ГЕНЕРАТОР ПАРА

Полезная модель относится к котлостроению и может быть использована при проектировании и изготовлении паровых котлов, в том числе судовых.
Известен генератор пара в виде водотрубного вспомогательного парового котла с многократной принудительной циркуляцией типа «Ла Монт» (см., например, А.С. Хряпченков «Судовые вспомогательные и утилизационные котлы»: - 2-е изд. Перераб. и дон. - Л.: Судостроение, 1988, стр.12). Он включает в себя последовательно соединенные пароводяной коллектор, насос, экранные трубы и парообразующие трубы с раздающими и собирающими коллекторами. Причем выход собирающего коллектора, установленного на выходе парообразующих труб, подключен к водяному пространству пароводяного коллектора. При этом экранные трубы покрывают нижнюю и заднюю стенки топки в виде сплошного экрана, а в выходном сечении топки образуют разреженный пучок для прохода газов.
В данном генераторе пара продукты сгорания топлива, образующиеся в топке, омывают экранные трубы и далее омывают парообразующие трубы. Вода из водяного пространства пароводяного коллектора забирается насосом и подается через раздающий коллектор в экранные трубы, где предварительно подогревается и далее через собирающий коллектор поступает в раздающий коллектор парообразующего пучка и затем в парообразующие трубы. Пароводяная смесь из парообразующих труб через собирающий коллектор поступает в пароводяной коллектор, где и происходит отделение пара от воды. Пар скапливается в верхней части пароводяного коллектора и выдастся потребителям.
Недостатком такого генератора пара является большое количество труб (экранных, парообразующих), множество их соединений с коллекторами. Многие из укачанных выше элементов работают в весьма сложных условиях (особенно парообразующие трубы и их соединения) и наиболее часто выходят из строя. Это приводит к появлению в ходе эксплуатации неисправностей генератора пара. Ремонт обычно долгий, трудоемкий, и часто требует полного вывода из работы генератора пара.
Известен также генератор пара в виде водотрубного вертикального утилизационного парового котла с естественной циркуляцией (см., например, А.С. Хряпченков «Судовые вспомогательные и утилизационные котлы»: - 2-с изд. Перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988, стр.17-18). Он включает в себя пароводяной и водяной коллекторы, соединенные опускными и парообразующими подъемными трубами, а также регулирующие заслонки.
Выпускные газы двигателя с помощью регулирующих заслонок направляются на парообразующие подъемные трубы. В них образуются пузырьки пара, которые поднимаются в верх и поступают в водяное пространство пароводяного коллектора и далее выделяются в его паровое пространство. Происходит наполнение насыщенным паром парового пространства пароводяного коллектора. Пар из пароводяного коллектора выдастся потребителям.
Данному генератору пара присущи все основные недостатки предыдущего устройства.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является полезная модель генератора пара в виде парового котла с естественной циркуляцией (см., например, «Эксплуатация судовых котельных установок» Учеб. для высш. инж. мор. уч-щ / В.М. Федорснко, В.М. Залетов, В.И. Рудепко, И.Г. Беляев, - М,: Транспорт, 1991. - 227 с, стр 22). Он включает в себя питательный насос, экономайзер, паровой и водяной коллекторы, соединенные опускными и подъемными трубами, пароперегреватель.
В данном котле вода питательным насосом подается через экономайзер в паровой коллектор, из которого по опускным трубам направляется в водяной коллектор и далее в подъемные трубы, где образуется пароводяная смесь, которая снова поступает в паровой коллектор. Здесь происходит отделение пара от воды, затем пар выдастся на пароперегреватель и далее поступает к потребителю.
В котлах подобного типа экономайзер может располагаться на выходе газохода котла, а трубы пароперегревателя сразу после подъемных труб (см., например, Л.С. Хряпченков «Судовые вспомогательные и утилизационные котлы»: - 2-е изд. Перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988, стр.8-11).
Данный генератор пара обладает всеми недостатками присущими ранее рассмотренным генераторам пара, которые здесь в еще большей степени обостряются.
Во-первых, здесь появляются дополнительно трубы экономайзера и пароперегревателя и их соединения, которые также могут выйти из строя.
Во-вторых, в данном генераторе пара появляются элементы (трубы пароперегревателя и их соединения), работающие в более сложных условиях, нежели в рассмотренных выше устройствах.
Целью полезной модели является повышение надежности генератора пара путем периодически повторяемого, быстрого превращения определенной порции воды в перегретый пар в импульсном преобразователе воды в пар, установленного в генератор пара.
Поставленная цель полезной модели достигается тем, что в известном генераторе пара, содержащем последовательно соединенные насос и экономайзер, дополнительно установлены последовательно соединенные импульсный преобразователь воды в пар и клапан, причем импульсный преобразователь воды в пар содержит полый корпус и нагреватель, при этом на входе полого корпуса, соединенного с выходом экономайзера, установлена водяная форсунка, а выход полого корпуса соединен с входом клапана.
Существо заявляемой полезной модели заключается в том, что насос периодически выдает определенную порцию воды через предварительный подогреватель (экономайзер) и водяную форсунку в нагретый до высокой температуры полый корпус, где вода практически мгновенно превращается в перегретый пар; при достижении в полом корпусе определенного давления срабатывает клапан и через него пар выдается потребителям.
Как следует из существа заявляемой полезной модели в данном устройстве отсутствуют коллекторы (водяной, пароводяной, пароперегревателя), а также многочисленные трубы их соединяющие, которые являются неотъемлемыми элементами рассмотренных выше генераторов пара и многие из которых работают в весьма сложных и напряженных условиях. Это обеспечивается за счет того, что в предлагаемом устройстве все процессы по превращению воды в перегретый пар (нагрев до кипения, испарение, перегрев пара) происходят в одном элементе - полом корпусе, нагретом до высокой температуры. Данные свойства заявляемой полезной модели являются новыми, не совпадающие со свойствами, проявляемыми отличительными признаками в известных решениях и не равными сумме этих свойств, обеспечивающие достижение нового положительного эффекта заключающиеся в том, что его надежность существенно повышается, так как здесь отсутствуют наиболее часто выходящие из строя трубы и их соединения с коллекторами.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 приведена структурная схема полезной модели генератора пара. Па фиг.2 приведена структурная схема импульсного преобразователя воды в пар.
Генератор пара содержит последовательно соединенные насос 1 и экономайзер 2, последовательно соединенные импульсный преобразователь воды в пар 3 и клапан 7, причем импульсный преобразователь воды в пар 3 содержит полый корпус 4 и нагреватель 6, при этом на входе полого корпуса 4, соединенного с выходом экономайзера 2, установлена водяная форсунка 5, а выход полого корпуса 4 соединен с входом клапана 7.
Нагреватель 6 обеспечивает поддержание заданной высокой температуры внутренних стенок полого корпуса 4, при которой обеспечивается практически мгновенное превращение впрыскиваемой через форсунку 5 порции воды в перегретый пар. При этом в результате этого превращения температура стенок полого корпуса 4 несколько снижается и практически мгновенно отводимая от них теплота восполняется нагревателем полого корпуса 6.
Возможны различные схемы импульсного преобразователя воды в пар 3. В частности, он может быть выполнен (в соответствии со структурной схемой приведенной па фиг.2) в виде массивной металлической детали цилиндрической формы с цилиндрической полостью по центру, выполняющей роль элемента 4. С одной стороны данной полости установлена водяная форсунка 5, а с другой имеется выходное отверстие. При этом вдоль металлической детали, параллельно полости имеются сквозные отверстия для прохождения продуктов горения, осуществляющие нагрев стенок цилиндрической полости 4. Данные отверстия выполняют роль элемента 6.
Осуществление полезной модели
Работу генератора пара рассмотрим с учетом того, что импульсный преобразователь воды в пар выполнен в соответствии со структурной схемой приведенной на фиг.2. Продукты горения, проходя через сквозные отверстия в массивной металлической детали, осуществляют нагрев (раскаливание) стенок цилиндрической полости, расположенной по центру, до заданной температуры. Насос 1 выдаст порцию воды определенной величины на экономайзер 2, где осуществляется ее предварительный подогрев и далее она поступает на вход импульсного преобразователя воды в пар 3 на вход водяной форсунки 5. Водяная форсунка 5 осуществляет распыление поступившей порции воды по раскаленным стенкам цилиндрической полости 4. При этом практически мгновенно вода испаряется и затем пар нагревается до температуры соответствующей перегретому пару. В результате происходит превращение впрыскиваемой через водяную форсунку 5 порции воды в перегретый пар. При этом температура стенок цилиндрической полости 4 несколько снижается, но затем отведенная от них теплота быстро восполняется нагревателем цилиндра 6, то есть теплотой отдаваемой продуктами сгорания, проходящими через сквозные отверстия в металлической детали.
В результате в полом корпусе 4 образуется перегретый пар, определенной температуры и давления. Давление и температура перегретого пара определяются в основном размерами полого корпуса 4, температурой его стенок и порцией воды, подаваемой на вход форсунки 5. Перегретый пар через выходное отверстие полого корпуса 4 поступает на выход импульсного преобразователя воды в пар 3 и далее на вход клапана 7. При достижении заданного давления срабатывает клапан 7 и перегретый пар выдастся потребителям.
Как следует из существа заявляемой полезной модели, в данном устройстве отсутствуют коллекторы (водяной, пароводяной, пароперегревателя), а также многочисленные трубы их соединяющие, которые являются неотъемлемыми элементами рассмотренных выше генераторов пара и многие из которых работают в весьма сложных и напряженных условиях.
Таким образом, в предлагаемой полезной модели генератора пара все процессы по превращению воды в перегретый пар: нагрев до кипения, испарение, перегрев пара - происходят в одном элементе, на раскаленных стенках полого корпуса. В результате отпадает необходимость в наличии в составе генератора пара водяного и пароводяного коллекторов, пароперегревателя, а также многочисленных труб их соединяющих. А поскольку здесь отсутствуют наиболее часто выходящие из строя трубы и их соединения с коллекторами, то надежность предлагаемого генератора пара существенно повышается.