Дополнительные поверхности нагрева.
Лекция 1 Продолжение КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОТЛОВ
Внутреннее устройство коллекторов.
Каркас.
Фундамент.
Опоры.
Изоляция.
Дополнительные поверхности нагрева.
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 экранов и конвективным пригоночным пучком. В ряде конструкций применяются и торцевые экраны.
Трубы наготавливают 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 несколько 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. Материалам 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 методой 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 в 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 наружуного 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 отверстиях. Затем с помощью конических роликов вальцовки разделывают срез трубы «на колокольчик», после чего окончательно вальцуют трубу так, что ее стенка в районе соединения утоньшается на 10—12% первоначального размера.
| | |
а | б | в |
| | |
г | д | е |
| | |
ж | з | и |
Рис. 1.9,б. Способы закрепления концов труб в трубной решетке: |
а – вальцовка при использовании двух кольцевых расширительных канавок в трубной решетке;
б – коническая развальцовка входного участка;
в – взрывом;
г – сварка со швом и валиком с канавкой;
д – сварка со швом канавкой;
е – сварка с зубчатым швом;
ж – автоматическая сварка плотным швом без раззенковки отверстий;
з – автоматическая сварка с конической раззенковкой в трубной решетке с наружной стороны;
и – автоматическая сварка с плавно очерченным входным участком.
Для улучшения плотности и прочности соединения в отверстиях трубной 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 заводит 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 300X400 мм. В ряде случаев для удобства крышку ставят на петле 5.
![]() | ![]() | Рис. 1.10. Крышки лазов: а — обычная: б - на петле |
Если диаметр коллектора меньше 450 мм, то для осмотра, очистки и ремонта установленных в нем труб предусматриваются лючки или отверстии, расположенные напротив труб и закрываемые лючковыми крышками или пробками. На рис. 1.11, а показан наиболее простой вариант закрытия отоерстий резьбовыми пробками / 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,
Рис. 1.11. Конструктивное исполнение закрытий отверстий в коллекторах:
а, 6, г — в виде пробок, в- в виде лючка.
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, па- ронит, клингерит, медь, мягкая сталь.
В паровом коллекторе котла размещаются различные паросепариру- ющие 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 щиты, предназначенные дли улучшения циркуляции, и специальные водо- подогреватели. Если котел имеет внутриколлекторный пароохладитель, то его обычно размещают в паровом коллекторе.
Ниже рассматриваются элементы устройства коллекторов.
ду, 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
![]() | ![]() |
Рис.1.12 Элементы внутреннего устройства коллекторов |
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.
Парозаборная труба 14 (см. рис. 1.12, г) предназначена для равномерного забора более сухого- пара из котла. Труба располагается вдоль парового коллектора и присоединяет-
ся 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 пли 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 иног да 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.
Места расположении внутриколлекторных пароохладителей показаны на рисунках общих видов главных котлов в § 10.1.
Каркаспредназначен для компоновки и крепления элементов котла: пароперегревателя, экономайзера, воздухоподогревателя, заслонок, са- жеобдувочных устройств, изоляции, газоходов, наружной обшивки и т. д.- Каркасы водотрубных котлов выполняют из малоуглеродистой стали сварными из полос, швеллеров, угольников и двутавровых балок (рис. 1.13). Каркасы стремятся изготавливать по возможности легкими и крепят их непосредственно к коллекторам котла, поскольку коллекторы вместе с трубами представляют собой достаточно жесткую и надежную опору. У больших котлов каркас крепится также к фундаменту.
С внешней стороны каркасы закрывают обшивкой (кожухом) в виде тонких стальных листов. В местах, где требуется периодический осмотр, обшивку выполняют съемной. Для жесткости листы часто изготавли- мют с помощью фигурной штамповки.Обшивка бывает одинарной и двойной. Между стенками двойной обшивки располагают каналы для прохода воздуха, направляемого от котельного вентилятора в топку, что приводит к уменьшению тепловой потери в окружающую среду. Охлаждая обшивку, воздух подогревается. От правильности установки, жесткости каркаса, а также от изоляции и обшивки зависят надежность и эффективность работы котла.
Фундамент под котел должен быть прочным и равномерно распределять его массу на элементы корпусных конструкций. Форма фундамента зависит от компоновки котла и его конструкции. Котел устанавливают на судовой фундамент с помощью опор, число которых обычно составляет от четырех до восьми. Во время качки и шторма фундаменты и опоры препятствуют смещению котла. Однако, учитывая расширение котла при нагревании и необходимость исключения опасных тепловых на пряжений в каркасе, обшивке и других элементах, нельзя все опоры делать жесткими. Обычно только одну из опор крепят к фундаменту жестко, ера, а остальные опоры могут смещаться—одни в поперечном, другие в продольном направлениях. Опора во- дотрубного котла (рис. 1.14.) состоит из седла 6, корпуса 2 и опорного фланца 3. Последним котел крепится на фундаменте 4 с помощью болтов 5, устанавливаемых головкой вниз; делается это для того, чтобы в случае обрыва болта или отвертывания гайки при осмотре опор данный дефект можно было бы легко заметить. Опору седлом прикрепляют к водяному коллектору 1. Большие котлы оборудуют также опорами для каркаса.
Подвижность опор обеспечивается с помощью планок 8 с заплечиками или овальными отверстиями под болтты, устанавливаемые на втулках 7. Для дополнительного подкрепления высоких котлов к их верхним частям (рис.1.15) приваривают
![]() |
проушины 4, которые соединяют стальными стержнями (штагами) 2 с прочными элементами 1 корпусных конструкций. Раскрепляющие штаги имеют талрепы 3. В ряде случаев предусматриваются также дополнительные опоры для крепления хвостовых поверхностей нагрева котлоагрегата.
Вертикальные газотрубные и газоводотрубные вспомогательные котлы обычно устанавливаются на плоский фундамент и крепятся к нему нижним фланцем. В верхней части котлов обычно имеются проушины для раскрепления штагами. Эти котлы, как и водотрубные, оборудуются тоже лазами, горловинами, внутренними па- розаборными трубами ила дырчатыми щитами, питательными трубами, трубами верхнего, нижнего продувания и др. Для обеспечения нормальной работы обслуживающего персонала, надежности конструкции и повышения экономичности котлов путем уменьшения потерь теплоты, во внешнюю среду все нагретые поверхности котла тщательно изолируют. Изоляция торцевых стенок котла со стороны топки у большинства водотрубных котлов выполняется в виде кладки из огнеупорных материалом называемых обмуровкой. Внутренняя часть обмуровки, обра-
Рис. 1.14. Опоры водотрубных котлов:
а-- жесткая; б - подвижная с прижимными планками; в - подвижная с втулками и овальными отверстиями
щенная в сторону факелов форсунки, называется футеровкой. Благодаря экранированию топок можно уменьшить массу и размеры котла и при этом практически исключаются трудоемкие работы по ремонту футеровки. Для неэкранированных топок необходимо выполнять профилактический ремонт кладки. Кроме того, при использовании топочных экранов резко снижается температура стенок
![]() |
котла, расположенных за ними. В этом случае толщина кладки может быть уменьшена или могут быть использованы более дешевые и легкие изоляционные материалы. Для обмуровки используют прямоугольные или фасонные огнеупорные кирпичи, блоки и жароупорный бетон.
Материалы, рекомендуемые для кладки и изоляции, размеры огнеупоров и технология их монтажа приводятся в описаниях и инструкциях для каждого конкретного котла.
Вместе с тем при экранировании топок необходимо применять дополнительные коллекторы и трубы. Часто экраны имеют свои независимые контуры циркуляции, из-за чего усложняется конструкция и снижается в ряде случаев ее надежность. Иногда экранные трубы покрывают хромитовой обмазкой, из-за чего также усложняется конструкция и затрудняется ремонт. Экранные поверхности нагрева труднее поддаются очистке при попадании на них сажи.