Русская Википедия:Влажность пара

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Влажность пара — отношение содержащейся в насыщенном паре капельной жидкости к общему количеству смеси фаз

<math>y = {G_f \over{G_f+G_s}}</math>,

где <math>G_f</math> — масса жидкой фазы, <math>G_s</math> — масса сухого пара. Аналогично определяется сухость пара

<math>x = {G_s \over{G_f+G_s}} = 1-y</math>.

Обе величины могут, очевидно, принимать значения от 0 до 1. В расширенном понимании сухость пара, или паросодержание жидкостно-паровой смеси, можно определить через энтальпию среды <math>i</math> и энтальпии насыщенной жидкости <math>i'</math> и сухого насыщенного пара <math>i</math> как

<math>x = {{i-i'}\over{i-i'}}</math>.

Данная величина может быть отрицательной для недогретой до кипения воды и превосходить единицу для перегретого пара.

В технике

При образовании насыщенного пара в котле часть воды остается в капельном состоянии. Также тепловые потери в трубопроводах приходят к дополнительному образованию конденсата, количество которого тем больше, чем выше был начальный уровень капельной влаги. В свою очередь, повышение доли конденсата ведёт к более интенсивным тепловым потерям. Кроме того, в котлах с перегревом пара унос влаги в пароперегреватель приводит к его быстрому загрязнению солями, растворимость которых в воде намного выше, чем в паре.

Для предотвращения уноса влаги в барабанах паровых котлов стремятся создать как можно большее зеркало испарения для снижения скорости среды, а также применяют специальные сепарационные устройства. Влажность пара на выходе из барабана удаётся снизить до 0,1—0,15 %. Перед паро-паровым перегревателем на АЭС также используется сепаратор, из которого влага удаляется в систему регенерации, а пар с высокой сухостью идёт на перегрев.

Крупнодисперсная капельная влага в паре придаёт ему абразивные свойства, приводит к быстрому износу клапанов и всех мест, где поток изменяет направление (более плотные, чем пар, капли обладают большой инерцией и бьют в стенку). В турбинной технике конечная влажность пара ограничена по условиям износа лопаток и снижения КПД последних отсеков величиной 8—14 % (предел снижается с ростом окружной скорости).

Способы снижения влажности пара

Шаблон:Заготовка разделаШаблон:Проверить факты По вышеприведённым и другим причинам в некоторых случаях в технике допустимо применять исключительно полностью сухой насыщенный или перегретый (хотя бы незначительно) пар. В то же время многие доступные источники пара выдают слегка или сильно влажный пар (реакторы РБМК и многие парогенераторы АЭС, барабанные котлы на выходе из барабана, испарители, большинство скважин ГеоТЭС, низкие отборы турбин и т. п.). Для снижения и ликвидации влажности пара применяют следующие типы устройств:

Сепараторы

Механически разделяют фазы. В большинстве случаев эффект основан на том, что при поворотах потока более тяжёлая жидкость выбрасывается из него центробежной силой, а также на её свойстве прилипать к некоторым материалам (в частности, стали, чугуну). Соответственно, бывают циклонные, жалюзийные паросепараторы. Они могут устанавливаться внутри барабана или в иных местах.

Перегрев пара

Шаблон:Основная статья

Первичный пароперегреватель устанавливается после испарительной поверхности теплоисточника (котла, парогенератора) перед подачей пара к месту использования; в большинстве крупных современных котлов он является неотъемлемой частью, иногда это отдельное устройство. После совершения работы в турбине пару можно сообщить дополнительную теплоту, после чего его влажность (если она была) убирается, а способность совершать работу (энтальпия) возрастает. На ТЭС и некоторых АЭС (в частности, в блоке БН-600) пар возвращают к источнику теплоты, где пропускают через специальный трубный пучок — промежуточный пароперегреватель. На значительной части АЭС пар в головной части турбины влажный изначально и дорабатывает до значительной влажности, затем его направляют в сепаратор, где по возможности удаляют влагу. Поскольку возвращать отсепарированный пар в парогенератор неудобно и ненадёжно, его перегрев обеспечивают первичным паром в поверхностном теплообменном аппарате — паро-паровом перегревателе.

Дросселирование

Давление пара сбрасывается без совершения работы и отбора тепла, в итоге его энтальпия в конце процесса превышает энтальпию насыщенного пара при этом более низком давлении. Проблема заключается в том, что при параметрах примерно 235/3,08 МПа энтальпия насыщенного водяного пара имеет максимум; если дросселировать пар около линии насыщения более высоких параметров, его влажность сначала будет расти, что приведёт к быстрому износу редукционной установки и позволит получить сухой пар только низких параметров.

Паросодержание и скорости фаз в двухфазных потоках

В двухфазных потоках пар и жидкость могут двигаться с разной скоростью: например, при подъёмном движении более плотные капли жидкости отстают от пара, а при опускном опережают его. Кроме того, при расчёте динамики движения таких потоков (например, при расчёте циркуляции в трубах испарительной поверхности котлов) важно соотношение не столько веса, сколько объёмов фаз.

Скорость циркуляции <math>w_0</math>

скорость воды, м/с, при температуре насыщения (плотность <math>\rho'</math> кг/м³), соответствующая расходу <math>G_{f+s}</math>, кг/с, рабочего тела в канале сечением <math>f</math>, м²

<math>w_0=G_{f+s}/(\rho'f\,)</math>

Приведённая скорость воды <math>w_0^{\prime}</math>, пара <math>w_0^{\prime\prime}</math>

скорость, которую имела бы фаза, проходя через полное поперечное сечение

<math>w_0^{\prime,\prime\prime}=G_{f,s}/(\rho^{\prime,\prime\prime}f)</math>

Истинные (среднерасходные) скорости пара и воды

<math>w=G_s/(\rho^{\prime\prime}f_s)</math>, <math>w'=G_f/(\rho^{\prime}(f-f_s))</math>,

где <math>f_s</math>, м² — площадь сечения, занятая паром.

Относительная скорость пара <math>w_r</math>

разность истинных скоростей пара и воды (<math>w=G_s/(\rho^{\prime\prime}f_s)</math>, <math>w'=G_f/(\rho^{\prime}(f-f_s))</math>)

<math>w_r=w-w'</math>

Скорость пароводяной смеси <math>w_{f+s}</math>

отношение объёмного расхода, м³/с, смеси в трубе <math>V_{f+s}=G_f/\rho'+G_s/\rho</math> к её сечению

<math>w_{f+s}=V_{f+s}/f</math>

Массовое паросодержание <math>x</math>

массовая доля расхода пара в потоке при <math>w'=w</math>, <math>x=G_s/G_{f+s}</math>. Поскольку скорости фаз обычно не равны, при заборе пробы из трубы получается соотношение, не отражающее истинный перенос энтальпии потоком.

Объёмное расходное паросодержание <math>\beta</math>

объёмная доля расхода пара в потоке при <math>w'=w</math>. При любом соотношении скоростей

<math>\beta={V_s \over V_{f+s}}={1 \over 1+{{{1-x}\over x}{\rho\over \rho'}}}</math>

Истинное (напорное) паросодержание <math>\varphi</math>

доля сечения трубы, занятого паром: <math>\varphi=f_s/f</math>. Эта величина (средняя по высоте) используется при расчёте напора <math>\Delta p_a</math>, Па, естественной циркуляции: при высоте системы <math>h</math> и плотности воды в опускной трубе <math>\rho'</math>

<math>\Delta p_a=gh\langle\varphi\rangle_h(\rho'-\rho)</math>,

где <math>g\approx9,807</math> м/с² — ускорение свободного падения. Поскольку движение в обогреваемой трубе подъёмное, <math>\varphi<\beta</math>, и напор естественной циркуляции меньше, чем можно было бы предположить, исходя из значения кратности циркуляции.

Источники

• Большая техническая энциклопедия, 1927
• Что такое влажный пар?