.
Általánosan vizsgálva: a felületek hőfelvételének, ezek arányának függvényében a lehetséges munkapontok egy térbeli felületen helyezkednek el [2.67]. A teljes munkatartományban stabil működést csak a fűtött ejtőcsövek hőfelvételének minimalizálása, illetve a fűtetlen ejtőcsövek alkalmazása tudja garantálni. Kis hőterhelés esetén a falhőmérséklet még a cirkuláció megállása, átmeneti megfordulása esetén is a megengedhető tartományban maradhat, a berendezés meghibásodása nem következik be.
Többdobos kazán:Többdobos (több csőköteges) konstrukciók manapság már csak hulladék-, biomassza-tüzelésű kazánoknál jöhetnek szóba, olyan esetben, amikor a megfelelő nagyságú elgőzölögtető felület kialakítása csak több kazándob alkalmazásával biztosítható. Ezek mellett esetenként még találkozhatunk korábban épített ilyen kazánokkal is. Egy háromdobos kazán cirkulációs rendszerének vázlatát a 2.95. ábra mutatja.
Harvard
(): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_967/#m713kaz_967 ()
Chicago
. . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_967/#m713kaz_967)
APA
(). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_967/#m713kaz_967)
2.95. ábra. Többdobos kazán keringési rendszerének vázlata
A vázolt kialakítás tartalmaz besugárzott (F3, F4), illetve konvektív (F11–F23) elgőzölögtetőket, fűtött ejtőcsöveket (E1, E2), továbbá a két dob közötti vízoldali (V1, V2) és gőzoldali (G1, G2) összekötő csöveket. A dobok közé befogott csövek hőtágulása eltérő hőfelvételükből adódóan különböző, ezért vonalvezetésük rugalmas, egyik vagy mindkét végükön irányeltereléssel csatlakoznak a kazándobokhoz. A cirkulációs számítás az egyes eltérő feladatot betöltő, eltérően fűtött csőszakaszok jelleggörbéjének meghatározásával kezdődik. Ezt követően az egyes sorosan vagy párhuzamosan kapcsolt jelleggörbék alábbi sorrendben végrehajtott összegzésével határozhatók meg az eredő jelleggörbék:
-
az F3+B1 sorba kapcsolt szakaszok (F3+B1) eredő jelleggörbéje,
-
az F4+B2 sorba kapcsolt szakaszok (F4+B2) eredő jelleggörbéje,
-
az (F3+B1) és (F4+B2) párhuzamosan kapcsolt részrendszerek (F3+B1+F4+B2) eredő jelleggörbéje,
-
az (F3+B1+F4+B2) részrendszer és vele sorba kapcsolt B3 vízoldali összekötő cső (F3+F4+B1+B2+B3) eredő jelleggörbéje,
-
az F11–F13 párhuzamosan kapcsolt elgőzölögtető csövek eredő (F1) jelleggörbéje,
-
a besugárzott fűtőfelületeket tartalmazó (F3+F4+B1+B2+B3) szakasz és a vele párhuzamosan kapcsolt F1 konvektív csőköteg eredő (F1+F3+F4+B1+B2+B3) jelleggörbéje,
-
a két kazándobot összekötő víz- és gőzoldali csövek (V) eredő jelleggörbéje,
-
a besugárzott és mellső konvektív felületeket tartalmazó (F1+F3+F4+B1+B2+B3) részrendszer és a vele sorba kapcsolt, dobösszekötő csövek (V) eredő jelleggörbéje (F1+F3+F4+B1+B2+B3+V),
-
az F21–F23 párhuzamosan kapcsolt elgőzölögtető csövek eredő (F2) jelleggörbéje,
-
a hátsó dobba a bekötőcsöveken keresztül csatlakozó (F1+F3+F4+B1+B2+B3+V) részrendszer és a vele párhuzamosan kapcsolt (F2) hátsó elgőzölögtető rendszer, egyben az emelőcső-rendszer eredő jelleggörbéje,
-
az E1–E2 párhuzamosan kapcsolt ejtőcsövek (E) eredő jelleggörbéje.
Az utóbbi két jelleggörbe metszéspontja a munkapont. Az ehhez tartozó tömegáramot, nyomáskülönbséget fordított sorrendben visszavetítve minden elemi szakasz munkapontja megállapítható. A számításnál vonatkoztatási magasságként az alsó dob legalsó pontját célszerű választani. Figyelembe kell venni, hogy a mellső és a hátsó dob között nyomáskülönbség és vízszint-különbség is kialakulhat (ez biztosítja a keringéshez szükséges folyamatos közegáramlást a mellső dobból a hátsó dobba). A gyengébben fűtött (elsősorban F21–F23) emelőcsövekre a stabilitás ellenőrzését mindenképpen el kell végezni.
Számítógépes számításnál ilyen összetett rendszerek esetében az iterációs megoldás helyett célszerűbbnek tűnik az elemi szakaszok jelleggörbéinek meghatározása, ezekre többváltozós, kellően pontos közelítő függvények illesztése, majd a függvények előbbiek szerinti összegzésével az eredő munkapont, ebből az elemi szakaszok munkapontjának meghatározása.
Ferde csöves elemkamrás kazánok:Elemkamrás kialakításnál a ferdén vezetett elgőzölögtető csövek egy, a felső végén táplált közös kamrából indulnak, és egy felső végén gőzelvezetéssel ellátott kamrába csatlakoznak (2.96. ábra (a)). A füstgáz a csöveket keresztirányban átáramolva fűti, terelőfalakkal több füstgázjárat is kialakítható (2.7. ábra (a)). A legalul elhelyezkedő csősorokat lángsugárzás is érheti. Így az egyes csősorok hőfelvétele lényegesen különböző lehet. Egymás felett, soros vagy sakktáblás osztással a cirkuláció stabilitása érdekében csak 8–10 csősor helyezhető el. Régebbi konstrukcióknál a szokásos csőméret 86, illetve 102 mm külső átmérő, a négyszögletes elemkamra mérete 115140 vagy 140140 mm, a csőosztás 150 mm volt. A falvastagságot a gőznyomás határozta meg. Új konstrukcióknál tetszőleges méretek választhatók.
2.96. ábra. a) Elemkamrás kazán vázlata. b) Elemkamrás kazán jelleggörbéi
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_976/#m713kaz_976 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_976/#m713kaz_976)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_976/#m713kaz_976)
|
|
a)
|
|
|
|
Harvard (): . : .
: /hivatkozas/m713kaz_977/#m713kaz_977 ()
Chicago . . . : .
(: /hivatkozas/m713kaz_977/#m713kaz_977)
APA (). . .
(: /hivatkozas/m713kaz_977/#m713kaz_977)
|
|
b)
|
A jelleggörbék szerkesztését, a munkapontok meghatározását egy öt csőből álló rendszerre mutatjuk be. A számítás az ejtő-, elgőzölögtető és felszálló csövek jelleggörbe-pontjainak meghatározásával indul. A vonatkoztatási pont az ejtőcső legalsó pontja, a 2.96. ábrán (a) B-vel jelölve.
Az egyes forrcsövek számításánál figyelembe kell venni, hogy a belépő elemkamrában a közeg lassul, nyomása a B ponthoz viszonyítva a magasságkülönbség miatt is nő. A kilépő elemkamrában a közeg gyorsul és geodetikus nyomása is csökken. Így a forrcsövek jelleggörbéi az előbbi nyomáskülönbségeket is tartalmazzák.
A munkapont meghatározása a párhuzamosan kapcsolt forrcsövek jelleggörbéinek tömegáram-sűrűség menti összegzésével, az eredő jelleggörbéhez a gőzbekötő cső jelleggörbéjének hozzáadásával, az összegzett jelleggörbe és az ejtőcső-jelleggörbe metszéspontjának megállapításával, a kiadódott tömegáram- és nyomáskülönbség-értékek visszavetítésével történik. A számítás menetét bemutató 2.96. ábrán (b) ismételten nem a tömegáram, hanem a forrcsövek tömegáram-sűrűségének függvényében ábrázoltuk a jelleggörbéket. Látható, hogy a kiadódott forrcső-munkapontok tömegáram-sűrűsége ez esetben is nagyon alacsony. A helyzeten az eredő munkapont jobbra történő eltolásával, a gőzbekötő cső jelleggörbéje meredekségének csökkentésével (a csőkeresztmetszet növelésével) lehetne javítani.
A munkapontok meghatározása után a stabilitás ellenőrzése következne: vajon nem fordulhat-e meg az áramlás a ferde emelőcsövekben? Az ejtőcsőként viselkedő cső esetében az összehasonlítást nem az A és a B pontok közötti jelleggörbéken, hanem az elosztó- és a gyűjtőkamra nyomásnövelő, nyomáscsökkentő hatását figyelmen kívül hagyva, csak a ferde csövekre meghatározott jelleggörbéken kell elvégezni.
Tartalomjegyzék
- Kazánok
- Impresszum
- Előszó a második kiadáshoz
- Bevezetés
- 1. Kazánok általános jellemzői
- 2. Kazántípusok általános ismerte
- 3. Kétfázisú hőátadás, áramlás fűtött felületen
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 3.2. Forrás végtelen térben [3.1]
- 3.3. Hőátadás és gőzfejlesztés csőben
- 3.4. A kétfázisú közeg áramlásának alapjai
- 3.1. A gőzképződés alapvető folyamatai [3.1]
- 4. Vízoldali folyamatok, vízelőkészítés, gőztisztaság
- 5. Hőtechnikai számítások
- 6. Füstgázoldali folyamatok, légtechnikai számítások
- 7. Gőzkazánok elemeinek szilárdsági számítása
- 8. A gőzkazánok üzemeltetése
- Függelék
- 1. függelék
- 2. függelék
- 3. függelék
- 4. függelék
- 5. függelék
- Szerkezeti anyagok
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- b) Hagyományos lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- c) Növelt szilárdságú lemezanyagok folyáshatára [7.63]
- d) Jellemző dobanyagok tartamszilárdsága [7.63]
- e) Kamrák lemezanyagainak tartamszilárdsága [7.63]
- f) Rozsdamentes lemezanyagok folyáshatára [7.65]
- g) Rozsdamentes lemezanyagok tartamszilárdsága [7.65]
- h) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok folyáshatára [7.70]
- i) Ötvözetlen, gyengén ötvözött csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- j) Hagyományos csőanyagok folyáshatára [7.70]
- k) Hagyományos csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- l) Növelt szilárdságú csőanyagok folyáshatára [7.70]
- m) Növelt szilárdságú csőanyagok tartamszilárdsága [7.70]
- n) Rozsdamentes csőanyagok folyáshatára [7.71]
- o) Rozsdamentes csőanyagok tartamszilárdsága [7.71]
- p) Korszerű anyagok folyáshatára [7.30], [7.74, 7.75, 7.76], [7.79, 7.80], [7.83]
- q) Korszerű anyagok tartamszilárdsága [7.25], [7.74, 7.75], [7.79, 7.80, 7.81, 7.82, 7.83]
- a) Szerkezeti anyagok összetétele
- Szerkezeti anyagok
- Irodalom
Kiadó: Akadémiai Kiadó
Online megjelenés éve: 2020
ISBN: 978 963 454 492 0
Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.
Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//
BibTeXEndNoteMendeleyZotero
gomb segítségével választhatsz, hogy fejezetről fejezetre lapozva vagy inkább folyamatosan görgetve olvasnád-e a könyvet.
