автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Рациональная организация воздухообмена в машинных залах компрессорных станций магистральных газопроводов

1 0 ФЕВ 1998

На правах рукописи

Дубенков Сергей Васильевич

РАЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВОЗДУХООБМЕНА В МАШИННЫХ ЗАЛАХ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИИ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ

Специальность 05,23.03 - Теплоснабжение, вентиляция.

кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Соискатель

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в Ухтинском индустриальном институте.

Научный руководитель - доктор технических наук.

старший научный сотрудник Г. И. Позин

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор А. А. Рынкевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Г. Я. Крупкин

Ведушая организация: Гипроспеагаз (г. Санкт-Петербург)

/Згас

Зашита состоится "-{.9."1996г. на заседании диссертационного совета К 063.31.03 в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 196005.* г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул.", д. 4. ^¡ХЛ ^аСс^И^Ь

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке университета. л

Автореферат разослан " 19г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук,доцент г. П. Комина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современный этап научно-технического прогресса в газовой промышленности характеризуется повышением требований к газотрасяортном/ оборудованию, одним из основных элементов которого являются газотурбинные установки (ГТУ), используемые в качестве приводов нагнетателей газа. Основным параметром, характеризующим работу ГТУ, является ее мощность, которая имеет тенденцию к увеличению. Рост единичной мощности ГТУ приводит к увеличению тепловыделений в помещение машинного зала, что вызывает необходимость совершенствования вентиляции этих помещений.

Существующие способы организации воздухообмена и воздухорас-пределения не позволяют, как показал опыт эксплуатации компрессорных цехов (КШ с ГТУ, получить оптимальное решение вентиляции. Это связано с отсутствием хорошей технологической базы, а также с использованием морально устаревших технических решений вентиляции.

Проведенные исследования показали, что в. большинстве машинных залов компрессорных станций (КС) метеорологические условия в значительной степени не отвечают как санитарно-гигиеническим, так и технологическим.требованиям.

То обстоятельство, что число многомашинных цехов на КС достаточно велико ( в частности, только на газопроводе Пунга - Ухта -Торжок их количество равно 25 ), определяет актуальность настоящей работа

Кроме того, предлагаемые решения вентиляции могут быть использованы и для других подобных объектов, например, машинных залов теплоэлектроцентралей.

Цель и задачи работа целью диссертационной работы является улучшение состояния воздушной среды в рабочих зонах машинных залов КС путем совершенствования методов организации и расчета вентиляции.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие основные задачи:

- выявить характер циркуляции воздушных потоков и теплообмена как в условиях естественного движения конвективных струй, так и при использовании специальных средств управления ими;

- изучить закономерности распределения параметров воздушной среды по рабочим зонам помещения при различный способах подачи и удаления воздуха в сложных условиях развития конвективных потоков;

- определить требуемый воздухообмен на основе разработки приближенных математических моделей тепловоздушных процессов;

- разработать инженерный метод расчета воздухообмена и возду-хораспределения и рекомендации по рациональной схеме организации воздухообмена;

- оценить технико-экономическую эффективность систем воздухо-распределения и произвести внедрение результатов работы.

Решение поставленных задач потребовало применения различных методов исследования - приближенного математического моделирования вентиляционных процессов в сочетании с натурными наблюдениями и исследованиями на физической модели,

научная новизна. Разработана приближенная математическая модель тепловоздушных процессов в машинных залах КС магистральных газопроводов (ИГ). Изучены процессы управления конвективными потоками путем воздействия на них воздушных струй и конструктивных элементов< влияющих на условия развития тепловых потоков. Теоретически получены и экспериментально подтверждены зависимости для определения коэффициента воздухообмена в машинных залах нг.

Практическая ценность. Разработаны рациональные схемы организации воздухообмена в холодный и теплый периоды года, позволяющие обеспечить параметры микроклимата при экономичном использовании энергоресурсов.

Внедрение результатов работы. Основные результаты исследований и разработанный метод расчета воздухообмена положены в основу проекта реконструкции систем вентиляции машинных залов компрессорной станции кс-11 Синдорского ЛПУ нг Предприятия Севергаз-пром. Годовой экономический эффект от внедрения системы вентиляции составил 57.9 тыс. руб. (в ценах 1984г.)

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 3 Всесоюзной межвузовской конференции в

Кишиневе в 1978г.. на Всесоюзной научной конференции в Челябинске в 1981г., на Международной конФерешшииВоздух-95" в Санкг -Петербурге в 1995г., на Международной юбилейной научно-технической конференции в санкт-петербурге в 1997г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ и получено решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, четырех глав> заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации 282 страницы, в том числе 142 страницы основного текста, 60 рисунков на 40 страницах, 13 таблиц и 100 страниц приложений, Библиография включает 131 наименование на 11 страницах.

Автор своей работой чтит память учителя и друга |Тетеревникова В.Н.1, а также выражает глубокую благодарность всем друзьям и коллегам за бескорыстную помошь и поддержку.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

В системах магистрального транспорта газа основным технологическим звеном являются КС.

Наибольшее распространение получили КС с газотурбинным приводом нагнетателей газа, которые чаше всего применяются в северных климатических условиях для перекачки газа от месторождений Республики Коми и северной части тюменской области. Одним из таких газопроводов является газотранспортная магистраль Пунга-Ухта-тор-жок.

При использовании газотурбинного привода различают два строительно-технологических решения, первое - размещение в одном здании нескольких (2-6) установок (многомашинная компановка), второе - каждая установка размешается в отдельном здании (блочное исполнение), Для обоих вариантов газотурбинная установка и нагнетатель газа размешены в разных помешениях. Валы обоих агрегатов соединяются через сальниковые уплотнения в перегородке этих помещений.

Конструктивное устройство вентиляции в машинном зале для базового варианта и схема циркуляции воздушно-тепловых потоков приведены на рис. 1.

Рис. 1. Схема циркуляции воздушно-тепловых потоков при базовом варианте вентиляции машзала 1-ГТУ; г-газоходы; 3-местный отсос; 4-вытяжной вентилятор; 5-лриточная система; 6-дефлектор; т-зап нагнетателей газая - верхняя рабочая зона; II - зона приточной струи; III - циркуляционная зонаЯУ - зона конвективного потока; Y - зона ниспадающего потока; YI -нижняя рабочая зона; VII- зона формирования конвективного потока от газохода; Буквами обозначены границы зон.

ширина машинных залов 15м, длина от 51м до 120м и высота 1бм. В машинных залах имеются плошадки для обслуживания ГТУ на otm. 4. 800 или 5. 100m.

Расстояние между осями ГТУ составляет 1бм. они размешены на площадках обслуживания (отм.4.600 или 5.100м).Каждая турбина имеет два газохода диаметром 1,7 - гм. Оси газоходов расположены на отм. 3. зоом, т. е. ниже плошадок обслуживания. Расстояние между осями газоходов по горизонтали 12м. Газотурбинные установки для локализации тепловыделений снабжены трехсекционными кожухами -укрытиями с размерами 9 х 4 х 2 (Ю ми воздуховодами местных отсосов диаметром о. 8м.

" особенности размещения основного тепловыделяющего технологического оборудования по высоте машинного ¡зала в пределах отм. 2 -8м вызывают значительную неоднородность температурных полей в объеме помещения.

данные, полученные б результате натурных исследований, показывают, что имеют место низкие температуры воздуха в холодный период (от -5 до -ю°С) в нижней части машинных залов, где размешены места производства ремонтных работ,

в то же время в рабочей зоне плошадок обслуживания наблюдаются повышенные температуры воздуха до 50°С в холодный период года и до 57°с в теплый период при умеренных температурах наружного воздуха.

По данным исследований с учетом правил определения удельных избытков теплоты последние для площадки обслуживания составляют:

- в теплый период года - 60 Вт/ ма;

- в холодный период года - 50 Вт/ м? Нормативные требования к воздушной среде машинных залов КС должны быть ориентированы на ремонтный персонал согласно Г0СТ12,1.005-98.

Кроме гигиенических требований к параметрам микроклимата в машинных залах КС имеют место и технологические. Повышенные температуры воздуха в объеме машинного зала отрицательно сказываются на работе средств автоматизации и контроля технологического процесса и приводят к достаточно быстрому разрушению электролиний питания осветительных приборов, лебедки и механизма перемещения кранбалки, расположенных между отметками ю. 000м и 13.000м.

Основными источниками выделений теплоты в машинных залах КС являются:

- кожухи - укрытия ГТУ;

- газоходы ;

- воздуховоды местных отсосов.

выделения теплоты вышеуказанными элементами - теплоисточниками определены расчетами по известным зависимостям для естественно - конвективного теплообмена по специально разработанной рабочей методике. Для измерений температур на тепловыделяющих поверхностях использовалась медь - константановая термопара с потенциометром УПИП-50,

Общие тепловыделения от ГТУ, газоходов и воздуховода местного отсоса составляют более 100кВт. количество удаляемой системой местного отсоса теплоты - 250квт.

величины потерь теплоты через наружные ограждения в расчете на один агрегат составляют 87,5 кВт.

конструктивные решения вентиляции машинных залов КС с газотурбинными установками основаны на схеме вентилирования "снизу-вверх" (рис, 1,).

В результате анализа отечественного и зарубежного опыта вентиляции помещений с мощными источниками теплоты, а также выполненных натурных исследований на КС можно отметить следующее:

- при разработке проектов вентиляции машинных залов не учтены закономерности движения вентиляционных струй и тепловых потоков и не использованы возможности управления последними;

- не обоснована принимаемая при расчетах воздухообмена величина коэффициента воздухообмена (принято К1=1,25),*

- расчет необходимого воздухообмена производится на основе устаревшей методики, не учитывающей реальной картины движения воздушных и тепловых потоков в помещениях второго класса - машзалах КС и дающей ошибочные решения;

- используются громоздкие, ненадежные и малоэффективные конструкции НО;

- при наличии значительного теплового потенциала удаляемого воздуха не применяются технические решения по его использованию,

Из-за удаленности газотурбинных установок друг от друга в многомашинном зале при расстоянии по осям ГТУ 16 м отдельные циркуляционные течения, возникающие над каждым агрегатом, практически не взаимодействуют между собой, поэтому для последующих экспериментов выделен вентиляционный модуль машзала с одной ГТУ.

В результате анализа существующих решений вентиляции машинных залов с ГТУ-10 и выполнения экспериментальных и теоретических исследований, а также с учетом достоинств ряда способов вентилирования подобных помещений разработан новый принцип вентиляции машинных залов.

Конструктивное устройство вентиляции машинного зала с ГТК-10 приведено на рис. 2 из расчета на одну одну установку.

В результате применения ограждающих элементов 1 расход воздуха в конвективной струе над ГТУ уменьшается, а избыточная температура в ней возрастает. При этом удаление тепловых потоков от ГТУ могут осуществить усовершенствованные системы обшеобменной вытяжки через отверстия в перекрытии и колпаки.

Рис.2. схема опытной вентиляционной системы

1 - ограждения ГТУ; 2 - вытяжной колпак;з - вытяжные воздуховоды; 4 - полукольцевое сопло; 5 - вентилятог системы управления конвективными потоками от газоходов; б - вытяжные отверстия; 7 - клиновой воздуховод; 8 - приточная система; 9 - ГТУ; ю - газоходы

для локализации тепловыделений от газоходов предлагается использовать систему струйной зашиты. Такая системы включает в себя полукольцевое сопло 4, через которое подается вентилятором ! воздух вдоль газохода. Для удаления нагретого воздуха служит от' верстие б в наружной стене или во втором варианте - нагретый воздух поступает в приемную камеру, откуда вытяжным вентиляторо] удаляется наружу. Скорость выпуска воздуха из полукольцевого con ла должна быть минимальной, но обеспечивающей полную локализаии тепловыделений от газохода. Эта система предназначена для работ] только в теплый период.

в холодный период предлагается использовать систему обдув газохода вертикальной струей воздуха в направлении пола (отм о. ООО) с целью отопления нижней рабочей зоны, Для работы это системы используется тот же вентиляторный агрегат 5, что и в сис теме сдува 4» 5. выпуск воздуха осуществляется через воздуново равномерной раздачи 7.

Приток воздуха на компенсацию вытяжки принципиально не отличается от проектного, т. е. устраивается в рабочую зону на отм, 4.600 (5. Ю0)м, но для выпуска воздуха используются воздухораспределители, образующие конические струи, например при при т=0. 7 - 0. 9.

Для реализации предложенной схемы вентилирования машинных залов КС необходимо было произвести исследования организации воздухообмена как в условиях естественного движения конвективных струй, так и при использовании специальных средств управления ими. к последним (рис. £) относятся ограждения ГТУ 1, полукольцевые сопла 4 и воздуховоды равномерной раздачи 7 для отопления нижней части машзала.

Вопросами организации и определения воздухообмена занимались многие специалисты в области отопительно-вентиляционной техники. Наибольший вклад в этом направлении сделали В. в. Батурин, В. Н. Богословский, Н.и.гримитлин, г.Н.Позин» ю.А.Табунщиков, И.А.Шепелев, Е. о. шилькрот, в. и. Эльтерман и др.

А. А. Рымкевичем предложен метод оптимизации систем вентиляции и кондиционирования воздуха на основе комплексного подхода.

Анализ этих работ позволил сделать следующие выводы:

- расчетная величина воздухообмена непосредственно связана с коэффициентом воздухообмена К1;

- величина К1 зависит от схемы организации воздухообмена, объемно-планировочных решений помещения и характера выделения вредностей;

- экономически и технически целесообразно применение систем воздухораспределения с переменным значением коэффициента воздухообмена в течение годичного цикла их работы;

- наиболее эффективно определять II с использованием приближенных математических моделей.

Изучению закономерностей конвективных струй посвяшены работы многих отечественных исследователей Г. Н. Абрамовича, И. И. Гримитли-на, я. Б. Зельдовича, и. А. Шепелева, в. н. эльтермана и др., а также зарубежных - п. Брэдшоу, и.Джалурия, Л.Прандтля, т. сэбиси, в. Шмидта и др.

В научно-технической литературе расчетные зависимости приводятся чаше для основных участков свободных конвективных потоков, развивающихся над источниками правильной Формы. Начальные участки конвективных потоков над пластинами исследовались ю. и. кааем, И.А.Шепелевым, в. м. Эльтерманом, над нагретыми кубами - в. Н. Забелиным, над моделью электролизера - В. В. Дерюгиным, Ю. А. Сметанкиным, Ю. И. Яковлевым. Исследователи отмечают, что параметры конвективных струй на начальном участке зависят от формы и размеров источника, условий подтекания воздуха.

это обстоятельство затрудняет использование известных зависимостей для конвективных потоков, развивающихся в стесненных условиях вблизи источников сложной конфигурации. В этом случае закономерности конвективных струй требуют уточнения на модели.

Влияние условий подтекания окружающего воздуха к источнику теплоты и формы последнего на закономерности развития конвективных струй изучались многими исследователями. Наибольший интерес представляют работы О. н. Тимофеевой и в. И. Куницы.

Большой вклад в Формирование представлений о процессах движения тепловоздушных потоков при вентиляции помещений с избытками теплоты внесли экспериментальные исследования Н. В. Акинчева, В. В. Батурина, э. и. Реттера, И. А. фрухта, В. И. Эльтермана и др.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КОНВЕКТИВНЫХ СТРУИ

Существенное влияние на развитие конвективной струи оказывает способ установки и форма источника теплоты.

Расчетная схема конвективной струи над источником теплоты в машинном зале для предложенной схемы вентилирования приведена на рис. з. в рассматриваемом случае источник теплоты 1 (ГТУ) несколько заглублен по сравнению с ограничивающими шитами 2. за теп-лоотдаюшую поверхность принята условная горизонтальная поверхность з на уровне ограничивающих теплоизолированных шитов. при таком размещении источника теплоты за расчетную схему конвективной струи в первом приближении принята схема Формирования конвективной струи над источником, установленным на подставке.

Рис. 3. Расчетная схема конвективной струи над источником теплоты

1 - источник теплоты (ГТУ); 2 - ограничивающие шиты; 3- условная нагретая поверхность; 4 - ядро струи; 5 -разгонный участок; б - граница разгонного участка; 7 -основной участок струи; 8 - вытяжной колпак,

В соответствии с методом интегральных соотношений система дифференциальных уравнений для рассматриваемого участка имеет вид:

- уравнение количества движения:

- уравнение энергии:

- уравнение неразрывности:

а (рцуЪ 1 0

Ьг а*

Еосле интегрирования дифференциальных уравнений с учетом начальных и граничных условий и преобразований система интегральных соотношений при = 1 примет вид:

1т*

= 6« * й'*1?)*

1 у« о и - а

в результате численного расчета с использованием метода Рун-ге-кутта определено положение верхней границы разгонного участка. Выполнено объединение результатов численного расчета разгонного участка и аналитических решений основного участка конвективной струи (рис. 4.} для определения температуры удаляемого воздуха при расчете математической модели.

У "Ъч /г и ю- 128-

X \ Дм •

А \

1 4- ¿Л- и,- —

О 1 1 3 4 5 6 7 6 Е,м

Рис. 4. Результаты расчетов осевой скорости Шт). избыточной температуры на оси ! лш) и границы струи (у2)

РАЗРАБОТКА ПРИБЛИЖЕННЫХ ШЕНАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕПЛ0В03ДУШНЫХ ПРОЦЕССОВ В МАШИННЫХ ЗАЛАХ КС

В 70-80 г. г. Г. Н. Позиным были разработаны основные принципы

приближенного математического моделирования тепловоздушных процессов в вентилируемых помешениях. они заключаются в описании расчетной схемы циркуляции потоков теплоты и „массы, представлении помещения как конечной совокупности характерных объемов и поверхностей, для которых составляется система балансных уравнений, решаемая относительно неизвестных температур.

Для машинных залов КС, в которых основное технологическое оборудование (ГТУ с газоходами) размешено в нескольких уровнях, картина движения потоков теплоты сложна. Без дополнительных исследований выявить ее становится практически невозможным.

При решении этой проблемы были выполнены исследования на Физической модели для выявления схемы циркуляции потоков теплоты и массы в модуле на одну гту многомашинного зала, для этого использовался метод визуализации воздушно-тепловых потоков.

Исходные данные для расчета физической модели выбраны по результатам натурных исследований и расчетов теплового баланса.

в результате исследований на физической модели для двух расчетных периодов года выделены следующие характерные зоны(обьемы) тепло- и массообмена (рис. 5):

г у щ I -

Рис. 5. Расчетные схемы тепяовоздушного баланса в холодный период (а) и теплый период (б) года

- в холодный период -

I - рабочая зона верхней плошадки обслуживания (отм. 5. юом); II- приточная струя; III- верхняя циркуляционная; IY - основная конвективная струя над ГТУ; Y - ниспадающий поток вдоль наружной стены; YI - рабочая зона нижней части помещения (отм. 0. ОООм); YII- приточная струя, нагреваемая при поперечном обтекании газохода (отопительная струя).

- в теплый период -

I,III,IY - те же, что и в холодный период; Y - приточная (настилающаяся ) струя, нагреваемая при продольном обтекании газохода; YI - рабочая зона нижней части помещения (отм. О. ОООм).

Для всех зон составлены уравнения теплового баланса.

В совокупности уравнения составляют систему, которая является математической моделью тепловоздушных процессов в вентилируемом машинном зале КС, представленную в матричной форме (с,16).

Уравнения воздушно-теплового режима в матричной Форме решевы на ПЭВМ с помощью одной из стандартных программ относительно неизвестных температур.

В расчетах варьировались:

- температура (toi) приточного воздуха ( в холодный период) в пределах возможностей регулирования воздухораспределителей (BP) при обеспечении на входе приточной струи в рабочую зону требований нормативных документов (toi = 4 - Ю°С с интервалом 3°С);

- соотношения расходов приточного воздуха, подаваемого в направлениях рабочей (Gol ) и верхней ( бовз ) зон в пределах Gol/Совз = 0.21 - 0.40 при суммарном расходе в холодный период 7, зкг/с и 6.4кг/с - в теплый;

- соотношения расходов воздуха в струе на входе в рабочую зону ( Gel ) к расходу (Gol) на выходе из воздухораспределителя (типа ПРИ) в пределах Ge i/Gol =7.5-9.5;

- расход воздуха в конвективной струе ( GK ).

Расчетами для частного случая машинного зала с ГТУ-10 при постоянных (расчетных) значениях показателей теплового режима помещения получены значения искомых температур.

Результаты расчетов основных температур (tP3l, tB, ty) обработаны с помощью ПЭВй и представлены в виде графиков этих температур от toi.

Анализ графических зависимостей для холодного периода показал, что факторами, влияющими на основные показатели (tpsi, Kl)

Расширенная матрица системы балансных уравнений воздушно-теплового режима в холодный период года

"Ьс! Ьпс 1 63 и 1сг 1рзг

-Ср&с| 0 0 0 -Ср С-ИБ (Ьм+Ср-СгДн +

0 Ср&С1 0 -Ср&сгУ 0 0 0 СР' |

0 0 0 0 "Ол^пт^н " -Ср'С-овг'^О!

0. 0 0 Ср-Ок 0 0 (Хк

0 0 ср(&пс+С-И5) 0 0 0

0 0 0 0 0 -Ср -С-с г ^пг^гл +ЛгиИн

0 0 0 о. 0 СрС-сг -Ср (&сг* -Оог)

Расширенная матрица системы балансных уравнений воздушно-теплового режима в теплый период года

"Ьраг

0 0 0 0

-^(гу; 0 0 "йвз--Ср'О-обг* "Ьн

0 0 0

0 0 0 СрСгсг "Ср'&с» "Ср'&оЬ'Д^б -- &Г1 - йгг.

0 0 "Ср'С-оз 0

Если боз - воб > О , то а =1; Если Соз - Соб < о , то а =0; Рассматривается случай при боз - воб = о иЛв = 1°с. (где величина^ учитывает нагрев воздуха в вентагрегате).

работы систем вентиляции в исследованном диапазоне варьируемых параметров являются температура приточного воздуха и расход воздуха в конвективной струе (рис. б, И).

Кх.

С 7°С Ш°С (ЗеС

6

9

10

&к,кг/с

Рис. б. Результаты расчета К1 при переменных значениях ск

В теплый период грзь гу и К1 при расчетном значении температуры наружного воздуха и постоянстве основных характеристик теплового режима машзала(ок. Орзь овз, опот и др) не зависят от ск.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗДУХООБМЕНА

Программа экспериментальных исследований включает в себя следующие направления:

- разработку Физической модели машзала КС, изучение на ней схем циркуляции тепловых и воздушных потоков, проверку результатов математического моделирования;

- изучение способов управления конвективными потоками в целях снижения тепловыделений в помещение машзала и отопления его нижней части.

Моделируемый объект представляет собой модуль на одну ГТУ с размерами 20х15х1б(Н) м. принятый геометрический масштаб С1=о.05,

На основе общепринятой методики, усовершенствованной В. В, Дерюгиным, определены основные масштабы моделирования.

При выполнении экспериментальных исследований использована конструкция физической модели, разработанная по заказу института "Гипроспеигаз-в рамках договора о творческом содружестве. В Физической модели реализована схема . опытной вентиляционной системы (рис. 2).

Конструкция модели приведена на рис, 7.

с использованием Фрагмента Физической модели - газохода, выполнены исследования по определению основных параметров процессов управления конвективными потоками от него.

Лабораторная установка приведена на рис. 8. Результаты экспериментов представлены на рис, 9 (а,б) в виде зависимостей количества теплоты (Оот) для отопления нижней части машзала и границы сдува конвективной струи <угр) в расчетном сечении ( отверстие б, рис. 2) от отношения импульса соответствующей струи (Ю2, ЮЗ) к количеству теплоты, передаваемой естественной конвекцией {(Ж) от газохода ГТУ.

Рис. 7 Схема Физической модели 1 - стенки модели; 2,3 . - нагреватели; 4-плошадка обслуживания; 5 - модель ГТУ; б - ограждения ГГУ; 7- модели газоходов; 8 -клиновые ВР; 9 - полукольцевые ВР; 10 - колпак вытяжной системы; 11,16- мерные участки; 12, 15 - вентиляторы ; 13, 19, 20 - шиберы; 14,18,21-датчики термоанемометров; 17 - регулятор расхода; 22-25- элементы координатного устройства; 26-36-термопары контроля; 39- ВР приточной системы.

А У

Рис. 8 Схема лабораторной установки для исследования процессов управления конвективным потоком от газохода 1-моделъ газохода; 2-шелевой ВР;2'-ВР с полукольцевой шелью; 3-вентилятор; 4- - мерный участок; 5- регулятор расхода; б,11-термоанемометры; 7, ю-датчики термоанемометров; 8,16- ЛАТРы;9-изме-ритель электрической мощности;12,13-лабораторные термометры; 14 -координатное устройство; 15 - воздухонагреватель.

Угр, м

/

)

/ л V 5

О 5 10 15

Рис. 9 Зависимости величин Ю2ЛЖ от угр (а) и ЮЗ/ОК от Оот

Влияние шитовых ограждений ГТУ на расход воздуха в конвективной струе исследовалось на другом фрагменте Физической моде-ли(рис. 10) с использованием метода планирования эксперимента.

Результаты исследований обработаны и представлены в виде зависимости

1/3 5/3 1 - 21 7/3

ьк = 12,0 сзк * г (-) ,

ъ

позволяющей определить расход воздуха в стесненной конвективной струе для условий эсперимента,

Расход воздуха в данном случае составляет 62,5/. от расхода в свободной струе.

Все вышеперечисленные эксперименты выполнены с целью обеспечения полноты исходных данных для математического и Физического моделирования.

Рис. ю установка для оптимизации высоты ограждений ГТУ 1 - модель ГТУ; г, г' - блоки ограждений; 3 - теплоизолирующее основание; - ЛАТР; 5 - электроизмерительный комплект; 6,7 -термоанемометр с датчиком; 8 - координатник; 9-и-модель внутренней стены машзала; 12- вентилятор; 13 - воздухонагреватель; 15, 16 - дифференциальная термопара; 17 - милливольтметр.

Один из этапов исследований посвящен определению высоты колпака» обеспечивающей эффективное удаление конвективной теплоты от ГТУ. опытами установлена оптимальная высота колпака с учетом размеров типовых строительных конструкций - 2.4м.

Исследования на Физической модели выполнены для температур приточного воздуха от до 13йс с интервалом в з°с.

Обработка результатов этих исследований позволяет сделать вывод почти о полной адекватности математической и Физической моделей, которая может быть отражена с помошыо графических зависимостей (РИС. II).

Kl

JiiL—

W*

А 7 1 0 13

-01

Рис.и зависимости tP3l,tB3,ty (а) и XI (б) для Физической(Ф) и математической(м) моделей от toi

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Основные результаты исследований и вытекающие из них выводы сводятся к следующему:

1. в процессе натурных исследований выявлена значительная неравномерность распределения температур по объему помешения машинного зала КС и несоответствие температур в рабочих зонах нормативным требованиям.

2. Выявлена схема циркуляции тепловых и воздушных потоков и определено их влияние на температурный режим машзала КС.

3. На основе натурных исследований и анализа современного состояния в области организации воздухообмена предложена новая схема вентилирования машзала (рис. 2).

основным техническим решением этой схемы является использование вентиляционных средств управления тепловыми потоками от крупногабаритных источников теплоты с целью перераспределения тепловыделений в объеме помешения.

4. Для предложенной схемы организации воздухообмена составлена приближенная математическая модель тепловоздушных процессов. В результате решения систем уравнений выявлены параметры, определяющие воздушный режим машинного зала КС. и получены значения коэффициентов воздухообмена (К1) при переменных величинах вышеуказанных параметров( в частности, температуры приточного воздуха и расхода воздуха в конвективном потоке),

5. В процессе исследований на математической модели доказана достаточно высокая эффективность предложенных решений с использованием систем управления конвективными потоками от газоходов и ГТУ, Величина коэффициента воздухообмена XI достигает 3.0, что обусловлено устройством вытяжки непосредственно из зоны конвективной струи,

6. проверка математической модели, выполненная с помощью достаточно апробированного метода Физического моделирования, подтвердила достоверность предпосылок, заложенных в уравнения сохранения теплоты и массы.

т. На основе аналитических и экспериментальных исследований разработана инженерная методика расчета воздухообмена и воздухо-распределения в машинных залах КС на 2 - 6 ГТУ.

6, По результатам исследований разработан рабочий проект вентиляции машинного зала на две ГТУ для КС-И в п. Синдор Республики коми.

в проекте предусмотрена утилизация теплоты удаляемого воздуха.

9. Использование предложенного решения вентиляции только одной компрессорной станции для двухмашинного компрессорного цеха обеспечит экономический эффект в сумме 57 930рублей в год (в ценах 1964г.).

10. Предлагаемые решения вентиляции с применением систем управления конвективными потоками от крупногабаритных источников теплоты могут быть использованы при разработке вентиляционных систем других подобных производственных зданий, например, турбогенераторных цехов ТЭЦ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. чирков В.А. »дубенков с.в. .Сорокин H.A.оценка санитарно-гигиенических Факторов микроклимата основных производственных помещений компрессоных странций газопровода "Сияние Севера" //Тез. докл. 3 Всесоюзной межвуз. конф.-Кишинев, 1978. -С. 11-12.

2. Чистяков а. И., Чугунов и, а, , Чирков в. а., Дубенков с. в. Исследование состояния параметров микроклимата на кс по Ухтатранс-газ//Транспорт и хранение газа. -м., 1980. -Н2. -с. 4-ю,

3.дубенков с, в. Проблемы утилизации тепла вытяжного воздуха на компрессорных станциях магистральных газопроводов//Тез. докл. всесоюз. науч. конф. 24-25 апреля, -Челябинск,1981,-С,75-76,

4.Чистяков А. И,, Чирков в, А., Дубенков с. в. о тепловом потенциале вентиляционного воздуха//Транспорт, хранение и использование газа в народном хозяйстве/ ВНИИЭгазпром. -И., 1983. -с. 7-8.

5, Чистяков а, И., Дубенков С. в., Ермоленко н. м. Использование установок локального микроклимата в машинных залах КС магистральных газопроводов//Транспорт,хранение и использование газа в народном хозяйстве/внииэгазпром. -И., 1983. -N2. -С. 8-10.

6. Дубенков с.в.,Уляшева в. н. Вопросы обеспечения нормируемых параметров воздушной среды в машинных залах КС//Тез. докл, X науч.-техн. конф. Новополоцкого политехнического института.-Ново-полоцк, 1983. -с. 23-24.

7.Чистяков А. И,, Ермоленко н. н., Дубенков с. в. Опыт эксплуатации вентиляционных систем компрессорных цехов магистральных газо-проводов//Транспорт, хранение и использование газа в народном хозяйстве/внииэгазпром. -И,,1984. -Н4. -с. 10-12.

8. Дубенков с. В., Ермоленко H. Н,совершенствование вентиляционных систем компрессорных пехов//Газовая промышленность, -и.,1984-НЗ. -С. 28-29.

9.Дубенков с. В., Ермоленко н. Н. Организация воздухообмена в машинных залах кс//Газовая промышленность. - м., 1990. -Hl. -с. 33-35.

10.Дубенков C.B..Уляшева В.Н.Вопросы использования сбросного теп-

■ ла для повышения надежности системы очистки пылевых выбросов //

Сб.докл. международ, конф. "Воздух-95"-с. -Петербург, 1995. -с.192.

11.Позин Г. н., Дубенков С.В.Совершенствование организации воздухообмена в машинных залах компрессорных станций магистрального газопровода//Изв. ВУЗов. Строительство. -1996. -Н5. -с. 72-75.

12. Уляшева в. к., Дубенков с. в., Ермоленко н. и., Ермоленко м. н. Конвективная струя, натекающая на плоскость гладкого потолка. //Сб. докл. У съезда АВОК. -и., 1996. -С. 196-193.

13. Уляшева В.и, .Басова ю, А., Дубенков С. В., Сорокин Н, а. система вентиляции цеха с пылевыделениями.. Заявка N94042533/06 (042406). решение о выдаче патента на изобретение от 30.07.97г.

14. Позин Г. Н., Дубенков с. в., Уляшева в. м., Ермоленко Н. М. Оценка качества воздушной среды в цехах со сложными объемно-планировочными решениями с использованием приближенной математической модели//Сб. науч. тр. -С. -Петербург, 1997. -с. 16-17,

15.Дубенков с. В., Уляшева в, К., Ермоленко к. Н, Утилизация тепловых выбросов на компрессорных станциях магистральных газо-проводов//Сб. науч. тр. -с. -Петербург, 1997. -с. 69-70.

Условные обозначения: плотность воздуха, кг/м3; и, V - продольная и поперечная составляющие скорости,м/с; и*, V' - пульсационные составляющие скоростей, м/с; и\ V' - осредненные пульсационные составляющие скоростей, м/с; т, 1 - температуры, "С; Т' - осредненная пульсационная составляющая температуры,0с; коэффициент объемного расширения; 6 - избыточная температура, °С; у - безразмерная координата;1и-путь смешения; ь -массовый(кг/с) и объемный(м^ /с) расходы; О-выде-ления (потери) теплоты,Вт; ч - удельные потери теплоты, вт/с; Ро -площадь выпускного отверстия, м2; 1 -вертикальная координата,м; X, У - горизонтальные координаты,и; Ь. - высота ограждений ГТУ,м; I -импульс струи;

Индексы: Р31 - верхняя и нижняя рабочие зоны; ВЗ - верхняя зона; о1,ог,оЗ» овэ - на выпуске из ВР в Р31, на газоход и в верхнюю зону; с1,с2> сЗ - в приточной, отопительной и сдувающей струях; н-на-ружный воздух; у - удаляемый; к - в конвективном потоке;с- стена; пт- перекрытие; пл - пол; и - инфильтрация; т-турбина; и.г2,гз-первой,второй и третьей частей газохода;ш- на оси струи.