Диссертация (1173009), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

Михеева, учитывающая направление тепловогопотока [78]. коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стенок труб кпотоку воздухавозд  Nuвозд λвозд.D(3.32)Результаты расчета параметров циклового воздуха представлены втаблице 3.2.После определения параметров газовой смеси и циклового воздуха,проводится расчет коэффициента теплопередачи с учетом загрязнения какнаружной, так и внутренней поверхности теплообменных трубк111δ rзα газ α возд λT,(3.33)115где rз – термическое сопротивление загрязнения внутренней и внешнейповерхности труб теплообменной секции, определяется согласно [88].Требуемая площадь поверхности теплообмена секции определяется изосновного уравнения теплопередачи (3.14).Посколькутемпературацикловоговоздухавдольповерхноститеплообмена изменяется незначительно (изменение температуры составляетпорядка 5 0С), то можно воспользоваться упрощенной формулой определениятемпературногонапора[19].Температурныйнапорравенсреднейарифметической разности температур между теплоносителямиθm Tгаз1  Tгаз2 Tвозд1  Tвозд2.22(3.34)В заключении теплового расчета проверяется отклонение требуемой(расчетной) площади поверхности теплообмена от реальнойFТО FTО  FТОтребFТО 100 % ,(3.35)данное отклонение должно быть больше или равно нулю [19, 78].Таблица 3.2 – Результаты теплового расчета теплообменной секции системыантиобледененияПараметрОбозначение,единицыизмеренияРасчетная формулаЗначениеПараметры труб теплообменной секцииНаружный диаметрВнутренний диаметрТолщина стенкиКоэффициенттеплопроводностиШаг между трубамипо длинеКоличество труб подлинеУточненный шагмежду трубами подлинеD, мd, мδ, м–––48 ∙ 10 –342 ∙ 10 –33 ∙ 10 –3 СТ , Вт/(м∙К)–50х1 , м–96 ∙ 10 –3n1lТО  D1x132х1 , мlТО  Dn1  195,2 ∙ 10 –3116Продолжение таблицы 3.2ПараметрОбозначение,ед.

измеренияШаг между трубами поширинех2 , мЧисло рядовУточненный шагмежду трубами поширинеКоличество труб вдвух теплообменныхсекцияхКоэффициентзагроможденияРеальная площадьтеплопередающейповерхноститеплообменной секцииРасчетная формулаx12 x124Значение82,5 ∙ 10 –3n2bТО  D+1x24x2 , мbТО  Dn2  184 ∙ 10 –3nT2  ( n1  n2 – n2  1 )250KФx1  Dx10,5FT О , м2 D  hТО  nT64,1Параметры смеси воздуха и выхлопных газовТемпературагазовоздушной смесина входеTгаз1, К–515,2Температурагазовоздушной смесина выходеTгаз2, К–440,6Средняя температурагазовоздушной смесиТгаз ср, КTгаз1 +Tгаз22477,9–1,097–0,748–0,04νгаз, м2/с–32,8 ∙ 10–6Prгаз–0,67wгаз, м/с.4  Gгазπ  d 2  nT  ρ газ20Reгазwгаз  dν газ25 600ТеплоемкостьПлотностьКоэффициенттеплопроводностиКинематическийкоэффициент вязкостиЧисло ПрандтляСкоростьгазовоздушной смесиЧисло Рейнольдсасгаз,кДж/(кг ∙ К)ρгаз, кг/м3λгаз,Вт/(м ∙ К)117Продолжение таблицы 3.2Обозначение,ед.

измеренияNuгазПараметрЧисло НуссельтаКоэффициенттеплоотдачи отгазовоздушной смеси кстенкам трубВт.м2  Кαгаз,Расчетная формулаЗначение0,80,430,021  Reгаз Prгаз59,4Nuгаз λ газd56,6Параметры циклового воздухаТемпература воздуха навходеТемпература воздуха навыходеСредняя температуравоздухаПлотностьТеплопроводностьКинематическийкоэффициент вязкостиЧисло ПрандтляСкоростьгазовоздушной смесиЧисло РейнольдсаTвозд1, К–263Tвозд2, КTвозд1 + ΔТ268Tвозд1 +Tвозд22–1,33–0,024νвозд, м2/с–12,6 ∙ 10–6Prвозд–0,71Твозд ср, Кρвозд, кг/м3λвозд,Вт/(м ∙ К)wвозд, м/с.Reвозд265GвоздFКВОУ  ρ газwвозд  Dν возд12,648 1001ПоправочныйкоэффициентвоздЧисло НуссельтаNuвоздКоэффициенттеплоотдачи отнаружной поверхностистенок труб к потокувоздухаαвозд,Втм2  К x1  6  x2 0,60,330,41  Reвозд Prвозд  Prвозд Prст 0 ,25Nuвозд  воздλ воздD1,02265,1132,5Расчетная площадь теплопередающей поверхностиТермическоесопротивлениезагрязненийм2  Кrз,ВтКоэффициенттеплопередачиВтк, 2м К–0,0035111δ  rзα газ α возд λT34,9118Продолжение таблицы 3.2Обозначение,единицыизмеренияПараметрТемпературный напорТребуемая (расчетная)площадь поверхноститеплообменаОтклонение требуемой(расчетной) площадитеплообмена отреальнойРасчетная формулаTгаз1  Tвозд1 Tгаз2  Tвозд222Qвоздк  θmm , К2FТОтреб , м .Значение212,459,7FTО  FТОтребFТО , %.6,8FТОНа основании теплового расчета, требуемую площадь поверхноститеплообменадляэффективнойработыкомплексноговоздухоочистительногосистемыустройстваантиоблединениягазоперекачивающегоагрегата ГПА-Ц-16 можно обеспечить установкой двух теплообменныхсекций состоящих из 125 теплообменных труб длиной 1700 мм с наружнымдиаметром 48 мм и толщиной стенки 3 мм, расположенных в шахматномпорядке в 4 ряда (рисунок 3.7).1, 3 – теплообменная секция системы антиобледенения;2 – существующее комплексное воздухоочистительное устройство.Рисунок 3.7 – Эскиз КВОУ с установленными теплообменными секциями119Внедрение и использование данной схемы системы антиобледенениядляисключенияобразованияналединаэлементахКВОУтребуетнезначительных затрат, так как конструкция теплообменной секции проста илегко реализуема.

При этом возможные затраты на реализацию данногорешения несоизмеримо малы по сравнению с затратами в случае выхода изстроя газотурбинного двигателя по причине помпажа или попадания впроточную часть ОК инородного тела.3.5Гидравлический расчет модернизированной системыантиобледененияСтоит отметить, что у предлагаемой системы антиобледенениякомплексноговоздухоочистительногоустройствасуществуетодиннедостаток – теплообменная секция создаст дополнительное сопротивлениена входе воздуха в комплексное воздухоочистительное устройство, чтоприводит к увеличению разряжения воздуха на входе ОК ГТД.

Из–заповышения разряжения на входе в осевой компрессор двигателя произойдетувеличение мощности, затрачиваемой на сжатие циклового воздуха, что витоге приведет к росту расхода топливного газа.Значение обобщенного коэффициента гидравлического сопротивлениятрубного пучка, учитывающего как местные сопротивления, так и потери натрение определяется из соотношения [41]1,5σ1  1  0,27ξ  3,2 +0,66   1,7    Reвозд   n2 +1 ,σ  1  где(3.36)1  х1 / D – относительный поперечный шаг между трубамитеплообменной секции;  2  x2 / D – относительный продольный шаг;  σ12 / 4 + σ22 – диагональный шаг; Reвозд  wвозд  D – число Рейнольдса дляvвоздциклового воздуха, где wвозд Gвозд– скорость потока воздуха приFКВОУ  ρ газ120максимальномрасходевоздухачерезОК;vвозд–кинематическийкоэффициент вязкости воздуха, n2  4 – число рядов труб по ходу движенияпотока воздуха.Дополнительные потери давления циклового воздуха в КВОУ приустановке теплообменной секции будут равнырвозд2ρвозд  wвозд.ξ2(3.37)Мощность, затрачиваемая на дополнительную работу в осевомкомпрессоре ГТУ при увеличении разряжения воздуха на входе в двигатель,находится из соотношения [4]*, N е Nсж  Ni  Gвозд  w1,2Ni,мех(3.38)где мех – механический КПД осевого компрессора; w1,2– изменениеудельной потенциальной работы сжатия воздуха в ОК, w1,2 w1,2м  w1,2ст ;и w1,2w1,2стм – удельная потенциальной работа сжатия воздуха в ОК до ипосле модернизации системы подогрева циклового воздуха на входе КВОУ,k 1η p2  ад k k*w1,2 = z1 RT1  1   ,  p1  k 1(3.39)где k – показатель адиабаты воздуха в процессе сжатия; R – газоваяпостоянная воздуха, Дж /  кг  К  ; Т 1 – температура воздуха на входе вдвигатель, К; z1 – коэффициент сжимаемости воздуха в начале процессасжатия, z1  1 ; p1 и p2 – давление воздуха в начале и конце процесса сжатияв осевом компрессоре; ад – адиабатический КПД процесса сжатия в ОК.Мощность, затрачиваемая на дополнительную работу в ОК ГТУ приувеличении разряжения воздуха на входе в двигатель, с учетом соотношений(3.37) и (3.38), определяется следующим образом:121N е kp2 z1 RT1  Gвозд  k 1 pатм  p1 k 1k ηадp2 pатм  p0 k 1k ηад1, (3.40)η мехгде pатм – давление атмосферного воздуха, Па; p1 и p0 – потери давлениявоздуха в КВОУ ГТУ при установке теплообменной секции и без неё, Па.Гидравлическийрасчетпроводитсядлямаксимальнойпроизводительности ОК ГТУ, то есть при скорости вращения силовойтурбины 5300 об/мин (таблица 3.3).Таблица 3.3– Гидравлический расчет теплообменной секцииПараметрОтносительныйпоперечный шаг междутрубамиОтносительныйпродольный шагДиагональный шагОбозначение,ед.

измеренияРасчетная формулаЗначениеσ1х1D1,98σ2x2D1,75Массовый расход воздухаGвозд, кг/сСкорость цикловоговоздухаwвозд, м/сЧисло РейнольдсаКоэффициентсопротивленияДополнительная потерядавления цикловоговоздухаσ12+ σ 224–σ102GвоздFКВОУ  ρ газwвозд  DvвоздReвоздξ2,0114,655 6001,5σ1  1  3,2+0,661,7 σ1 0,880,27 Reвозд   n2 +1ξΔрвозд, Паρвозд  wср21242k1 z1 RT1  Gвозд k 1η мехМощность, затрачи-ваемаяна дополни-тельную работув осевом компрессореΔNе, Втp2 pатм  p1 k 1k  ηkk 1 k  ηkp2 pатм  p0 26 000122Nе  26Очевидно, что потеря мощностикВт не отразитсясущественным образом на работе газотурбинного двигателя с номинальноймощностью 16 МВт.Стоитотметить,чтодляувеличениятепловоймощноститеплообменной секции, при наличии ограничений в размерах КВОУ или прииспользовании на ГПА большей мощности, возможно использованиеоребренных теплообменных труб.

Однако следует учитывать, что данноеизменение приведет к еще большему падению давления циклового воздуха вКВОУ по сравнению с использованием неоребренных труб.Выводы по третьей главе1) После рассмотрения способов повышения эффективности работыкомплексного воздухоочистительного устройства ГПА было установлено,чтоосновныминаправлениямиулучшенияегоработыявляютсясовершенствование фильтр–элементов и модернизация конструкции.2) Для повышения эффективности работы системы антиобледененияКВОУ была разработана модернизированная схема.

Улучшение заключаетсяв нагреве циклового воздуха перед осевым компрессором в период осенне–зимней эксплуатации ГПА за счет использования теплообменной секции,теплоносителем в которой выступает газовоздушная смесь выхлопных газови воздуха, отбираемого из–за 4–ой ступени осевого компрессора ГТУ.3) На примере ГПА-Ц-16 выполнен тепловой и гидравлический расчеттеплообменной секции. На его основании было установлено, что габаритытеплообменнойсекциисоответствуютразмерамКВОУ,изменениеконструкции самого КВОУ не требуется.

Характеристики

Список файлов диссертации