Исследование термопрочности водоподающего устройства впрыскивающего пароохладителя. Основные закономерности изменения количества аккумулированного тепла в пароперегревателях. Повышение надежности ступеней пароперегревателя от промежуточных до выходной, страница 2

Рис. 1 Размещение термопар на штуцере:

а - вид сверху; б - поперечный разрез; в - прогрев штуцера во время растопки котла при включении впрыска II.

Графики, характеризующие температурный режим штуцера в процессе автоматического регулирования температуры пара за ширмовым пароперегревателем при номинальной нагрузке, приведены на рис. 2. Включение впрыска происходило в среднем 1—2 раза в час. На температуре штуцера сказывается не количество воды, поступающей в охлаждаемый пар, а лишь сам факт подачи воды (либо ее отсутствия в водоподающем устройстве). Разность температуры между точками штуцера № 2 и 8 достигает примерно 105 °С при включенном впрыске и 60 °С при отключенном.

Включение впрыска после перерыва в его работе сопровождается быстрым, но кратковременным снижением температуры водоподающей трубы вблизи штуцера (точка № 9) до значений, более низких, чем устанавливаются в последующем при длительной работе впрыска. Это связано с поступлением первых порций более холодной воды, остывающей в подводящей воду трубе после отключения впрыска. Подобный эффект был заметен и при растопке (рис. 1), где в паропровод вначале поступала вода с температурой около 120°С при температуре подоваемой на впрыск питательной воды примерно 240 °С. Это предположение подтверждается расчетом остывания подводящей трубы с водой после отключения впрыска. Далее приведены значения температуры остывающей воды в изолированной асбестом трубе диаметром 42х6 мм (при отсутствии расхода).

Рис. 2. Графики, характеризующие температурный режим работы штуцера при номинальной нагрузке (расположение термопар см. на рис. 1)

Таким образом, если впрыск не включается в течение 1 ч, вода за это время успевает охладиться на 50 °С. Охлаждение воды в трубопроводе зависит от продолжительности работы котла с отключенным впрыском, а продолжительность прохождения порции «холодной» воды через штуцер зависит от длины трубы (около 50 м) и режима включения впрыска: если сразу впрыскивается большой расход, то время захолаживания 9 с, если расход увеличивается от нуля до большого расхода постепенно, то время выплеска «холодной» воды может увеличиться до 1 мин.

Для анализа температурных полей и расчета термонапряженного состояния штуцера были выбраны следующие режимы:

стационарный режим работы водоподающего устройства с включенным впрыском при наиболее высокой для этого пароохладителя температуре пара перед впрыском;

режим включения впрыска (через 100 с после момента включения), когда температура, измеряемая в точке № 9, достигает значения температуры впрыскиваемой воды.

Расчет термонапряженного состояния водоподающего устройства проводился методом конечного элемента по программе, разработанной в ИПМаш АН СССР [1]. Наиболее мелкая дискретизация области выполнена в той ее части, где ожидается возникновение максимальных температурных напряжений: в зонах внутреннего и внешнего радиусных переходов от водоподающей трубы к штуцеру.

Термонапряженное состояние штуцера было определено при температурных полях, одно из которых (вариант 2) показано на рис. 3, а, построенных на основании полученных экспериментальных данных. Там же, на рис. 3, приведены линии постоянных радиальных σ_r, осевых σ_z и окружных σ_θ температурных напряжений. Зоны повышенных напряжений σ_r и σ_z размещаются в местах соединения штуцера с подающей воду трубой.

Распределение осевых и радиальных напряжений σ_z и σ_r на поверхности концентратора, например, в варианте 2, таково, что их максимальные величины достигают МПа, а 475 МПа. Отметим, что максимальные радиальные напряжения возникают вблизи плоскости симметрии концентратора, а область максимальных осевых напряжений смещена в сторону водоподающей трубы. Необходимо отметить, что эти напряжения превосходят предел текучести материала штуцера. Наибольшие окружные напряжения возникают на внутренней поверхности водоподающей трубы в зоне ее соединения с крышкой штуцера в также очень значительны: в варианте 1 величина σ_θ достигает +290 МПа, а в варианте 2 - +330 МПа.

Рис. 3. Графики, характеризующие термонапряженное состояние водоподающего устройства (впрыск включен, вариант 2):