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.

Рис. 1.9,а. Конструктивные элементы водотрубных котлов

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 1 5. 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.

Каркас предназначен 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 штампов ­ ки.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

Рис. 113. Каркас двухколлекторного водотруб­ного котла: 1,2 — места для установки водяного и пароводя­ного коллектора; 3 — отверстие для форсунок

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.