Бродов Ю.М. Савельев Р.З. Конденсационные установки паровых турбин
Подождите немного. Документ загружается.
ленту (диск) или набивка на карты и т. п.; ввод исходных
данных и программы в ЭВМ; счет; вывод результатов на печа-
ть; анализ результатов расчетов.
Для облегчения работы по составлению и реализации алго-
ритмов целесообразно пользоваться удобным и наглядным сред-
ством — графическим изображением последовательности вы-
числений. В отечественной литературе такую схему называют
блок-схемой расчета. За рубежом блок-схемы называют орга-
ниграммами.
Необходимым условием при составлении блок-схемы расче-
та является включение в нее всех возможных вариантов, кото-
рые 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 геометричес-
кие размеры .конденсатора, который должен обеспечить-давление за турбиной
p
к
=3,7 кПа, при следующих исходных данных: t
1в
=12°С; G
В
=34800 м
3
/ч;
D
k
ном
=563 600 кг/ч; материал трубок МНЖ-5-1; диаметры трубок 25x23 мм;
коэффициент состояния поверхности теплообмена а=0,90; z=2.
Для расчета коэффициента теплопередачи в конденсаторе необходимо за-
даться значениями скорости воды в трубках и удельной паровой нагрузки.
Примем значение скорости воды в трубках W
B
=2,0 м/с (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
=
3,7 кПа соответствуют
температура насыщения t
H
=27, 61 °С и 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 охлаж-
дающей 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
2
• ч). Расхождение между полученным и 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
2
; d
K
=40,30 кг/(м
2-
ч). Расхождение между заданным и полученным
значениями d
K
составляет 0,02. Остановимся на этом варианте. Необходимо
иметь в виду, 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 изме¬
нится давление в конденсаторе с поверхностью теплообмена F=13985 м
2
, если
температура воды на входе увеличится до t
1в
=20 °С.
Кратность охлаждения конденсатора согласно формуле (1.11)
Учитывая, что в данном случае значение давления р
к
неизвестно, для опре¬
деления 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
=5,4 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 изме-
нится давление в конденсаторе с поверхностью теплообмена F=13985 м
2
, 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
=20,62 °С
соответствует давление пара р
к
=2,4 кПа. Следовательно, при уменьшении рас-
хода 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 изме-
нится давление в конденсаторе с поверхностью теплообмена F=13985 м
2
, 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
k
(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
=36,16 °С
соответствует давление пара p
к
=6,0 кПа.
Следовательно, при уменьшении 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 кон-
структорский 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 исход-
ных данных:
8. Сформулируйте современные представления о гидродинамических про-
цессах, 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 паро-
вых турбин?
16. Определите гидравлическое сопротивление конденсатора при следующих
исходных данных:
17. Перечислите основной ряд конструктивных и режимных факторов (пара-
метров), 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 кон¬
структор стремится выполнить следующие основные требова¬
ния, обеспечивающие, как правило, эффективность работы
Конденсационной установки в целом:
интенсивность процессов тепло- и массообмена в трубном
пучке конденсатора;
уменьшение массогабаритных характеристик аппарата и тру¬
доемкости 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 кон¬
денсационной установки на различных режимах работы тур¬
бины.
Необходимо иметь в виду, что некоторые из этих требова¬
ний противоречивы, например увеличение скорости пара, с
одной стороны, интенсифицирует теплообмен при конденса¬
ции, а с другой — увеличивает паровое сопротивление труб¬
ного пучка аппарата; повышение надежности работы конден¬
саторов обеспечивается, как правило, за счет повышения тру¬
доемкости их изготовления и др.
Критерием оценки принимаемых конструктором решений
для выполнения вышеуказанных требований обычно являют¬
ся опыт проектирования, испытаний и эксплуатации дейст¬
вующих конденсаторов паровых турбин.
Наиболее сложным вопросом, который приходится решать
при проектировании конденсатора, является вопрос рацио¬
нального проектирования и размещения поверхности охлажде¬
ния в корпусе конденсатора. С одной стороны, это определя¬
ется сложностью процессов, происходящих в развитых труб¬
ных пучках современных конденсаторов (см. §1.3), а с другой —
предопределяет массогабаритные характеристики аппарата, а
89
1
также технологичность и трудоемкость его изготовления,
сборки, транспортировки и монтажа на электростанции.
На основе обобщения длительного опыта проектирования
и эксплуатации конденсаторов различных паровых турбин в
[53, 63, 75] сформулированы основные принципы и рекомен¬
дации по проектированию высокоэффективных конденсато¬
ров, дополняющие и уточняющие ряд вышесформулирован-
ных требований.
1. Желательно обеспечить равномерное распределение по¬
ступающего в конденсатор пара по его длине и открытой для
доступа пара части периметра трубного пучка, что обеспечит
лучшее использование поверхности охлаждения и уменьшит
паровое сопротивление аппарата. Это может быть реализова¬
но соответствующими размерами и формой выходного пат¬
рубка турбины, а также организацией проходов для пара в
трубном пучке конденсатора. Направление этих проходов
должно быть увязано с аэродинамикой парового потока, по¬
ступающего в трубный пучок из выхлопного патрубка турби¬
ны, а их размеры — обеспечить умеренные скорости пара в
проходах.
2. При проектировании проходов для поступающего пара
необходимо избегать того, чтобы наличие этих проходов и
конструктивных разрывов между рядами трубок в пучке (на¬
пример, в местах расположения перегородок в водяных каме¬
рах) приводило к образованию островных пучков трубок, в
которые по всему периметру может поступать снаружи пар, а
внутри — образовываться застойные зоны. Для предотвраще¬
ния этого рекомендуется установка в соответствующих местах
заградительных перегородок (щитов).
3. В живом сечении трубного пучка на входе в зону интен¬
сивной конденсации пара и в пределах этой зоны (см. §1.3 и
рис. 1.10) во избежание значительного падения давления пара
его скорость на расчетном режиме (номинальном режиме ра¬
боты турбины) должна ограничиваться 60—70 м/с. По тем же
соображениям число рядов трубок по пути движения парово¬
го потока от входа к выходу из этой зоны должно быть
возможно меньшим. Уменьшение скорости пара на входе в
трубный пучок может достигаться увеличением шага между
трубками или увеличением протяженности доступного для
поступающего пара периметра трубного пучка, а также орга¬
низацией (направлением) движения потока пара по более
короткому пути — устройством каналов для отвода пара (па-
90