УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА ТРУБ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для измерения температуры металла труб поверхностей нагрева, преимущественно труб топочных экранов энергетических паровых котлов.
Известно устройство для измерения температуры металла труб топочных экранов, изготовленных из тех же труб, что и топочные экраны с продольными отверстиями для установки термопар и поперечной кольцевой канавкой для вывода их в не обогреваемую сторону с защитным тонкостенным кольцом снаружи, приваренным сплошным швом к трубе. (Д.Н.Кеммельман и др., «Наладка коло агрегатов», Справочник, М, Энергия, 1976, стр.98 рис.4.1, стр.100 рис.4.2)
Недостатком известного устройства является то, что из-за большей освещенности и худшего теплоотвода кольцо подвергнется ускоренному окалинообразованию по сравнению с трубой и, вследствие этого, преждевременному пережогу тепмопар.
Кроме того, разрушение кольца приведет к снижению прочности трубы в кольцевом сечении. Наряду с указанными недостатками, приварка тонкостенного кольца является весьма сложной технологической операцией.
Известно устройство для измерения температуры металла экранных труб - температурная вставка с поперечной кольцевой канавкой для укладки термопар, изготовленная, как правило, из тех же труб, что и экранные трубы. (Д.Н.Кеммельман и др. «Наладка котлоагрегатов». Справочник, М, Энергия, 1976, рис.4.4 а стр.102)
По совокупности признаков это известное устройство является наиболее близким к заявляемому и принимается за прототип.
Недостатком известного устройства, принятого за прототип является то, что трубы могут иметь технологические дефекты по эллипсности и толщине стенки, иногда превышающие допустимые и после проточки кольцевой канавки строго заданного размера запас их прочности становится меньше допустимой величины. В то же время уменьшение сечения кольцевой канавки для обеспечения прочности недопустимо из-за невозможности укладывания термопары в канавку.
Заявляемое решение позволяет повысить надежность и прочность устройства, не снижая при этом достоверности результатов измерений и не прибегая к изготовлению устройств из точеных заготовок, в том числе с утолщенной стенкой.
Предложено устройство для измерения температуры металла труб паровых котлов, включающее поперечную кольцевую канавку с установленными в ней термопарами, при этом часть кольцевой канавки со стороны лобовой образующей трубы в секторе ≤50°-60° по дуге заплавлена присадочным металлом, а «горячие» спаи термопар закреплены в канавке впритык к наплавленному металлу с обеих сторон.
Полезная модель иллюстрируется чертежом фиг.1, на котором изображен общий вид устройства в разрезе.
Устройство для измерения температуры металла труб паровых котлов включает поперечную кольцевую канавку 1 в трубе 2 с установленными в канавке 1 термопарами 3. Часть кольцевой канавки 1 со стороны лобовой образующей трубы 2 в секторе ≤50°-60° по дуге заплавлена присадочным металлом 4. Термопары 3 уложены в канавку 1 «горячими» спаями 5 впритык к наплавленному металлу 4 с двух сторон, накрыты нихромовой полосой 6 и закреплены в канавке 1 путем об чеканки ее краев для исключения доступа агрессивных топочных газов к термопарам 3. «Горячие»
спаи 5 закреплены в канавке 1 путем зачеканки снаружи металлом трубы 2. Свободные концы термопар 3 и нихромовой полосы 6 выведены на тыльную сторону трубы 2 вне зоны обогрева.
Согласно нормам теплового расчета котельных агрегатов, при прочих равных условиях, температура стенки экранных труб определяется тепловой нагрузкой. Тепловой поток на наружной поверхности труб распределяется пропорционально угловому коэффициенту излучений.
В соответствии с законом косинуса Ламберта для заданного
направления интенсивность излучения пропорциональна косинусу угла φ, который образуется с нормалью к эмиссионной поверхности, к поверхности трубы. Угол φ между направлением излучения, падающим тепловым потоком q и нормалью к поверхности трубы равен центральному углу, который в полярных координатах дает положение точки на поверхности трубы. Cos φ изменяется от 1 до 0 при изменении φ от 0 до π/2. То есть тепловой поток в секторе 2φ≤50°-60° будет меньше, чем в лобовой точке на 5-7%, что в практике измерений величины теплового потока является вполне допустимой величиной. Этот вывод подтверждают и результаты теоретического анализа теплообмена в котле, из которых следует, что 96% лучистой энергии поглощается трубой в секторе 2φ=76°.
Таким образом, для практических целей измерения тепловых потоков, воспринимаемых экранной трубой, а следовательно, температуры металла возможна установка «горячих» спаев термопар в любой точке дуги поверхности трубы в секторе 2φ≤50°-60°.
Устройство работает следующим образом.
Топочные газы нагревают трубу 2. В результате нагрева трубы 2 с «горячими» спаями 5 термопар 3, закрепленных в кольцевой канавке 1, в термопарах 3 возникает термо э.д.с. При присоединении к проводникам
термопар 3 измерительного прибора определяют температуру металла трубы 2. Нихромовая полоса 6, прикрывающая термопары 3, обладающая высокой жаростойкостью и коррозионной стойкостью к воздействию топочных газов, с одной стороны предохраняет проводники от их воздействия, с другой стороны, имея постоянный плотный контакт с краями канавки, способствует отводу тепла с обогреваемой стороны трубы на тыльную, более холодную, тем самым снижает температуру проводников и изоляции термопар под ней, способствуя увеличению долговечности работы термопар 3.