Влияние конструктивных и режимных факторов на гидравлическую характеристику горизонтальных необогреваемых и обогреваемых труб

В горизонтальных необогреваемых трубах при течении однофазного потока (вода, пар) гидравлическая характеристика однозначна. Конструктивное выполнение труб (длина, диаметр, суммарное сечение труб, гибы) влияет на величину гидравлического сопротивления, но не изменяет вид гидравлической характеристики.

При течении пароводяной смеси в горизонтальных необогреваемых трубах на гидравлическую характеристику оказывает влияние не только конструктивные, но и режимные параметры: при изменении нагрузки котла изменяется массовое паросодержание и скорость потока, что ведет к изменению вида гидравлической характеристики (см. рис.9.4). Кроме того, при движении в горизонтальных трубах двухфазного потока возможно его расслоение на жидкую и паровую фазы.

Расслоенный режим течения не желателен и в необогреваемых трубах.

На гидравлическую характеристику горизонтальных обогреваемых труб существенное влияние оказывают такие факторы, как давление среды, интенсивность обогрева, местное сопротивление, ускорение потока.

Влияние давления проявляется через удельный объем на экономайзерном участке v' и комплекс а = (v" - v')/r, характеризующий изменение объема воды при испарении (v" - v') на единицу приращения энтальпии r. С ростом давления комплекс а уменьшается: р = 11 МПа, а = 11,5·10^-6 м³/кДж, р = 18 МПа, а = 7,29·10^-6 м³/кДж. Гидравлическая характеристика при этом становится более стабильной (рис.9.9, давления р₁ < р₂ < р₃). При сверхкритическом давлении среды в зоне больших теплоемкостей, где сильна зависимость удельного объема воды от энтальпии, гидравлическая характеристика может быть многозначной. Только при повышении давления (р₄, р₅ - рис.9.9) до такого значения, где ЗБТ практически не выделима, гидравлическая характеристика будет стремиться к квадратичной зависимости р = R₁·l·v·G² (кривая p₆).

Увеличение теплового потока q_l приводит к уменьшению длины экономайзерного участка l_ЭК и сопротивления Δp_ЭК, к увеличению длины l_ИСП и сопротивления Δp_ИСП испарительного участка. Увеличивается и суммарное гидравлическое сопротивление трубы (рис.9.10).

Зона неоднозначности с ростом q_l, смещается в область более высоких расходов среды. Длина обогреваемой трубы l влияет (качественно) на гидравлическую характеристику аналогично q_l численное влияние сказывается более сильно, так как длина трубы l непосредственно влияет на гидравлическое сопротивление в зонах двухфазного и однофазного потоков (рис.9.11).

В испарительных поверхностях нагрева местными сопротивлениями являются вход и выход трубы, гибы труб, дроссельные шайбы, устанавливаемые для регулирования распределения расхода среды между трубами. Расчет местного сопротивления проводится по формуле (9.26). Заменим скорость w на расход среды G

(9.47)

где

(9.48)

Местное сопротивление на входе в трубу находится в зоне однофазного потока (жидкости). Зависимость Δp_М = f(G₂) однозначная. Этим свойством пользуются для изменения вида гидравлической характеристики трубы, устанавливают на входе в нее дроссельную шайбу с сопротивлением Δp_Ш

(9.49)

где ξ_Ш - коэффициент сопротивления шайбы.

При этом в кубическом уравнении (9.38) появится дополнительный член:

(9.50)

Характер зависимости Δp = f(G) с учетом сопротивления шайбы Δp_Ш изменится (рис.9.12). Путем выбора сопротивления шайбы можно многозначную характеристику трубы преобразовать в однозначную.

Наличие дополнительного сопротивления шайбы скажется на критерии однозначности (9.45):

(9.51)

Из формулы (9.51) можно рассчитать сопротивление шайбы, при котором однозначна характеристика трубы.

Местное сопротивление на выходе из трубы находится в двухфазном потоке, причем x_ВЫХ зависит от расхода среды. Местное сопротивление на выходе из испарительной трубы отрицательно сказывается на однозначности гидравлической характеристики трубы, поэтому его надо уменьшать, дроссельную шайбу на выходе ставить нельзя (рис.9.13а).

Падение давления от ускорения потока Δp_УСК на экономайзерном участке практически равно 0 (v _ВХ = v'), а на испарительном участке можно рассчитать по формуле

(9.52)

Полученное выражение показывает, что

точка максимума G _ЭКСТР = G₁/2 Потери давления от ускорения потока увеличивают нестабильность (неоднозначность) гидравлической характеристики или могут сделать из однозначной многозначную характеристику (рис.9.13б).