Совершенствование методов расчета и проектирования маслоохладителей паротурбинных установок

• Автор: Брезгин, Дмитрий Витальевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Основные обозначения, сокращения и комплексы

Введение

1. Состояние вопроса. Постановка задач исследования

1.1. Конструкции серийных маслоохладителей паротурбинных установок

1.2. Методики теплогидравлического расчета маслоохладителей паротурбинных установок
1.3. Исследование проницаемости технологических зазоров в маслоохладителях паротурбинных установок
1.4. Сопоставление результатов испытаний и теплогидравлических расчетов маслоохладителей по существующим методикам

1.5. Сравнительный анализ современных концепций проектирования

1.6. Выводы. Постановка задач исследования

2. Разработка и анализ функциональной модели проектирования маслоохладителей паротурбинных установок
2.1. Разработка функциональной модели
2.2. Разработка и анализ структурных схем методик теплогидравлического расчета маслоохладителей
2.3. Выводы
3. Совершенствование методов расчета маслоохладителей паротурбинных установок
3.1. Разработка методики численного моделирования процессов гидродинамики в масляном пространстве маслоохладителей
3.1.1. Разработка твердотельной модели для расчетной подсистемы
3.1.2. Выбор параметров конечно-элементной сетки
3.1.3. Выбор и обоснование модели турбулентности
3.1.4. Задание начальных и граничных условий задачи
3.1.5. Установка критериев используемой математической модели вычисления
3.1.6. Оценка полученных результатов и их сопоставление с экспериментальными и другими расчетными данными
3.2. Моделирование течения масла в межтрубном пространстве маслоохладителя
3.3. Исследование проницаемости технологических зазоров в пучках гладких трубок
3.4. Исследование проницаемости технологических зазоров в пучках из профильных витых трубок
3.5. Уточнение методики позонного теплогидравлического расчета маслоохладителей
3.6. Исследование влияния геометрических параметров элементов конструкции маслоохладителей на теплогидравлические характеристики аппаратов
3.6.1 Постановка задачи
3.6.2. Величина технологических зазоров
3.6.3. Количество ходов воды в аппарате
3.6.4. Коэффициент теплопроводности материала трубок
3.6.5. Наружный диаметр трубок поверхности теплообмена и другие конструктивные параметры трубного пучка
3.6.6. Профилирование трубок поверхности теплообмена
3.7. Выводы
4. Разработка проектирующей подсистемы на основе современных концепций конструирования
4.1. Проектирование компоновок трубных пучков

4.2. Проектирование элементов трубной системы маслоохладителей
4.2.1. Трубные доски
4.2.2. Промежуточные перегородки
4.2.3. Схема расположения промежуточных перегородок
4.3. Проектирование корпуса, водяных камер и гибких мембран маслоохладителей
4.4. Выводы
5. Апробация результатов разработки. Рекомендации для инженерной практики126
5.1. Сопоставление результатов теплогидравлических расчетов маслоохладителей по уточненной позонной методике с результатами испытаний
5.1.1. Стендовые испытания ЦКТИ маслоохладителя М
5.1.2. Стендовые испытания ХТЗ маслоохладителя МО
5.1.3. Испытания маслоохладителя МБ-125-165 на Московской ТЭЦ
5.1.4. Испытания маслоохладителя МБ-270-330 на Сургутской ГРЭС
5.2. Рекомендации для инженерной практики
5.3. Выводы
Заключение
Библиографический список

Основные обозначения, сокращения и комплексы
Сокращения:
Coupled-Explicit solver —решатель "сопряженных уравнений" потока явного типа; Coupled-Implicit solver - решатель "сопряженных уравнений" потока неявного типа; IDEF0 - Перечень стандартов методологии функционального моделирования;
ISO - Международная организация по стандартизации (International Organization for Standardization);
Segregated solver - решатель "разделенных уравнений";
ЕСКД - Единая система конструкторской документации;
КБ - Конструкторское бюро;
КТЗ - Калужский турбинный завод;
ЛМЗ - Ленинградский металлический завод;
МКЭ - сетод конечных элементов;
ПВТ - профильная витая трубка;
ПТУ - паротурбинная установка;
САПР - система автоматизированного проектирования;
ТС — техническая система;
ТЭС - тепловая электрическая станция;
УЕТУ-УПИ - Уральский государственный технический университет - УПИ;
УЗР - ультразвуковой расходомер;
УТЗ - Уральский турбинный завод;
ХТЗ - Харьковский турбинный завод;
ЧПУ - числовое программное управление;
ЭВМ - электронная вычислительная машина;
Обозначения:
А - гидравлический параметр технологического зазора;
В - параметр, определяющий величину коэффициента местного сопротивления в технологическом зазоре;
C, — поправочный коэффициент;
Сху - массив центров отверстий, не выходящих за пределы области Go6;
С; - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности трубного пучка;
Сц— константа;
D,d- диаметр, м;
Е — энергетический коэффициент;

ка ЦКТИ для определения коэффициента гидравлического сопротивления масляного тракта в среднем более, чем в два раза «завышает» опытные данные для маслоохладителя №288. Ревизия корпусных зазоров в масляной полости маслоохладителя №277 показала наличие серьезных отклонений фактических величин зазоров от указанных в чертежах. Вследствие этого, гидравлическое сопротивление по маслу аппарата №277, определенное опытным путем, более чем в четыре раза было ниже, чем расчетное [40].
На рис. 1.7 представлена гистограмма сопоставления величин полного гидравлического сопротивления масляного тракта маслоохладителя М-60 (№288) на номинальном режиме, полученных по различным методикам расчета и в результате опытного исследования.
Анализ данных на рис. 1.7 показал, что величина гидравлического сопротивления
АРМ, полученная по позонной методике [8,9] расчета имеет наименьшее расхождение результатов с опытными данными, а относительное отклонение составляет 22%. Полное гидравлическое сопротивление масляного тракта
маслоохладителя в позонной мето-Рис.1.7. Полное гидравлическое сопротивление масляного даке определяется как а
тракта маслоохладителя №288 на номинальном режиме г '
(Ои = 90 м3/ч, Оъ= 144 м3/ч, = 55 °С, /1, = 33 °С): 1—Расчет равлических сопротивлений меж-ЦКТИ [40]; 2—Испытания [40]; 3—Позонный расчет [8,9];
4—Расчет РТМ [33] трубного пространства каждого
хода с учетом холостых протечек масла в корпусные и околотрубные зазоры
(см. рис. 1.2), а в методике «характерных зон» (РТМ) [33] полное гидравлическое сопро-
тивление межтрубного тракта определяется по зависимости (1.10), что существенно занижает величину гидравлического сопротивления по масляной стороне. Анализ результатов исследований тепловых характеристик маслоохладителей показал, что оба маслоохладителя при изменении кратности охлаждения в пределах т = 1,6...0,4 и изменении расходов масла от 100 до 60 мЗ/ч, удовлетворяют требованиям стандарта [12], температура масла на выходе не превышает 45 °С при постоянной его температуре на входе 55 °С [40]. Однако, расчетные температуры масла на выходе из аппарата в среднем на 4 °С выше опытных значений для исследованных режимов.
В работе [41] приведены результаты стендовых испытаний головных образцов маслоохладителей МБ-20-30 и МБ-40-60. Авторы отмечают хорошее согласование между рас-