Оптимальный выбор конструкционных параметров прямотрубных теплообменных аппаратов повышенной вибропрочности

• Автор: Корецкий, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 207 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Проблема вибрации трубных пучков в поперечном потоке жидкости
1.1 Краткое описание конструкций и проблем, обусловленных
колебаниями в потоке жидкости
1.2 Гидродинамические процессы при поперечном обтекании трубных пучков
1.3 Анализ факторов, снижающих долговечность конструкций
теплообменных аппаратов
1.4 Постановка задачи исследования
1.5 Выводы
2 Математическая модель динамики однопролетных трубных пучков в поперечном потоке жидкости
2.1 Уравнения вынужденных колебаний трубных пучков
2.2 Вычисление коэффициентов (взаимодействия) гидродинамической связи
2.3 Алгоритм решения задачи
2.4 Исследование вибрации ячейки трубных пучков в поперечном потоке жидкости и анализ полученных результатов
2.5 Выводы
3 Вибрация ячейки трубного пучка с учетом реального дистанционирования
3.1 Нелинейная постановка задачи расчета колебаний пучков
многопролетных трубных систем
3.2 Исследование вибраций трубных пучков с учетом промежуточных опор
3.3 Влияние конструкционных параметров на вибропрочность трубных пучков
3.4 Выводы
4 Методика выбора оптимальных параметров многоопорных с зазорами трубных пучков теплообменных аппаратов
4.1 Метод ПЛП-поиска
4.2 Применение метода ПЛП поиска для определения оптимальных значений параметров исследуемого трубного пучка с тремя пролетами
4.3 Выбор оптимальных значений конструкционных параметров теплообменного аппарата с числом пролетов больше трех и анализ полученных результатов
4.4 Выводы
Выводы по работе
Заключение
ПРИЛОЖЕНИЕ А Зависимости для определение матрицы взаимного
расположения
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты расчетов колебаний однопролетных пучков в
поперечном потоке жидкости к разделу
ПРИЛОЖЕНИЕ В Результаты расчетов колебаний трубных пучков в
поперечном потоке жидкости к разделу
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Результаты к вычислительным экспериментам раздела
четыре
Список литературы

Введение
Современное энергетическое оборудование с поперечным обтеканием пучков труб потоком жидкости или газа (например, потоком теплоносителя в парогенераторах (ПГ) и теплообменных аппаратах (ТА) различного назначения) характеризуется повышающейся интенсивностью рабочих процессов последовательно от одной модификации установки к следующей при одновременном снижении относительной металлоемкости конструкции системы . Это приводит к повышению энергонапряженности элементов конструкций. Поэтому, все более актуальной становится проблема обеспечения их вибрационной прочности и вибрационной надежности, а также заданного ресурса. Согласно данным статистики до, 30% остановок энергетических блоков [1] происходит в мире вследствие поломок оборудования теплообменных аппаратов различного назначения, которые обусловлены как интенсивными вибрациями теплообменных труб и их сборок (как трубных пучков, так и иных наиболее нагруженных элементов), так и сопутствующим виброизносом. Причиной вибраций является значительное силовое воздействие поперечного потока жидкого или газообразного теплоносителя.
Чрезмерный уровень вибрации труб приводит к повреждениям последних из-за трещин и течи в районе их заделки в трубных досках, или вследствие истирания труб в дистанцирующих решетках. Поэтому исследование вибраций труб стало неотъемлемой частью проектирования парогенераторов АЭС и других ТА, включая ТА транспортного назначения. Проектирование ТА, удовлетворяющее требованиям надежности, невозможно без учета динамических нагрузок и вызываемых ими динамических перемещений и напряжений. В практике проектирования ТА существуют многие проблемы, относящиеся к пониманию и моделированию взаимодействия потока и труб, сложности структуры обтекания их, что в общем не позволяет получить точных данных о возбуждающих гидродинамических силах и их распределении,

лообменных аппаратов предназначены построенные Блевинсом модели фрет-тинг-износа, рассмотренные ранее, и формулы для определения количества повреждений для двух основных видов повреждения, приведенные в работе [32]. Труба поддерживается перегородками и отклоняется равномерно распределенной по длине подъемной силой. В первом случае (соударение между трубой и перегородкой), полагая, что максимальное напряжение сдвига в общем сечении трубы с перегородкой не превышает усталостного напряжения для материала трубы, и что 40% площади сечения трубы является эффективной площадью сдвига, получим выражение для количества повреждения (повреждаемость):
= с1хр К2/2 //?, ёсЕтАтВ1 где N1 <1 для безопасной конструкции, р, - фактор зазора,
5т - максимальное допустимое усталостное напряжение,
Ат -площадь сечения трубы,
-гравитационная константа,
В [ -толщина перегородки, р - плотность жидкости,
V - скорость жидкости,
/ - длина пролета.
Для соударения труба-труба количество повреждений от соударений было сформулировано на основании предположения о том, что во избежание соударения максимальное отклонение трубы в середине пролета не должно превышать 50% минимального промежутка между соседними трубами. Количество повреждений от соударения труб N2 описывается так:
Ы2 = 0.625ф V2!* /рсАт(с1? + Ар)СТЕ
где: N2 < 1 безопасной конструкции,
Ст - минимальный промежуток между соседними трубами,
с1, и (12 есть внешний и внутренний диаметры трубы соответственно.