Влияние гидравлической неравномерности на коэффициент

П схема включения элемента

Z схема включения элемента

Название схемы произошло от внешнего сходства траектории движения рабочей среды в элементе с латинской буквой Z. На рис. 31 (а) показано подключение коллекторов по схеме Z и соответствующие эпюры изменения давлений вдоль раздающего и собирающего коллекторов.

Так как для анализа гидравлической разверки представляют интерес расходы в разверенной и средней трубах, то необходимо знать расположение средней трубы в элементе и трубы, имеющей наименьший перепад давления. Отсчет координат расположения труб по длине коллекторов будем производить от входного сечения раздающего коллектора.

Как было показано ранее, в раздающем коллекторе труба, в которой разница статических напоров равна средней по длине коллектора , находится на расстоянии = . В собирающем коллекторе координата такой трубы будет равна:

= = = .

Учитывая, что координаты и не совпадают, возникает необходимость в нахождении координаты средней трубы в элементе . Для этого воспользуемся зависимостью для определения статических моментов инерции относительно заданной оси.

(3.19)

где , - средние значения приращений статического давления в собирающем и раздающем коллекторах.

Из (3.19) следует, что

.

Если учесть, что , то координата средней трубы элемента со схемой Z подключения коллекторов будет равна

.

Найдем перепады статического давления в раздающем и собирающем коллекторах, в сечениях с координатой средних труб :

.

Здесь при определении учтено, что в расчетную формулу должна подставляться координата , отсчитанная от выходного сечения (где скорость максимальна), т.е.

.

Тогда общий перепад давления на средней трубе будет равен:

,

где = , или

,

где = .

Разверенной трубой в Z схеме соединения коллекторов является труба с минимальным перепадом , т.е. труба, присоединенная к входному сечению раздающего коллектора . Для разверенной трубы перепад давления равен:

.

Здесь - перепад давления в элементе, - изменение перепада давления на разверенной трубе из-за коллекторного эффекта.

Разница в перепадах давлений средней и разверенной труб составит:

.

Таким образом, только за счет коллекторного эффекта между средними и разверенными трубами возникает перепад давления .

Для элемента с подсоединением коллекторов по схеме П (рис. 30 б) координаты сечений коллекторов со средним значением перепадов и совпадают с координатой средней трубы элемента, т.е. . Перепад давления на средней трубе с учетом коллекторного эффекта при этом составит:

.

Разверенной трубой в схеме П будет труба с координатой , т.к. и, следовательно, перепад давления на ней будет равен:

.

Здесь - перепад давления в элементе, = - изменение перепада давления на средней трубе из-за коллекторного эффекта.

Разница в перепадах давлений между средней и разверенной трубами составит:

.

В практике кроме схем П и Z часто встречаются схемы с рассосредоточенным подводом и отводом среды, с двусторонним подводом и торцевым отводом, с двусторонним подводом и отводом и другие схемы. Их расчет производится с использованием полученных зависимостей для П и Z схем, путем разбиения существующей схемы на совокупность П и Z схем.

На рис. 32 приведены возможные схемы включения элементов, а в таблице 1 значения и координаты труб со средними и минимальными расходами.

Таблица 1

Значение и определяются по максимальной скорости среды коллекторе по формулам (3.12, 3.17). Расчеты изменений перепадов давления от коллекторного эффекта могут быть произведены для любой трубы элемента. Необходимость в таком расчете возникает в тех случаях, когда труба с минимальным расходом обуславливается гидравлической и тепловой неравномерностями, а не условиями гидравлической схемы. В некоторых случаях специально используются гидравлические схемы, дающие большую разверку расходов, чтобы компенсировать тепловую неравномерность, например, включение ширм по Z схеме.

Влияние коллекторного эффекта на гидравлическую разверку тем меньше, чем больше гидравлическое сопротивление элемента, т.е. чем меньше отношение . В современных паровых котлах коллекторный эффект можно не учитывать в ступенях пароперегревателя высокого давления при рассосредоточенном подводе к раздающему и отводе пара от собирающего коллекторов с числом штуцеров более четырех, так как в этих схемах величина близка к нулю.

В пароперегревателях промежуточного перегрева пара, у которых сопротивление труб относительно невелико, а из-за большой скорости пара в коллекторах, наоборот, значительно, влияние коллекторного эффекта может оказаться существенным.

В экономайзерах ввиду малого удельного объема среды осевая скорость в коллекторах незначительна, в связи с чем не возникает вопроса о влиянии коллекторного эффекта на разверку расходов.

В прямоточных паровых котлах и котлах с многократной принудительной циркуляцией сопротивление парообразующих элементов велико. Поэтому влиянием изменения давления вдоль коллектора также пренебрегают.