Гаврилов С.В. Судовые котельные и паропроизводящие установки

Подождите немного. Документ загружается.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 3

АРМАТУРА И ВНУТРИКОЛЛЕКТОРНЫЕ УСТРОЙСТВА

Цель занятия: изучение назначения, состава, расположения, принци-

па действия и особенностей конструкции арматуры судовых котлов

и устройств, расположенных в пароводяном пространстве.

Задание. 1. Составить схему расположения арматуры на вспомога-

тельном водотрубном котле, обозначить ее элементы. Привести класси-

фикацию арматуры по назначению и расположению.

2. Изучить устройство и принцип действия следующих видов котель-

ной арматуры:

— предохранительного клапана прямого действия;

— предохранительного клапана непрямого действия;

— стопорного парового клапана;

— комплекта питательных клапанов;

— клапанов верхнего и нижнего продувания;

— водоуказательных приборов.

3. Изучить и законспектировать правила Морского Регистра Судоход-

ства в части, касающейся арматуры, перечисленной в п. 2.

4. Составить схемы размещения устройств, расположенных в парово-

дяном и водяном коллекторах водотрубных котлов.

5. Изучить принцип действия и особенности работы следующих внут-

риколлекторных устройств:

— погружного и потолочного дырчатых щитов;

— питательной трубы;

— труб и воронок продувания;

— различных видов сепараторов пара.

6. Рассмотреть особенности технической эксплуатации и обслужива-

ния котельной арматуры и внутриколлекторных устройств. Охарактери-

зовать их основные неисправности, причины возникновения.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КОТЕЛЬНОЙ АРМАТУРЕ

Арматурой называются приборы и устройства, установленные на

котле, и предназначенные для контроля протекающих в нем процессов,

их регулирования и управления. В зависимости от назначения, различают

следующие виды арматуры:

— управляющая — служащая для изменения режима работы котла

и расходов его рабочих сред. К ней относятся главный и вспомогатель-

ный стопорные клапаны, клапаны продувания, питательные клапаны,

воздушные и дренажные клапаны;

— контрольная — предназначенная для контроля за процессами,

протекающими в котле (водоуказательные приборы, термометры

и манометры, тягонапоромеры, газоанализаторы, дистанционные указа-

тели уровня);

— предохранительная — служащая для защиты котла при отклоне-

нии его параметров от расчетных значений. Эту роль выполняют предо-

хранительные и быстрозапорные клапаны;

— для физико-химического контроля рабочих сред — клапаны для

отбора проб котловой воды и ввода химических реагентов для внутри-

котловой водообработки, устройства для взятия проб дымовых газов.

Кроме этого, в зависимости от места размещения различают арматуру

парового и водяного пространств.

Конструкция арматуры, ее расположение и количество должны удов-

летворять требованиям Морского Регистра Судоходства.

Внутриколлекторные устройства обеспечивают подвод и распреде-

ление питательной воды, продувание котла, отсутствие значительных

уносов воды с паром. Их наличие повышает надежность циркуляции

и качество производимого котлом пара.

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В процессе выполнения практического занятия курсант должен ис-

пользовать имеющиеся макеты, образцы различных видов арматуры

и контрольно-измерительных приборов, плакаты, стенды, техническую

и нормативную документацию. Разборка и сборка арматуры

и последующее составление эскизов и схем с натуры позволяет понять

принцип ее действия, правильное взаимное расположение состaвныx час-

тей и их взаимодействие.

Отчет должен содержать краткие, исчерпывающие ответы на постав-

ленные в

задании вопросы. Он включает необходимые для пояснения

принципа действия или устройства эскизы и схемы.

Рекомендуемая литература:

— схема расположения арматуры на котле [10, c. 178], [11, c. 160],

[12, c. 115];

— конструкция различных видов арматуры [6, c. 324—338],

[3, c. 175—182], [10, c. 179—186], [11, c. 124—134; 163—170], [12,

c. 114—118];

— Правила Морского Регистра Судоходства в части касающейся ко-

тельной арматуры [4, c. 671—675], [11, c. 161—163];

— внутриколлекторные устройства котлов [12, c. 113], [10, c. 140],

[11, c. 170—174];

— особенности технической эксплуатации арматуры и внутриколлек-

торных устройств [11, c. 215—216, 241, 258].

В ходе подготовки к защите настоящего практического занятия реко-

мендуется самостоятельно дать ответы на приведенные ниже контроль-

ные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Классифицируйте котельную арматуру по месту ее размещения и выпол-

няемым функциям. Укажите состав, назначение и размещение арматуры на водо-

трубном вспомогательном котле.

2. Поясните устройство водоуказательного прибора с плоским стеклом. На-

зовите способы и периодичность проверки исправности прибора. Охарактеризуй-

те признаки исправной работы прибора.

3. Укажите характерные отказы водоуказательного прибора, которые могут

возникнуть в процессе работы котла

4. Назовите время, которое могут работать газо- и водотрубные котлы

с одним действующим водоуказателем при выходе второго из строя?

5. Поясните работу предохранительного клапана прямого действия. Укажите

способы и периодичность проверки исправности клапана. Назовите давление, при

котором должен происходить автоматический подрыв клапана.

6. Чем по принципу действия и конструкции различаются предохранитель-

ные клапаны прямого и непрямого действия? Дайте их сравнительную характе-

ристику.

7. Поясните методику проверки исправности и регулировки предохрани-

тельных клапанов?

8. Чем объясняется различие конструкций клапанов верхнего и нижнего

продувания? Почему в качестве клапанов нижнего продувания предпочтительнее

использование дисковых или пробковых кранов?

9. В каком случае стопорный клапан выполняется невозвратным?

10. Поясните работу и устройство различных сепараторов пара. Что общего

в их принципе действия?

11. Перечислите требования Морского Регистра Судоходства к предохрани-

тельным и стопорным клапанам судовых котлов.

12. Перечислите требования Морского Регистра Судоходства к питательным

клапанам и водоуказательным приборам судовых котлов.

13. Перечислите основные дефекты котельной арматуры. Назовите их причи-

ны, последствия, предпринимаемые для их ликвидации меры.

14. Объясните, как устроены и работают питательные клапаны?

15. Поясните принцип действия сепараторов пара.

16. Какие конструктивные меры для повышения надежности циркуляции во-

ды предпринимаются в водотрубных котлах?

17. Поясните расположение и назначение внутриколлекторных устройств.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 4

КАРКАС, КОЖУХ, ФУТЕРОВКА, ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ

Цель занятия: изучение конструкции, особенностей работы и техни-

ческой эксплуатации корпусов, каркасов, кожухов и теплоизоляции су-

довых котлов.

Задание. 1. Изучить конструкцию, представить эскизы и схемы сле-

дующих элементов судовых вспомогательных паровых котлов:

— коллекторов и трубной системы водотрубного;

— корпуса газотрубного;

— каркаса, наружного и внутреннего кожухов водотрубного;

— подвижных и неподвижных опор.

2. Изобразить:

— способы крепления труб к коллекторам и корпусу котла;

— крепление патрубков для присоединения арматуры;

— крепление лазов и горловин пароводяного пространства;

— крепление лазов газоходов;

— крепления элементов теплоизоляции к каркасу и коллекторам.

3. Составить схему расположения опор с указанием направления пе-

ремещения котла при его нагреве.

4. Перечислить различные теплоизоляционные материалы. Привести

их основные характеристики, указать область их применения.

5. Изучить характерные дефекты теплоизоляции, возникающие при

эксплуатации котлов и их причины.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Каркас котла представляет собой своеобразный «скелет», изготов-

ленный сваркой из стальных полос, пластин и профилей. К нему крепятся

обшивка, кирпичная кладка, коллекторы, дополнительные поверхности

нагрева. Доступ во внутренние пространства котла обеспечивается при

помощи съемных щитов и лазов.

Обшивка (кожух) на многих котлах выполняется двойной и состоит из

внутренней и наружной стенок. Пространство между ними используется

для движения воздуха, подающегося в топку. Между наружной и внут-

ренней обшивками устанавливаются распорные скобы, предохраняющие

их стенки от деформации. Ширина межобшивочного пространства со-

ставляет 100—150 мм, в районе топочного устройства она увеличивается

до 400 и более мм.

Съемные щиты выполняются, как правило, в виде прямоугольников

с соотношением сторон 1:1,5. Размер внутреннего съемного щита с каж-

дой стороны меньше, чем наружного на 20—30 мм. Внутренняя обшивка,

в зависимости от ее температуры, теплоизолирована огнеупорным кир-

пичом или другими материалами. Кирпичи крепятся болтами или специ-

альными креплениями.

С судовым фундаментом котел соединяется при помощи подвижных

и неподвижных опор. Подвижность опор позволяет обеспечить свободу

тепловых расширений и уменьшает напряжения, нежелательные для

нормальной работы котла. Котел закрепляют таким образом, чтобы обес-

печить возможность его перемещения вдоль оси в направлении, проти-

воположном месту присоединения паропровода.

Гарнитура котла делится на топочную и котельную. Первая включает

в себя форсунки, ВНУ с приводами и элементы крепления, вторая —

устройства для обслуживания газовоздушного тракта. В состав котель-

ной гарнитуры входят: смотровые устройства, сажеобдувочные аппара-

ты, шиберы (заслонки), штуцера, лазы и воздуховоды.

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ

Изучение конструкции элементов каркаса, кожуха, теплоизоляции

и гарнитуры котлов производится с использованием макетов, натурных

образцов, стендов, плакатов и чертежей. Оформление отчета производит-

ся в часы самостоятельной подготовки. При этом используется учебная

литература и техническая документация. Отчет по работе должен содер-

жать краткие, исчерпывающие ответы на поставленные в задании вопро-

сы. При необходимости, ответы должны иллюстрироваться эскизами

и схемами, поясняющими устройство и взаимодействие составных частей

рассматриваемых элементов.

При освещении основных вопросов практического занятия рекомен-

дуется использовать следующую литературу:

— каркас, устройство подвижных и неподвижных опор [11, с. 186],

[3, с. 184], [6, с. 290—307];

— наружный и внутренний кожухи [11, с. 187], [6, с. 308—311];

— крепление съемных щитов, лазов, люков [6, с. 321—324];

— теплоизоляция котлов, ее виды и особенности [6, с. 314],

[11, с. 190—192], [12, с. 200—201];

— крепление теплоизоляции [6, с. 311—314];

— состав, назначение и устройство гарнитуры [6, c. 314—324],

[12, c. 111—112];

— дефекты кладки и теплоизоляции, особенности ее технического об-

служивания и ремонта [12, с. 201—204], [11, с. 252—255].

3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

В отчете приводятся краткие ответы на поставленные в пп. 1, 2 и 3 за-

дания вопросы. Они сопровождаются необходимыми иллюстрациями

и схемами. В ходе подготовки к защите рекомендуется самостоятельно

дать ответы на приведенные ниже контрольные вопросы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Из каких элементов состоит гарнитура котла, каково их назначение?

2. Как конструктивно обеспечивается тепловое расширение котла?

3. Перечислите материалы для изготовления теплоизоляции котлов, охарак-

теризуйте область их применения и условия работы.

4. Поясните, какими способами осуществляется крепление листовой и мас-

тичной теплоизоляции к кожуху котла.

5. Назовите характерные повреждения кирпичной кладки, их причины и ме-

тоды предотвращения и устранения.

6. Поясните, как конструктивно обеспечивается тепловое расширение эле-

ментов котлов?

7. Как осуществляется крепление огнеупорных кирпичей к стенкам кожуха?

Какие условия при этом должны быть обеспечены?

8. Расшифруйте значение понятий «корпус», «каркас», «кожух», «футеров-

ка», «гарнитура», «мертель».

9. Назовите основные причины выхода из строя кирпичной кладки и тепло-

изоляции котлов.

10. Назовите способы ремонта повреждений кладки и топочных фурм паро-

вых котлов.

РАЗДЕЛ 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТОВ

СУДОВЫХ КОТЛОВ

Раздел включает восемь расчетных практических занятий. В них рас-

сматривается методика выполнения наиболее часто встречающихся

в ходе курсового и дипломного проектирования расчетов: материального

и теплового балансов, лучистого и конвективного теплообмена, аэроди-

намического сопротивления газовоздушного тракта, прочности основ-

ных конструктивных элементов котлов.

Занятия должны выполнятся в той последовательности, в которой

они представлены в настоящих указаниях. Они построены таким обра-

зом, что результаты, полученные в предыдущих занятиях являются ис-

ходными данными для последующих. Такая последовательность позволя-

ет курсантам глубже понять взаимосвязь и взаимовлияние различных

процессов, протекающих в котлах.

Расчетом называется документ, в котором производится определение

(поверка) каких-либо параметров и величин. При выполнении практиче-

ских занятий следует избегать формального выполнения расчетов. Необ-

ходимо помнить, что всякий расчет должен либо что-то подтверждать,

либо что-то опровергать. Полученные результаты должны быть проком-

ментированы, а затем использованы в последующих расчетах. Таким спо-

собом можно установить логические связи между процессами, протекаю-

щими в котле.

Расчеты выполняются в соответствии с ГОСТ 2.106-68 «ЕСКД. Тек-

стовые документы». Они должны содержать:

— задачу расчета с указанием того, что требуется определить;

— исходные данные;

— расчетную схему;

— условия расчета;

— собственно расчет;

— заключение (вывод).

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 5

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ.

ОБЪЕМЫ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Цель занятия: приобретение навыков расчетного определения со-

ставляющих материального баланса для процесса сгорания, протекающе-

го в топке судового вспомогательного котла.

Задание. 1. Составить материальный баланс процесса сгорания 1 кг

топлива, определить объем газообразных продуктов сгорания, найти тео-

ретический и действительный объемы воздуха для горения.

2. Вычислить полный объем образовавшихся дымовых газов. Расчет

оформить в виде табл. 5.1.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Топливо нефтяного происхождения состоит из следующих химиче-

ских элементов (содержание приведено в долях от единицы):

— углерод С — 0,84—0,87;

— водород Н — 0,10—0,13;

— горючая сера S — 0—0,04;

— кислород О — 0,003—0,005;

— азот N — 0,001—0,004.

Кроме них в топливе имеется влага W и зола А, которые не участвуют

в горении и образуют так называемый балласт.

Химический состав топлива, поступающего в топку котла, характери-

зуется рабочей массой

+ Н

+О

+ S

+ N

+ А

+ W

= 1.

Кроме рабочей различают сухую и горючую массы. Сухая масса пред-

ставляет собой обезвоженную рабочую

+ H

+ О

+ S

+ N

+ А

= 1.

Горючая масса (без влаги и золы) равна

+ Н

+ О

+ S

+ N

= 1.

В сертификате топлива, составленном по данным лабораторного ана-

лиза, указывается состав горючей массы, содержание золы в сухой массе

и значение влажности рабочей массы. Пересчет содержания компонентов

с одной массы на другую производится при помощи коэффициента пере-

вода k, равного 1 – W

– А

или 1 – W

, например:

= С

(1 – W

) = С

(1 – W

– A

Важнейшей характеристикой топлива, используемой в тепловых рас-

четах, является его низшая рабочая теплота сгорания Q

, кДж/кг, опре-

деляемая без учета тепла конденсации водяного пара, образующегося в

процессе горения. Величину Q

можно определить по формуле, предло-

женной Д. И. Менделеевым:

= 100[339C

+1256H

+ 109S

– 109О

) – 25,14(9H

)]. (5.1)

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ВОЗДУХА

И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Считая сгорание полным, рассмотрим реакции окисления основных

химических компонентов топлива:

12 32 44 32 32 64 4 32 36

C + O

= CO

S + O

= SO

+ O

= 2H

1 кмоль 1 кмоль 1 кмоль 1 кмоль 2 кмоль 1 кмоль 2 кмоль

22,4м

22,29м

22,4м

21,89м

22,4м

2⋅22,4м

Как следует из них, для полного сгорания всего углерода, содержаще-

гося в 1 кг топлива, потребуется (1/12)С

кмоль или (22,4/12)С

= 1,866С

кислорода и при этом образуется (22,29/12)С

= 1,857С

углекислого

газа СО

Аналогично, для полного сгорания всей серы в 1 кг топлива потребу-

ется (22,4/32)S

=0,7S

кислорода, при этом образуется объем сернисто-

го газа SO

, равный (21,89/32) или 0,683S

. Для полного сгорания всего

водорода топлива нужно затратить (22,4/4)Н

= 5,6Н

кислорода, при

этом образуется 11,2Н

водяного пара.

Таким образом, теоретически необходимый объем воздуха для полно-

го сгорания 1 кг топлива с учетом того, что кислорода в атмосферном

воздухе содержится 21 % по объему, а его плотность при нормальных

условиях (НУ)

составляет 1,44 кг/м

, равен, м

/кг

= (1/0,21)(1,866C

+ 0,7S

+ 5,61H

−

0,694O

). (5.2)

Действительный объем воздуха, поступающий в топку, м

/кг:

, (5.3)

где

— коэффициент избытка воздуха, равный для вспомогательных котлов, ра-

ботающих на номинальном режиме, 1,05—1,3.

Полный объем газообразных продуктов сгорания, покидающих котел,

/кг:

пс

= VN

+ VH

O + VR

O + VO

, (5.4)

где VN

— объем азота; VH

O — объем водяного пара; VR

O — объем трехатомных

газов; VO

— объем двухатомных газов.

Рассмотрим метод определения составляющих уравнения (5.4).

Объем азота V

, м

/кг, складывается из поступающего с воздухом,

в котором его по объему содержится 79 %, и азота топлива. Суммарный

объем азота равен:

= 0,79

+ 0,8N

;

(5.5)

Объем кислорода V

, м

/кг, неиспользованного на окисление при го-

рении с

> 1, составляет:

= 0,21(

−

1)V

; (5.6)

Объем трехатомных газов V

, м

/кг, в соответствии с уравнениями

окисления компонентов топлива определится как:

= 1,857К

, (5.7)

где К

= С

+ 0,386S

— приведенный углерод топлива.

Объем водяного пара VH

O, м

/кг, складывается из пара, внесенного

с топливом, влажным воздухом и поданного через форсунку.

Объем водяного пара, внесенный с топливом:

= (9H

+ W

)/0,804,

объем пара, поступающего с влажным воздухом:

V = 0,001⋅1,293V

d/0,804,

где 1,293 — плотность воздуха при нормальных условиях (НУ), кг/м

; d — влаго-

содержание воздуха, 8

—10 г/кг; 0,804 — плотность водяного пара при НУ, кг/м

Объем влаги, вносимой с распыливающим паром:

= G

/0,804,

где G

— расход пара на распыливание топлива, кг/кг.

С учетом рассмотренного, полный объем водяного пара в продуктах

сгорания 1 кг топлива, м

/кг:

O = (9Н

)/0,804 + (0,00161

d +1,244G

). (5.8)

Действительный объем влажного воздуха, м

/кг, поступающего в топ-

ку котла, для обеспечения полного сгорания топлива, равен:

вл

(1 + 0,00161d). (5.9)

3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ

МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Расчет составляющих материального баланса процесса сгорания вы-

полняют в форме табл. 5.1. Его ведут с точностью до третьей значащей

цифры. Подстановка в расчетные выражения числовых значений обяза-

тельна. Выполнение расчетов можно производить при помощи компьюте-

ра. Для этого предназначен пакет KOT-PRA, разработанный автором.

В процессе выполнения расчета необходимо исследовать, как влияет из-

менение одного из параметров (коэффициента избытка воздуха

, зольно-

сти рабочей массы А

или ее влажности W

) на составляющие материаль-

ного баланса.