Котельный агрегат состоит из

Котельный агрегат состоит из большого количества обогреваемых и необогреваемых труб, в которых движется рабочее тело. В процессе эксплуатации надо производить регулирование расхода среды, отключение и включение потоков газа, пара и воды. Для этой цели на трубопроводах устанавливают специальные устройства, называемые арматурой, в которых путем изменения сечения для прохода рабочего тела достигается регулирование расхода или включение и отключение потоков.

Эксплуатация котельного агрегата может быть обеспечена только при наличии необходимой и исправно действующей арматуры.

По своему назначению арматура разделяется на запорную, регулирующую, продувочную и предохранительную. Назначение арматуры, свойства среды и ее параметры (температура, давление) определяют ее конструкцию и металл, из которого она изготовлена. Для невысокого давления и при низкой температуре арматуру выполняют из чугуна и бронзы. При высоких давлениях и температурах среды применяют стальную арматуру, используя стали с большим или меньшим количеством легирующих добавок. Арматура выпускается с разными проходными сечениями, характеризуемыми условным проходом, равным внутреннему диаметру трубопровода, к которому присоединяется арматура. Действительное сечение прохода (диаметр седла) может быть меньше условного, как это имеет место в регулирующих вентилях, задвижках с суженным проходом и т. п.

Арматура выполняется с принудительным приводом запирающего органа и самодействующей. По конструкции приводная арматура разделяется на вентили, задвижки и краны, а самодействующая — на предохранительные и обратные клапаны и конденсатоотводчики. К арматуре условно относят также водомерные стекла и другие водоуказательные приборы.

Вентили применяются в качестве регулирующих и запорных устройств; в послед- последнем случае они используются при малом диаметре прохода (до 100—150 мм). Вентиль состоит из корпуса и запирающего органа, который движется вдоль оси седла корпуса (рис. 22-26).

В запорном вентиле уплотняющая поверхность клапана плотно примыкает к поверхности седла. В регулирующем вентиле клапан имеет переменное сечение. Это дает возможность при перемещении клапана постепенно открывать большее или меньшее сечение и тем самым изменять расход среды. Регулирующий клапан выполняется в виде профилированной иглы, пустотелого золотника и т. п.

Конструкция запорного вентиля представлена на рис. 22-27. Корпус вентиля представляет собой тройник с внутренней перегородкой. Шпиндель проходит через крышку, ко- которая плотно прикрепляется к корпусу. Кольцевой зазор в крышке в месте прохода вентиля уплотняется сальниковой набивкой, которая с помощью буксы и болтов прижимается к шпинделю. На нижнем конце шпинделя висит клапан, который при закрытии плотно прижимается к уплотнительным поверхностям седла. Шпиндель вентилей высокого давления перемещается только прямолинейно путем вращения гайки. От вращения шпиндель удерживается шпонкой.

В запорных вентилях сравнительно легко достигается плотность за счет прижатия запирающего элемента. При открытии вентиля тарелка сразу отрывается от седла, чем исключается задирание *(образование царапин и рисок) уплотняющих поверхностей. При больших диаметрах проходного сечения усложняется конструкция корпуса и затрудняется обеспечение плотности затвора. Гидравлическое сопротивление проходу среды в вентилях велико, поскольку поток изменяет свое направление.

Запорные вентили малых диаметров используются для спуска воды (дренажные) и выпуска воздуха (воздушники). Вентили, используемые для этих целей, должны создавать абсолютную плотность в закрытом состоянии и быть надежными в работе. Величина гидравлического сопротивления в них не играет никакой роли. Поэтому форма каналов определяется исключительно условиями про- простоты изготовления (рис. 22-28).

Регулирующие вентили (клапаны) предназначены для регулирования расхода потока. В полностью закрытом состоянии они не обеспечивают полной плотности, в результате чего имеет место начальный пропуск среды. Обычно регулирующие клапаны рассчитываются на работу с перепадом давлений в нем порядка 10 ат. При большем перепаде давлений величина начального пропуска среды возрастает.

Основным показателем работы регулирующего клапана является его характеристика, выражающая зависимость относительного расхода среды от степени открытия клапана. Для целей регулирования наиболее благоприятной является линейная характеристика, для получения которой требуется выполнение регулирующих органов со сложным профилем открывающихся окон для прохода среды. При выполнении окон, например, в золотниковом клапане более простой формы характеристика получается параболической или экспоненциальной (рис. 22-29).

Регулирующий клапан золотникового типа представлен на рис. 22-30. Клапан имеет пустотелый золотник с профилированными окнами, который шпинделем приводится в по- поступательное движение. При перемещении золотника относительно двух седел, расположенных в литой перемычке корпуса, происходит увеличение или уменьшение степени открытия окон. Нерегулируемый пропуск зависит от величины зазора между золотником и седлами. При очень маленьких зазорах при перекосе золотника возможно его заклинивание.

В регулирующем клапане, показанном на рис. 22-31, золотник имеет только вращательное движение (до 60°); при этом совмещаются окна в золотнике и стакане, приваренном к корпусу. При поворотном движении шпинделя силы трения в сальнике меньше, чем при поступательном. Это повышает надежность уплотнения.

В скальчатых регулирующих клапанах регулирующий орган выполнен в виде скалки, имеющей коническую форму вблизи седел (рис. 22-32). При поступательном движении скалки изменяется кольцевой зазор между ней и седлами клапана. Скалка менее подвержена перекосу и задеванию за седло, так как площадь соприкосновения ее с седлом меньше, чем в клапанах золотникового типа.

В игольчатых регулирующих клапанах регулирование достигается за счет перемещения профилированной иглы, соединенной со шпинделем (рис. 22-33). Форма корпуса и привод шпинделя выполняются так же, как и в запорных вентилях.

Задвижки в основном выполняются в качестве запорных органов, хотя в последнее время стали выполнять специальные конструкции для целей регулирования. В задвижках запирающий орган (клин, диски) перемещается в направлении, перпендикуляр- перпендикулярном потоку (рис. 22-34).

Для создания плотности запирающие устройства должны плотно прижиматься к кольцам корпуса. По принципу прижатия запорного органа задвижки разделяются на клиновые, с параллельно-принудительным затвором и самоуплотняющиеся.

В клиновых задвижках запирающий орган выполняется из целого или разрезного клина. В клиновой задвижке с цельным клином (рис. 22-34,а) трудно обеспечить подгонку двух поверхностей клина к соответствующим поверхностям колец. При большом нажатии возможны деформация колец и заклинивание запирающего органа.

Задвижки, выполненные с разрезным клином, обеспечивают более легкую подгонку уплотняющих поверхностей. Разрезные клиновые диски подвижны, что обеспечивает правильную установку их по отношению к поверхности колец (рис. 22-34,6). При своем движении шпиндель давит на диски, которые распираются грибком и плотно прижимаются к уплотнительным поверхностям. Привод шпинделя осуществляется вращением резьбовой втулки.

К нижней части дисков присоединена направляющая труба, которая в положении «открыто» занимает место клина. Направляющая труба устанавливается с целью снижения гидравлического сопротивления при полностью открытой задвижке. Корпус задвижки с направляющей трубой получается больших размеров и более сложной конфигурации. Поэтому в последних конструкциях выполняют задвижки без направляющей трубы, тем более что степень снижения гидравлического сопротивления при использовании направляющей трубы невелика (около 10— 15%).

На рис. 22-35 даны конструкции параллельно-принудительных затворов задвижек. Параллельные тарелки (рис. 22-35,а) прижимаются к корпусу под действием только пружины, так как здесь давление шпинделя на диски не создает распорного действия. При открытии такой задвижки распорное действие пружины не снимается; поэтому создается значительное трение между кольцами тарелок и корпуса.

Прижатие тарелок к корпусу в задвижках типа, указанного на рис. 22-35,6, создается распорными рычагами, передающими давление от шпинделя. При открытии задвижки давление на диски со стороны рычага снимается. Эти задвижки сложны в конструкции и не вполне надежны.

В задвижке (рис. 22-35,в) уплотнение создается за счет прижатия тарелок избыточным давлением среды, а также действием распорного клина. Эти задвижки также используются для среды с невысоким давлением.

Наибольшее распространение для воды и перегретого пара высокого давления получи- получили задвижки с разрезным клином (рис. 22-34,6).

Коэффициент гидравлического сопротивления задвижек находится в пределах ζ = 0,25 — 0,8, в то время как у запорных вентилей ζ = 2,5 — 5.

В последнее время Венюковским арматурным заводом изготовлены регулирующие за- задвижки (рис. 22-36) Уплотнительные кольца имеют прямоугольные окна, а перемещающийся шибер — конические. При перемещении шибера происходит большее или меньшее открытие свободного сечения для прохода среды. При одностороннем повышении давления шибер прижимается к кольцам. Такая конструкция регулирующей арматуры менее чувствительна к большому перепаду давлений и в то же время имеет сравнительно небольшое сопротивление в открытом положении.

Обратный клапан пропускает среду в одном направлении и автоматически закрывается при обратном токе воды. На питательном трубопроводе его устанавливают для предотвращения обратного тока воды при падении давления в магистрали. Большей частью используют обратные клапаны с поступательным движением запирающего органа (рис. 22-37,а). Этот клапан по своей конструкции близок к запорному вентилю. При падении давления перед клапаном запирающий орган опускается под действием собственного веса и пружины.

На рис. 22-37,6 показан обратный клапан в виде хлопушки, устанавливаемый на напорном патрубке питательного насоса. При повышении давления в напорной магистрали за счет работы других насосов клапан захлопывается. Одновременно с закрытием основного клапана автоматически открывается специальный клапан перепуска, направляющий воду из напорного патрубка на всас насоса. Это устройство предохраняет насос от запаривания. Обратные клапаны в виде хлопушки создают меньшее гидравлическое сопротивление потоку среды.

Предохранительный клапан представляет собой запорное устройство, которое автоматически открывается при повышении давления выше допустимого и снова закрывается при снижении давления. Предохранительные клапаны устанавливают на барабанах, паропроводах, резервуарах и пр. с целью предупреждения чрезмерного повышения давления в них. При открытии предохранительного клапана среда сбрасывается в атмосферу, вследствие чего давление снижается.

Предохранительные клапаны выполняются рычажными, пружинными и импульсными.

В рычажном клапане запирающий орган (тарелка) удерживается в закрытом состоянии грузом, действующим на шпиндель с помощью рычага (рис. 22-38). При повышении давления среды на тарелку противодействие груза будет преодолено и тарелка поднимется. Изменением положения и веса груза регулируется величина давления под клапаном, при котором он срабатывает.

В пружинном предохранительном клапане давлению среды на тарелку противодействует сила натяга пружины (рис. 22-39). По мере открытия тарелки сила действия пружины за счет ее сжатия увеличивается. Это дополнительно усложняет регулировку клапана.

Предохранительные клапаны выполняют как одинарными, так и двойными. У последних две тарелки размещаются в одном корпусе.

В зависимости от высоты подъема тарелки клапаны разделяются на низкоподъемные и полноподъемные. В полноподъемных клапанах площадь, открываемая проходу среды при подъеме клапана, превышает площадь прохода седла. Для этого тарелка должна подниматься на высоту более 1/4 диаметра седла. Высокий подъем тарелки обеспечивается за счет использования кинетической энергии струи, проходящей через клапан. В низкоподъемных клапанах тарелка поднимается менее чем на 1/2 диаметра седла. При равных диаметрах седла полнопроходные клапаны обладают большей пропускной способностью.

Рычажные клапаны надежны и просто регулируются, но они весьма громоздки. Применяются в основном в энергетических установках среднего давления.

Пружинные клапаны более компактны, но сложнее в регулировке. Они могут быть установлены в отличие от рычажных в горизонтальном положении. Пружинные клапаны используют главным образом в подвижных установках.

Как в рычажных, так и в пружинных клапанах плотность должна обеспечиваться при сравнительно небольшом усилии прижатия тарелки к седлу. Это вызывает трудности в создании плотной посадки тарелки, особенно в котлах высокого давления.

В импульсно-предохранительных клапанах (рис. 22-40) тарелки к седлу прижимаются полным давлением среды, что обеспечивает большую плотность. Главный клапан может изготовляться на небольшой расход.

При повышении давления вначале открывается небольшой импульсный клапан. Прошедший через него пар действует на поршень основного клапана, производя его открытие.

Импульсный клапан может быть выполнен рычажным, пружинным или с принудительным открытием с помощью соленоида. В последнем случае импульс поступает от контактного манометра.

По правилам Госгортехнадзора па котле должно быть установлено не менее двух клапанов: контрольного и рабочего. При этом каждая группа клапанов (контрольных и рабочих) должна пропускать полный расход среды. Контрольный клапан должен открываться при достижении давления 1,03 рабочего для котлов с давлением 13—100 ат и 1,05 рабочего для котлов с давлением выше 100 ат. Соответственно рабочие клапаны должны открываться при давлениях 1,05 и 1,08 рабочего.

Водомерное стекло предназначено для контроля за уровнем. К паровому и водяному пространству с помощью специальных вентилей присоединен полый корпус В выточки корпуса вставляется плоское стекло, которое зажимается специальными фланцами на прокладках (рис. 22-41). При высоком давлении (100—180 ат) вместо стекол применяют пластинки из слюды. В этом случае слюда устанавливается с двух сторон корпуса. Для лучшего наблюдения за положением уровня прозрачную щель просвечивают.

Как стекло, так и слюда с течением времени разрушаются под агрессивным действием котловой воды. Фланцевое крепление стекла или слюды не является в полной мере надежным, особенно при разогреве. В настоящее время водомерные стекла, устанавливаемые на барабане котла, служат в качестве контрольных, а регулирование ведут по разного рода указателям уровня, дающим импульс на указывающий прибор и регулятор питания.

В последнее время предложена новая конструкция уровнемеров, основанная на просвечивании барабана котла γ-лучами. Этот уровнемер позволяет непосредственно измерять фактический уровень в барабане котла.

Корпус арматуры работает при давлении и температуре среды, протекающей по трубопроводу в месте установки арматуры. Поэтому в большинстве случаев корпус изготовляется из того же материала, что и трубопровод. Корпуса выполняются литыми, коваными и сварными.

Литые корпуса имеют наибольший вес и не свободны от раковин, получающихся в процессе отливки. Сварные корпуса имеют более тонкую стенку и проще в изготовлении. На рис. 22-42 показаны некоторые конструкции сварных корпусов задвижек.

Детали уплотнения работают в наиболее тяжелых условиях. Для создания плотности зазор между уплотняющими поверхностями корпуса и запирающего органа должен быть очень мал. Это достигается шлифовкой с последующем снижением величины шероховатости с помощью притирки. При притирке уплотняющие поверхности смазывают специальной тонкой абразивной массой и перемещают одну вдоль другой. Окончательно плотность создается при определенном нажатии на клапан в процессе его закрытия.

Материал, из которого изготовляются детали уплотнения, должен быть стойким против коррозионного воздействия среды, обладать высокой сопротивляемостью износу, высокими показателями механической прочности и твердости. Все эти качества металла должны сохраняться при высокой температуре среды, достигающей в паропроводах 650° С. Материал должен легко обрабатываться, особенно при шлифовке и притирке.

Уплотнительные поверхности изготовляют из высоколегированных сталей: хромистой, хромомолибденоалюминиевой, хромоникелетитановой и др.

Уплотнительную поверхность седел выполняют путем наплавления хромистых сталей или специальных твердых сплавов, например стеллитов и др.

С повышением параметров рабочей среды, в первую очередь температуры пара, применяются материалы с большим содержанием легирующих веществ.

Соединение арматуры с трубопроводами выполняется на фланцах, а при высоком давлении — в основном на сварке. На рис. 22-43 показаны некоторые типы фланцевых соединений. Уплотнение фланцевых соединений достигается затяжкой между фланцами специальных прокладок. Затяжка производится шпильками с гайками. В трубопроводах высокого давления для фланцев (рис. 22-43,а) применяют металлические гребенчатые прокладки (рис. 22-44). При нажатии фланцев гребешки сжимаются и плотно прилегают к фланцам. Во фланцевых соединениях, указанных на рис. 22-43,6, притертые шаровые поверхности прокладки прижимаются к коническим поверхностям фланцев. В мембранных прокладках плотность достигается сваркой тонких металлических колец — мембран.

Фланцевое соединение требует уплотнения и определенного обслуживания в эксплуатации. В частности, должен соблюдаться режим равномерного и постепенного прогрева металлоемких деталей арматуры.

У вварной арматуры корпус оканчивается трубой, разделанной под сварку. Приварка арматуры обеспечивает полную плотность соединения с трубопроводом.

При высоком и сверхвысоком давлениях фланцевое соединение становится ненадежным. С течением времени шпильки удлиняются и соединение теряет плотность. Кроме того, наличие фланцевых соединений не позволяет проводить быстрый прогрев арматуры, что особенно важно для котлов, работающих при переменном режиме. Поэтому в последнее время широкое распространение получила бесфланцевая арматура (см., например, рис. 22-27 и 22-34). Однако в этой арматуре верхняя крышка крепится на фланцах, что частично сохраняет недостатки фланцевой арматуры. Дальнейшим шагом является отказ от фланцевого соединения крышки с корпусом и переход на сварное соединение. На рис. 22-45 показаны типы бесфланцевых соединений крышки с корпусом. Во всех этих конструкциях плотность обеспечивается сваркой тонких кромок крышки и корпуса. Прочность соединения достигается по-разному: при помощи винтового и штыкового упоров и упорного кольца.