Аэродинамические методы повышения экономичности и надежности элементов тепломеханического оборудования ТЭС

Проблема повышения надежности и экономичности теплотехнического оборудования тепловых электростанций всегда актуальна, независимо от достигнутого уровня развития расчетных методов, методов экспериментальных исследований, технического совершенствова производства и степени автоматизации процессами управления.

Однако, по мере повышения общего технического уровня резко снижаются возможности повышения экономичности и надежности оборудования, так как сокращаются неиспользованные резервы его совершенствования. В этих условиях традиционные решения уже не могут дать ощутимых результатов, либо эти результаты достигаются за счет очень больших материальных затрат.

По указанным причинам в предлагаемой работе сделана попытка поиска нетрадиционных решений, позволяющих без крупных дорогостоящих конструктивных изменений добиться конкретных практических результатов.

В предшествующих работах [1,2,3] уже указывалось, что проблема надежности во многих случаях прямо связана с характером течения потока в каналах, устройствах и установках, причем особо отмечались отрицательные последствия отрыва потока от стенок с последующим образованием дискретных вихревых образований.

Подобные течения характеризуются ярко выраженным нестационарным изменением всех параметров потока не только в зоне отрыва, но и в областях, расположенных до него. При этом резко возрастают динамические нагрузки на все элементы конструкции, где возникают указанный вид течения. Насколько велики могут быть эти нагрузки можно судить по исследованиям пульсаций давлений в клапанной коробке мощной паровой турбины, проведенной в работе [4], где их абсолютная амплитуда достигала 2,5 МПа при начальном давлении пара 24 МПа.

Отсюда ясно, что во многих случаях проблема динамической надежности не может быть решена без решения сугубо аэродинамических задач, направленных на стабилизацию течения в каналах различной формы. При этом одновременно решается и задача экономичности оборудования.

Рассматривая возможные пути стабилизации потока, все объекты можно разделить на две группы. К первой относятся каналы, где вихревое движение является неизбежным следствием функциональных свойств этих каналов.

Вторая группа объединяет проточные части установок с отрывным характером течения, обусловленным либо ошибками проектирования, либо заданными условиями компоновки.

В первом случае речь может идти либо об ослаблении интенсивности вихревого движения, либо о разрушении уже сложившегося движения. Соответственно здесь главным образом решается задача снижения динамических нагрузок, а суммарный эффект по величине потерь энергии может быть как положительный, так и отрицательный.

Во втором случае главным образом решается проблема экономичности, а повышение надежности является следствием снижения энергетических потерь.

В представленной работе, состоящей из 5 глав, рассматриваются как общие аспекты решения отмеченных задач, так и конкретные решения для ряда объектов теплотехнического оборудования.

При этом следует отметить некоторые особенности представленной работы.

Во — первых, проблеме разрушения вихревого движения в научной литературе уделено весьма мало внимания и здесь по существу можно сослаться только на работу И. Е. Идельчика [16], где для стабилизации вихревого движения использовались плоские сетки. Отсюда традиционный обзор опубликованных работ заменен обзором типов вихревого движения в конкретных установках.

Во — вторых, в связи с разнотипностью исследованных объектов и использованием для измерений стандартной аппаратуры вопросы измерений и обработки опытных данных разнесены по соответствующим разделам диссертации.

Структурно диссертация состоит из пяти глав.

Первая глава посвящена общим закономерностям вихревого движения в идеальной и реальной жидкостях, где подчеркивается особая роль вихревых ядер, вызывающих нарушения сплошности течения и являющихся главной причиной возникновения низкочастотных пульсаций в потоке.

Во второй главе рассматриваются особенности течения жидкости в шиберных задвижках, регулирующих клапанах, выхлопных патрубках, патрубках регенеративных воздухоподогревателей, тройниках, решетках профилей турбомашин.

Указываются, что во всех рассматриваемых случаях генерируется развитое вихревое движение с дискретными вихрями или вихревыми шнурами, резко снижающими надежность установок и их экономические показатели.

В третей главе основное внимание уделено разработке и исследованию вихре-гасителей, способных с наименьшими потерями рассеивать уже сложившиеся вихревые структуры. Как показали проведенные исследования, в качестве такого вихрега-сителя наиболее целесообразно использовать пластинчатые и щелевые решетки, определенным образом ориентированные по отношению к вихревым структурам.

Конкретные принципы использования указанных вихрегасителей составляют содержание четвертой главы. В качестве объектов, где использование противовихре-вых решеток или мер, снижающих интенсивность вихревого движения, привело к существенному положительному эффекту, рассматривается новая шиберная задвижка, способная работать как регулятор расхода, выхлопные патрубки и решетки профилей турбомашин. Во всех рассмотренных случаях удалось существенно (для шиберных задвижек в 10 раз) снизить уровень вибрации при одновременном снижении потерь энергии.

Пятая глава работы посвящена мерам предотвращения возникновения вихревого движения в патрубках регенеративного вращающегося воздухоподогревателя и в прямоугольных тройниках.

Проведенные исследования и разработанные на их основе меры позволили практически равномерно распределить теплоносители по поверхности регенератора, снизить сопротивление прямоугольных тройников и уменьшить в два раза виброперемещения трубопроводов, примыкающих к тройникам.

Вся работа выполнялась на кафедре Паровых и газовых турбин МЭИ и на ТЭЦ-26 АО «Мосэнерго», сотрудникам которых автор выражает искреннею благодарность за большую помощь при выполнении настоящей работы.

Заключение

.

1. Проведенный анализ характера течения в объектах различного функционального назначения, показали, что общим для всех них является развитое вихревое движение, вызывающее повышенные энергетические потери, увеличение гидравлического сопротивления и повышенную вибрацию как самих установок, так и примыкающих к ним трубопроводов.

2. Практически все установки, где имеет место движение жидких или газообразных сред, можно разделить по принципу генерации вихревого движения на две группы.

К первой группе следует отнести объекты, где генерация вихревого движения жидкости обусловлена отрывом потока от гладких поверхностей, что связано в основном с неудачным конструкторским решением или вызвано компа-новачными ограничениями плоскостей течения.

Вторая группа объединяет объекты, где вихревое движение обусловлено физическими причинами и является неизбежным следствием проявления физических законов.

Соответственно и меры борьбы с вихревым движением должны соответствовать причинам, вызывающим это движение.

3. В результате исследования различных сетчатых и пластинчатых вихрегасителей установлено, что для разрушения крупных вихревых образований для практических целей наиболее целесообразно применять решетку параллельных пластин, установленных с шагом 1=0,1 — 0,15Ь (где Ьхарактерный линейный размер поперечного сечения канала) на относительном расстоянии 1 от источника вихреобразования равном / -ИЪ- 0,22 + 0,3.

4. Использование пластинчатых вихрегасителей в разработанной шиберной задвижке, предназначенной для регулирования расхода обратной сетевой воды на ТЭЦ-26 АО «Мосэнерго», позволило снизить вибрацию в напорном трубопроводе в 10 — 11 раз по сравнению с обычной задвижкой без вихрегасителя.

Применение разработанных пластинчатых вихрегасителей в выходных патрубках паровых турбин не только обеспечило снижение вибрации на корпусе патрубка в 3 — 3,5 раза, но и обеспечило некоторое снижение потерь энергии.