Материал: 5668

11. ВОДОГРЕЙНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. КОНСТРУКЦИЯ, БЕЗОПАСНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Цель занятия: ознакомиться с основными разновидностями водогрейного оборудования, выяснить особенности его конструкции и эксплуатации.

Порядок выполнения задания

1.Изучить теоретический материал.

2.Вычертить схему оборудования (по заданию преподавателя) в масштабе

1,5:1.

3.Ответить на вопросы самоконтроля.

Теоретический материал

Водогрейное оборудование классифицируется:

-по виду получаемого конечного продукта (получение горячей воды, кипятка, совместно горячей воды и кипятка): кипятильники и водонагреватели;

-по принципу действия: аппараты периодического и непрерывного действия;

-по виду энергоносителя: твёрдотопливные, газовые, электрические, паровые аппараты;

-по степени автоматизации: автоматизированные, полуавтоматизированные и неавтоматизированные аппараты;

-по специфическим условиям эксплуатации: судовое оборудование, оборудование для вагонов-ресторанов.

Водогрейное оборудование является одним из энергоёмких видов тепловых аппаратов, поэтому повышение эффективности его работы, снижение расходов топливно-энергетических ресурсов по предприятию в целом в большей мере зависят от конструктивных особенностей используемого оборудования, рациональных режимов работы на нем и правил эксплуатации.

11.1. Кипятильники непрерывного действия

Общим для этой группы аппаратов является принцип работы, основанный на законе сообщающихся сосудов. На рисунке 43 сосуд А и сосуд Б соединены

106

трубкой В, т. е. сосуды А и Б являются сообщающимися. При работе кипятильника в сосуде А всегда будет холодная вода, в сосуде Б — кипяток, отбираемый из вспомогательного сосуда Г или из верхней части сосуда Б, и горячая вода. Следовательно, для того, чтобы получить горячую воду или кипяток в сосуде Б, необходимо к воде подвести определённое количество теплоты (электроэнергия, газ, твёрдое топливо, пар). При включении теплогенерирующего устройства от теплопередающих поверхностей (тэнов, стенок топок, поверхностей паровых нагревателей) происходит передача теплоты. При этом слой воды, прилегающий к теплопередающей поверхности, нагревается и имеет температуру значительно выше средней температуры воды. Этот слой воды также имеет меньшую плотность, что и обеспечивает его подъём в вышележащий слой, имеющий большую плотность и меньшую температуру. С увеличением продолжительности подвода теплоты конвекция возрастает, вода в. сосуде Б имеет уже температуру существенно выше температуры в сосуде А. С увеличением температуры возрастает коэффициент объёмного расширения воды и её уровень в сосуде Б начинает подниматься над уровнем в сосуде А, и часть воды переливается в сосуд Г (сборник кипятка). Поскольку эти сосуды соединены, то уровень воды немедленно выравнится за счёт поступления холодной воды из водопровода. При увеличении конвекции с началом кипения воды на теплопередающих поверхностях образуется пар, который способствует турбулизации объёма воды. Наступает момент, когда под влиянием объёмного расширения воды, образующегося пара и интенсивной конвекции воды выталкивается порция воды в сборник кипятка (в первый момент некипяченой) через переливную трубу. При проектировании кипятильников особое внимание следует обращать на правильность выбора величины отрезка Е трубы над уровнем воды (I-I). Если этого отрезка не будет, то мы получим только горячую воду. Если он будет значительно выше, то кипяток не будет переливаться в сосуд Г (сборник кипятка) (см. рисунок 43).

Приведённый принцип устройства кипятильников и процессы, происходящие при их работе, реализованы во всех конструкциях, имеющих различные теплогенерирующие устройства.

Кипятильники различаются между собой производительностью, размерами, конструкцией теплогенерирующих устройств. Все кипятильники имеют следующие основные части: питательную коробку, водонагреватель и сборник кипятка.

107

Рисунок 43 – Принципиальная схема устройства кипятильника: 1 – кипятильный резервуар; 2 – сборник кипятка; 3 – подводящий водопровод; 4 – шар-поплавок; 5 – перекидная труба; 6 – кран отбора горячей воды; 7 – кран отбора кипятка; 8 – теплогенерирующее устройство; 9 – питательная трубка; 10 – корпус

Наиболее распространённые схемы кипятильников непрерывного действия представлены на рисунке 44. Питательные коробки, предназначенные для установки и поддержания требуемого уровня воды при помощи поплавкового клапана, в этих схемах различны: кольцевая, встроенная в аппарат (см. рисунок 44, а); коробчатая выносная (см. рисунок 44, б) и кольцевая, встроенная в виде экрана всей наружной стенки кипятильника (см. рисунок 44, в).

Рисунок 44 – Схема кипятильников непрерывного действия: а – электрических; б – газовых с боковым отводом продуктов сгорания; в – газовых с вертикальным отводом; 1 – питательная коробка; 2 – кипятильный объём; 3 – переливная трубка (или щель); 4 – сигнальная трубка уровня; 5 – поплавковый клапан; 6 – кран разбора кипятка; 7 – кран разбора горячей воды; 8 – паровая трубка; 9 – дымоотводящий канал; 10 – газовая горелка; 11 – топочная камера; 12 – газоходы; 13 – водяной экран; 14 – циркуляционные трубы; 15 – тэны

108

Кипятильные объёмы в этих аппаратах также различаются по конструкции. В кипятильниках, представленных на рисунке 44, кипятильный объём представляет собой лишь наиболее нагретую зону нагревателя, расположенную непосредственно над ТЭНами; в кипятильниках, скомпонованных по схеме б, — это специальная ёмкость, а в схеме в — это щелевая кольцевая полость. Во всех кипятильниках питательные коробки соединены с кипятильными объёмами и, следовательно, являются сообщающимися сосудами.

Поплавковый клапан поддерживает постоянный уровень в питательной коробке. Точно такой же уровень (при общей температуре жидкости в кипятильнике, равной температуре холодной воды) в соответствии с принципом сообщающихся сосудов устанавливается в переливной трубке. При кипении в зоне переливной трубки плотность воды в результате изменения температуры и степени насыщения пузырьками значительно уменьшается, а уровень её соответственно повышается. Кроме того, поднимающиеся пузырьки пара захватывают кипячёную воду и образуют фонтан, что способствует перебросу кипятка через край переливной трубки (схема в) в сборник кипятка. Правильно отрегулированный шар-поплавок должен обеспечивать расстояние от уровня холодной воды до края переливной трубки 60...80 мм. Если уровень будет выше, т.е. расстояние до края переливной трубки меньше, то в сборник будет перебрасываться некипячёная вода, а если ниже — то кипятильник будет работать в режиме, близком к дистилляции, и его производительность резко упадёт.

Электрические и паровые кипятильники скомпонованы по одной схеме. В паровых кипятильниках в водогрейном объёме вместо тэнов устанавливают либо змеевиковый, либо кожухотрубный паровой теплообменник (см. рисунок 45).

При этом в твёрдотопливных аналогах вместо газовой горелки устанавливают колосниковую решётку, под которой размещается зольниковая камера. Топку и зольник оборудуют специальными дверцами. При вертикальной схеме движения продуктов сгорания обеспечивается удобная компоновка теплогенерирующей части кипятильника. В этом случае газогорелочное устройство или твёрдотопливный теплогенератор изготовливают в виде подставок к основной универсальной теплообменной части.

109

Рисунок 45 – Принципиальная схема паровых кипятильников непрерывного действия: а – змеевикового; б – кожухотрубного; 1 – змеевик; 2 – продувочный кран; 3 – конденсатоотводчик; 4 – кожухотрубный теплообменник

11.2. Водонагреватели непрерывного действия

Водонагреватели непрерывного действия представляют собой проточную систему, состоящую из емкостей, в нижнюю часть каждой из которых под сетевым давлением подаётся вода из системы холодного водоснабжения, а из верхней части отводится горячая вода. Такое размещение патрубков обеспечивает совмещение тепловых потоков, определяемых принудительной и естественной конвекцией и стабилизирующих температуру воды на выходе. В тех случаях, когда проточный водонагреватель включается и безнапорную гидравлическую систему, его подключают через специальный напорный бак, обеспечивающий мини-

компактная компоновка водонагревателя с минимальными габаритными размерами и металлоёмкостью.

Основой электрических водонагревателей является водогрейная ёмкость 1 (см. рисунок 46), в которой положен пучок тэнов 3. Вода нагревается, проходя между нагретыми трубками тэнов. В настоящее время серийно пускают водонагреватели, скомпонованные по указанной схеме, различающиеся лишь производительностью.

110