Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Плотников Петр Николаевич. Обеспечение и повышение надежности кожухотрубных теплообменных аппаратов паротурбинных установок : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.04.12 : Екатеринбург, 2004 363 c. РГБ ОД, 71:04-5/594

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность проблемы. По оценкам ВТИ и МЭИ, при неизменных параметрах свежего пара и пара промперегрева вклад в общее повышение КПД паротурбинной установки (ПТУ), полученный за счет улучшения характеристик теплообменных аппаратов (конденсаторов, подогревателей сетевой воды и системы регенеративного подогрева питательной воды, маслоохладителей и т.д.)» может достигать 30 %. При этом значительное влияние на эффективность работы вышеуказанного теплообменно-го оборудования оказывает его надежность.

Надежность основного и вспомогательного оборудования современных ПТУ проявляется в эксплуатации различным образом. Отказы основного оборудования (турбина, парогенератор) приводят к отказу (вынужденному останову) ПТУ. Отказы вспомогательного оборудования в ряде случаев также могут приводить к останову ПТУ (в основном из-за отказов питательных насосов, ПВД, конденсаторов). Но гораздо чаще отказы в работе теплообменных аппаратов (ТА) ПТУ вызывают снижение технико-экономических показателей работы турбоустановки, не вызывая её аварийного останова. Вместе с тем массогабаритные характеристики ТА ПТУ сопоставимы (а иногда и превосходят) подобные показатели турбинного оборудования, а ресурс ТА (как расчетный, так и реальный) практически всегда меньше ресурса турбины. В силу этого комплексная оценка надежности ТА (с гладкими и различно профилированными трубками, которые в настоящее время рассматриваются как одно из наиболее перспективных направлений повышения эффективности ТА) является актуальной задачей, так же как и решение проблемы повышения их надежности.

Анализ повреждений ТА ПТУ показывает, что до 70 % повреждений обусловлено коррозионно-эрозионными процессами в аппаратах и около 25 % повреждений теплообменников связано с вибрацией трубных пучков. Для вертикальных ТА картина распределения причин повреждений практически зеркально меняется — до 70 % повреждений, по мнению специалистов, вызывается вибрацией трубок в трубных пучках. В связи с этим несомненна актуальность исследований, направленных как на изучение коррозионной стойкости трубных систем ТА ПТУ, так и их вибрационных характеристик (с учетом многочисленных конструктивных и эксплуатационных факторов) с целью получения научно обоснованных данных для расчета и проектирования надежных ТА, а также для их модернизации в условияхОКСилуахацаи^^

j рос. национальная]

3 ! оУ^у/у;

Цель работы: совершенствование существующих и создание новых кожухот-рубных теплообменных аппаратов паротурбинных установок, обладающих более высокими показателями надежности.

В результате достижения указанной цели решены следующие задачи, которые выносятся на защиту:

Проведено исследование и выполнен статистический анализ повреждаемости ТА ПТУ с оценкой таких показателей надежности, как безотказность, ремонтопригодность и долговечность.

Экспериментально изучены параметры колебаний трубных пучков серийных ТА ПТУ в условиях эксплуатации и определены диапазоны изменения частот собственных колебаний и параметров демпфирования их трубных систем.

Исследованы сравнительные прочностные и вибрационные характеристики гладких и профильных витых трубок для различных ТА ПТУ, получена необходимая и достоверная информация для проведения вибрационных расчетов аппаратов с такими трубками.

Экспериментально изучен характер взаимодействия гладких и профильных трубок с промежуточными перегородками в широком диапазоне изменения их размеров, выработаны рекомендации по выбору оптимальных, с точки зрения вибрационной надежности, геометрических размеров узла «трубка - перегородка» для ТА ПТУ.

Экспериментально исследовано аэродинамическое возбуждение гладких и профильных витых трубок в трубном пучке в условиях моделирования конденсации пара, получены значения коэффициентов аэродинамических сил и показателей аэрогидродинамического демпфирования трубок в потоке теплоносителя.

Выполнены экспериментально-расчетное исследование и анализ напряженно-деформированного состояния элементов горизонтального прямотрубного многоходового подогревателя сетевой воды теплофикационной турбины, определены поля усилий и напряжений, действующих на трубки и трубные доски.

На основе обобщения результатов стендовых и натурных исследований разработана методика вибрационного расчета U-, П-образных и прямотрубных систем ко-жухотрубных ТА ПТУ.

Проведены анализ и обобщение данных по коррозионной стойкости трубных систем ТА ПТУ из сплавов на основе меди, выполнено ранжирование медных

сплавов по коррозионной стойкости.

- Экспериментально исследованы процессы коррозионного растрескивания тру
бок ТА в условиях действия статических напряжений и выполнено численное моде
лирование изменения характеристик напряженно-деформированного состояния труб
ных систем в условиях образования и развития коррозионных питтингов.

- Разработан ряд конструктивных и технологических рекомендаций, обеспечи
вающих повышение надежности как при создании новых, так и при модернизации
существующих ТА в условиях эксплуатации.

- Проведена оценка экономической эффективности модернизации ТА ПТУ, на
правленной на повышение их эффективности и надежности.

Научная новизна заключается в следующем:

Впервые определены параметры колебаний трубных систем различных серийных ТА ПТУ в условиях эксплуатации, определены диапазоны изменения частот собственных колебаний и параметров демпфирования трубок.

Впервые определены сравнительные прочностные и вибрационные характеристики профилированных и гладких трубок, применяемых в ТА ПТУ.

Впервые изучены процессы динамического взаимодействия трубок ТА с промежуточными опорами (перегородками) применительно к различным ТА ПТУ (конденсаторы, ПСГ, ПСВ, ПНДит. д.).

Определены значения коэффициентов аэродинамических сил и показателей аэрогидродинамического демпфирования трубок в потоке теплоносителя в условиях моделирования конденсации пара в ТА ПТУ.

Впервые определены поля усилий и напряжений, действующих на трубные системы (трубки и трубные доски) многоходового подогревателя сетевой воды на различных режимах работы теплофикационной турбоустановки.

Разработаны методика вибрационного расчета U-, П-образных и прямотрубных систем ТА ПТУ и критериальные оценки их вибрационной надежности.

На основании анализа и обобщения данных по коррозионной стойкости тепло-обменных трубок из сплавов на основе меди выполнено их ранжирование по коррозионной стойкости.

Установлены основные закономерности коррозионного растрескивания под напряжением материалов трубок ТА ПТУ.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждаются соответствующей точностью и тарировкой всех измерительных систем, использованием современных компьютерных аппаратных и программных средств для обработки данных и проведения численных расчетов, удовлетворительным согласованием расчетных и экспериментальных данных, сопоставлением ряда полученных результатов с данными других исследователей, соответствием полученных результатов современным физическим представлениям по всем рассматриваемым вопросам.

Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в использовании полученных результатов для проектирования и изготовления высоконадежных кожухотрубных ТА ПТУ с гладкими и профильными витыми трубками, а также при модернизации серийных аппаратов в условиях эксплуатации с целью повышения их надежности. Результаты работы широко используются отделом теплооб-менного оборудования НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова при проектировании новых высоконадежных кожухотрубных ТА ПТУ и включены в два разработанных НПО ЦКТИ отраслевых руководящих нормативных документа: РТМ 108.271.23-84 «Расчет и проектирование поверхностных подогревателей высокого и низкого давления» и РД 24.271.01-88 «Методы оценки вибрационных характеристик трубных систем регенеративных подогревателей низкого давления и подогревателей сетевой воды». Также результаты работы используются на ОАО «Нестандартмаш» (г. Екатеринбург), где изготовлепо более 200 модернизированных теплообменников. Разработанные практические рекомендации реализованы на ряде электростанций Свердловэнерго, Тюмень-энерго и Пермэнерго при модернизациях серийных теплообменников с целью повышения их надежности в условиях эксплуатации. Основные результаты диссертационной работы вошли в ряд монографий, учебно-методических пособий и учебник «Теплообменники энергетических установок» для студентов вузов, обучающихся по специальности 10 1400 — Газотурбинные, паротурбинные установки и двигатели.

Апробация работы. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, докладывались и были представлены: на международных научно-технических конференциях «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования», Харьков, 1985, 1997, 2000, 2003 гг.; на 1-й Всесоюзной научно-технической конференции «Долговечность энергетического оборудования и динамика гидроупругих систем», Миасс, 1985 г.; на 2-й Всесоюзной

научно-технической конференции «Гидроупругость и долговечность конструкций энергетического оборудования», Каунас, 1990 г.; на ХШ Всесоюзной научно-технической конференции по вопросам рассеяния энергии колебаний механических систем, Киев, 1983 г.; на 2-й, 3-й и 4-й международных научно-практических конференциях «Совершенствование теплотехнического оборудования ТЭС, внедрение систем сервисного обслуживания, диагностирования и ремонта», Екатеринбург, 1999, 2001, 2003 гг.; на Всесоюзной научно-технической конференции «Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их решение», Ленинград, 1987 г.; на XXII и XXIII Российских школах «Наука и технологии», Миасс, 2002 и 2003 гг.; на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной энергетики», Екатеринбург, 2002 г.; на международной научно-технической конференции «80 лет Уральской теплоэнергетике. Образование. Наука», Екатеринбург, 2003 г.; на 2-й международной научно-технической конференции регионального Уральского отделения АИН РФ «На передовых рубежах науки и инженерного творчества», Екатеринбург, 2000 г.; на ряде республиканских, региональных и межвузовских конференций, совещаний и семинаров.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 59 научных изданиях (из них 41 относится к изданиям, рекомендуемым ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций), в том числе в 2 монографиях, 48 печатных работах, 4 авторских свидетельствах на изобретения и 2 свидетельствах Роспатента об официальной регистрации программ для ЭВМ, РТМ 108.271.23-84 по расчету и проектированию поверхностных подогревателей высокого и низкого давления, РД 24.271.01-88 по методам оценки вибрационных характеристик трубных систем регенеративных подогревателей низкого давления и подогревателей сетевой воды, а также вошли в учебник для студентов вузов.

Личный вклад автора заключается: в формулировании общей идеи и цели работы; в выполнении большей части экспериментальных исследований и анализе их результатов; руководстве, в постановке и разработке методик расчета трубных систем теплообменных аппаратов; в анализе и обобщении всех полученных результатов; в разработке и внедрении (реализации) практических рекомендаций.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, приложений и списка литературных источников, насчитывающего 216 наиме-

нований. Весь материал изложен на 310 страницах машинописного текста, содержит 124 рисунка и 17 таблиц, 5 приложений.

Подобные работы
Егоров Кирилл Сергеевич
Повышение эффективности теплообменных аппаратов газотурбинных установок замкнутого цикла
Целищев Максим Федорович
Напряженно-деформированное состояние элементов трубных систем кожухотрубных теплообменных аппаратов паротурбинных установок
Жученко Лариса Александровна
Разработка, апробация и реализация методов повышения надежности и восстановления ресурса элементов проточной части паровых теплофикационных турбин
Ивановский Александр Александрович
Моделирование теплового и термонапряженного состояния критических узлов высокотемпературной части теплофикационных паровых турбин с целью повышения их надежности и маневренности
Шкляров Михаил Иванович
Разработка и внедрение методов повышения динамической надежности и снижения вибрации турбоагрегатов на стадиях проектирования, доводки и эксплуатации
Макина Ольга Юрьевна
Совершенствование методов обеспечения вибрационной надежности силовых установок летательных аппаратов
Краснов Артем Михайлович
Повышение эффективности стационарных дизель-энергетических установок за счет использования теплоты отработавших газов для обеспечения дизелей топливом
Ханджян Аркадий Олегович
Повышение надежности программного обеспечения информационно-измерительных и управляющих систем безопасности ядерных радиационно-опасных объектов
Будовская Лилия Михайловна
Автоматизация анализа структур сложных систем в целях повышения надежности (на примере программного обеспечения)
Назаров Павел Владимирович
Применение средств обеспечения достоверности передачи информации для повышения эффективности и надежности работы радиотехнических систем и комплексов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net