Диссертация (1173009), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Соотношение расходов эжектирующего воздуха и выхлопных газовбудет постоянным и равным mэж mвых  1 2 . Данное соотношение зависит отпараметра эжектора, который в свою очередь зависит от его геометрическихразмеров и остается постоянным при любом режиме работы агрегата [73].Поскольку воздух для эжекции забирается из–за четвертой ступени ОКГТУ – последней ступени КНД, расход газа, подаваемого в теплообменнуюсекцию, будет зависеть от частоты вращения КНД. По формулам подобия,аналогичным соотношениям (3.5) и (3.6), расход смеси воздуха и выхлопныхгазов, поступающей в теплообменную секцию, при переменных режимахработы ГТУ находится по следующему соотношению [89]: n n  Gгаз  nСТ   Gгаз ном   КНД СТ   Gгаз ном  nТНД  nСТ   n КНД ном  Gгаз ном  0,563  nСТ  0,438  .(3.7)Температура газовоздушной смеси, поступающей в теплообменнуюсекцию,будетопределятьсяизуравнениятепловогобалансасмесеобразования эжектирующего воздуха и выхлопных газовTгаз1 где mОК , cОК , TОКэжектирующегоmОК  сОК  Т ОК  mВГ  сВГ  Т ВГ,mОК  сОК  mВГ  сВГ(3.8)– массовый расход, теплоемкость и температуравоздухапосле4–ойступениосевогокомпрессора,mВГ , cВГ , TВГ – массовый расход, теплоемкость и температура выхлопныхгазов.107Посколькусоотношениерасходовэжектирующеговоздухаивыхлопных газов равно 1 к 2, выражение (3.8) примет следующий вид:12m0  сОК  Т ОК  m0  сВГ  Т ВГс  Т  2  сВГ  Т ВГ3.Tгаз1  3 ОК ОК12с2сОКВГm0  сОК  m0  сВГ33(3.9)Температура эжектирующего воздуха, отбираемого из–за 4–ой ступениосевого компрессора, определяется следующим образом [98]:TОКkвозд 1z1k Tвозд1    π КНД  возд ηад ,z2(3.10)где  КНД – степень повышения давления воздуха в компрессоре низкогодавления; z1 и z2 – коэффициенты сжимаемости воздуха, z1 / z2  1 из-занизкойk–степенисреднийповышенияпоказательдавлениявадиабаты( π КНД  2 ),КНДвоздухавz2  0,97 ;процессесжатия;ад – адиабатный КПД осевого компрессора примем равным 0,85 [98].Анализ формулы (3.10) позволяет сделать заключение, что для одних итех же параметров ( Tвозд1 , k и k ) температура воздуха, отбираемого изосевого компрессора, будет пропорциональна степень повышения давлениявоздуха в КНД, значение которой в свою очередь, согласно уравненийподобия, пропорциональна скорости вращения ротора КНД в квадрате, тоесть n n  Т ОК  nCT   Т ОК ном   ТНД CT  nТНД ном 2 k 1k ηад(3.11)или с учетом соотношения (2.12 а)Т ОК  nCT   Т ОК ном  0,563  nСТ  0,438 Температураустановки,отработавшихотбираемыхприемо–сдаточныхизиспытанияхпродуктоввыхлопнойГТУи2 k 1k ηад.сгоранияшахты,(3.12)газотурбиннойопределяетсязафиксированавприпротоколе108испытаний.

Значения данного параметра с учетом формулы (2.12 ж)определяется из соотношенияТ ВГ  nСТ   Т ВГ ном  Т ВГ  nСТ   Т ВГ ном  0,449  nСТ  0,551 .Эффективностьработытеплообменнойсекциидля(3.13)системыантиобледенения ГПА-Ц-16 будет определяться выполнением условияповышения температуры циклового воздуха на требуемую величину при всехрежимах работы агрегата.Из анализа зависимостей (3.5) – (3.13) можно сделать вывод, что расчетплощади поверхности теплообменной секции следует вести для одного издвух режимов работы газотурбинной установки: при частоте оборотах роторасиловойтурбиныравнойnCT мин  4000 об / миниnCT ном  5300 об / мин(таблица 3.1).При этом следует выбрать тот режим, при котором требуемая площадьповерхноститеплообменнойсекциивыше.Площадьповерхноститеплообмена определяется из основного уравнения теплопередачи [64]FQТО,к  m(3.14)где QТО – количество теплоты, которое необходимо передать цикловомувоздуху в единицу времени в теплообменной секции; к – коэффициенттеплопередачи; m – температурный напор, определяемый как средняяразность температур между теплоносителями, определяемая с учетом ихсхемы движения.109Таблица 3.1 – Сравнение параметров работы ГПА-Ц-16 на разных режимахРасчетнаяформулаПараметрМин.Макс.Δ, %4000530032,50,755132,5Gвозд ,формула (3.6)88,310215,5Tвозд1263263–Tвозд2  Tвозд1  Т268268–44551415,55,18615,9340,537610,4591,866512,4515,2576,912440,6502,514,1212,4274,229,1Обороты СТ, об/минnОтносительная скоростьвращения СТnCTnCT ном,nCT ном  5300 об / минМассовый расход цикловоговоздуха, кг/сТемпература циклового воздухадо подогрева, КТребуемое значение повышениятемпература циклового воздуха,КQвозд Количество теплоты, котороенеобходимо передать цикловомувоздуху в единицу времени, кВт Gвозд  cPвозд  Tвозд ,кДж[15]с рвозд  1,007кг  КМассовый расход газов,поступающих в теплообменнуюсекцию, кг/сТемпература эжектирующеговоздуха, КGгаз ,формула (3.7)Температура выхлопных газов, КТемпература газа на входе втеплообменную секцию, КТемпература газа на выходе изтеплообменной секции, КТемпературный напор, КТ ОК ,формула (3.12)Т ВГ ,формула (3.13)Т газ1 ,формула (3.9)Qвозд,сP газ GгазкДжсРгаз = 1,15[15]кг  КTTθ m  возд2 возд1 2T T газ1 газ22Tгаз2  Tгаз1 Анализ результатов расчета показывает, что количество теплоты,которое необходимо передать цикловому воздуху в единицу времени приминимально допустимой скорости вращения силовой турбины ГТУ равной4000 об/мин на 15,5 % меньше, чем при 5300 об/мин.

Однако для режимаминимальнойтеплоносителейскорости(на15,5вращенияСТменьшемассовыерасходы%), что приведет к снижению значения110коэффициентатеплопередачик,исущественномуснижениютемпературного напора (более чем на 29 %). В итоге это всё приведет кувеличению требуемой площади поверхности теплообмена. Из этого можносделать вывод, что большая площадь поверхности теплообменной секции дляобеспечения эффективной работы системы антиобледенения потребуется приминимально возможных оборотах силовой турбины ГТУ.

Поэтому расчеттеплообменной секции необходимо провести для режима при скоростивращения ротора силовой турбины 4000 об/мин.Одной из задач при расчете теплообменной секции являетсявозможность её использования без изменения конструкции существующегокомплексноговоздухоочистительногоустройства.Такимобразом,теплообменная секция должна соответствовать размерам воздухозаборногоотверстия КВОУ, имеющего размеры lКВОУ  3120 мм и hКВОУ  1700 мм.С учетом этого при расчётах примем, что геометрические размерытеплообменной секции равны lТО  3000 мм и hТО  1700 мм. Ширинутеплообменной секции примем равной bTO  300 мм.3.4 Тепловой расчёт модернизированной системы антиобледененияОпределив исходные данные, можно выполнить тепловой расчетмодернизированнойсистемыантиобледенения,заключающийсявопределении требуемой площади поверхности теплообменной секции. Всевычисленияпроводятсясиспользованиемосновныхуравненийтеплопередачи [12, 19].Перед тепловым расчетом необходимо выбрать трубу, являющуюсяосновой теплопередающей поверхности.

Труба характеризуется внешнимдиаметром D, м, внутренним диаметр d, м, толщиной стенки δ, м икоэффициентом теплопроводности λ, Вт/(м∙К), определяемом на основанииматериалаизготовлениятрубы.Выборгеометрическихразмеровпроизводится из сортамента труб, изготавливаемых промышленностью [25].111Для достижения достаточной эффективности теплообмена трубы втеплообменной секции необходимо расположить в несколько рядов, вшахматном порядке.

Выбрав шаг между трубами в ряду х1, м, необходимопроверить выполнение условияx1> 1,25.D(3.15)Количество труб, которое возможно разместить в теплообменнойсекции определяется по формулеn1 lТО  D 1.x1(3.16)Округлив количество труб до целого, необходимо уточнить расстояниемеждутрубамиx1 lТО  D .n1  1Вдальнейшихрасчётахнеобходимоиспользовать целое значение.Рекомендуемое расстояние между трубами по ширине определяется поформулеx2  x12 x12.4(3.17)Количество труб, которое можно разместить в теплообменной секциипо ширинеn2 bТО  D+1 ,x2(3.18)Округлив количество труб до целого, необходимо уточнить расстояниемеждутрубамиx2 bТО  D .n2  1Вдальнейшихрасчётахнеобходимоиспользовать целое значение.Общее количество труб в секции равноnT  n1  n2 – n2  1 .(3.19)112Площадь поверхности теплообмена секции равнаFT О    D  hТО  nT .(3.20)Важной геометрической характеристикой теплообменной секцииявляется коэффициент загромождения – отношение полной площади сжатогосечения к полной площади фронтального сечения.KФ x1  D .x1(3.21)Проходное сечение КВОУ равноFКВОУ  2  KФ  hКВОУ  lКВОУ .(3.22)Коэффициент 2 в формуле вводится из-за того, что вход воздуха вКВОУ осуществляется с двух сторон через два входных отверстия.Определениетермогазодинамическихитеплофизическиххарактеристик газовой смеси, образуемой смешением выхлопного газа иэжектирующего воздуха, ведется при средней температуре газовоздушнойсмесиТ газ ср Tгаз1 +Tгаз2.2(3.23)К требуемым для расчета характеристикам газовоздушной смесиотносятся: средняя изобарная теплоемкость сгаз , кДж /  кг  К  ; плотностьρгаз, кг/м3; коэффициент теплопроводности λгаз, Вт /  м  К  ; кинематическийкоэффициент вязкости νгаз, м2/с; число (критерий) Прандтля Prгаз [15, 19, 57].Сиспользованиемтермогазодинамическихитеплофизическиххарактеристик газовоздушной смеси определяется: скорость газовоздушной смесиwгаз 4  Gгаз;π  d 2  nT  ρ газ(3.24)113 число РейнольдсаReгаз wгаз  d ;ν газ(3.25) число Нуссельта [19]0,80,43Nuгаз  0,021  Reгаз Prгаз;(3.26) коэффициент теплоотдачи от газовоздушной смеси к внутреннейповерхности труб теплообменной секции газ  Nuгаз λгаз.d(3.27)Результаты расчета параметров газовой смеси, образуемой смешениемвыхлопного газа и эжектирующего воздуха, представлены в таблице 3.2.Определениетермогазодинамическихитеплофизическиххарактеристик циклового воздуха, проходящего через теплообменнуюсекцию, также проводится при его средней температуреТ возд ср Tвозд1 +Tвозд2.2(3.28)К требуемым для расчета характеристикам воздуха относятся: плотностькг/м3;ρвозд,коэффициенттеплопроводностикинематический коэффициент вязкостиλвозд,Вт /  м  К  ;2 возд , м /с, число (критерий)Прандтля Prвозд [15, 19, 57].Сиспользованиемтермогазодинамическихитеплофизическиххарактеристик газовоздушной смеси определяется: средняя скорость циклового воздуха на входе в комплексноевоздухоочистительное устройствоwвозд Gвозд;FКВОУ  ρ газ(3.29)114 число РейнольдсаReвозд wвозд  Dν возд(3.30)(в данном случае характерным размером при определении числа Рейнольдсаявляется наружный диаметр труб в теплообменной секции D [88]); число Нуссельта для теплообменной секции, содержащей три и болеерядов [19]Nu  C  Ren  Pr 0,33   Pr Prcт 0,25 s ,(3.31)где для шахматных пучков С = 0,41; n = 0,6; для коридорных пучковС = 0,26, n = 0,65; εs – поправочный коэффициент, учитывающий влияниеотносительных шагов, для шахматного пучка  s   x1 x2 при x1 x2  2 иs  1,12 s   x1 x2 16приx1 x2  2 ;длякоридорногопучка0,15;Prст – критерий Прандтля для циклового воздуха при температуре стенки; PrPrcт 0,25– поправка М.А.

Характеристики

Список файлов диссертации