Бродов - КОНДЕНСАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ ПАРОВЫХ ТУРБИН. Энергетика и энергомашиностроение и специальности Турбостроение москва энергоатомиздат 1994 ббк 31. 363 Б
 Скачать 1.86 Mb.
|
|
ВТИ значению а =0,75 или 0,90: Окончательно значение коэффициента теплопередачи с учетом расчетного термического сопротивления загрязнения рассчитывается 75 С учетом полученной поправки на загрязнение уточнение коэффициента теплопередачи производится как на номинальном, таки переменном режимах работы конденсатора. При этом фактически принимается, что полученная расчетным путем величина R загр =const на всех режимах работы конденсатора, а ее значение при а соответствует технически чистому, а при а максимально загрязненному конденсатору. Методика расчета встроенного пучка конденсаторов производится на ТМЗ аналогичным образом, однако базируется на данных вышеприведенной методики фирмы «Метро-Виккерс», см. формулу (2.28), с введением ряда поправок Здесь — коэффициент теплопередачи, рассчитанный по формуле (2.28); — термическое сопротивление стенки трубки наружным диаметром 19 мм с толщиной 0,75 мм, выполненной из латуни Л, база формулы (2.28); =0,85 — коэффициент запаса (0,970) — коэффициент, учитывающий отличный от 19 мм наружный диаметр трубок для диаметров 24 и 25 мм соответственно = = — поправка на долю площади воздухоох ладителя в общей поверхности встроенного пучка конденсатора . Значение для конденсаторов турбин Т и Т, например, составляет 0,94. В остальном расчет для встроенного пучка аналогичен расчету основного трубного пучка конденсатора (см. вышеприведенную методику и формулы (2.29)—(2.31). Поданным ТМЗ результаты расчетов по вышеприведенной методике хорошо согласуются с результатами промышленных испытаний конденсаторов турбин. 76 , Как показывает анализ известных методик расчета [17, 18, 75], расхождение опытных и расчетных значений коэффициентов теплопередачи на отдельных режимах работы конденсационных установок достигает 30%. Это позволяет ставить вопрос о необходимости совершенствования существующих методик расчета конденсаторов в части учета и уточнения влияния ряда факторов, влияющих на эффективность его работы, таких, как скорость и траектория движения пара в трубном пучке, содержание воздуха в паре в различных зонах конденсатора, реальный уровень загрязнения аппарата и др. Для этого необходимо дальнейшее накопление и обобщение данных как физических исследований процессов, происходящих в конденсаторах, таки опытных данных по их испытаниям. При проведении испытаний желательно получение данных о локальных параметрах теплоносителей в отдельных зонах трубного пучка, что необходимо для разработки и уточнения по- зонных методик теплового расчета конденсаторов. Основы разработок таких методик изложены в [2, 20, 27]. 2.4. Методика гидродинамического расчета конденсатора Гидродинамический расчет конденсатора паровой турбины в общем случае включает в себя расчеты гидравлического сопротивления конденсатора по водяной стороне (к) и парового сопротивления аппарата на пути движения пара от горловины конденсатора к патрубку отсоса паровоздушной смеси (Δр к ). Знание гидравлического сопротивления необходимо прежде всего для выбора циркуляционных насосов конденсационной установки. Паровое сопротивление оказывает существенное влияние на интенсивность теплообмена в конденсаторе и давление паровоздушной смеси на входе в него (см. гл. 4). Гидравлическое сопротивление конденсатора по водяной стороне (разность давлений охлаждающей воды на входе и выходе из конденсатора) определяется суммой потерь на трение (формула Дарси) и на местные сопротивления где z — число ходов воды h 1 — гидравлическое сопротивление трубок конденсатора h 2 — гидравлическое сопротивление при 77 входе охлаждающей воды в трубки и при выходе из них - гидравлическое сопротивление водяных камер конденсатора — коэффициент сопротивления трения при движении воды в трубах (для конденсаторов обычно ; L — полезная длина трубок конденсатора, см. формулу (2.7), м — внутренний диаметр трубок, м — коэффициент, учитывающий способ крепления трубок в трубных досках конденсатора (при двухсторонней развальцовке 1,0); — плотность охлаждающей воды, кг/м 3 ; — скорость движения воды в трубах, мс, (см. §2.1); — скорость движения воды в водяных камерах конденсаторов, мс, обычно В практике турбинных заводов при расчете гидравлического сопротивления конденсаторов широкое распространение получила приближенная формула А. М. Казанского (уточненная Л. Д. Берманом) (2.34) где b — поправочный коэффициент, учитывающий внутренний диаметр трубок и среднюю температуру охлаждающей воды — см. табл. 2.2, при значение Ъ следует умножить на коэффициент ; остальные обозначения приведены выше. Таблица 2.2. Поправочный коэффициент Ь в формуле А. М. Казанского dвн, мм b 19 0,093 24 0,070 26 0,064 28 0,058 Гидравлическое сопротивление конденсаторов паровых турбин является составной частью нормативной характеристики конденсационной установки, и по значению этого сопротивления косвенно судят о расходе охлаждающей воды и общем загрязнении конденсатора. Гидравлическое сопротивление конденсаторов паровых турбин при номинальном расходе охлаждающей воды составляет 35-45 кПа. 78 Пример 2.4. Определить гидравлическое сопротивление конденсатора при Следующих исходных данных мм. По табл. 2.2 находим, что при =26,0 мм поправочный коэффициент, учитывающий внутренний диаметр трубок и среднюю температуру охлаждающей воды ; Гидравлическое сопротивление конденсатора согласно формуле (2.34) Паровое сопротивление конденсатора (разность давлений паровоздушной смеси на входе в конденсатор ив месте ее отсоса воздушным насосом) зависит от его конструктивных и режимных параметров компоновки трубного пучка, скорости пара на входе ив межтрубном пространстве, гидродинамики пленки конденсата и других факторов. При проектировании конденсатора стремятся получить по возможности малое паровое сопротивление. Точное определение парового сопротивления расчетным путем практически невозможно, что определяется его зависимостью отряда факторов. Применяемые в настоящее время методы расчета базируются на анализе и обобщении опытных данных по натурным конденсаторами носят в основном оценочный характер. Для оценки парового сопротивления конденсатора чаще всего пользуются [41] зависимостью, предложенной ВТИ (2.35) где — коэффициент парового сопротивления конденсатора DK — расход пара в конденсаторе, кг/ч; — удельный объем пара, поступающего в конденсатор, мкг £ — полезная длина трубок конденсаторам наружный диаметр трубок, мм N — общее количество трубок в конденсаторе. Коэффициент зависит в основном от компоновки трубного пучка. Меньшее значение принимается при хорошо развитом входном сечении трубного пучка с большим фронтом натекания и при небольшой глубине пучка. В литературе [1, 14, 29, 41, 75] известны и другие эмпирические зависимости для оценки которые, однако, дают достаточно большие расхождения как между собой, таки с расчетом 79 по формуле (2.30). Кроме того, эти зависимости более сложны по своей структуре. Все это показывает необходимость продолжения исследований для уточнения методики расчета парового сопротивления конденсаторов паровых турбин. Диапазон изменения в конденсаторах различных паровых турбин широки в отдельных случаях достигает 1 кПа. По мнению большинства специалистов [1, 14, 29, 41, 57, 75], паровое сопротивление конденсаторов при номинальном расходе парне должно превышать 0,45—0,50 кПа. Пример 2.5. Оценить паровое сопротивление конденсатора при следующих исходных данных По таблицам водяного пара находим, что давлению пара =5 кПа соответствует удельный объем пара, поступающего в конденсатор =28,20 мкг. Паровое сопротивление конденсатора согласно формуле (2.30) 2.5. Применение ЭВМ для расчетов конденсаторов Эффективность работы конденсационной установки паровой турбины, как показано выше, зависит от большого числа факторов. Все используемые в настоящее время зависимости для расчета коэффициента теплопередачи и особенно давления в конденсаторе требуют применения метода итерационных расчетов, когда необходимо сначала задавать, а затем уточнять ряд параметров. Такие расчеты требуют большой затраты времени, имеют высокую стоимость и, ввиду ограниченности количества просчитываемых вариантов, не гарантируют выбора оптимальных решений. Качественно новые возможности для расчета и проектирования конденсаторов и конденсационных установок в целом при проведении как конструкторского, таки поверочного расчетов дает применение ЭВМ. С помощью этих машин можно быстро и точно реализовать практически любые алгоритмы. Расчет конденсатора или конденсационной установки на ЭВМ состоит из следующих этапов разработка и проверка алгоритма программирование и отладка программы подготовка исходных данных запись этих данных на магнитную 80 ленту (диск) или набивка на карты и т. п ввод исходных данных и программы в ЭВМ счет вывод результатов на печать анализ результатов расчетов. Для облегчения работы по составлению и реализации алгоритмов целесообразно пользоваться удобными наглядным средством — графическим изображением последовательности вычислений. В отечественной литературе такую схему называют блок-схемой расчета. За рубежом блок-схемы называют орга- ниграммами. Необходимым условием при составлении блок-схемы расчета является включение в нее всех возможных вариантов, которые могут встретиться при решении поставленной задачи. На рис. 2.11, 2.12 в качестве примера представлены блок- схемы теплового расчета конденсатора (конструкторского и поверочного, выполненного по методике ВТИ см. формулу (2.22)]. 2.6. Примеры конструкторского и поверочного расчетов конденсатора Пример 2.6. Определить поверхность теплообмена и основные геометрические размеры конденсатора, который должен обеспечить-давление за турбиной к кПа, при следующих исходных данных t 1в =12°С; В м 3 /ч; ном =563 600 кг/ч; материал трубок МНЖ-5-1; диаметры трубок 25x23 мм коэффициент состояния поверхности теплообмена а z=2. Для расчета коэффициента теплопередачи в конденсаторе необходимо задаться значениями скорости воды в трубках и удельной паровой нагрузки. Примем значение скорости воды в трубках W B =2,0 мс (см. §2.1), а также в первом приближении d K =40 кг/(м 2 • ч) (в дальнейшем должно уточняться. Согласно формуле (2.22) с учетом = 1, так как По таблицам водяного пара находим, что давлению р к кПа соответствуют температура насыщения t H =27, 61 Си скрытая теплота фазового перехода 81 Рис 2.11. Блок-схема конструкторского теплового расчета конденсатора 82 Рис. 2.12. Блок-схема поверочного теплового расчета конденсатора (переменный режим работы) =2435,94 кДж/кг. Согласно формулам (1.9)—(1.11) нагрев охлаждающей воды в конденсаторе составит а недогрев этой воды до температуры насыщения Поверхность теплообмена (охлаждения) конденсатора согласно формулам (2.1)—(2.4) составит Здесь 1,163 — переводной системный коэффициент. Учитывая, что значение 83 d K задавалось в первом приближении, уточним это значение по результатам проведенного расчета. Согласно формуле (1.13) d K =563 600/13987=40,29 кг м • ч. Расхождение между полученными заданным [40 кг/(м 2 • ч значениями составляет 0,7%. Во втором приближении, подставив в формулу (2.22) значение d K =40,29 кг/(м 2 -ч) вместо d K =40 кг/(м 2 -ч), получим k=2662,41 Вт/(м 2 -К); F=13 985 м d K =40,30 кг/(м 2- ч. Расхождение между заданными полученным значениями d K составляет 0,02. Остановимся на этом варианте. Необходимо иметь ввиду, что при машинном счете расхождение (точность итерации) обычно составляет не менее 0,1%. Таким образом, поверхность теплообмена конденсатора составит F=13 985 м 2 Определим основные геометрические размеры конденсатора. Общее число трубок в конденсаторе согласно формуле (2.6) Полезная длина трубок конденсатора (без учета толщины трубных досок) согласно формуле (2.7) Условный диаметр трубной доски конденсатора согласно формуле (2.8), приняв Пример 2.7. Применительно к условиям примера 2.6 определить, как изменится давление в конденсаторе с поверхностью теплообмена F=13985 м, если температура воды на входе увеличится до в С. Кратность охлаждения конденсатора согласно формуле (1.11) Учитывая, что в данном случае значение давления р к неизвестно, для определения нагрева воды в конденсаторе в первом приближении воспользуемся формулой (1.12) 84 После получения р к (в конце расчета) значение должно быть уточнено по формуле (1.10) Как показано в примере 2.6, Коэффициент теплопередачи в конденсаторе согласно формуле (2.22) Недогрев воды до температуры насыщения согласно формуле (1.13) Температура насыщения пара в конденсаторе согласно формуле (1.9) По таблицам водяного пара находим, что температуре насыщения t н = 34,24 С соответствует давление пара p к кПа. Следовательно, при повышении температуры воды на входе с 12 С до 20 С давление в конденсаторе увеличилось на =5,4—3,7=1,7 кПа. Пример 2.8. Применительно к условиям примера 2.6 определить, как изменится давление в конденсаторе с поверхностью теплообмена F=13985 м, если расход пара в конденсатор (удельная паровая нагрузка) уменьшится на 50%. Кратность охлаждения конденсатора согласно формуле (1.11) Нагрев воды в конденсаторе согласно формуле (1.12) После получения р к (в конце расчета) уточняется во формуле (1.10). Коэффициент теплопередачи в конденсаторе согласно формуле (2.22) 85 Недогрев воды до температуры насыщения согласно формуле (1.13) Температура насыщения пара в конденсаторе согласно формуле (1.9) По таблицам водяного пара находим, что температуре насыщения t н С соответствует давление пара р к кПа. Следовательно, приуменьшении расхода пара в конденсатор (удельной паровой нагрузки) на 50% давление в конденсаторе уменьшилось на =3,7—2,4=1,3 кПа. Пример 2.9. Применительно к условиям примера 2.6 определить, как изменится давление в конденсаторе с поверхностью теплообмена F=13985 м, если расход охлаждающей воды уменьшится на 50%. Кратность охлаждения конденсатора согласно формуле (1.11) Нагрев воды в конденсаторе согласно формуле (1.12) После получения значения р (в конце расчета) уточняется по формуле (1.10). Коэффициент теплопередачи в конденсаторе согласно формуле (2.22) 86 Недогрев воды до температуры насыщения согласно формуле (1.13) Температура насыщения пара в конденсаторе согласно формуле (1.9) По таблицам водяного пара находим, что температуре насыщения t н С соответствует давление пара p к кПа. Следовательно, приуменьшении расхода охлаждающей воды на 50% давление в конденсаторе увеличится на = 6,0 — 3,7 = 2,3 кПа. Контрольные вопросы и задачи 1. Назовите виды теплового расчета конденсатора и укажите, в чем их принципиальное отличие. 2. Назовите основные уравнения, на которых базируется тепловой расчет конденсатора, запишите их и расшифруйте входящие в них величины. 3. Что такое коэффициент теплопередачи, каков его физический смысл 4. Укажите основные ограничения, которые могут накладываться на конструкторский расчет конденсатора. 5. Определите коэффициент теплоотдачи с водяной стороны конденсатора при следующих исходных данных 6. Назовите основные факторы, влияющие на коэффициент теплоотдачи с паровой стороны конденсатора. 7. Определите коэффициент теплоотдачи при конденсации чистого неподвижного пара на одиночной горизонтальной трубе при следующих исходных данных 8. Сформулируйте современные представления о гидродинамических процессах, происходящих в развитых трубных пучках конденсаторов. 9. Какова качественная картина влияния скорости набегающего потока пара на теплообмен при конденсации Каков реальный диапазон скоростей пара в трубных пучках конденсаторов паровых турбин 10. Определите влияние скорости набегающего потока пара на теплообмен при конденсации пара в трубном пучке конденсатора при следующих исходных данных 11. Почему компоновка трубного пучка конденсатора влияет на тепловую эффективность его работы Назовите основные величины, характеризующие компоновку трубного пучка. 12. С какой частотой колеблются трубки конденсатора Как колебания трубок отражаются на характере течения пленки конденсата 13. Почему тепловой расчет конденсаторов проводится по эмпирическим зависимостям для среднего по всей поверхности теплообмена коэффициента теплопередачи Что является критерием оценки совершенства существующих методик расчета и почему 14. Какова цель гидродинамического расчета конденсатора 87 I 15. Каково гидравлическое сопротивление конденсаторов современных паровых турбин 16. Определите гидравлическое сопротивление конденсатора при следующих исходных данных 17. Перечислите основной ряд конструктивных и режимных факторов (параметров, влияющих на паровое сопротивление конденсатора. 18. Каков порядок парового сопротивлений' конденсаторов современных паровых турбин 19. Оцените паровое сопротивление конденсатора при следующих исходных данных 20. Что дает применение ЭВМ для расчета и проектирования конденсаторов и конденсационных установок в целом 21. Перечислите основные этапы проведения расчета конденсатора на ЭВМ. 22. Что такое блок-схема расчета С какой целью составляются блок-схемы расчета Глава третья КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ КОНДЕНСАТОРОВ 3.1. Принципы проектирования конденсаторов При проектировании конденсаторов паровых турбин конструктор стремится выполнить следующие основные требования, обеспечивающие, как правило, эффективность работы Конденсационной установки в целом интенсивность процессов тепло- и массообмена в трубном пучке конденсатора уменьшение массогабаритных характеристик аппарата и трудоемкости его изготовления минимально возможные переохлаждение и кислородсодер- жание конденсата уменьшение парового сопротивления конденсатора технологичность изготовления, сборки, транспортировки и монтажа аппарата на электростанции обеспечение простоты и надежности эксплуатации всей конденсационной установки на различных режимах работы турбины. Необходимо иметь ввиду, что некоторые из этих требований противоречивы, например увеличение скорости пара, с одной стороны, интенсифицирует теплообмен при конденсации, ас другой — увеличивает паровое сопротивление трубного пучка аппарата повышение надежности работы конденсаторов обеспечивается, как правило, за счет повышения трудоемкости их изготовления и др. Критерием оценки принимаемых конструктором решений для выполнения вышеуказанных требований обычно являются опыт проектирования, испытаний и эксплуатации действующих конденсаторов паровых турбин. Наиболее сложным вопросом, который приходится решать при проектировании конденсатора, является вопрос рационального проектирования и размещения поверхности охлаждения в корпусе конденсатора. С одной стороны, это определяется сложностью процессов, происходящих в развитых трубных пучках современных конденсаторов (см. §1.3), ас другой — предопределяет массогабаритные характеристики аппарата, а 89 |