Бродов Ю.М. Савельев Р.З. Конденсационные установки паровых турбин

Подождите немного. Документ загружается.

где — среднее значение коэффициента теплоотдачи при

конденсации чистого водяного пара в горизонтальном трубном

пучке — определяется по формуле (2.16); ε — относительное

содержание воздуха в паре (при конструкторском расчете кон-

денсатора принимается равным максимальному согласно ПТЭ —

см. гл. 5), кг/кг.

При проведении конструкторского расчета конденсатора для

определения коэффициента теплопередачи по зависимости КТЗ

Небходимо применять итерационный метод, предварительно

задавая и уточняя ряд конструктивных характеристик трубного

пучка ( и др.), а также либо температурный напор пар —

стенка, либо удельную паровую нагрузку конденсатора (пос-

леднее необходимо для расчета — см. выше). Необходимо

также иметь в виду, что чистота поверхности теплообмена

методикой КТЗ в явном виде не учитывается.

Методика УПИ, аналогично методике КТЗ, базируется на

определении коэффициента теплопередачи в конденсаторе по

формуле (2.9). Отличие заключается только в методике опреде-

ления коэффициента теплопередачи от конденсирующегося

пара к стенке трубы (в методике КТЗ — ).

Структура формулы для расчета коэффициента теплоотдачи

от пара к стенке трубки имеет вид

где — коэффициент теплоотдачи при конденсации пара по

Нуссельту (см. §2.2), Вт/(м

• К); — фактор, учитывающий

скорость течения пара; — фактор, учитывающий явление

заливания конденсатом нижерасположенных трубок; — фак-

тор, учитывающий содержание воздуха в паре; — фактор,

учитывающий параметры вибрации трубок конденсатора; —

фактор, учитывающий компоновку трубного пучка конденса-

тора.

Фактор, учитывающий влияние скорости течения пара на

теплообмен при конденсации пара в горизонтальном пучке

трубок , определяется зависимостью (2.13).

Анализ результатов исследований влияния заливания кон-

денсатом нижерасположенных трубок на коэффициент тепло-

отдачи с паровой стороны конденсатора, приведенный в §2.2,

показывает, что это влияние имеет существенное значение

лишь при неподвижном или медленно движущемся паре. Ос-

новываясь на этих данных, а также учитывая результаты [27,

36], фактор влияния заливания конденсатом нижерасположен-

ных трубок для конденсаторов турбин большой единичной

мощности из зависимости (2.27) исключен

Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотда-

чи содержание в паре воздуха определяется по формуле

(2.20). Как показано выше (см. §2.2), эта формула получена для

неподвижного пара, однако фактор влияния скорости пара

в обобщенной формуле (2.27) учтен независимо (см. выше).

Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотда-

чи параметров вибрации трубок конденсатора , определяет-

ся согласно обобщенной формуле (2.21).

Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотда-

чи компоновки трубного пучка конденсатора , определяет-

ся по формуле (2.19) с учетом формул (2.17) и (2.18).

При проведении конструкторского расчета конденсатора для

определения коэффициента теплопередачи по методике УПИ

необходимо применять итерационный метод расчета, предва-

рительно задавая и уточняя рад конструктивных характеристик

трубного пучка (Р, К,, конструкцию и систему расстановки

промежуточных перегородок или параметры колебаний трубок

и др.), а также либо температурный напор пар—стенка (и,

следовательно, температуру пленки конденсата), либо удель-

ную паровую нагрузку конденсатора. Необходимо также иметь

в виду, что методика УПИ получена для практически чистых

конденсаторов.

На рис. 2.8—2.10 в качестве примера представлены опытные

и расчетные (по вышеприведенным методикам) данные по

коэффициенту теплопередачи в ряде конденсаторов паровых

турбин на номинальном и переменном режимах работы.

Известны также другие методики расчета коэффициента теп-

лопередачи в конденсаторах паровых турбин, используемых на

турбинных заводах.

Методика ЛМЗ, например, базируется [1] на зависимости,

предложенной фирмой «Метро-Виккерс»

где — скорость охлаждающей воды в трубках, м/с; —-

температура охлаждающей воды на входе в конденсатор и на

выходе из него, °С.

Формула (2.28) не учитывает влияния удельной паровой

нагрузки конденсатора, диаметра трубок и термического со-

противления стенки трубки, а также чистоту поверхности теп-

лообмена. Удовлетворительная сходимость опытных и расчет-

ных по формуле (2.28) данных для ряда конденсаторов наблю-

дается

введении в эту формулу коэффициента загрязне-

ния, равного 0,7—0,8. При проведении расчетов по зависимос-

ти (2.28) необходимо применять итерационный метод, задавая

и уточняя температуру воды на выходе из конденсатора.

Методика ТМЗ используется при расчете коэффициента

теплопередачи по формуле (2.9) с дополнительным вве-

дением термического сопротивления слоя загрязнения

, определяемого расчетным путем по мето-

дике ВТИ — формулы (2.22) и (2.23) — для номинального

режима работы конденсатора при значении коэффициента

состояния поверхности теплообмена а=0,75 и 0,90. При этом

учет материала трубок конденсатора производится также

введением дополнительного термического сопротивления,

точнее — разницы термических сопротивлений любого мате-

риала с латунью Л-68 (полагается, что базовая формула ВТИ

получена именно для труб, выполненных из латуни Л-68).

Первоначально при °С по

формулам (2.22) и (2.23) определяется парадный коэффициент

теплопередачи чистого конденсатора к

чист

. Значение коэффи-

циента теплопередачи для чистого конденсатора с трубками,

материал которых отличается от латуни Л-68, и соответствую-

щая ему сумма термических сопротивлений определяются за-

висимостями

Здесь — термическое сопротивление стенки трубки из

латуни Л-68.

Затем расчетным путем определяется условное термическое

сопротивление слоя загрязнения, соответствующее в формуле

ВТИ значению а =0,75 или 0,90:

Окончательно значение коэффициента теплопередачи с уче-

том расчетного термического сопротивления загрязнения рас-

считывается

С учетом полученной поправки на загрязнение уточнение!

коэффициента теплопередачи производится как на номиналь¬

ном, так и переменном режимах работы конденсатора. При

этом фактически принимается, что полученная расчетным пу¬

тем величина R

загр

=const на всех режимах работы конденсато¬

ра, а ее значение при а=0,90 соответствует технически чисто¬

му, а при а=0,75 максимально загрязненному конденсатору.

Методика расчета встроенного пучка конденсаторов произ-

водится 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-68, база формулы (2.28); =0,85 —

коэффициент запаса; (0,970) — коэффициент, учи-

тывающий 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 кон-

денсатора . Значение для конденсаторов турбин Т-

110/120-130 и Т-250/300-240, например, составляет 0,94. В ос-

тальном расчет для встроенного пучка аналогичен расчету ос-

новного трубного пучка конденсатора (см. вышеприведенную

методику и формулы (2.29)—(2.31).

По данным ТМЗ результаты расчетов по вышеприведенной

методике хорошо согласуются с результатами промышленных

испытаний конденсаторов турбин.

, Как показывает анализ известных методик расчета [17, 18,

75], расхождение опытных и расчетных значений коэффици¬

ентов теплопередачи на отдельных режимах работы конденса¬

ционных установок достигает 30%. Это позволяет ставить во¬

прос о необходимости совершенствования существующих ме-

тодик расчета конденсаторов в части учета и уточнения влия-

ния ряда факторов, влияющих на эффективность его работы,

таких, как скорость и траектория движения пара в трубном

пучке, содержание воздуха в паре в различных зонах конден¬

сатора, реальный уровень загрязнения аппарата и др. Для

этого необходимо дальнейшее накопление и обобщение дан¬

ных как физических исследований процессов, происходящих в

конденсаторах, так и опытных данных по их испытаниям.

При проведении испытаний желательно получение данных о

локальных параметрах теплоносителей в отдельных зонах труб¬

ного 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 сопро¬

тивления конденсатора по водяной стороне (H

) и парового

сопротивления аппарата на пути движения пара от горловины

конденсатора к патрубку отсоса паровоздушной смеси (Δр

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 сто¬

роне (разность давлений охлаждающей воды на входе и выходе

из конденсатора) определяется суммой потерь на трение (фор¬

мула Дарси) и на местные сопротивления:

где z — число ходов воды; h

— гидравлическое сопротивление

трубок конденсатора; h

— гидравлическое сопротивление при

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

; — скорость движения воды в трубах, м/с, (см. §2.1);

— скорость движения воды в водяных камерах конденса-

торов, м/с, обычно

В практике турбинных заводов при расчете гидравлического

сопротивления конденсаторов широкое распространение по-

лучила приближенная формула А. М. Казанского (уточненная

Л. Д. Берманом)

(2.34)

где b — поправочный коэффициент, учитывающий внутрен-

ний 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

0,093

0,070

0,064

0,058

Гидравлическое сопротивление конденсаторов паровых тур¬

бин является составной частью нормативной характеристики

конденсационной установки, и по значению этого сопротивле¬

ния косвенно судят о расходе охлаждающей воды и общем

загрязнении конденсатора.

Гидравлическое сопротивление конденсаторов паровых тур¬

бин при номинальном расходе охлаждающей воды составляет

35-45 кПа.

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 охлаждаю-

щей воды ; Гидравлическое сопротивление конденсатора

согласно формуле (2.34)

Паровое сопротивление конденсатора (разность давлений

паровоздушной смеси на входе в конденсатор и в 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 паро-

вое сопротивление.

Точное определение парового сопротивления расчетным

путем практически невозможно, что определяется его зависи-

мостью от ряда факторов. Применяемые в настоящее время

методы расчета базируются на анализе и обобщении опытных

данных по натурным конденсаторам и носят в основном оце-

ночный 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, м

/кг; £ — полезная длина

трубок конденсатора, м; — 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 боль-

шим фронтом натекания и при небольшой глубине пучка.

В литературе [1, 14, 29, 41, 75] известны и другие эмпиричес-

кие зависимости для оценки которые, однако, дают доста-

точно большие расхождения как между собой, так и с расчетом

по формуле (2.30). Кроме того, эти зависимости более сложны

по своей структуре. Все это показывает необходимость про-

должения исследований для уточнения методики расчета паро-

вого сопротивления конденсаторов паровых турбин.

Диапазон изменения в конденсаторах различных паро-

вых турбин широк и в отдельных случаях достигает 1 кПа. По

мнению большинства специалистов [1, 14, 29, 41, 57, 75],

паровое сопротивление конденсаторов при номинальном рас-

ходе пар не 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 соответ-

ствует удельный объем пара, поступающего в конденсатор: =28,20 м

/кг.

Паровое сопротивление конденсатора согласно формуле (2.30)

2.5. Применение ЭВМ для расчетов конденсаторов

Эффективность работы конденсационной установки паро-

вой турбины, как показано выше, зависит от большого числа

факторов. Все используемые в настоящее время зависимости

для расчета коэффициента теплопередачи и особенно давле-

ния в конденсаторе требуют применения метода итерацион-

ных расчетов, когда необходимо сначала задавать, а затем

уточнять ряд параметров. Такие расчеты требуют большой

затраты времени, имеют высокую стоимость и, ввиду ограни-

ченности количества просчитываемых вариантов, не гаранти-

руют выбора оптимальных решений.

Качественно новые возможности для расчета и проектиро-

вания конденсаторов и конденсационных установок в целом

при проведении как конструкторского, так и поверочного рас-

четов 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; подго-

товка исходных данных; запись этих данных на магнитную