Конденсатоотводчик является важным связующим звеном между системой потребления пара и конденсатной сетью. Основной задачей конденсатоотводчиков является эффективное удаление конденсата и воздуха из паровых систем и установок без потерь пара.
Конденсатоотводчики делятся на три основных группы:
Биметаллический конденсатоотводчик состоит из следующих частей:
Принцип работы биметаллического конденсатоотводчика основан на свойстве термоупругости биметаллических шайб. Биметалл состоит из двух пластин металла с различным коэффициентом температурного расширения. Верхняя пластина имеет больший коэффициент температурного расширения, чем нижняя.
На Рис. 2.1 показаны две биметаллические шайбы в холодном состоянии, причем они располагаются друг к другу сторонами с меньшим коэффициентом температурного расширения. При нагревании они изгибаются в противоположных направлениях (Рис. 2.2). Чем выше температура, тем сильнее деформация.
 |
 |
| Рис. 2.1: Биметаллические шайбы в холодном состоянии | Рис. 2.2: Биметаллические шайбы в нагретом состоянии |
На шток затвора (6) биметаллического конденсатоотводчика собирается пакет из нескольких друг на друга попарно собранных биметаллических шайб (3). Биметаллические пластины лежат плоско и затвор (4) полностью открыт. Поступающий в конденсатоотводчик воздух и конденсат отводятся под действием перепада давления между паровой и конденсатной сетью. При нагревании от поступающего горячего конденсата биметалл прогибается и пакет пластин (3) расширяется. Если температура поднимается на несколько градусов выше температуры насыщения, то затвор (4) под действием расширения биметаллических пластин прижимается к седлу (5) и перекрывает проток через конденсатоотводчик.
Рис. 3: Принцип работы биметаллического конденсатоотводчика
Таким образом, расширение биметаллических шайб не просто воздействует на закрытие конденсатоотводчика, а еще и длительно удерживает затвор (4) в закрытом состоянии при температуре насыщения.
В закрытом состоянии на затвор (4) действует сила, создаваемая давлением системы, которая пытается его открыть. Чтобы удержать затвор (4) в закрытом состоянии, биметаллический пакет (3) должен располагать усилием закрытия, которое больше сил, действующих на его открытие. По мере остывания конденсата усилие на закрытие также уменьшается. После достижения определенной температуры, давление из системы преодолевает усилие от закрытия пакета биметаллических пластин и затвор (4) открывается.
Большинство биметаллических конденсатоотводчиков настраиваются таким образом, что при достижении температуры ниже температуры кипения на 15 °K они открываются, а при достижении температуры меньшей на 5 °K температуры насыщения снова закрываются.
По мере охлаждения конденсата в конденсатоотводчике, при котором усилие на открытие начинает преодолевать усилие от биметалла на закрытие, клапан приоткрывается. Для дальнейшего открытия конденсат должен продолжать охлаждаться. Поскольку это происходит не всегда, конденсат удаляется с высокой скоростью через малое сечение между затвором и седлом. Эта сверхкритическая скорость приводит к порезам на седле и затворе (кавитационная эрозия), в результате чего затвор не в состоянии обеспечивать герметичность закрытия. Чтобы избежать этого, в современных биметаллических конденсатоотводчиках применяется комбинированный термостатический и термодинамический принцип регулирования. Затвор конденсатоотводчика выполнен не в форме простого шара, а в форме кегеля. Если затвор начинает открываться, то исходящий поток конденсата действует на кегель. Благодаря высокой скорости потока через малое проходное сечение спонтанно увеличивается давление за затвором. Кегель действует как поршень и открывает затвор на полный ход штока.
С увеличением температуры конденсата, биметаллические шайбы выгибаются сильнее и затвор начинает закрываться. В соответствии с термодинамическим принципом Бернулли, скорость потока в проходе между седлом и кегелем увеличивается с уменьшением его сечения. Давление в зоне за затвором снижается и испаряющийся конденсат после кегеля разгружает шток, что способствует перемещению его в сторону закрытия. Клапан закрывается и остается закрытым до тех пор, пока конденсат не охладится и цикл не стартует снова.
В отличии от поплавковых конденсатоотводчиков, где характеристика открытия четко следует линии насыщения пара, у биметаллического конденсатоотводчика характеристика располагается несколько ниже линии кипения (Рис. 4.1).
 |
 |
| Рис. 4.1: Характеристика простого биметаллического регулятора | Рис. 4.2: Характеристика биметаллических конденсатоотводчиков Ari-Cona-B |
Как видно на Рис. 4.1. характеристика простого биметаллического конденсатоотводчика это прямая линия, которая не следует линии кипения. Это значит, что доохлаждение во всем диапазоне давлений не постоянно .В нижней и верхней части диапазона давления конденсатоотводчик работает в режиме очень близком к температуре насыщения, тогда как в середине диапазона давления - в режиме с относительно большим доохлаждением.
Настройкой хода штока затвора биметаллического конденсатоотводчика его характеристика может быть приближена к линии кипения или больше в сторону доохлажденного конденсата. Если характеристика пересекает линию кипения, то это значит потери пара в диапазоне, где его характеристика расположена выше линии кипения.
В конденсатоотводчиках Ari-Cona-B биметаллические шайбы не плоские, а имеют ступенчатую форму (Рис. 2.1.) и обеспечены большей контактной поверхностью для теплообмена (90% по сравнению с 50% у плоских), благодаря этому конденсатоотводчик очень быстро реагирует на изменение температуры. Кроме этого выдавленные шайбы усиливают пружинные свойства биметаллического пакета. Встроенная в биметаллический регулятор пружина делает характеристику в зоне низкого давления более крутой (Рис. 4.2) и этим обеспечивает равное доохлаждение во всем диапазоне давлений регулятора. Ход штока затвора рассчитывается и настраивается таким образом, чтобы его характеристика находилась ниже линии насыщения. Этим исключаются потери свежего пара.
При увеличении противодавления в конденсатной сети, увеличивается усилие необходимое пакету биметаллических пластин для открытия затвора конденсатоотводчика, т.е. необходим конденсат с меньшей температурой для открытия затвора. Иными словами, с увеличением противодавления увеличивается доохлаждение конденсата. В неблагоприятных случаях при слишком глубоком доохлаждении возможно накопление конденсата до уровня паропровода или верхней точки теплообменника, что может нарушить технологический процесс работы оборудования и привести к гидроударам.
Если биметаллический конденсатоотводчик используется для целей опорожнения трубопровода, то сам конденсатоотводчик, участок трубопровода и запорный клапан перед ним не должны изолироваться.
В связи с временем необходимым на реакцию биметаллического пакета пластин при его нагревании или охлаждении, биметаллический конденсатоотводчик не может применяться в процессах, где необходим отвод конденсата сразу при его образовании.