Питательные устройства котлов

Для питания паровых котлов водой применяют три типа питательных установок: инжекторы, поршневые и центробежные насосы.

Насос – это машина для перемещения жидкости.

Инжекторомназывается пароструйный насос, в котором струя пара, поступающая с большой скоростью, подает воду в котел.

Инжекторы отличаются простотой устройства и ухода за ними, занимают очень мало места и поэтому применяются преимущественно для питания котлов в небольших стационарных котельных.

При повороте рукоятки 1 (рисунок 3.1) в положение на пуск клапан 8 приподнимается и открывает доступ пара в суживающийся конус 2 инжектора. Пар, выходя из парового конуса с большой скоростью, создает вокруг сопла разряжение, и вода засасывается в инжектор. Далее вода поступает в смесительный конус 3, где пар перемешивается с водой и конденсируется, нагревая при этом воду.

Рисунок 3.1 – Инжектор: а- общий вид, б- схема;

1- рукоятка пускового клапана, 2, 3 и 5- паровой, смесительный и нагнетательный конусы, 4, 6 и 8- вестовой, обратный и пусковой игольчатый клапаны, 7- корпус инжектора.

Смесительный конус также суживается, вследствие чего скорость питательной воды при выходе из него возрастает. Питательная вода из смесительного конуса поступает с большой скоростью в расширяющийся нагнетательный конус 5, где скорость ее уменьшается, а давление увеличивается настолько, что становится выше, чем в котле, тогда открывается обратный питательный клапан 6 и вода поступает в котел.

В начале пуска инжектора пар увлекает с собой воздух и поэтому не конденсируется. В этот период между смесительным и нагнетательным конусами создается избыточное давление, и вода в смеси с паром выбрасывается через вестовой клапан 4 и вестовую трубу. Затем, когда воздух будет вытеснен из инжектора и в него засосется вода, пар начнет конденсироваться в смесительном конусе и благодаря большой скорости горячей воды на выходе из смесительного конуса вокруг него создается разряжение, вестовой клапан присоединиться к седлу, а вода направится в котел. Чем выше давление пара, тем выше будет температура подаваемой в котел воды.

Для подачи питательной воды в котлы малой и средней мощности применяют паровые поршневые насосы.

В поршневых насосах объем меняется за счет движения поршня в рабочем цилиндре.

Рисунок 3.2 - Односторонний поршневой насос:

1 – рабочий цилиндр, 2 – поршень; 3 – клапанная коробка; 4 – нагнетательный клапан; 5 – всасывающий клапан; 6 – кривошипно-шатунный механизм; 7– шток; а, б – крайние положения поршня; Х – ход поршня; р₁, р₂ – давления во всасывающем и нагнетательном трактах.

Расстояние X между крайними положениями называют ходом поршня. Средняя скорость поршня, u_п=0,5Xn, где n – частота насоса.

Большим недостатком является наличие массивных фундаментов для гашения вибрации от движения массивного поршня. Применяются для создания больших давлений при питании котлов. Используются также для перекачивания холодных и горячих нефтепродуктов, едких жидкостей (кислот, щелочей и др.), вязких и густых растворов (цемента, глины, грязи и др.).

Поршневой питательный насос с электроприводом обозначается как «ПН Q/P», где «ПН» – тип насоса, Q – подача, м³/ч; р – развиваемое давление, кгс/см².

Изменение давления в клапанной коробке в зависимости от положения поршня называется индикаторной диаграммой.

Индикаторным давлением р_i поршневого нагнетателя называют разницу давлений нагнетания и всасывания р_i = р_н – р_в.

Рисунок 3.3 - Индикаторная диаграмма:

Рн – давление нагнетания; Рв – давление разряжения.

Индикаторная диаграмма, записанная в прямоугольной системе координат, характеризует полную работу любой поршневой машины за один цикл.

На рисунке 3.3 приведена теоретическая диаграмма работы насоса в идеальном цикле (клапаны не оказывают ни какого сопротивления, пропускаемой жидкости; поршень плотно прилегает к стенкам цилиндра; клапаны абсолютно не допускают утечки). Диаграмма имеет вид правильного прямоугольника 1-2-3-4.

В точке 4 поршень меняет свое направление движения (движется слева направо). При этом давление резко падает по вертикали (4-1) и в цилиндре создается разряжение. Затем открывается всасывающий клапан, и полость цилиндра заполняется перекачиваемой жидкостью (линия 1-2). В точке 2 поршень останавливается, меняя свое направление движения (справа налево). Давление в цилиндре мгновенно увеличивается (линия 2-3) до давления нагнетания. В точке 3 открывается нагнетательный клапан и начинается ход нагнетания (линия 3-4).

Центробежные нагнетатели являются наиболее распространенными типами насосов. В них лопасти закреплены на вращающемся диске (рабочем колесе), среда подается в центр рабочего колеса и под действием центробежных сил выбрасывается в спиральный отводной канал между диском и корпусом.

Центробежный насос состоит из рабочего колеса с изогнутыми лопатками и неподвижного корпуса спиральной формы. Рабочее колесо насажено на вал, вращение которого осуществляется от электродвигателя или паровой турбины.

Рисунок 3.4 – Схема центробежного насоса:

1 – всасывающий патрубок; 2 – входное отверстие рабочего колеса; 3 – вал;

4 – рабочее колесо; 5 – напорный патрубок; 6 – лопатка; 7 – спиральный отвод.

Принцип действия заключается в следующем. Вращение вала насоса приводит в движение рабочее колесо, находящееся в корпусе насоса. Колесо при своем вращении захватывает жидкость и выбрасывает ее через направляющую (спиральную) камеру в нагнетательный трубопровод. Уходящая жидкость освобождает занимаемое пространство. Давление в этой области понижается, и туда устремляется жидкость из всасывающего трубопровода под действием разности давлений.

Центробежные нагнетатели классифицируют по следующим признакам:

· По числу колес: одноступенчатые, многоступенчатые;

· По расположению вала рабочего колеса: горизонтальные, вертикальные;

· По типу всасывания: с односторонним и двусторонним всасыванием;

· По создаваемому напору: низконапорные (20 – 25 м), средненапорные (20 – 60 м), высоконапорные (свыше 60 м);

· По быстроходности: тихоходные и быстроходные.

Питание котлов может быть групповым с общим для подключения котлов питательным трубопроводом или индивидуальным – только для одного котла. Включение котлов в одну группу по питанию допускается при условии, что разность рабочих давлений в различных котлах не превышает 15%.

Для питания паровых котлов устанавливается не менее двух насосов с электроприводом и один или два насоса с паровым приводом. Суммарная подача насосов с электроприводом должна быть не менее 110%, а с паровым приводом – не менее 50% номинальной производительности всех работающих котлов.

Подача – расход перемещаемой среды или количество среды, проходящее в единицу времени.

Q – объемная подача (м³/с, м³/ч, л/мин);

М – массовая подача (кг/с).

При паропроизводительности не более 1 т/ч допускается один питательный насос с электроприводом, если котел оборудован автоматикой безопасности, которая исключает возможность снижения уровня воды и повышения давления пара выше нормы.

Для подпитки водонагревательных котлов с естественной циркуляцией необходимо не менее двух подпиточных насосов, а с принудительной циркуляцией – не менее чем по два подпиточных и циркуляционных. Вместо одного подпитточного можно использовать водопровод, если давление в водопроводе превышает сумму статистического и динамического напоров в системе не менее чем на 1,5 кгс/см².

Напор, который развивается циркуляционными и подпиточными насосами, должен исключать возможность вскипания воды в котле и в системе.

Напор – давление, выраженное в метрах столба перемещаемой жидкости (Н, м).