Диссертация (781919), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Конструкция модели позволяет осуществлятьисследования течения в патрубке с учетом имитации периферийной высокоскоростной струи163после последней ступени турбомашины, а также проводить испытания, в том числе и оптимизационного характера, новых видов патрубков с установленными внутри средствами стабилизации течения (противовихревые решетки 3).5) Тепловизионный стенд для исследования тепловых процессов в теплонапряженныхохлаждаемых деталях, чертеж которого представлен на рисунке 3.10, состоит из вертикальногоуспокоительного ресивера 6, подводящего устройства 1, нагревателя воздуха 2, направляющегоканала 3, линии подвода охлаждающего воздуха от компрессора 7, измерительного стола 4, нафланце 5 которого устанавливается теплонапряженная охлаждаемая деталь. Для снятия полейтемператур поверхности охлаждаемой детали используется тепловизор.На разработанном экспериментальном стенде проводилось исследование тепловых процессов, протекающих в модели входной кромки лопатки газовой турбины с внутренним циклонным охлаждением.Рисунок 3.10 – Тепловизионный стенд для исследования процессов теплообмена в охлаждаемых теплонапряженных деталях6) Стенд для исследования процессов теплообмена в охлаждаемых теплонапряженных деталях в жидкометаллическом термостате, чертеж которого представлен на рисунке 3.11, включает следующие основные элементы:- систему подачи воздуха во внутренние каналы теплонапряженной детали 9;164- темплометрическую систему, состоящую из тигля с расплавленным цинком, и печь дляего плавления и нагрева 4;- механизм, обеспечивающий извлечение тигля из печи, его перемещение до исследуемойдетали, погружение ее в расплав и извлечение из него 3, 5, 6;- систему регулирования, измерения и регистрации параметров экспериментов;- стальную ванну для очистки расплавленного цинка от шлака 2;- систему 3-D сканирования цинковых корок, состоящую из 3-D сканера 7 и поворотногостола 8.Рисунок 3.11 – Экспериментальный стенд для исследования процессов теплообмена в охлаждаемых теплонапряженных деталях в жидкокристаллическом термостатеВнутренний объем корпуса 1 служит боксом, в котором размещаются: подъемноповоротный механизм, рабочие участки, нагревательная печь, термостат, система 3-D сканирования, трубопроводы подвода и отвода воздуха.
Корпус имеет жесткий каркас и обеспечиваеткомпактную, удобную в эксплуатации, обслуживании и ремонте установку оборудования. Снаружи со всех сторон корпус закрывается легко съемными стальными панелями, обеспечивающими защиту при проведении испытаний.На разработанном стенде проводились исследования процессов теплообмена внутреннихканалов охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин.1657) Экспериментальный стенд для исследования аэродинамики топочных устройств котельных агрегатов предназначен для исследования эффективности схем организации сжигания топлива. Стенд обеспечивает возможность:- проводить исследования внутритопочной аэродинамики котельных агрегатов при реализации схемы сжигания в прямоточно-вихревом факеле;- определять траектории движения струй прямоточных горелок и сопл воздушного дутья;- проводить исследования взаимодействия прямоточных струй в объеме топки;- проводить проверку обеспечения условий, необходимых для эффективного сжигания топлива, таких как исключение зон повышенного динамического давления факела на топочныеэкраны, рассредоточение высокотемпературного ядра факела по ширине, глубине и высоте топки, исключение выпадения значительного количества горящих частиц в холодную воронку.На разработанном стенде проводилось исследование аэродинамики модели горизонтальнойтопки котла на ультрасверхкритические параметры пара, эскиз которой представлен на рисунке3.12.Рисунок 3.12 – Экспериментальная модель горизонтальной топки котла на ультрасверхкритические параметры пара1663.3 Разработка и анализ возможных вариантов снижения стоимости энергоблока за счет сокращения длины паропроводов3.3.1 Выбор компоновки котельного агрегата для энергоблока УСКПОпределив габаритные размеры котельного агрегата и расположение поверхностей нагревав газовом тракте, можно установить длину трубопроводов острого и вторичного пара и выбратьнаилучшее компоновочное решение.
С этой целью каждый из спроектированных котлов (башенный, П-образный и Т-образный) рассматривается в трех положениях – традиционном, горизонтальном и инвертном. Полученные компоновочные решения сравниваются по длине высокотемпературных трубопроводов.Рассмотренные варианты представлены в таблице 3.1 [249, 268-271].Наименьшие трудности с организацией шлакоудаления возникают при традиционных компоновках котельного агрегата, когда температура дымовых газов в области холодной воронкиневысока и зола может свободно удаляться из всего газового тракта под действием силы тяжести. Аналогичная ситуация имеет место и для инвертной башенной компоновки.
Наиболее проблемным данный аспект работы котельного агрегата оказывается при П-образной и Т-образнойинвертных компоновках. Инвертная башенная компоновка с данной точки зрения также не является удачным решением, поскольку в этом случае зола не удаляется из котельного агрегата напротяжении всего его газового тракта, вызывая повышенный эрозионный износ поверхностейнагрева. Соответственно, горизонтальные варианты компоновок занимают промежуточное положение.Наилучшими аэродинамическими характеристиками обладают башенные котельные агрегаты, поскольку они имеют прямой газовый тракт, который не создает предпосылок для формирования неравномерных полей скоростей и температур. В случае горизонтального расположения такого котла газовый тракт также может условно считаться прямым, так как основное движение среды должно происходить по пути наименьшего сопротивления, то есть вдоль тракта.Далее в порядке ухудшения аэродинамики идут Т-образные компоновки, обладающие, тем неменее, рядом преимуществ: неравномерность поля скоростей на выходе из топки в таком котлебудет ниже, чем в П-образном, за счет симметрии.167Таблица 3.1 – Варианты компоновочных решений котельного агрегата энергоблока с УСКП 1.
Башенный котел1.1 Традиционная компоновкаДлины высокотемпературных трубопроводов(без компенсаторов):- острого пара: 99,2 м;- вторичного пара: 110,5 м;- всего: 209,7 м.1.2 Горизонтальная компоновкаДлины высокотемпературных трубопроводов(без компенсаторов):- острого пара: 31,6 м;- вторичного пара: 35,6 м;- всего: 67,2 м.1.3 Инвертная компоновкаДлины высокотемпературных трубопроводов(без компенсаторов):- острого пара: 38,4 м;- вторичного пара: 39,2 м;- всего: 77,6 м. 168Продолжение таблицы 3.12.1 Традиционная компоновка 2. П-образный котелДлины высокотемпературных трубопроводов(без компенсаторов):- острого пара: 99,2 м;- вторичного пара: 90,2 м;- всего: 189,4 м.2.2 Горизонтальная компоновкаДлины высокотемпературных трубопроводов(без компенсаторов):- острого пара: 52,4 м;- вторичного пара: 42,4 м;- всего: 94,8 м.2.3 Инвертная компоновкаДлины высокотемпературных трубопроводов(без компенсаторов):- острого пара: 33,6 м;- вторичного пара: 34,6 м;- всего: 78,2 м.169Продолжение таблицы 3.13.1 Традиционная компоновка3.
Т-образный котелДлины высокотемпературных трубопроводов (безкомпенсаторов):- острого пара: 96,2 м;- вторичного пара: 94,8 м;- всего: 191 м.3.2 Горизонтальная компоновкаДлины высокотемпературных трубопроводов (безкомпенсаторов):- острого пара: 60,2 м;- вторичного пара: 88,8 м;- всего: 149 м.3.3 Инвертная компоновкаДлины высокотемпературных трубопроводов (безкомпенсаторов):- острого пара: 29,2 м;- вторичного пара: 52,5 м;- всего: 81,7 м.170По основному критерию – длине высокотемпературных трубопроводов – в очевидно проигрышном положении оказываются все традиционные компоновки. По проведенной оценке,длина трубопроводов острого и вторичного пара для них составляет от 189,4 до 209,7 м.
Инвертные и горизонтальные компоновки приблизительно равнозначны по данному критериюоценки, однако Т-образный котел показывает худшие результаты за счет необходимости в разведении трубопроводов между двумя конвективными шахтами.Таким образом, наиболее целесооразной компоновкой котельного агрегата является горизонтальная, поскольку она проста в монтаже, предположительно обладает хорошей аэродинамикой, обеспечивает легкое шлакоудаление, не создает сложностей с подводом топлива иокислителя и обеспечивает минимальную совокупную длину высокотемпературных трубопроводов – 67,2 м.
Учитывая, что указанное значение в 3 раза меньше характерного для традиционных компоновочных решений. Недостатком рассматриваемого варианта является сравнительно большая площадь в плане по сравнению с башенной и П-образоной компоновкой.3.3.2 Горизонтальный котельный агрегат для энергоблока УСКПКонструкция горизонтального котельного агрегата представлена на рисунке 3.13.Рисунок 3.13 – Горизонтальный пылеугольный котельный агрегат для энергоблока с УСКПДымовые газы, выходящие из топки, последовательно омывают ширмовый пароперегреватель, конвективный пароперегреватель, вторую и первую ступени промежуточного паропере-171гревателя, экономайзер и регенеративный воздухоподогреватель [271].
Распределение температур по газоходу котла показано на рисунке 3.14, предполагаемые конструкционные материалыдля изготовления поверхностей нагрева приведены в таблице 3.2, их конструктивные характеристики – в таблице 3.3.Рисунок 3.14 – Распределение температур дымовых газов, рабочей среды и поверхностейнагрева по газоходу горизонтального котлаТаблица 3.2 – Предполагаемые конструкционные материалы для изготовления поверхностейнагрева горизонтального котельного агрегата№п/п1234567891011ПоверхностьЭкономайзерЭкраны НРЧ топкиЭкраны СРЧ топкиЭкраны ВРЧ топкиШППКППППП-2ППП-1Паропровод острого параПаропровод от турбины к ППП-1Паропровод от ППП-2 к турбинеТемпературастенки, °С423567585622743761750545710432720Материал12Х1МФ18Х12ВМБФР18Х12ВМБФР09Х14Н19В2БРAlloy 617-modHaynes 282Haynes 28212Х1МФAlloy 617-mod12Х1МФAlloy 617-modПредельно допустимаятемпература по σT100, °С585620620700760800800585760585760172Таблица 3.3 – Конструктивные характеристики основных поверхностей нагрева горизонтального котельного агрегатаЧисло паНаружный ТолщинаПопереч№раллельноЭлемент диаметр,стенкиный шагп/пвключенммтрубы, ммтруб, ммных трубЭконо1326158112майзерЭкраны2426447−НРЧЭкраны3426425−СРЧЭкраны4426425−ВРЧ5 ШПП32582−Продольный шагтруб, мм64Число ряСреднееСечение ПоверхРаспоТепловосдов трубсечение для для прохо- ностьложениеприятие,по ходупроходада среды, нагрева,трубкДж/кггазовгазов, м2м2м2шахмат353700,9611586063355ное48−−3240,31582586549048−−3240,30031458257248−−3240,30031458143333−−коридорноешахматноешахматное4480,0312571324463700,487481911393700,612472613413700,9613318828556КПП325128011211237ППП-130425281126068ППП-23042528112608173Сжигание топлива осуществляется с помощью прямоточных горелочных устройств, расположенных тангенциально в четыре яруса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
