Гидравлический расчет конденсаторов паровых турбин

Гидравлический расчет конденсаторов паровых турбинвключает расчет гидравлическогосопротивления аппарата по водяной стороне и паровогосопротивления на пути движения пара от горловины конденсатора к патрубку отсоса паровоздушной смеси. Величина гидравлического сопротивления играет определяющую роль при выборе циркуляционных насосов, обеспечивающих движение охлаждающей воды через трубную систему аппарата. Паровое сопротивление учитывается в расчете эжекционного устройства и оказывает определяющее влияние на интенсивность теплообмена в конденсаторе.

Гидравлическое сопротивление конденсатора по водяной стороне представляет собой разность давлений охлаждающей воды на входе и выходе и определяется суммой потерь на трение и на местные сопротивления

 

где z − число ходов воды;

− коэффициент потерь на трение по длине трубопровода (для конденсаторов обычно ); 

ξ = 1.0 – 1.5 - коэффициент, учитывающий способ крепления трубок в трубных досках конденсаторов;

 длина трубок конденсатора; 

 внутренний диаметр трубок;

скорость движения воды в трубах;

ρ  плотность охлаждающей воды;

      скорость движения воды в водяных камерах конденсатора; обычно

При течении воды в трубных пучках конденсаторов, как правило, реализуется турбулентный режим течения. Расчет величины коэффициента  для турбулентного режима течения в общем случае производится следующим образом:

 

     

 

    

 

Абсолютная шероховатость стенки труб зависит от материала и длительности эксплуатации. Для стальных труб абсолютная шероховатость , Расчет потерь на трение в латунных трубах можно производить по формулам для гидравлически гладких труб.

 

Паровое сопротивлениеконденсатора представляет собой разность давлений паровоздушной смеси на входе в конденсатор и в месте ее отсоса эжектором и зависит от ряда режимных и конструктивных параметров: компоновки трубного пучка, скорости пара на входе и в межтрубном пространстве, гидродинамики пленки конденсата.

Для оценки парового сопротивления конденсатора используют зависимость, предложенной ВТИ

Здесь  коэффициент парового сопротивления конденсатора; принимает значения  в зависимости от компоновки трубного пучка;

 расход пара в конденсаторе, кг/час;

удельный объем пара, поступающего в конденсатор, ;

длина и наружный диаметр трубок конденсатора;

общее количество трубок в конденсаторе.

При номинальном расходе пара паровое сопротивление конденсаторов не должно превышать 0.45 – 0.50 кПа.

 

 

 

Рис. 8. Схема конденсатора паровой турбины:

1 — корпус, 2 — трубные доски, 3 — трубки, 4 — передняя водяная камера, 5— задняя (поворотная) водяная камера, 6 — перегородка водяной камеры, 7 — патрубок подвода циркуляционной воды, 8 — патрубок выхода циркуляционной воды,

9 — переходный патрубок (горловина) конденсатора,

10 — патрубки отсоса паровоздушный смеси, 11 — паровые щиты,

12 — воздухоохладитель, 13, 14 — первый и второй потоки воды соответственно,

15 — конденсатосборник, 16 — промежуточные перегородки,

17 — окна в промежуточных перегородках, 18 — сбросное устройство для пара,

19 — трубы выхода пара из камер отбора ЦНД 

(А — вход пара в конденсатор,

 Б — отсос паровоздушной смеси, В — отвод конденсата, Г — вход охлаждающей воды,

Д — выход охлаждающей воды, Е — сброс пара из котла (парогенератора),

Ж — выход пара из отборов ЦНД)

 

 

3.2. Гидравлический расчет сетевого подогревателя

Гидравлический расчет сетевого подогревателя складывается из сопротивления пучка трубопроводов, сопротивления водяных камер и подводящих трубопроводов. Обозначения величин, входящих в расчетные зависимости, аналогичны приведенным выше в методике расчета сопротивления конденсаторов.

Гидравлическое сопротивление трубок пучка определяется суммой потерь на трение при течении воды в трубках поверхности теплообмена и сопротивления водяных камер, включающего в себя потери напора на местных сопротивлениях, которые находятся на пути течения: потери давления от удара и поворота потока во входной, выходной и промежуточной водяных камерах. В общем случае падение давления по тракту аппарата определяется по формуле

 

 

 

Коэффициенты местных сопротивлений зависят от конструкции подогревателя.

Сумму коэффициентов местных сопротивлений для сетевых подогревателей низкого давления (ПНД) и камерных подогревателей высокого давления (ПВД) можно рассчитать по формулам

- для прямотрубных аппаратов

- для аппаратов с U-образными и П-образными трубками

 

 

Паровое сопротивление сетевого подогревателя, равное разности давлений пара на входе в аппарат и в конце траектории его движения, зависит от конструкции аппарата, компоновки трубного пучка, скоростей пара на входе в пучок и в межтрубном пространстве, а также от параметров и режима работы аппарата.

В общем случае оценить величину парового сопротивления позволяет зависимость

При поперечном обтекании шахматных пучков трубок

 

- при  

 

- при

 

При поперечном обтекании коридорного пучка трубок коэффициент сопротивления определяется соотношениями:

-

-

 

В этих выражениях

плотность пара, кг/   средняя скорость пара в межтрубном пространстве (в первом приближении можно принять величину средней скорости, равной половине скорости пара на входе в аппарат), м/с;

ψ₁ , ψ₂ - относительные поперечный и продольный шаги разбивки трубного пучка соответственно;

, поперечный и продольный шаги пучка соответственно, м.

 

 

Рис. 2. Сетевой подогреватель низкого давления:

1 - корпус подогревателя; 2 – приемная камера; 3 – паровое пространство аппарата; 4 - трубный пучок; 5 – трубка; 6 – крепление поворотной камеры; 7 – разъем корпуса аппарата; 8 – камера выхода из аппарата; 9 – поворотная камера; 10 – днище корпуса аппарата; 11 – отбойный щиток для предохранения трубчатки на входе пара в аппарат.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Александров А. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара / А. А. Александров, Б. А. Григорьев. М.: МЭИ, 1999. – 168 с.

3. Базаров И. П. Термодинамика. / И. П. Базаров. М. : Высшая школа, 1991. – 376 с.

4. Кириллин В. А. Техническая термодинамика / В. А. Кириллин, В. В. Сычев, С. А. Шейндлин. М. : Наука, 1983. – 416 с.

5. Королев В. Н. Техническая термодинамика : учебное пособие / В. Н. Королев, Е. М. Толмачев. Екатеринбург : УГТУ–УПИ, 2007. – 180 с.

6. Островская А.В. Техническая термодинамика : учеб. пособие. В 2 ч. Ч. 2 / А.В. Островская, Е.М. Толмачев, В.С. Белоусов, С.А. Нейская. Екатеринбург : УрФУ, 2010. – 106 с.

7. Исаченко В.П. Теплопередача. Учебник для вузов /В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел М.:Энергия, 1981. 415 с.

8. Королев В.Н. Тепломассообмен: учебное пособие /В.Н. Королев. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 300 с.

9. Королев В.Н. Тепломассообмен. Основные формулы, задачи и способы их решения / Королев В.Н., Красных В.Ю. — ЭИ .— 2013. Режим доступа: http://study.urfu.ru/view/Aid_view.aspx?AidId=11407.

10. Краснощеков Е.А. Задачник по теплопередаче / Е.А. Краснощеков, А.С. Сукомел. М.: Энергия. 1980.

11. Сапожников Б.Г. Тепломассообмен: учебное пособие /Б.Г. Сапожников. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 188 с. (20 экз.).

12. Справочник по теплообменным аппаратам паротурбинных установок/ Ю.М.Бродов, К.Э. Аронсон, А.Ю. Рябчиков, М.А. Ниренштейн. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, 2006. – 588 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Вопросы к защите курсового проекта по модулю

 

1. Пояснить схему паротурбинной установки, работающей по циклу Ренкина на перегретом паре с промежуточным перегревом и отбором пара на теплофикацию. Какое оборудование используется в схеме и для чего оно предназначено?

2. Как влияет на термический КПД цикла Ренкина изменение параметров цикла – давления и температуры пара перед турбиной, давления в конденсаторе?

3. Как определяются количества подводимой и отводимой теплоты в цикле Ренкина?

4. Как определяются удельные работы турбины и насоса?

5. Показать графически на диаграммах состояния подводимую и отводимую теплоту, работы турбины и насоса?

6. Почему для теоретического расчета цикла Ренкина можно пренебречь работой насоса?

7. Для чего необходим промежуточный перегрев пара?

8. Что происходит со степенью сухости пара за турбиной при введении промежуточного перегрева пара?

9. Как изменяется КПД цикла Ренкина при введении промежуточного перегрева пара?

10. Что такое «теплофикация»?

12. Что дает введение в схему ПТУ теплофикационного отбора пара?

13. Как изменяется термический КПД цикла при введении в схему теплофикационного отбора пара?

14. Почему действительные процессы в турбине и насосе происходят с увеличением температуры?

15. Как изменятся расходы пара, топлива и охлаждающей воды при учете необратимых потерь в турбине и насосе?

16. Какое устройство называется теплообменным аппаратом?

17. Классификация теплообменных аппаратов по принципу действия.

18. Схемы движения теплоносителей в теплообменном аппарате.

19.Тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата: виды тепловых расчетов.

20.Основные положения теплового расчета:

- уравнение теплового баланса;

- уравнение теплопередачи;

- среднеинтегральный температурный напор.

21.Сравнение прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей.

 

 

Приложение 2