автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.01, диссертация на тему:Разработка метода расчета и оптимизация контуров с естественной циркуляцией

* и 2 н

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛГЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

БЕЛОВ Алексаццр Алексеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА И ОПТИМИЗАЦИЯ КОНТУРОВ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Специальность 05.04.01 - Котлы, парогенераторы и камеры

сгорания

А В Т, О РЕФЕРАТ

диссертационной работа на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедре Парогенераторостроение (ПГС) Новочеркасского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института имени Серго Орджоникидзе

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцент Л.Н.Безгрепков Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЛЕЛЕЕВ Н.С. кандидат технических наук, за! лабораторией БЕЛЯКОВ И.И. Ведущая организация - ПО "Красный хотелыцик"

Защита диссертации состоится "тз " гррта 1992 года в аудитории Б-409 в 14 час 00 мин.на заседании специализированного Совета К 053.16.05 Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью, просим присылать по адресу: 105835 ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул., дЛ4, Учёный Совет МЭИ.

С диссертацией моано ознакомиться в библиотеке МЭИ. Автореферат разослан "_"_1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета К 053.16.05

к.т.н. --А.И.Лебедева

- ■ Г ' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа. В настоящее время, с целью обеспечения конкурентноспособности продукции, необходимо при возрастающем объёме уменьшать время проектных разработок. Обеспечение высокого качества и уменьшение длительности ,гро~ екткьгх работ практически невозможно без использования систем автоматизированного проектирования (САПР). В качестве элементов САПР барабанных паровых котлов должны быть использованы комплексы программ для циркуляционных расчётов .

При проектировании и реконструкции котельных агрегатов с естественной циркуляцией возникает необходимость в проведении болызого числа поверочных циркуляционных расчётов. Проведение этих расчётов без использования соответствующих прикладных программ практически невозможно.

В результате поверочных расчётов должны быть получены такие коэффициенты запаса, которые обеспечат надёжную работу заданных испарительных поверхностей нагрева. Этой

цели можно достигнуть, если она в принципе достижима при применении естественной циркуляции, различными путями. При этом затраты на циркуляционную систему котла также будут различными. В качестве затрат могут рассматриваться всевозможные стоимостные характеристики, а также масса металла труб водоподво-дящих и пароотводящих систем барабанного котла. Снижение металлоёмкости - это задача, которая остаётся всегда актуальной.

Минимизацию затрат можно производить путём выбора лучшей компоновки контуров и определением оптимальных диаметров и количеств водоподводящих и пароотводящих труб при заданной циркуляционной схеме.

Задачу определения оптимальных диаметров и количеств труб, при заданных коэффициентах запаса по надёжности, решить с помощью программы, реализующей поверочный расчёт циркуляции, практически невозможно, т.к. для этого понадобится огромное количество вариантных расчётов. Поэтому должны быть разработаны специальные математические модели и соответствующие программы, которые предназначены для оптимизации конструктивных характеристик.

В настоящее время существуют различные методы и программы для циркуляционных расчетов. Однако, эти программы не могут обеспечить достаточно точное и полное решение тех . вопросов, которые возникают при проектировании и реконструкции энергетических котлоагрегатов с естественной циркуляцией. Поз тему разработка методов циркуляционных расчётов с оптимизацией конструктивных характеристик представляется актуальной задачей.

Иель работы - разработка метода и алгоритма определе-кия конструктивных параметров контуров с естественной циркуляцией на базе их гидродинамического расчёта.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- разработка единого подхода к расчёту циркуляционных контуров котлов различной сложности, включал контуры с рециркуляционными трубами;

- разработка методики оптимизации элементов циркуляционной системы котла;

- получение аналитических зависимостей для оценки оптимальнее соотношений между количествами и диаметрами труб в коммуникационна системах паровых котлов;

- анализ влияния различных факторов на массу коммуникационна груб и на показатели надёжности циркуляционных контуров барабанных котлов;

- разработка программного комплекса для циркуляционных расчётов с оптимизацией конструктивна параметров циркуляционных контуров.

Методы исследования. Основным методом исследования является метод математического моделирования с использованием элементов нелинейного программирования, метода множителей Лагража, различных итерационных методов для нелинейных уравнений и систем нелинейных уравнений, включая метод Ньютона с глобальной стратегией линейного поиска решений.

Научная новизна;

- разработана методика оптимизации конструктивных параметров циркуляционных контуров различной сложности, включая кокгуры с рециркуляционными трубами;

- получены аналитические зависимости для оптимальных соотнесений между количествами и диаметрами труб в коммуникационных трубных системах",

- установлено влияние различных факторов па массу коммуникационна труб и ка показатели надёжности циркуляционные контуров барабанных котлов.

Практическая ценность;

- разработанные пакеты прикладных программ применяются при проектировали и реконструкции барабанных зеотлоэ и позволяют выполнять поверочный и конструкторский циркуляционные расчёты;

- конструкторский циркуляционный расчёт проводится с оптимизацией количеств и диаметров подводящих и отводящих труб, что позволяет экономить массу или стоимость металла, а ташке создавать разкокадёжную систему циркуляционных контуров;

-полученные аналитический зависимости позволяют оценить оптимальные соотношения между проходными сечениями труб коммуникационных систем;

- результаты численного исследования циркуляционных контуров рекомендуется использовать при проектировании.

Реализация результатов работы. Результаты представленной работы использованы при проектировании котлов ТГМЕ-221 и ТГМЕ-222 Таганрогского завода ПО "Красный котелыдик"(1КЗ).

Апробация работы.. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на УТИ научно-практической конференции молодых учёных и специалистов Новочеркасского политехнического института (Новочеркасск,19831; на кафедре ПГС КПИ (1983-1990); на Всесоюзной научно-технической конференции "Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их решение" (Ленинград,1987); на Всесоюзной кгчфе-ренции "Теплообмен э парогенераторах" (Новосибирск,1988).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Автор затирает;

- метод расчёта циркуляционных контуров, который включает в себя модели контуров и их гидродинамический расчёт, определение изменения энтальпии из-за сноса пара в опускную

систему, определение коэффициентов запаса по застою и опрокидывании потока;

- метод расчёта оптимальных геометрических характеристик подводящих и отводящих систем;

- методику выбора циркуляционной системы котла с оптимизацией диаметров и количеств водоподбодящих и пароотводя-цих труб',

- аналитические зависимости для оптимальных отношений количеств и диаметров коммуникационных труб;

- результаты численных экспериментов по исследованию циркуляционных контуров.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, шести глав, заключения, списка литературы, двух приложений, изложенных на 206 страницах, в том числе рисунков - 38 .

Содержание работы

Во введении показана актуальность диссертационной работы, дано описание структуры работы.

В первой главе проведён обзор литературы, посвященной циркуляционным расчётам барабанных паровьтх котлов. Указаны недостатки существующих методов и программ, поставлены задачи исследования.

Во второй главе разработан метод расчёта циркуляционных контуров различной сложности, включая контуры с рециркуляционными трубами. В рассматриваемой модели элементарной структурной единицей является малый участок. Каждый элемент контура разбивается на эти участки, причём циркуляционный расход в них может быть как положительным, так и отрицательным. В зависимости от агрегатного состояния среды в малом участке, они подразделяются на 7 типов. Эти типы участков охватывают все возможные случаи, которые могут встречаться в элементах циркуляционных контуров барабанных котлов.

Для решения систем нелинейных уравнений, описывающих гидродинамику потока в циркуляционных контурах, был разработан метод расчёта среды через параллельные обогреваемые каналы. Основываясь на том, что перепад давления на каждом

из параллельных каналов равен общему перепаду давления, были получены итерационные формулы для нахождения расходов через ка-эдь'й канал. На основе полученных итерационных формул, были разработаны алгоритм и специальная подпрограмма. Работоспособность этой подпрограммы проверялась путзм сопоставления машинных и ручных расчетов, которые были проведены для параллельных панелей котлов с естественной циркуляцией, для панелей с рециркуляционными трубами этих котлов, а также для параллельных потоков котлов сверхкритического давления. Как показали расчеты, данный итерационный процесс имеет достаточно хорошую сходимость и мот.ет применяться при гидравлических расчётах на ЗВМ паровых котлов любых типов, имеющее параллельные поверхности нагрева.

В барабанных котлах монет наблюдаться снос пара в опускную систему. В нормах гидравлического расчёта изменение энтальпии иг-за сноса пара д I Сн определяют по среднему напорному паросодержанию в опускной системе, т.е. полагают, что напорное паросодержание Ч3 не изменяется по высоте опускных труб. В предлагаемой модели V линейно убывает по высоте опускной системы. Это происходит из-за увеличения давления и соответствующего увеличения энтальпии насыщенной воды. В соответствии с данной моделью, были получены функциональные зависимости для определения &1сн . Разность величин , полученных по предлагаемой модели и по модели норм гидравлического расчёта в абсолютных единицах составляет до 3 ф£к/кг, а .в относительных до 200 %.

Коэффициенты запаса по застою и опрокидыванию потока -один из основных: показателей надёжности работы циркуляционного контура. В этой главе показано, что для определения коэффициентов запаса по застою и опрокидыванию должен использоваться полезный напор панели , определяемый по <Ьрму-ле:

где И - высота панели; лРпа. - общий перепад давления на панели. Полезный напор панели назван внутренним, т.к. он не

заЕисит от параметров среды в опускной системе.В отличие от внутреннего, существует полезный напор панели, который используется для нахождения циркуляционного расхода:

где - средняя плотность воды в опускных трубах. Как показали сравнительные расчёты, проведённые для котлов И1Е-214, "ГОЕ-2Т5 и ТП.1Е—428, разность между коэффициентами запаса по застою и опрокидыванию, вычисленными по полезным напорам (I) и (2) лежит в пределах от ТО до 80 % ( в зависимости от не-догрева вода до состояния насыщения и абсолютных значений коэффициентов запаса). Отсюда ясно, что пренебрегать разницей между внутренним полезным напором (I) и полезным кагором панели. (21 нельзя.

Третья глава посвящена комплексу программ К0№СА (аббревиатура от "контур котельного агрегата"), который предназначен для расчёта циркуляции в барабанных котлах. В результате расчёта по этому комплексу программ мы получаем такие характеристики циркуляционных контуров, как скорости и кратности циркуляции, коэффициенты запаса по застою и опрокидыванию потока, граничные (критические) паросодерхания, скорости расслоения потока и качала кавитации, а также температур наружной поверхности металла в наиболее обогреваемых трубах каждой панели. Комплекс КОМКА написан на языке фортран и включает в себя 32 подпрограммы с общим объёмом 5,3 тыс.операторов.

Работоспособность программы КОЙКА проверялась путём сопоставления с результатами "ручного" расчёта контура котла БК2-2Т0, а также сравнением расчётных и экспериментальных скоростей циркуляции для котла ТП.1Е-428, Тобольской ТЭЦ. Изменение энтальпии из-за сноса пара в опускную систему Л1С„ в КОЙКА на 2,4 кДк/кг больше, чем при ручном расчете, а в относительных величинах это отклонение равно 43 Это объясняется тем, что в ручном расчёте, который проводился в полном соответствии с гидравлическими нормами, Д1см определялось по среднему напорному паросодержанию, а в комплексе КОМКА,в соответствии с разработанной моделью, по напорному

паросодержанию на входе в опускные трубы. Все остальные результаты ручного расчёта и по программе КОМКА достаточно точно совпадают (относительные отклонения различных величин легат п пределах 0,3-7,1 "!). Сравнение результатов расчёта малогабаритного котла ТГЫЕ-423 по программе КОТКА с экспериментальными данными полученными ЦКТИ показало, что для различных экранов среднее отклонение расчётных скорое -тей циркуляции от соответствующих экспертаентальнгтх скоростей лечит в пределах 0,02-0,25 м/с, что в относительных величинах составляет 2-15 Характер зависимости скорости циркуляции от нагрузки котла полностью совпадает.

Четвёртая глава посвящена оптимизации подводящих и отводящих систем циркуляционнь-х контуров. Вначале ставится общая задача оптимизации коммуникационных труб.

Пусть имеется циркуляционная схема контура, состоящая из опрсдегённого количества панелей и из произвольных систем подводящих и отводящих труб. Ставится задача определения таких значений диаметров или количеств труб подводящих и отводящих систем, которые приводят к минимуму функцию цели (критерий оптимальности1 при этом, коэффициенты запаса по застою, опрокидыванию, граничному паросодерланип и расслоению потока должны быть больше наперёд заданных значений. С использованием утверждений, что коэффициенты запаса по надёжности являются функциями только давления Р6х , энтальпии С на входе в панель и циркуляционного расхода 6 и, что эти коэффициенты запаса являются возрастающими функциями от расхода в в панели, общая задача оптимизации, которая является задачей нелинейного программирования, была разбита на два этапа.

На первом этапе оптимизации решается система неравенств:

где I - номер коэффициента запаса по надёжности, ^ - номер панели в контуре, Щ , Zj - коэффициенты запаса по застою и опрокидыванию, ■= ( X )/Х2р - коэффициент запаса по граничному паросодержанию, Щ -(_/_/>Кч,с1 /у3 ^ -

- ю -

- коэффициент запаса по расслоению потока.

На втором этапе оптимизации решалась задача определения таких значений диаметров или количеств коммуникационных труб X - которые приводят к минимуму критерий оптимальности f , при этом циркуляционные расходы должны быть равны минимальным

,—• г

значениям о

О

при

полученным при решении неравенств (3) :

f(Я*) = minf(X)

б.- = е;'

1

Г

№

5-

Ж

-6

и

и

Рис.1. Схема циркуляционных контуров. 1,2 - общие подводящая и отводящая системы; 3,4 - индивидуальные подводящие и отводящие системы; 5 - панель; 6 - рециркуляционные трубы.

щих систем (модель I) :

(4)

Задача оптимизации с ограничениями в форме равенств (4) была реиена для контуров, схемы которых могут содержать элементы, показанные на рис.1. В процессе проектирования циркуляционных контуров барабанных котлов могут возникнуть различные ситуации. В связи с этим, путем применения к задаче (4) метода множителей Лагракка, были получены следующие математические модели.

Математическая модель циркуляционных контуров с оптимизацией диаметров труб подводящих и отводя-

¿5.

'ЭлЯз

дс1

<¡2

"дЫ

= О

г

¡44

Ъй

№

Кпа у _ ч

Ы [щ, / э^, у и

(5)

Л

+ = 0> "¿'К*

где

номер панели, Кпа- количество панелей в контуре;

¿<-"4 - П - I; ¡г „к/^ ; р -М-Км^Ч ;

КЧ, К2 - количество индивидуальных и общих систем э контуре;

Р - критерий оптимальности для соответствующих элементов контура; лР^ = л Р^ н-д/2 +4 Я, - замюсагциП перепад давления; л Р;лл , Л РдЧ - перепади давления в панели и циклоне; л Ру - нивелирный напор, создаваемый водой в барабане или выносном циклоне.

Математические модели циркуляционных контуроз с оптимизацией диаметров или количеств труб индивидуальна: подводящих и отводящих систем:

'ЭР,-, /длв, _ ЭЬг /ЭлРлг

ЪХ^ / ЭА^ дХ^ / 3 Х^

+ ' (6)

ла Ч

где л/?2 = лР>а + Гл^з ; * = с^ - диа- •

метр труб (модель II); Х = п - количество труб (модель™).

Система уравнений (5) используется для всех тстоз контуров, охваченных схемой рис.1. Уравнения (6) используются только для тех типов контуроз, которые имеэт две индивидуальные системы.

На основе математических моделей (3), (5), (б) был разработан комплекс программ М1РО ё ( аббревиатура от "Минимизация подводящих и отводящих систем"). Он написан на языке фзртран-4 и эклтзчает в себя 39 подпрограмм с общим объёмом 5,1 тыс.операторов. Некоторые подпрограммы используются как комплексом КОЖА, так и М1РОЭ . Общее количество подпрограмм в обоих комплексах - 54, а общее количество операторов -- 8,0 тыс.

Для решения моделей I, II, III использовался метод Ньютона и глобальная стратегия линейного поиска с дроблением па-га.

Основываясь на комплексах программ М1Р05 и КОМКА была разработана методика выбора циркуляционной схемы котла с оптимизацией диаметров и количеств водоподеодяцих и пароот-водящих труб. В качестве исходных данных служат геометрнчес-кие характеристики панелей, тепловосприятия панелей, относи-

тельное расположение барабана и панелей. Предлогаемая методика подразделяется на 10 пунктов:

1. Разработка вариантов циркуляционных схем котла (формирование исходного множества циркуляционных схем).

2. Расчёт оптимальных диаметров общих подводящих (стояков) и общих отводящих труб для исходного множества циркуляционных схем котла (модель Т).

3. Анализ полученных результатов. При необходимости,возвращение к г.ункту I. Выбор из исходного множества циркуляци-сннь-х схем перспективного множества. Выбор диаметров общих подводящих (стояков) к общих отводящих, труб.

4. Расчёт оптимальных диаметров индивидуальных подводящих и отводящих труб для перспективного множества циркуляционных схем (модель II).

5. Анализ полученных результатов. Выбор действительных диаметров индивидуальных подводящих и отводящих труб.

6. Расчёт оптимальных количеств индивидуальных подводящих и отводящих труб при действительных диаметрах (модель Ш).

7. Анализ полученных результатов. Выбор количеств труб в индивидуальных подводящих и отводящих системах. При необходимости, возвращение к пункту 5.

8. Расчёт циркуляции (коэффициентов запаса по надёжности) для перспективного множества циркуляционных систем.

9.' Анализ полученных результатов. Выбор оптимального множества циркуляционных систем из перспективного множества.

Ю. Еыбор окончательного варианта циркуляционной системы.

В зависимости от поставленной задачи и типа контуров, используемых в циркуляционной схеме котла, некоторые пункты из данной методики могут опускаться. Например, если циркуляционная схема котла состоит из простых контуров, то пункты 1,2,3 опускаются. Оптимизационные расчёты (пункты 2,4,6) осуществляются с помощью комплекса программ М1РОё » а расчёт циркуляции (пункт 8) - с помощью комплекса КОМКА.

Разработанная методика оптимизации была применена к циркуляционным контурам котлов ТОЕ-214, ШЕ-215, ТГМЕ-428. В результате получено, что возможно уменьшение массы коммуни-

кационных труб котла ТТЕ-2Т4 на 2? котла 132-215 на 27 1-, котла ТП"Е-428 на 60 При этом стоимость подходящих и отводящих труб котла ТП'Е-428 уменьшается на 70

В пятой глава получен»: аналитические паппспнссти для отношений оптимальных количеств и оптимально диаметров в коммуникационных трубных системах. В данной главе рассматриваются два пучка необогреваемых труб, которые распэлот.екы последовательно по потоку жидкости. Под пучком покидается система параллельных труб с одинаковой ггомстрие*. Поэтому, при расчёте перепадов давления этот пучск рассматривается как единый элемент. Следует подчеркнуть, что ме:-ду рассматриваемыми двумя пучками !/:огст находиться любое количество как обогреваемых, так и необогресае:ад гидравлических элг..хнтзв.

Если оптимизируемым элементам является количество труб, то задача ставится следующим образом. Пусть имеются дза пучка труб с определёнными диаметрами. Необходимо определить оптимальное отношение количеств труб в пучках, которое приводит к минимуму критерий оптимальности. Критерием оптимальности мот.ет быть как масса металла труб, так и их стс.^ссть. В результате применения к данной оптимизационной задаче метода множителей Лаграша были гголуче'гы следующие выражения для оптимального отнесения количеств труб ( / 1 •

/пЛ_ (¿А (&лг _!<_ л. ЛЛ* (п</"К/ (б"< ^ л ^ м) (74

где 1,2 - индексы, относящиеся к первому и второму пучку труб, соответственно; Ы , £■ -диаметр и длина труб;

С?з= Э/сЦ I + - безразмерный коэффициент; 5- тол-

щина стенки труб;- плотность металла труб, если критерием оптимальности слухят масса; - стоимость единицы объёма металла труб, если критерием оптимальности является стоимость труб.

Среда в каждом из пучков может быть как однофазная, так и двухфазная. Для пучка с однофазной средой: =_Хо £ ■+ £ ; - плотность среды; _А0 - приведенный коэффициент трения; - коэффициент местных сопротивлений. Для пучка с двухфазной средой:

р' * р'

уэ = — плотность смеси; X = - I) - обоз-

начение, введённое для краткости записи; X - массовое паро-содеркание;

а , „.»л.хех'^и/р) э^ х*^ эс* ,

ич=И0.СГ + Э|>ит>) ц/с« 7

%- ' Ун ~ поправочный коэффициент, учитывающий влияние негомогенности двухфазного потока, который, в соответствии с нормами гидравлического расчёта является функцией пароеодержания X и комплекса ^эи/Р; Ь - высота труб пучка; \л/сн - скорость смеси",

ЭС

дС_ dWcM'

,у 0<_ п о Кос L _ „

О, если И<0 и Jb^J>ip ,

- поправочный коэффициент на угол наклона трубы к горизонту» С. . CÓ/j ~ коэффициенты пропорциональности для подъёмного и опускного движения смеси; jg >J$ip - расходнь;е объёмные паросодержания.

Если оптимизируемым аргументом является диаметр труб, то выражения для оптимального отношения ( /c/f ) примут вид:

/аЛ_( ал (bd, е< л Qs< J>H< у (d, r[njle>df c2 л aS2 ; 7

(8)

гДе - плотность'металла труб; £>о1 =8>п + 0,31

При выводе соотношения (8) было сделано следующее допущение: отношение толщины стенки трубы к внутреннему диаметру для данного пучка является величиной постоянной.

Следует подчеркнуть, что в зависимости (8) критерием оптимальности служит только масса металла, а в (7) критерием

может быть или масса, или стоимость металла труб.

Соотношения (7) и (8) могут применяться практически для любых трубных ко:л:унигац;!окгсгс систем, в котор;?: по ходу дни-яения жидкости происходит изменение количеств труб и С или') их диаметров. Например, эти сооткопения мсгут применяться для оценки оптималыкх проходных сечений в слсдусдих элементах паровых котлов: подводящие и отводящие труби в контурах с естественной циркуляцией, соединительные трубы барабан-вгкосные циклоны; система труб под названием "паук", которая соединяет барабан и опускную трубу большого диаметра (стояк V, трубопроводы воды, пароводяной смеси и пара котлов докритического давления; коммуникационные трубопроводы котлов сверхкритического давления.

В сестой главе приведена результат!-' вычислительных экспериментов по исследованию циркуляционных контуров барабаг-пех котлов. Для исследования были выбраны простые контуры котлов ТПЕ-215 и ТГМЕ-428.

При проектировании барабанных котлов, с целью г.оЕысения коэффициентов запаса по надёжности, часто возникает необходимость в увеличении скорости циркуляции среды в обогреваемых 1анелях. Этой цели мот;но достигнуть, если увеличить диаметр 1ароотводящих труб. Однако, если диметр отводящих труб превы-:ит определенную граничную величину, то скорость циркуляции з панели будет не возрастать, а убывать. Под граничным диамэт-зом понимается такой внутренний диаметр подъёмных пароотзодя-;их труб, при котором выполняется равенстзо ЭдР/дс1 = О, 'де лР - суммарный перепад давления в пароотводящих трубах,

Ы - внутренний диаметр. Наличие граничного диаметра с/гр >бьясняется тем, что при увеличении диаметра гидравлическая вставляющая перепада давления уменьшается, а нивелирная сос-•авляющая увеличивается.

Для оценки величины граничного диаметра и характера его оведения в зависимости от массового паросодер-хания X и ц:гр-уляционного расхода (3 были проведены вычислительные эксг.с-именгы над пароотводящими трубами котлов ТГМЕ-423 и ТТЕ-2Т5.

Как видно щ рис.2., завио;п.:ости граничного диаметра. име-т ярко выраженные минимумы при 0,1 < х < 0,2, т.е. в иктер-але изменения кратности циркуляции от 10 до 5. При таких.

<1\р. ИМ

<В0

440

ВО 120

1й0 220

Риг..2. Зависимости граничного диаметра пароот-водкщкх труб простого контура котла ТП.'.ь-^с от па-росодср;:ания X и расхода циркуляции 6 . I - -= 38 кг/с. 2 - р1= 19 кг/с, з _ е = 57 кт/с.

Рис.3. Зависимость между диаметрами подводящих Ын и отводящих ат^эуб простого контура котла ИТ«й-42Б.

краткостях циркуляции обычно работают барабанные котлы сверхвысокого давления.

Наличие граничного диаметра оказывает качественное влияние на характер зависимости ыезду диаметрами подводящих и отводящих труб (рис.34. Если бы граничный диаметр отсутствовал, то с увеличением диаметра отводящих труб сА^ (скорость циркуляции в' панели при этом остаётся постоянной ), диаметр подводящих труб Ыл должен был всё время уменьшаться, асимптотически стремясь к какой-то постоянной величине.

При разработке метода оптимизация подводящих к отводящих систем циркуляционных контуров использовался тот факт, что при заданных геометрических характеристиках и тепловых потоках коэффициенты запаса по надёжности являются функциями только давления, энтальпии к скорости циркуляции на входе в панели. Для определения характера влияния этих граничных условий на уровень надёжности обогреваем« поверхностей нагрева (панелей) были проведены соответствующие вычислительные эксперименты. Показано, что коэффициенты запаса по застою, опрокидыванию и граничному паросодерканию являются возрастающими функциями от скорости циркуляции, недогрева воды до состояния насыщения и давления на входе в. панель.

Интересно проследить, пак оптимальная масса кг.-.сг/гп::;?.-цконных труб зависит от скорости циркуляции в панели коэффициентов запаса по надёжности (рис.4-51. сто позволит оценить возможное уменьшение массы подходящих: :: отводкщгк труб в контуре, при снижении коэффициентов запаса в допустима

пределах.

Рис.4. Зависимость сп- Рис.5. Зависимость оп-

тимально!! массы коммуника- тимальнзй массы кои.г/кнка-

ционных труб от скорости цио:гн=х ттг/б простого конту-

циркуляции в панели простого ра котла aIID-2i5 от кооффн-контура котла ТГЕ-215. цкентоз запаса по застою* Z.

и опрокидывания 20 •

Как видно из рис.4 в интервале 0,4 < Wa < Г,3 м/с масса труб возрастает практически линейно. Скорость VJ0= 1,3 vjс является минимально-допустимой для данной панали, т.к. при Wa < 1,3 м/с коэффициент запаса по опрокидыванию становится меньше допустимой величины, т.е. Za < 1,1. При дальнейшем увеличении W0 , что достигается изменением диаметров подводящих di и отводящих di. труб, до своего макс;г..1аяькогв значения w0 , оптимальная масса М и е? производная дМ / dW0 резко возрастает, стремясь к бесконечности при U/-*" Используя понятие граничного диаметра отводящих труб dip , можно сделать вывод, что Wa~*М/^при dp~cx> и c/j = dip . На основе зависимости рис.4 межно оценить уменьпение массы коммуникационных труб путём уменьшения коэффициента запаса по опрокидыванию zT0 до допустимых пределов. Так, при изменении Е0 от 1,2 до 1,1 оптимальная касса уменьшается на 7 i, т.е. на довольно существенную величину.

ОСКОБНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Т. Установлено, что применение полезного напора панели, учитывающего плотность воды в опускной системе, при расчёте коэффициентов запаса по застои и опрокидыванию потока вызывает погрешность в пределах от 10 % до 80 Поэтому, при циркуляционных расчётах следует пользоваться двумя поле нкми напорами: полезный напор панели для определения циркуляционных расходов и внутренний полезный напор панели для расчёта коэффициентов запаса по застою и опрокидыванию.

2. Выявлено, что использование разработанной методики для оценки проектных решений циркуляционных схем существующих барабанных котлов производительностью 139-186 кг/с позволяет снизить массу водоподводящих и пароотводящих труб на -60

Зто достигается путём создания равнонадёжной системы циркуляционных контуров и выбора проходных сечений подводящих и отводящих труб близки.® к оптимальным.

3. Разработаны аналитические зависимости для оптимальных отношений между количествами и диаметрами коммуникационных труб, которые могут применяться практически для любых трубных систем, в которых по ходу движения иидкости происходит изменение количеств труб и (или) их диаметров.

4. Установлено, что при уменьшении коэффициента запаса по опрокидыванию с 1,2 до 1,1 для барабанных котлов ПО "Красный котельщик" производительностью 139-Т86 кг/с оптимальная масса коммуникационных труб может быть уменьшена на 7

5. Анализ влияния количеств и местных сопротивлений коммуникационных труб на их оптимальную массу показал, что при увеличении количества труб в два раза,^оптимальная масса увеличивается на Ю-14 л; при увеличении коэффициента местных сопротивлений на единицу оптимальная масса подводящих и отводящих труб простого контура котла ТГМЕ-428 увеличивалась на 5 , причём, место расположения данного сопротивления не играет роли.

6. Установлено, что если в циркуляционном контуре изменя-

/ ется только диаметр пароотводящих труб, то при увеличении этого диаметра до некоторой граничной величины, расход в контуре увеличивается,» если диаметр пароотводящих труб превысит гра-

ничноо значение, то циркуляционный расход начинает уменьша-ь-ся, а следовательно, уменьшается и надёжность работы поверхностей нагрева.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ДАННОЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1. Белов A.A. Оптимизация подводящих и отводящих систем простых циркуляционных контуров // Тр.кн-та/!/!оск.энерг.ин-т.--1587.-Вып.227.- С. 96-99.

2. Безгрешно в А.Н. .Озеров А. Н. .Белов А.А // "атематегзгс-кое-моделирование циркуляции в барабанных котлах //Теплообмен в парогенераторах: Тез.докл.2сесосз.кон$ 28-30 июня T9S8 г. -Новосибирск, 1988.-С.225.

3. Белов A.A. К вопросу надёжности работы параллельных элементов поверхностей нагрева // Тр.ин-та /!.!оск.энерг.ин-т.--1987.-Был. 121. -С. 68-72.

4. Белов A.A. "етод расчёта распределения расходов среды по параллельным каналам // Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их решение: Тез.докл.Всесоюз.конф. 28-29 января 1987 г. -Ленинград, 1987.-С. 149-150.

■ 5. Безгрешнов А.Н..Озеров А.Н..Белов A.A. Программа расчёта естественной циркуляции в барабанных паровых котлах // Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их решение: Тез.докл.Всесокз.конф.28-29 января 1987 г. -Ленинград, 1937.- С.149.

6. Еезгрешнов А.Н..Озеров А.Н..Белов A.A. Влияние совместной работы циркуляционных контуров на параметры циркуляции в барабанных котлах //Тр.ин-та /.1оск.энерг.ин-т.-ХЭ85. -Вып. 78.- С. 65-69.

7. Белов A.A. Разработка программы расчёта естественной рециркуляции в экранах котлов СЕД. -М., 1987.- 7 с. - Деп. в Информэнерго 11.05.87, Я 2561.

Подписано к печати Л— /¿//"

Псч. .1 Ти|м* /С'С' 3uk.ii Sy Песплатнл.

Типография МЭИ, Крлаюка.ормотшя, 13.