11.3. Гідродинаміка барботажного шару
Рівномірне закінчення пари з отворів дірчатого щита окремими бульбашками або суцільними струменями можливе лише за наявності під щитом стійкою
парової подушки певної товщини. З цією метою в сепараторах утоплені дірчасті щити1виготовляють з отбортовками2(рис. 11.4),
Мал. 11.4.Схема дірчастого щита
При закінченні пари окремими бульбашками тиск у паровій подушціp1 складається з тиску в рідині на рівні дірчастого щитар2 надлишкового тиску 2σ/R0 , створюваного в бульбашці поверхневим натягом,
і перепаду тиску ζотв(ρ"w"2 /2), необхідного для подолання опору в отворах:
Різниця тисків Δр=р1-р2 врівноважується різницею гідростатичних тисків на рівнях нижньої поверхні подушки та листа:
Якщо рівняння (11.36) підставимо значенняR0 з формули (11.9) і вирішимо його щодо δ, то отримаємо значення товщини парової подушки
(11.37)
Дірчастий щит буде менш ефективний, якщо дійсна товщина парової подушки δд буде менше розрахункової δ.
При закінченні пари з отворів дірчастого щита суцільним струменем тиск у паровій подушці складається з тиску рідини на рівні дірчастого щита, умовного надлишкового тиску, створюваного в бульбашках радіусом, рівним радіусу отворуR1, і перепаду тиску в отворах:
Перепад тискуp1-р2 врівноважується гідростатичним стовпом:
Товщина парової подушки у разі визначається так:
(11.40)
При великих діаметрах барабанів установка дірчастих щитів у строго горизонтальному положенні утруднена. Є також нерівномірність розподілу швидкості пари по перерізубарабана до дірчастого щита. У зв'язку з цим при проектуванні дірчастих щитів великої площі слід вводити на розрахункову товщину парової подушки деяку поправку, яка враховує можливе відхилення площини щита від горизонталі та нерівномірність швидкості пари.
Дійсна товщина парової подушки дорівнює
де δ - Товщина подушки, визначена по (11.37) або (11.40). У цих випадках середня швидкість пари в отворах щита w приймається більше швидкості, розрахованої по (11.33), на 20-40%;
Чим більша нерівномірність швидкості пари і відхилення площини щита від горизонталі, тим більші значення коефіцієнтів у формулах (11.41) і (11.42) слід приймати в розрахунках.
Однак надмірне збільшення швидкості закінчення пари з отворів може призвести до кризи барботажу, при якому дірчастий щит покривається суцільним паровим шаром, що відокремлює його від водяного об'єму. Такий режим неприпустимий. Цьому режиму відповідає критична швидкість закінченняwкр, яка може бути визначена для води високої чистоти за формулою
11.4. Паропромивні пристрої
Паропромивні пристрої барботажного типу не отримали широкого застосування на АЕС. Однак промивання пари живильною водою (конденсатом) сприяє видаленню сольових домішок з пари. На рис. 11.5 показана принципова схема барабана1, в якому встановлені по черзі по ходу пара занурювальної дірча-
Мал. 11.5.Схема барабана з паропромивним щитом
щит2, паропромивний пристрій3з необхідним рівнем промивної води4, що надходить з трубопроводу поживної води5. Після паропромивного пристрою пар надходить в жалюзійний сепаратор6і в по-толочний дірчастий щит7. Паропромивні дірчасті щити встановлюються в паровому просторі барабана на деякій відстані від рівня води.
Необхідний для промивання шар води над щитом забезпечується спеціальними бортами, через які вода переливається вниз і спеціальними відводами направляється у водяний об'єм барабана. У паропромивному пристрої швидкість пари в отворах дірчастого щита повинна бути обрана такою, щоб встановився безпровальний режим, при якому вода утримується на щиті і стікає в нього тільки через борти. При цьому режимі виключається прохід води в отвори назустріч парі, що піднімається. Висота промивного шаруh=40÷60 мм є цілком достатньою для ефективної барботажної
промивання. Мінімальну швидкість пари в отворах, що забезпечує безпровальний режим роботи дірчастого щита, можна визначити з умови рівності перепаду тиску на щиті і в шарі води, стовпа рідини і поверхневого натягуF=Fд+Fσ. Сила, обумовлена гідравлічним опором при проході пари через отвір та шар води, дорівнює
(11.44)
де ζотв, ζсл - коефіцієнти опору при проходженні пари через отвір дірчастого щита і шари води;Η- дійсна висота барботажного шаруH=h+(5-10) мм.
Сила, обумовлена вагою стовпа рідини, дорівнює
де h ур - ваговий рівень над дірчастим щитом. Сила поверхневого натягу складає
(11.47)
Якщо знехтувати опором на барботажному шарі [т. е. прийняти ζсл(Н/2R1)≈0], то
(11.48)
З урахуванням (11.44) - (11.46) визначимо швидкість пари в отворах, при якій справедлива рівність сил:
Швидкість пари, розрахована по (11.48), трохи вища за ту швидкість, при якій забезпеченийбезпровальний режим роботи паропромивального пристрою.
При прийнятому діаметрі отвори в дірчастому щиті (dотв=6÷10 мм) кількість отворів визначається рівняння матеріального балансу
деМ"- масова секундна витрата пари;w"- швидкість пари в отворах, що визначається по (11.48).