Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы

Министерство образования Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо - Западный государственный заочный технический университет

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

ТЕПЛОМЕХАНИЧЕСКОЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ Рабочая программа Задание на контрольную работу Методические указания к выполнению контрольной работы

Факультет энергетический Направление подготовки и специальность дипломированного специалиста: 650800 – «Теплоэнергетика» 100500 – «Тепловые электрические станции»

Санкт-Петербург 2004

Утверждено редакционно – издательским советом университета УДК 658.264:697.34 Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций: Рабочая программа, задание на контрольную работу, методические указания к выполнению контрольной работы. – СПб: СЗТУ, 2004. - 22 с. Рабочая программа разработана в соответствии с государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 650800 – «Теплоэнергетика» (специальность 100500 – «Тепловые электрические станции»). Рассматриваются вопросы принципов действия, проектирования и расчетов, классификации и эксплуатации тепломеханического и вспомогательного оборудования тепловых и атомных электростанций. Приведены задания на контрольную работу и методические указания к ее выполнению. Рассмотрено на заседании кафедры теплотехники и теплоэнергетики 13 ноября 2003 г., одобрено методическим советом энергетического факультета 21 января 2004 г. Рецензенты: кафедра теплотехники и теплоэнергетики СЗТУ (зав. кафедрой З.Ф. Каримов, д-р техн. наук, проф.), М.Е. Лебедев, канд. техн. наук, доц., вед. научн. сотр. ОАО НПО УКТИ.

Составитель Б.Л. Паскарь, канд. техн. наук, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2004

ПРЕДИСЛОВИЕ Целью изучения курса «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций» является формирование у студентов необходимых знаний конструкций, процессов, расчетов теплообменного, тепломеханического оборудования и трубопроводов ТЭС и АЭС, а также выработка умения надежной эксплуатации этого оборудования. Задачи изучения дисциплины заключаются в творческом усвоении: - конструктивных схем, состава, протекающих процессов и режимов работы оборудования; - методов и принципов расчета оборудования; - классификации и правил технической эксплуатации оборудования; - принципов и методов оптимизации и способов регулирования оборудования. Курс базируется на знаниях и умениях, полученных при изучении дисциплин: «Высшая математика», «Химия», «Физика», «Теоретическая механика», «Гидрогазодинамика», «Термодинамика», «Тепломассообмен», «Тепловые и атомные электростанции».

3

1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ ПО ГОС СД04Тепломеханическое и вспомогательное оборудование электростанций: классификация вспомогательного оборудования; регенеративные подогреватели – типы, конструкции, основы их теплового и гидравлического расчета; сетевые подогреватели; водогрейные котлы; типы деаэраторов, расчет теплообмена в деаэраторах; типы и конструкции испарителей, теплогидравлический расчет испарителей; расчет теплообменников на прочность; категории трубопроводов, расчет трубопроводов на прочность; тепловая изоляции; типы насосов, характеристики насосов, режимы работы насосов; тягодутьевые механизмы, их аэродинамические характеристики, режимы работы; типы золоуловителей, их конструкция. 1.2. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем дисциплины 152 часа) ВВЕДЕНИЕ [1], с. 3…5; [2], с. 22…47 Предмет и содержание курса. Влияние вспомогательного оборудования на надежность и экономичность работы ТЭС и АЭС. Классификация вспомогательного и тепломеханического оборудования. Современное состояние и перспективы развития вспомогательного оборудования и трубопроводов; пути совершенствования конструкций; повышение надежности, экономичности и соответствия экологическим требованиям. 1.2.1. РЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ [1], с. 5…34; [2], с. 48…66 Назначение, типы и маркировка регенеративных подогревателей. Конструктивные схемы подогревателей низкого давления поверхностного типа. Конструктивные схемы подогревателей низкого давления смешанного типа. Конструкции, схемы движения теплоносителей в подогревателях высокого давления. Тепловой расчет регенеративных подогревателей. Гидравлический расчет поверхностных регенеративных подогревателей. Расчет регенеративных подогревателей смешанного типа.

4

Вопросы для самопроверки 1. На какие тракты разделяется тепловая часть электростанций? 2. Какое вспомогательное оборудование относится к пароводяному тракту? 3. Какое вспомогательное оборудование относится к газовоздушному тракту? 4. Каково назначение регенеративных подогревателей? 5. Каков принцип действия регенеративных подогревателей? 6. Классификация и маркировка регенеративных подогревателей. 7. Каковы конструктивные схемы поверхностных подогревателей низкого давления? 8. Каковы конструктивные схемы смешивающих подогревателей низкого давления? 9. Причины недогрева воды в подогревателях низкого давления. 10. Каковы конструктивные схемы подогревателей высокого давления? 11. Виды теплового расчета. Цель и последовательность каждого вида теплового расчета. 12. Какие уравнения лежат в основе теплового расчета? 13. Цель и последовательность гидравлического расчета. Какие уравнения используются при гидравлическом расчете? 14. Какие уравнения лежат в основе теплового расчета смешивающих подогревателей? 1.2.2. СЕТЕВЫЕ ПОДОГРЕВАТЕЛИ И ВОДОГРЕЙНЫЕ КОТЛЫ [1], с. 35…48 Назначение, типы, конструкции и маркировка сетевых подогревателей. Многоступенчатый подогрев сетевой воды. Принципиальные схемы сетевых подогревательных установок (СПУ). Особенности теплового расчета. Назначение и место водогрейных котлов в СПУ. Виды и особенности конструкций водогрейных котлов. Режимы работы сетевых подогревателей и водогрейных котлов. Вопросы для самопроверки 1. Назначение сетевых подогревателей (СП). 2. Принцип действия и влияние загрязнений сетевой воды на конструкцию подогревателей. 3. Каковы конструкции и маркировка горизонтальных СП? 4. Каковы конструкции и маркировка вертикальных СП? 5. Каковы особенности теплового расчета СП? 6. Какие типы конструкций имеют водогрейные котлы? 7. Принципы включения СП и водогрейных котлов в тепловую схему ТЭС. 5

1.2.3. ДЕАЭРАТОРЫ [1], с. 48…66; [2], с. 68…83 Влияние кислорода и двуокиси углерода на коррозию конструкционных материалов. Физические основы процесса термической деаэрации. Назначение, классификация и маркировка деаэраторов. Принципиальные схемы и конструктивное исполнение деаэраторов. Факторы, влияющие на работу деаэраторов. Аккумуляторные баки и охладители выпара. Расчет деаэраторов на тепло– и массообмен. Вопросы для самопроверки 1. Назначение деаэратора. 2. Почему необходимо снижать содержание кислорода и углекислоты в питательной воде? 3. Физические основы работы деаэраторов. 4. Как работает струйная деаэрационная колонка? 5. Как работает пленочная деаэрационная колонка? 6. Как работает барботажная деаэрационная колонка? 7. Пути попадания кислорода и углекислоты (свободной и связанной) в питательную воду. 8. Назначение и утилизация выпара деаэратора. 9. Конструкция и определение необходимых объемов аккумуляторного бака. 10. Какие уравнения лежат в основе расчета различных деаэраторных колонок на тепло – и массообмен? 1.2.4. ИСПАРИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ [1], с. 66…74 Типы испарителей и их конструкции. Назначение испарителей. Физические основы термического обессоливания воды. Схемы включения испарительных установок в тепловую схему КЭС и ТЭЦ. Многоступенчатые испарители. Факторы, определяющие влажность вторичного пара. Методы осушки и очистки вторичного пара от примесей. Назначение и классификация испарителей. Расчет испарителей. Вопросы для самопроверки 1. Назначение испарителей и их типы. 2. Конструкция испарителя поверхностного типа. 3. Как работает испаритель поверхностного типа? 6

4. Каково назначение паропромывочных устройств и жалюзийного сепаратора? 5. Как организована естественная циркуляция и питание испарителя химочищенной водой? 6. Нарисуйте типовые схемы включения испарительных установок в тепловые схемы КЭС и ТЭЦ. 7. Как определяется скорость циркуляции? 8. Как влияют режимы барботажа на работу испарителей? 9. Принципиальные схемы многоступенчатых установок с параллельным и последовательным питанием секций. 10. Чем отличаются испаритель и паропреобразователь? 11. Какие уравнения лежат в основе теплового расчета испарителей? 12. Какие уравнения лежат в основе расчета устройств для очистки пара в испарителях? 1.2.5. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ НА ПРОЧНОСТЬ [1], с. 74…83 Нормативные документы и расчетные параметры, определяющие прочность теплообменников. Методика расчета цилиндрических элементов. Типы, параметры и расчет на прочность днищ; области применения днищ. Расчет трубных досок. Назначение и применение анкерных связей. Расчет заделок труб в трубные доски. Учет температурной подгрузки. Типы и параметры распределения труб в трубных досках. Вопросы для самопроверки 1. Какими нормативными документами определяется прочность теплообменников? 2. Какой метод положен в основу расчета на прочность? 3. Какие расчетные параметры лежат в основе расчета на прочность? 4. Какие уравнения лежат в основе расчета цилиндрических элементов на прочность? 5. Как учитываются ослабления цилиндрических элементов, и какими бывают ослабления? 6. Типы днищ и их применение. 7. Какие уравнения лежат в основе прочностного расчета днищ? Учет ослаблений. 8. Типы трубных досок, способы и параметры разбивки отверстий в трубных досках. 9. Расчет трубных досок. 10. Для чего предназначены анкерные связи, и как они учитываются при расчете трубных досок и других элементов? 11. Способы заделки труб и расчет узлов заделки. 7

12. Как учитывается в расчетах температурная подгрузка и что это такое? 1.2.6. ТРУБОПРОВОДЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ [1], с. 83…114; [2], с. 232…247 Категории, материал и сортамент труб для трубопроводов. Типы соединений и контроль качества. Расчет и расчетные характеристики трубопроводов на прочность. Элементы трубопроводов. Опоры трубопроводов, их расчет на весовую нагрузку. Конструктивные особенности опор и подвесок. Самокомпенсация температурных удлинений и температурные перемещения трубопроводов. Расчет гидравлических и тепловых потерь. Тепловая изоляция трубопроводов. Трубопроводная арматура: назначение, виды, конструкции, выбор. Вопросы для самопроверки 1. Чем определяется категория трубопроводов? 2. Что такое рабочее, условное и пробное давления? 3. Типы и контроль соединений труб. 4. Какие нагрузки испытывает трубопровод при работе? 5. Назначение, виды и конструкции опор и подвесок трубопроводов. 6. Что такое температурная самокомпенсация трубопроводов? 7. Как определяются температурные перемещения трубопроводов и их границы? 8. Какие уравнения лежат в основе расчета гидравлических и тепловых потерь? 9. Какие материалы используются для теплоизоляции трубопроводов? 10. Виды энергетической арматуры по назначению. 11. Конструкции запорной арматуры. 12. Конструкции регулирующей арматуры. 13. Виды и конструкции предохранительной арматуры. 1.2.7. НАСОСЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ [1], с. 114…138; [2], с. 119…122 Назначение, принцип действия, группы и виды насосов, используемых на ТЭС и АЭС. Основные параметры насосов и их характеристики. Типы характеристик. Высота всасывания и кавитация в насосах. Работа насосов на сеть и способы регулирования производительности насосов. Параллельное и последовательное подключение и работа насосов. Конструкции энергетическх насосов.

8

Вопросы для самопроверки 1. Принцип действия объемных и динамических насосов. 2. Что такое насосная установка и ее состав? 3. Каковы основные параметры, определяющие режимы работы насоса? 4. Что такое характеристика насоса, виды и типы характеристик? 5. Характерные режимы работы насосов. 6. Что такое кавитация, и чем она определяется? 7. Способы создания антикавитационного запаса и методы борьбы с кавитацией. 8. Что такое рабочая точка при работе насоса на сеть? 9. Какие существуют способы регулирования производительности насосов? 10. Построить характеристику параллельно и последовательно включенных насосов. 11. Конструкции питательных турбо – и электронасосов. 12. Конструкции конденсатных насосов. 13. Конструкции циркуляционных насосов. 1.2.8. ТЯГОДУТЬЕВЫЕ МАШИНЫ [1], с. 150…168 Параметры и характеристики тягодутьевых машин. Схемы рабочих колес. Переменные режимы работы и регулирование тягодутьевых машин. Надежность работы и акустические характеристики тягодутьевых машин. Расчетные характеристики трактов и выбор тягодутьевых машин. Вопросы для самопроверки 1. Назначение и основные параметры, характеризующие работу нагнетателей. 2. Аэродинамические схемы рабочих колес и их условные обозначения. 3. Что такое удельная быстроходность и удельный диаметр для аэродинамических схем? 4. Безразмерные характеристики нагнетателей. 5. Способы регулирования тягодутьевых машин. 6. Факторы, влияющие на надежность тягодутьевых машин. 7. Способы борьбы с шумом. 8. Как осуществляется выбор тягодутьевых машин?

9

1.2.9. ЗОЛОУЛОВИТЕЛИ [1], с. 168…175 Назначение и основы работы золоуловителей. Механические золоуловители. Проскок и параметр золоулавливания. Параметры, определяющие эффективность золоулавливания. Батарейные циклоны: конструкция, эффективность, типоразмеры, расчет. Скрубберы: конструкция, типоразмеры, расчет. Вопросы для самопроверки 1. Что такое степень улавливания золы и ПДК? 2. Что такое проскок и его взаимосвязь с параметром золоулавливания? 3. Что такое батарейный циклон? Его конструкция. 4. Как рассчитывается проскок для циклонов? 5. Методика расчета батарейных циклонов. 6. Принцип действия и конструкция скруббера. 7. Влияние предвключенной трубы Вентури на эффективность работы скруббера. 8. Как определяется расход воды на орошение и гидравлическое сопротивление скруббера? 1.2.10. ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ [1], с. 175…190 Назначение и физические основы работы электрофильтров. Конструкция и типоразмеры электрофильтров. Механизм встряхивания: назначение, конструкция, настройка. Агрегаты питания. Основы расчета электрофильтров. Аэродинамика потока в электрофильтре. Конструкции газораспределительных устройств. Вопросы для самопроверки 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Для чего применяются электрофильтры? Каковы физические основы золоулавливания в электрофильтре? Каково назначение механизма встряхивания? Его настройка. Как рассчитываются электрофильтры? Типоразмеры электрофильтров. Какова конструкция газораспределительных устройств? Факторы, снижающие эффективность электрофильтров.

10

1.2.11. ВНЕШНИЕ ГАЗОХОДЫ И ДЫМОВЫЕ ТРУБЫ [1], с. 190…211 Назначение газоходов и дымовых труб. Расчет количества вредных выбросов. ПДК вредных веществ. Расчет минимально допустимой высоты дымовой трубы. Выбор числа и типа дымовых труб. Аэродинамический, тепловой и прочностной расчеты дымовых труб. Конструкция и унифицированные размеры элементов внешних газоходов. Вопросы для самопроверки 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Назначение газоходов Назначение дымовых труб. Как рассчитывается количество вредных выбросов? Что такое ПДК и их значения для вредных веществ? Как определяется минимально необходимая высота дымовой трубы? Конструкции дымовых труб. Как определяется необходимое количество и тип дымовых труб? Как осуществляется компенсация температурных удлинений в газоходах? Типы газоходов и их конструкция. 1.3. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ (для студентов очно – заочной формы обучения) (20 часов) Темы лекций

Объем, часы

1. Регенеративные и сетевые подогреватели . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Деаэраторы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Испарительные установки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Трубопроводы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. Энергетические насосы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6. Тягодутьевые машины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7. Золоуловители и электрофильтры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8. Внешние газоходы и дымовые трубы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 2 2 2 4 2 2 2

1.4. ПРИМЕРНЫЙ ПЛАН ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (12 часов) Темы лабораторных работ

Объем, часы

1. Практическое ознакомление с одноступенчатым центробежным насосом…………………………………………………………………… 2. Практическое ознакомление с центробежным вентилятором…….

6 6

11

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Основной: 1. Рихтер Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 216 с. 2. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. – М.: Высшая школа, 1994. – 359 с. 3. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 327 с. Дополнительный: 4. Смешивающие подогреватели паровых турбин / Ермолов В.Ф., Пермяков В.А., Ефимочкин Г.И., Вербицкий В.Л. – М.: Энергоиздат, 1982. 5. Теплообменное оборудование: Каталог 18-2-76. – М.: Изд. НИИЭинформэнергомаш, 1977. 6. Теплообменное оборудование (часть 2): Каталог 8-78. – М.: Изд. НИИЭинформэнергомаш, 1978. 7. Расчет теплообменного оборудования тепловых электрических станций / Щепетильников М.И., Хлопушин В.И., Мошкарин А.В. – Иваново: 1979. 8. Энергетические насосы. Справочное пособие / Малюшенко В.В., Михайлов А.К. – М.: Энергоиздат, 1981. 9. Дымососы и вентиляторы. Каталог: – М.: Изд. НИИЭинформэнергомаш, часть 1 – 1979, часть 2 – 1980. 10. Справочник по пыле – и золоулавливанию. / Под. ред. А.А. Русанова. – М.: Энергоатомиздат, 1983. 11. Арматура энергетическая: Каталог 5 – 77 – М.: Изд. НИИЭинформэнергомаш, 1977. 3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ Учебным заданием предусмотрено выполнение одной контрольной работы. Контрольная работа состоит из решения двух задач. Номер варианта задания соответствует последней цифре шифра студента для задачи 1 и предпоследней – для задачи 2. Работа выполняется в отдельной тетради. На обложке указываются: название дисциплины, курс, фамилия и инициалы студента, шифр. Записываются полностью условия задачи и данные своего варианта. Требуемая точность расчетов – три значащих цифры. При выборе исходных данных по согласованию с преподавателем могут быть изменены режимные и конструктивные параметры, содержащиеся в задании. Выполненные контрольные работы сдаются на кафедру для рецензирования и после проверки преподавателем защищаются студентом. 12

Задача 1. Выполнить конструкторский расчет вертикального подогревателя низкого давления с пучком U – образных латунных труб диаметром d=16×0,75 мм. Цель расчета: определение требуемой поверхности теплообмена и геометрических параметров пучка (количество труб и их длина). Исходные данные принять по табл. 1. Таблица 1 Вариант

Ргр, МПа

tгр, оС

Рв, МПа

1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0

2 0,18 0,404 0,085 0,136 0,25 0,48 0,199 0,476 0,089 0,101

3 117 144 94 108 125,5 150,4 120 150 138 130

4 2,2 1,7 3,0 2,5 2,3 2,2 1,5 1,2 2,35 2,25

13

о t вх в , С 5 83,7 111 56 90 105 120,5 86,5 117 55 60

Gв, кг/с

nходов

6 162 185 130 140 180 187 171 186 151 160

7 2 4 4 2 4 2 2 4 2 4

Задача 2. Определить гидравлическое сопротивление внутритрубного тракта горизонтального пароводяного подогревателя. Исходные данные принять по табл. 2. Таблица 2

Вариант Внутр. Число Длина Средн. Давление Расход К-во Вариант диам. труб, прямолин. т-ра воды Рв, воды ходов констGв, по трубы части рукции nтр воды МПа о воде dвн, трубы lтр, tв, С кг/с nход мм мм 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 15 216 4000 70 1,5 30 2 U – обр. трубы 2 20 450 4300 75 1,7 115 2 Повор. камера 3 16 64 3500 80 2,0 20 1 4 20 109 3500 80 2,2 50 1 5 20 452 4000 75 1,8 37 4 U – обр. трубы 6 20 284 3500 70 1,6 32 4 Повор. камера 7 16 216 4300 80 2,3 35 2 U – обр. трубы 8 25 284 3000 85 2,5 52 4 Повор. камера 9 20 64 3500 75 2,0 27 1 0 20 216 3000 70 1,7 25 4 U – обр. трубы Примечание. Под числом труб nтр понимается количество труб, заделанных в трубной доске со стороны входной камеры.

4. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ 4.1. КОНСТРУКТОРСКИЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПОДОГРЕВАТЕЛЯ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ

Приняв недогрев нагреваемой воды на выходе из подогревателя до температуры насыщения греющего пара равным 3оС, определяем температуру на выходе из подогревателя

14

t вых = t гр,s − 3 в Значение температуры насыщения t гр,s , соответствующее Р гр , а также все последующие необходимые для расчета значения теплофизических параметров нагреваемой воды, греющего пара и его конденсата определяем по «Таблицам воды и водяного пара». Найдя по «Таблицам» значения энтальпий воды на входе h вх и выходе h вых , а также энтальпий пара на входе h п и конденсата на выходе h к , определяем из уравнения теплового баланса расход греющего пара:

Dп = G в

h вых − h вх (h п − h к )ηп

и количество теплоты, передаваемое греющим паром в подогревателе нагреваемой воде, Q = D п (h п − h к )ηп , где ηп - КПД подогревателя, принимаемый равным ηп =0,99÷0,995. Требуемая величина поверхности теплообмена из уравнения теплоотдачи равна

F=

(

Q , k ⋅ ∆t лог

) (

)

вых t гр,s − t вх ∆t б − ∆t м в − t гр,s − t в = - среднелогарифмический где ∆t лог = вх ∆t б − t t гр,s в ln ln ∆t м вых t гр,s − t в температурный напор; k – коэффициент теплопередачи, значения которого для подогревателей с U образными латунными трубами находятся в диапазоне от 2,5 до 3 кВт/(м2·град). Задавшись значением k и определив значение F, определяем основные геометрические размеры подогревателя. Приняв шахматное расположение труб в трубной доске (S1=22 мм и S2=19 мм) с коэффициентом заполнения трубной доски трубками φ=0,48 и скоростью движения воды в трубках wв=(0,8÷1) м/с, определяем число параллельных труб по ходу воды:

15

4G в ⋅ υ в

z1 =

w в ⋅ πd в2

,

где dв – внутренний диаметр трубок, м. При этом общее количество трубных концов, развальцованных в трубной доске z = z1 ⋅ n ходов , площадь трубной доски, занятая трубками, πd н2 1 Fтр = z ⋅ ⋅ , 4 ϕ а средняя длина трубок

L=

F , 2z1 ⋅ πd н

где dн – наружный диаметр трубок, м. Изобразив конструктивную схему подогревателя с разбиением его по высоте на отсеки (расстояние между дистанционирующими перегородками) так, чтобы их количество nотс было от 4 до 6, определим среднюю активную длину труб в отсеке:

H= Приступаем теплопередачи:

k расч =

к

определению

L n отс

.

расчетного

1 d d 1 1 dн + н ln н + α1 2λ ст d в α 2 d в

значения

Вт/(м2·град),

коэффициента

(1)

где α1 – средний коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара на наружной поверхности трубок, Вт/(м2·град); 16

α2 – средний коэффициент теплоотдачи при течении воды в трубках, Вт/(м2·град); λст – коэффициент теплопроводности латуни при средней температуре стенки, Вт/(м·град). Для определения величины α1 необходимо вначале установить режим течения пленки конденсата. Для этого определяем значение числа Рейнольдса пленки конденсата

Re =

Q⋅H , r ⋅ ρк ⋅ ν к ⋅ F

где r – скрытая теплота парообразования , Дж/кг; ρк, νк – плотность и кинематическая вязкость конденсата, кг/м3 и м2/с, соответственно. При Re
1

3

⋅ Re −1/ 3 , Вт/(м2·град),

а при Re ≥ Reкр

⎛ g α1 = λ к ⎜ 2 ⎜ν ⎝ k

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

1

3

1

⋅

0,16 Prk 3 ⋅ Re 1

, Вт/(м2·град),

Re− 100 + 63,2 ⋅ Prk 3

где λк, Prк – коэффициент теплопроводности конденсата и число Прандтля конденсата соответственно. Для расчета α2 необходимо определить значение средней температуры воды, при которой определяются значения теплофизических свойств воды. Она равна

t ср в =

вых t вх в + tв . 2

Тогда число Рейнольдса воды

17

Re в =

w в ⋅ d вн , νв

где νв – кинематическая вязкость воды, м2/с. При Re>Reкр ≈ 104, среднее значение числа Нуссельта воды Nu в = 0,021 Re 0в ,8 ⋅ Prв0, 43 ,

(2)

где Prв – число Прандтля воды. При Reв<2200 Nu в = 0,17 Re 0в ,33 ⋅ Grв0,1 ⋅ Prв0, 43 , где Grв =

β ⋅ g ⋅ d 3вн ⋅ ∆t ν в2

(3)

- число Грасгофа;

1 ; Тв [К] – абсолютная температура воды; Тв ∆t - разность между температурами стенки и воды. При 2200>Reв>104 число Nuв определяется линейной интерполяцией между значениями, рассчитанными по формулам (2) и (3). Средний коэффициент теплоотдачи от воды к стенке

β≈

α2 =

Nu в ⋅ λ в , Вт/(м2·град). d вн

Подставив рассчитанные значения α1 и α 2 в формулу (1), определим расчетное значение kрасч, и сопоставив его со значением k, принятым при k − k расч ⋅ 100 . Если δk ≤ 1% , расчет расчете F, получим отклонение δk = k считается законченным. Если δ к > 1% , повторяем расчет с этапа определения F, принимая в качестве значения k полученное значение kрасч. Итерации повторяем до тех пор, пока не добьемся δk ≤ 1% . 4.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

Перед выполнением расчета необходимо начертить конструктивную схему теплообменника в соответствии с заданием по варианту. Гидравлическое 18

сопротивление теплообменника по внутритрубному тракту включает в себя все местные и сопротивления трения от входного патрубка до выходного (включая их). Поэтому на схеме следует обозначить все местные сопротивления, подлежащие учету. Полное падение давления ∆р при протекании воды по внутритрубному тракту складывается из потерь на трение и на местные гидравлические сопротивления:

∆р = ∆р тр

ρ ⋅ w i2 λ ⋅L ρ⋅ w2 , [Па], + ∑ ∆р м = ⋅ + ∑ ξi d вн 2 2

(1)

где ∆р тр - гидравлические потери на трение, Па; ∆р м - местное гидравлическое сопротивление, Па; λ – коэффициент гидравлического трения (безразмерен); L – суммарная длина прямолинейных участков труб по ходу течения воды, м; dвн – внутренний диаметр труб, м; ρ – плотность воды, кг/м3; w – средняя скорость течения воды в трубах, м/с; ξ i - коэффициент местного гидравлического сопротивления (безразмерен); wi – скорость течения воды в местном гидравлическом сопротивлении, м/с. Значения величины ξ для характерных для внутритрубного тракта местных сопротивлений: 1. Входная или выходная камеры (удар и поворот) ξ =1,5 о 2. Поворот на 180 при переходе из одного пучка труб в ξ =2,5 другой внутри поворотной камеры ξ =0,5 3.Поворот на 180о в v – образной трубке ξ =1,5 4.Вход в трубное пространство ξ =1,5 5.Выход из трубного пространства Расчет выполняется в следующей последовательности. Определяется относительная шероховатость труб по формуле

ε=

δ , d вн

где δ – абсолютная шероховатость стенок труб, мм; для стали δ=0,1 мм; для латуни δ=0,08 мм; dвн – внутренний диаметр трубок, мм. Определяется значение числа Рейнольдса

19

Re =

w ⋅ d вн ν

и значение коэффициента гидравлического трения 100 ⎞ ⎛ λ = 0,1⎜1,46ε + ⎟ Re ⎠ ⎝

0, 25

,

где ν – кинематическая вязкость воды, м2/с. Составляется таблица местных гидравлических сопротивлений и скоростей воды в них, характерных для заданного варианта задачи. Для определения скоростей во входном и выходном патрубках теплообменника необходимо задаться их диаметрами. Для этого следует определить диаметр трубной доски: n тр D т .д . = d н , ϕ

где d н = d вн + 2 ⋅ 10 −3 - наружный диаметр трубок, м; φ=0,48 – коэффициент заполнения трубной доски трубками. Диаметры входного и выходного патрубков принимаются равными D патр = (0,1 − 0,15)D т.д. . Определив величину скорости в патрубках Wпатр =

Gв 4 ⋅ , 2 π ρ ⋅ D патр

нужно убедиться, что Wпатр<5,0 м/с. В противном случае нужно увеличить диаметр патрубков. Величина L, входящая в формулу (1), является суммарной длиной прямолинейных участков труб по ходу движения воды, т.е. L = n ход ⋅ l тр . Определив все вышеуказанные величины, по формуле (1) определяется полное гидравлическое сопротивление внутритрубного тракта пароводяного теплообменника.

20

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Содержание дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1. Содержание дисциплины по ГОС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2. Рабочая программа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Тематический план лекций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4. Примерный план лабораторных работ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2. Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. Задание на контрольную работу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Методические указания к выполнению контрольной работы . . . . . . .

3 4 4 4 11 11 11 12 14

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2004 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.1997г. Санитарно – эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 2003 г. Подписано в печать Б.кн.-журн.

П.л. 1,3

Тираж 250

Формат 60x84 1/16 Б.л 0,65

РТП РИО СЗТУ Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербург 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5