автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.05, диссертация на тему:Повышение эффективности судового водотрубного котла-утилизатора на основе моделирования тепловых и газодинамических процессов

На правах рукописи

Пискулин Владислав Георгиевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУДОВОГО

ВОДОТРУБНОГО КОТЛА-УТИЛИЗАТОРА НА ОСНОВЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ И ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность: 05.08.05 - Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)

Автореферат диссертации на сонскание ученой степени кандидата технических наук

16 ПЕН 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Волжский государственный университет водного транспорта» (ФГБОУ ВО «ВГУВТ»)

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Валпулин Сергей Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Бодров Валерий Иосифович

ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный

университет»

кандидат технических наук, доцент

Зеленое Сергей Николаевич

ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им.

P.E. Алексеева»

Ведущая организации: ФГБОУ ВПО «Государ-

Защита состоится «7» октября 2015 г. в 14-00 в ауд. 2й1 на заседании диссертационного совета Д 223.001.02 при ФГБОУ ВО «Волжский государственный университет водного транспорта» по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а, e-mail: ptps@vgavt-nn.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «ВГУВТ» и на сайте: http://ww\v.vsavvt.ru/newsite/departmcnts/science_innovation/thesis/arkhiv.php

ственный морской университет им. Ф.Ф. Ушакова»

Автореферат разослан

Учёный секретарь диссертационного к.т.н., доц.

.2015 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Мероприятия, направленные на экономию топлива, относятся к перспективным с точки зрения повышения рентабельности флота. Значительная экономия топлива при эксплуатации судовых энергетических установок (СЭУ) может быть получена за счёт полезного использования теплоты отработавших газов (ОГ) главных и вспомогательных двигателей. Анализ тепловых балансов СЭУ показывает, что при эффективном использовании теплоты ОГ судовых двигателей может быть ликвидирована необходимость в сжигании топлива в автономных водогрейных или паровых котлах для получения горячей воды для систем отопления и санитарной воды, или пара на технологические нужды.

Несмотря на то, что целесообразность применения котлов-утилизаторов с целью полезного использования теплоты ОГ двигателей не вызывает сомнения, должного широкого использования этого типа энергетических аппаратов не наблюдается.

Анализ параметров эксплуатирующихся судовых котлов-утилизаторов показывает их низкую тепловую эффективность, составляющую 0,35...0,5, что дополнительно снижает эффективность использования топлива.

Причины недостаточного использования котлов-утилизаторов на флоте объясняются рядом объективных отрицательных факторов:

- из-за относительно невысокой температуры ОГ дизелей, температурные напоры в котлах-утилизаторах значительно ниже, чем в автономных котлах. В результате котлы-утилизаторы уступают автономным котлам по удельной теплопроизводительности, габаритам и массе;

- низкие температуры газов в проточной части котлов-утилизаторов на долевых нагрузках провоцируют образование кислого конденсата, что способствует развитию коррозии на теплообменных поверхностях, появлению дополнительных затрат, связанных с обслуживанием и ремонтом;

- использование в котлах-утилизаторах слабоэффективных в тепловом и газодинамическом отношении теплообменных поверхностей и схем течения теплоносителей приводит к увеличению газодинамического сопротивления газовыпускного тракта, что не позволяет в нужной степени развивать теплообменные поверхности и, в некоторых случаях,

ухудшает условия работы деталей цилиндро-поршневой группы дизелей.

Преодолению отрицательного влияния указанных факторов посвящены работы известных учёных и специалистов: ГТ.И. Бажана, В.К. Го-лубева, П.В. Бойко, Д.И. Денисенко,В.И. Енина, И.И. Лощакова, Э.И. Манушина, Д.И. Осипова и др.

Однако, до настоящего момента вопрос создания теоретической базы разработки судовых котлов-утилизаторов полностью соответствующих современным жёстким требованиям остаётся открытым.

Цель работы.Целью диссертационной работы является повышение тепловой и газодинамической эффективности судового водотрубного котла-утилизатора на базе применения новых схемных решений и оптимизации конструктивных параметров.

Задачи исследования.Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработка эффективной тепловой и гидро-газодинамической схемы котла-утилизатора;

- разработка математической модели перспективного котла-утилизатора, для исследования особенностей течения теплоносителей и тепло-массообмена в его проточной части;

- создание основ инженерной методики обоснования оптимальных параметров котла-утилизатора;

- экспериментальная проверка эффективности разработанных конструктивных решений и точности расчётной методики.

Объектом исследования является судовой водотрубный котёл-утилизатор.

Предметом исследования являются тепловые и газодинамические процессы в котле-утилизаторе.

• Методы исследования^ работе использовались методы математического анализа на базе систем дифференциальных уравнений теплопередачи и течения вязкой жидкости (газа) в трёхмерной постановке с генерацией моделей в программной среде А^УБ СРХ, теоретические методы определения температур теплоносителей в парных комплексах теплообменников. Экспериментальное исследование выполнялось на физически полноразмерной модели котла-утилизатора с использованием специально созданного экспериментального стенда по методикам,

рекомендуемым современными национальными стандартами с применением методов теории планирования эксперимента.

Положения выносимые на защиту:

1. Разработка технологических требований, основных схемных и конструктивных параметров перспективного судового котла-утилизатора.

2. Разработка математической модели с распределёнными параметрами и результаты моделирования газо-гидродинамических и тепловых процессов в котле-утилизаторе.

3. Основы методики теплового поверочного расчёта котла-утилизатора со сложно-перекрёстным типом тока.

4. Обоснование основных геометрических и режимных параметров котла-утилизатора со сложно-перекрёстным типом тока.

Достоверность полученных результатов обоснована корректным использованием методов анализа при создании математических моделей, экспериментальным подтверждением теоретических положений при определении характеристик опытно-промышленного образца котла-утилизатора, применением при проведении экспериментов апробированных и надёжных методов измерений, использованием при планировании экспериментов и обработке опытных данных методик, одобренных национальными стандартами и отраслевыми нормативными документами.

Научная новизна и личный вклад автора заключается в следующем:

1. Разработана математическая модель котла-утилизатора с распределёнными параметрами и исследовано влияние геометрических и конструктивных параметров на тепловые и газодинамические характеристики.

2. Доказано распределение газового потока в трубном пучке нового перспективного котла-утилизатора.

3. Разработана методика теплового поверочного расчёта котла-утилизатора со сложно-перекрёстным типом тока теплоносителей.

4. Разработаны критерии оценки влияния геометрических параметров котла-утилизатора на показатели эффективности по обобщённому параметру совершенства.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Разработаны технические требования и основные конструктивные параметры перспективного судового котла-утилизатора.

2. Создан типоразмерный ряд водотрубных котлов-утилизаторов для применения в составе энергетических установок речных судов.

3. Создан пилотный образец полноразмерного водотрубного котла-утилизатора со сложно-перекрёстным типом тока.

4. Применение новых котлов-утилизаторов позволяет значительно увеличить долю теплоты отработавших газов дизелей для полезного использования в системах отопления, горячего водоснабжения и технологических нужд.

Реализация результатов работы состоит в применении разработанной методики теплового расчёта котла-утилизатора на предприятии ООО «Гидротермаль» при создании проекта промышленных образцов типоразмерного ряда котлов-утилизаторов для совместной работы с судовыми двигателями мощностью 200...2500 кВт.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи НТТМ-2011, областном конкурсе нижегородских молодежных инновационных команд РОСТ 2011 «Россия - Ответственность -Стратегия - Технологии», международных промышленно-экономических форумах «Великие реки' 2012» и «Великие реки' 2013», 18-й Нижегородской сессии молодых учёных (2013 г.), ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ВГАВТ (2012-2014 гг.).

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации включает 6 печатных работ в т.ч. 2 работы из «Перечня рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций», и один патент на полезную модель.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка использованной литературы, приложения. Основное содержание работы изложено на 127 страницах машинописного текста и включает 50 рисунков и 9 таблиц. Список литературы состоит из 114 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введенниобоснованы актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, а так жепредставлены научная новизна и практическая ценность.

В первой главе выполнен критический анализ литературных данных по вопросам конструирования и эксплуатации судовых котлов-утилизаторов, методов математического описания газодинамических процессов, протекающих в котлах-утилизаторах, рассмотрены эффективные конструктивные решения для интенсификации теплообмена.

Определены перспективные конструктивные схемы судовых котлов-утилизаторов и возможные направления развития и совершенствования этих схем.

С учётом ужесточающихся требований к массогабаритным, тепловым, газодинамическим, и другим характеристикам котлов-утилизаторов, важным является совершенствование методов теплового расчёта, в том числе в направлении более точного учёта факторов, связанных с условиями течения газов и жидкости в котле-утилизаторе. Большинство применяемых в настоящее время методик тепловых расчётов основаны на применении интегральных уравнений теплового баланса и теплопередачи. Для нейтрализации возможных ошибок вводятся поправочные коэффициенты, дающие запас по площади. Более точные решения дают методики основанные на численноминтегрировании дифференциальных уравнений теплопередачи и теплового баланса. Однако в проектной практике они большого распространения не получили из-за высокой трудоёмкости. Кроме того остаётся открытым вопрос о точности вычислений локальных значений коэффициентов теплоотдачи, теплопередачи, локальных режимных параметров.

Перспективными с точки зрения повышения точности определения локальных параметров тепло и массообмена являются методики базирующиеся на использовании дифференциальных уравнений неразрывности, энергии и Навье-Стокса. По отношению к судовым котлам-утилизаторам данный подход в исследованной литературе пока не использовался. Таким образом на данном этапе целесообразна разработка математической модели котла-утилизатора с распределёнными параметрами. Результаты исследовательских расчётов перспективных кот-

лов-утилизаторов по этой модели должны лечь в основу инженерного метода расчёта котлов-утилизаторов новых схем.

Во второй главе разработана и теоретически обоснована новая конструкция перспективного судового котла-утилизатора. Выработаны технические требования к перспективному судовому котлу-утилизатору, в том числе: котёл должен иметь прямые трубы для осуществления ревизии, обслуживания и ремонта теплообменной поверхности; в котле должно быть обеспечено поперечное обтекание труб газами для повышения коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи; целесообразно применение многоходовой схемы по газовой стороне для обеспечения высокой скорости газов;использование многоходовой схемы по водяной стороне способствует увеличению скорости течения воды, интенсификацию теплоотдачи и уменьшению накипеобразова-ния;котёл должен иметь осевую компоновку для компактного вертикального размещения в шахте машинного отделения (МО).

Предложено оформить конструктивное исполнение и организовать течение теплоносителей как показано на рисунке 1.

Газ совершает радиально-реверсный ток через кольцевой трубный пучок.Высокая скорость газа в межтрубном пространстве позволяет получить повышенное значение коэффициента теплоотдачи, и, следовательно, коэффициента теплопередачи. Кроме того, такая компоновка удовлетворяет требованию прямолинейности труб.

2 3 4 5 6 7 9 10 11 12

Рисунок 1- Эскиз котла-утилизатора: 1 - входной патрубок: 2 - канал; 3 - трубная система; 4 - перегородка; 5 - кольцевой канал: 6 - корпус: 7 - ценгр&чьная полость: 8 - выходной патрубок:9 - обечайка: 10 -фланец: 1 1 - кольцевая крышка: 12-радиальная перегородка.

Предложенное конструктивное исполнение и схема обеспечивает ряд дополнительных преимуществ: благодаря радиально-реверсному току газа число рядов труб может быть уменьшено в два раза по сравнению с одноходовой схемой, что при высокой тепловой эффективности обеспечит уменьшение наружного диаметра котла и улучшит условия его компоновки; в периферийную кольцевую полость газы попадают после передачи более половины теплоты нагреваемому теплоносителю и имеют достаточно низкую температуру (около 200 °С). В связи с этим температура металла корпуса значительно ниже, чем у известных водотрубных котлов, что обеспечивает пониженные термические напряжения и способствует увеличению ресурса котла; корпус котла находится под низким давлением, температура корпуса ниже температуры окали-нообразования углеродистой стали, в связи с чем толщина металла корпуса может быть значительно уменьшена в сравнении с аналогами и достигнуто снижение массы котла.

В то же время оригинальная конструкция предложенного котла-утилизатора требует решения ряда вопросов: для данного сложного типа тока в литературе не найдено решений для расчёта тепловой эффективности и среднего температурного напора в интегральной форме; неизвестен закон распределения скорости и температуры газового потока по трубному пучку по осевой координате и по рядам трубок, что необходимо для нахождения определяющих скоростей и температур; не определено соответствие течения в кольцевом трубном пучке течению в вариантах, для которых в справочной литературе приведены зависимости для определения коэффициентов теплоотдачи.

Для ответа на поставленные вопросы разработана математическая модель котла-утилизатора с распределенными параметрами, включающая уравнения энергии, неразрывности и движения жидкости (газа):

fei + V.^^eK^-Vp + V.r,, ct

где индекс / =1 относится к дымовым газам, г = 2 - к воде, /' = 3 - к стали, р — абсолютное давление, Т — абсолютная температура, pt — плотность соответствующей среды, р!pi = (ср\ - сг/)Т, р2, рз = const, vt - вектор ско-

роста соответствующей среды (к3 = о), т, - тензор напряжений, связанный со скоростями деформаций обобщенной гипотезой Ньютона Г, = /и„ ^УУ, +(у!']У | ¿ии,Л„ ~ эффективные вязкость и теплопро-

водность соответственно, ^ = М/ + Ци, = + ^ _ ламинар-

ные вязкость и теплопроводность, ¿и1п Ли - турбулентные (вихревые) вязкость и теплопроводность, связанные между собой через турбулентное число Прандтля = о, Хъ, = 0) и определяемые по выбранной модели турбулентности.

Указанная система уравнений дополняется условиями однозначности. В качестве граничных условий принимается значения входных температур и скоростей.

На торцевых поверхностях трубных решёток - условия адиабатно-сти и прилипания; на выходе 5 газов и 6 воды давление принято равным атмосферному Р= Ратм; на боковых сторонах 7 условия симметрии У„ = 0; дТ/дп =0.

Один из важных вопросов, на который получен ответ при моделировании - структура потока газов в проточной части котла-утилизатора. На рисунке 2 приведена расчётная схема сектора проточной части котла-утилизатора. На рисунке 3 показана система линий тока и величины скоростей газов дня исходного расчетного варианта.

Рисунок 2 - Выделенный сектор котла-утилизатора.

Рисунок 3 - Скорости потока газов в проточной части выделенного сектора котла-утилизатора. Исходный вариант.

Рисунок 4 - Изменение температуры воды по длине трубок

6.391е+001

1.771е-004 |m s"-t]

Рисунок 5 - Температура на поверхности корпуса котла (расчет)

По результатам моделирования поток газа, проходя по центральному каналу, распределяется при входе в трубную систему неравномерно. Для уменьшения эффекта неравномерности решено использовать диффузор-ные дефлекторы во входной части канала. По результатам расчета получена структура потока газов с дефлекторами. В результате воздействия на поток системы из двух кольцевых диффузоров, газы более равномерно обтекают трубную систему.

Ml

Velocity (Streamline 1)

Зона пониженных скоростей уменьшилась в 5... 7 раз и её отрицательное влияние снизилось до пренебрежимо малой величины 1,5... 2,0%.

На рисунке 4 представлены графики изменения температуры воды вдоль оси трубок (по одной из каждого ряда для двух рассматриваемых вариантов: и - исходный вариант, к - вариант с кольцевыми дефлекторами). Температура воды в дефлекторовом варианте растет более плавно и почти для всех рядов трубок оказывается выше, чем в исходном варианте.

Установка кольцевых дефлекторов ведет также к изменению температуры на стенках ТА. Перераспределение газового потока дефлекторами снижает абсолютные значения температуры и температурные градиенты на боковой поверхности ТА. На рисунке 5 показано изменение температуры на цилиндрической поверхности ТА вдоль ее образующей.

По данным расчётов (рисунок 6) наибольшая плотность теплового потока приходится на первые два ряда труб, соответственно на них происходит основное снижение температуры газов при их радиальном течении. С целью выравнивания локальных значений коэффициентов теплопередачи, целесообразно размещение труб на трубных досках делать не радиально-рядным, а с равномерным шагом по окружности на каждом радиусе.

а)

Тетрегагиге

{Сотоиг 1)

7.37 7С+002 7 569е+002 7 262е»002 6.954е»002 : 6 . 646с 002 6.338е*002 6 030е»002 5.722е*002 5.414е+002 5.107е»002 4 799е+002 491С+002 .183е+002 1 3 875е*002 " 3.567е+002 3 260е»002 2.952е+002

б)

Рисунок 6 - Температура газа при течении между трубками (во входном участке): а - исходный вариант, б - вариант с кольцевыми дефлекторами

Эффективным значением шага в окружном направлении является 5| = 1,3...1,35.Торможение и выравнивание газового потока с помощью системы кольцевых дефлекторов приводит к улучшению работы трубной системы котла-утилизатора: газовый поток остывает более интенсивно.

В третьей главе разработаны основы инженерной методики расчёта судового котла-утилизатора предложенной конструкции с использованием известных базовых понятий и соотношений, применяемых для моделей теплообменников с сосредоточенными параметрами.

Полученные варианты схем тока разбиты на систему элементарных перекрё-стноточных теплообменников соединённых в комплекс (рисунок 7).

Поскольку входные температуры по газу у каждой пары одинаковы, а сами пары включены по нагреваемой жидкости последовательно, нет необходимости решать систему уравнений для всех элементарных теплообменников комплекса, достаточно найти удобные представления для противоточной и прямоточной схемы включения пар, поскольку они в элементарных перекрёстноточных общей схеме повторяются, теплообменников для расчётной Д-1Я пары перекрёСТНОТОЧНЫХ тепло-

схемы котла-\тилизатора

обменников, включенных с оощим противотоком (рисунок8), известны входные температуры Г2П и гЬь и массовые расходы теплоносителей ттт„, и другие параметры задания на поверочный расчёт.

В первом приближении найдена тепловая эффективность теплообменников 7]1 И Т]2.

= "2 = !гЕ!Г; (2)

£1Ц-С121 ''11 "21

Выражая отношение теплоёмкостей через температуры:

£2ц-С212 _ Ни —И-12 — д. (3)

£2„-С221 ~~ П1г-П21 ~ '

Рисунок 7- Комплекс из

/Ьг ©

Ч

Рисунок8- Расчетная схема комплекса из двух теплообменников, включённых противоточно

Из схемы на рисунке8 следует:

г212 = П11;1221 = Л22 (4)

Таким образом получена система из четырех уравнений связи параметров с четырьмя неизвестными. Решая систему, поэтапно заменяя неизвестные переменные, получим:

И22 = П2

(Ч1-Я)

Счг-1)(т/2-1)-1

(5)

(6)

Г112 = Г2П - Я(г222 - Г121);

Аналогично может быть рассмотрена прямоточная схема включения двух перекрёстноточных теплообменников.Таким образом, определены концевые температуры противоточного и прямоточного комплексов теплообменников.

На базе полученных соотношений и при использовании известных подходов, разработана методика поверочного расчёта котла-утилизатора новой конструкции. Блок схема поверочного расчёта котла-утилизатора приведена на рисунке9.

В четвёртой главе на базе алгоритма, разработанного в разделе 3 данной работы, создана программа поверочного теплового и газодинамического расчётов котла-утилизатора рассматриваемой схемы.

Расчёты выполнены для номинального режима нагрузки 883 кВт.

Область изменения параметров и шаги их изменения находятся следующих пределах:

Длина труб -£т= {1,25; 1,5; 1,75; 2,0}, м;

Количество рядов труб -пр = {4; 6; 8; 10};

Диаметр входного патрубка-!),, = {300; 350; 400; 450; 500} мм.

Рисунок 9 - Блок схема поверочного расчёта котла-утилизатора

Выполнение расчётов с перебором всех варьируемых параметров на всех уровнях соответствует расчётному полному факторному эксперименту с количеством опытов 80.

Полученные результаты представлены как % = /,(яр, /,,.) и на рисунке 10. Из графиков следует, что функции т|к и АРК монотонно убывающие, либо монотонно возрастающие в пределах исследуемой области. Экстремумы внутри области варьирования факторов отсутствуют. Для поиска наилучшего варианта конструктивных соотношений котла-утилизатора целесообразно построить обобщённый параметр совершенства котла-утилизатора как

й = ар- йА-ау,

где й^.йр, йА, - безразмерные индексы желательности Харрингтона для тепловой эффективности, сопротивления, площади и объёма соответственно. Индексы желательности могут быть определены по функции желательности вида (I = ехр[— ехр(— уг)].

4/г-

Рисунок 10 - Зависимость г|к и ДРК в функции пр и L, для котла с D„ = 450 мм

Определены пределы изменения каждого из параметров в рассматриваемой фуппе

Лк = (0,786.....0,91}; АРк = {1,2.....0,72}

А = {72,16, ...,40,3}; V = {1,41.....0,723}

^Выполнив кодировку табличных значений г|к, ДД, А, V, приведем их к безразмерной форме для их общей шкалы желательности: УTiki = 28,25 • riki - 22,7; уд№ = 8,255 - 7,3 • aPkl; yAi = 7.43 - 0,11 ■ Ai; yVi = 7,247 - 5,49 • V,.

На основе данных по формулам вычислены величины у,, ¿/„ Д. В соответствии с полученными результатами наилучшим обобщенным параметром совершенства обладает вариант котла с параметрами £>в = 450 мм, пр = 8, ¿т = 1,25 м. Для этого варианта скорость газа во входном патрубке &)гвх=18 м/с; скорость поперечного обтекания труб первого ряда в узком сечении а>Г;=15 м/с. Таким образом, на начальном этапе проектирования можно рекомендовать значения соГ{ = 15±3м/с; ыгвх = 18±4 м/ с;,количество рядов труб птр = 6... 8, длина труб в пучке ¿тр =

С целью экспериментальной проверки правильности выполненного анализа, выводов, расчетных формул и методики разработан натурный образец котла-утилизатора новой конструкции и проведены его испытания в составе теплогенерирующей установки на эксплуатирующимся объекте.

Котёл-утилизатор проектировался для совместной работы с дизелем Са1егрШаг 3508 при номинальных параметрах газов перед котлом /г = 430 °С; /итг = 3294 кг/ч. Число рядов труб 8, длина трубного пучка 1,5 м. Трубки котла-утилизатора имеют размер ¿/,р = 20 мм при толщине стенки 1,0 мм. Материал трубок, трубных решёток, корпуса и элементов крепления сталь коррозионно-стойкая 12Х18Н10Т. Количество ходов по воде - 4. Габаритные размеры: длина от фланца входного до фланца выходного 2120 мм, диаметр корпуса наружный 610 мм, диаметр патрубков входа и выхода газов внутренний 250 мм. Масса котла-утилизатора 690 кг. Расчётная теплопроизводительность 290 кВт. Котёл-утилизатор установлен в систему по схеме на рисунке 11 (схема ТЭС).Промышленно-экспериментальная установка показана на рисунке 12.

1,25 ...1,75.

А

^ КАДДИ

едиавмямь

шиш/ дат

Рисунок 11 Схема включения котла-утилизатора в состав тепло-электрогснерирующей установки

Рисунок 12 Промышленно-эксперименгальная установка Относительные предельные погрешности при определении г)кэксп не превышают 2,2 %, при определении ДРКЭКСП не превышают 2,3 %. В графической форме результаты испытаний показаны на рисунке 13.

Рисунок 13 - Зависимости //,. и ЛРК котла-утилизатора от расхода газов (расчёт и эксперимент)

На базе разработанной методики поверочного расчёта котла-утилизатора новой конструкции и экспериментальной проверки его характеристик с участием автора данной работы на предприятии ООО «Гидротермаль» (г. Н. Новгород) разработан типоразмерный ряд котлов-утилизаторов (КУВИв) для совместной работы с главными и вспомогательными судовыми дизелями мощностного ряда от 200 кВт до 2500 кВт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведён анализ конструкций, принципов действия и методов расчёта судовых котлов-утилизаторов показал перспективность применения водотрубной схемы с многократно-перекрёстным током теплоносителей. Конструктивное исполнение нового котла-утилизатора увеличивает тепловую эффективность при уменьшении массогабаритных показателей и допустимом газодинамическом сопротивлении.

2. Разработана эффективная тепловая и гидро-газодинамическая схема водотрубного котла-утилизатора.

3. Разработана исследовательская математическая модель котла-утилизатора с распределёнными параметрами. Расчётное исследование подтвердило заложенные в конструкцию котла-утилизатора гипотезы и выявило направления совершенствования его проточной части.

4. Тепловая схема котла-утилизатора рассмотрена как комплекс пар перекрёстноточных теплообменников и получены уравнения связи параметров температур, тепловой эффективности и полных теплоёмко-стей теплоносителей для каждого элемента комплекса.

5. На базе полученных уравнений связи параметров разработаны алгоритм и блок-схема поверочного расчёта водотрубного когла-угилизатора, а также основные положения методики его проектирования.

6. На основе анализа расчётно-экспериментальных данных по исследованию параметров котла-утилизатора в зависимости от основных геометрических характеристик найдена область максимума комплексного показателя эксплуатационной эффективности котла-утилизатора.

7. Предложена базовая конструкция судового водотрубного котла-утилизатора с многократно-перекрёстным током для нужд речного и морского флота.

8. Полноразмерный водотрубный котёл-утилизатор построен и испытан на промышленно-экспериментальном стенде. Экспериментально

£

подтверждены основные положения расчётных методик и выработанных проектных рекомендаций.

9. На базе выполненной исследовательской работы на предприятии пользователе результатов разработан типоразмерный ряд котлов-утилизаторов для дизельных установок мощностью от 200 до 2500 кВт.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Валиулин С. Н., Пискулин В. Г., Шабаров В. В. Проектирование водотрубного котла-утилизатора на базе численного моделирования тепловых и гидрогазодинамических процессов. /У Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - №1 (февраль), 2014. - с. 48 - 54 .

2. Шураев О. П., Пискулин В. Г. Математическая модель и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов для судовых энергетических установок. // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. - №2 (октябрь), 2013.-с. 169- 173.

Публикации в других изданиях

3. Пискулин В. Г. Результаты разработки кожухотрубных теплообменников для тяжелых условий эксплуатации. // Вестник ВГАВТ. Выпуск 32. - Н.Новгород: Изд-во ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2012. - с. 219 - 223.

4. Валиулин С.Н., Гайнов A.A., Пискулин В.Г.. Бевза Д.И. Утилизационный газотурбинный двигатель. Возможность и целесообразность. // Сборник трудов Международного промышлснно-экономического форума «Великие реки 2013». - Н.Новгород: Изд. ФГОУ ВПО «ВГАВТ», 2013.-с. 23-25.

5. Пат. на полезную модель 149538 Россия, МПК F28D7/12. Комбинированный теплообменник-утилизатор. / H.H. Бурдастов, С.Н. Валиулин, О.В. Пыжов, В.В. Хуртин, В.Г. Пискулин. - №2013127454/06; Заявл. 17.06.2013; Опубл. 10.01.2015.

Подписано в печать 03.08.2015. Формат 60 х 80 1/16 Бумага офисная. Печать лазерная. Тираж 100 экз. Заказ 2

Отпечатано ИП Тюрюмин 603000 Нижний Новгород, ул. Малая Ямская, 36.