49903

Расчёт конденсатора паровой турбины

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Расчет поверхностного конденсатора Тепловой расчет конденсатора Гидравлический расчет конденсатора Расположение трубок в конденсаторе

Русский

2014-01-12

840 KB

81 чел.

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Кафедра турбинные двигатели и установки

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчёт конденсатора паровой турбины

                          

                       

        

Преподаватель                                        Беркович А. Л.                        

Студент                                                   Юрасов Ю. А.

Группа                                                       4034/1       

Санкт-Петербург

2009

Содержание

[1]
Расчет поверхностного конденсатора

[1.1] 1.1. Тепловой расчет конденсатора

[1.2] 1.2. Гидравлический расчет конденсатора

[2] Расположение трубок в конденсаторе

[2.1] 2.1. Определение парового сопротивления конденсатора

[3] Механические расчеты конденсатора

[3.1] 3.1. Механический расчет трубок

[3.2] 3.2. Расчет на прочность корпуса конденсатора


Введение

Целью расчета конденсатора является: определение геометрических размеров, режимных характеристик, характеристик конденсатора на переменном режиме, гидравлический расчет, а также механические расчеты на прочность основных элементов конденсатора.

Исходные данные:

Кратность охлаждения ;

Температура воды на входе ;

Скорость воды в трубках ;

Расход пара ;

Начальное давление ;

Число ходов ;

Расход охлаждающей воды ;

Отношение диаметров трубок ;

Отношение .

Трубки крепятся к трубной доске за счет развальцовки.

  1.  
    Расчет поверхностного конденсатора

1.1. Тепловой расчет конденсатора

Положим, что патрубка равно 0, тогда можно записать . По таблицам насыщенного пара, по давлению  находим

Тогда температура конденсата , где - величина переохлаждения конденсата, равная 1 К.

По таблицам пара, при  и  находим .

Энтальпию на входе в конденсатор приблизительно можно считать равной

Температура воды на выходе из конденсатора:

Рис. 1. Схема конденсатора.

Рассчитаем давление в месте отсоса воздуха, предварительно задавшись паровым сопротивлением конденсатора

Определяем среднелогарифмическую разность температур:

Средняя температура охлаждающей воды:

Определим количество охлаждающей воды:

Теперь можно подсчитать количество тепла, полученное охлаждающей водой в конденсаторе в единицу времени: .

Коэффициент теплопередачи выбирается в зависимости от скорости движения в трубках и её средней температуры с учетом парового сопротивления:

Действительное же значение коэффициента теалопередачи определяется так: , где

- поправочный коэффициент, принимаем равным 0,83

- поправка на размер трубок, равная 0,96

Таким образом, получим:

Поверхность охлаждения конденсатора F представляет суммарную поверхность конденсаторных трубок, которая представляется так:

Число охлаждающих трубок в конденсаторе:

Длина трубок в конденсаторе в одном ходе: .

1.2. Гидравлический расчет конденсатора

При гидравлическом расчете конденсатора необходимо определить величину гидравлического сопротивления, оказываемого конденсатором потоку охлаждающей воды.

Полное гидравлическое сопротивление  складывается из:

а) гидравлического сопротивления конденсаторных трубок - ,

б) гидравлического сопротивления на входе и выходе из трубок - ,

в) гидравлического сопротивления в водяных камерах - .

, но , где плотность и вязкость охлаждающей воды можно определить по графику на рис. 2.


Рис. 2. Теплофизические свойства воды.

С учетом загрязнений  необходимо увеличить на 15%, таким образом, получим . Потери на входе воды в трубки и выходе из них можно оценить по формуле Бордо-Корно: , где скорость воды в водяной камере можно вычислить так: , а коэффициент  при развальцовке равен 1,0. Окончательно получим - . И, наконец, .

Гидравлическое сопротивление:

Теперь можно определить характеристику затрат на собственные нужды: .

  1.  Расположение трубок в конденсаторе

После того как диаметр трубок, их число, поверхность охлаждения конденсатора и число ходов определены можно перейти к разбивке трубок, а затем и к окончательному определению диаметра конденсатора.

При разбивке трубок конденсатора необходимо добиваться предотвращения образования застойных зон, а также одновременно выбирать путь движения пара как можно короче. Исходя из этого, выбираем расположение трубок по треугольнику, рис. 3.


Рис. 3. Разбивка трубок по треугольнику.

Угол  принимается равным 60°. Для поддержания необходимой скорости пара, поток целесообразно направлять по стрелке А. В этом случае расстояние между соседними трубками будет , где  при развальцовке , т.е.  и коэффициент загромождения составит: . В случае, если пар будет входить по стрелке В, то .

Диаметр трубной доски равен: , где - коэффициент заполнения трубной доски, равный 0,68. Тогда получим .

2.1. Определение парового сопротивления конденсатора

Паровое сопротивление конденсатора это разность давления между давлением пара на входе в конденсатор и давлением паровоздушной смеси в месте отсоса воздуха из конденсатора.

Но аналитический расчет величины  затруднителен, поэтому её  определяют из опытных данных

, где

- коэффициент, зависящий от характера разбивки трубок, принимаем равным 1,6;

- скорость пара потока между трубками первого ряда, равна ;

- удельный объем пара на входе в трубный пучок, находится по давлению . Т.е. .

.

  1.  Механические расчеты конденсатора

3.1. Механический расчет трубок

Конденсаторные трубки подвержены действию, как внутреннего давления, так и внешних сил. Внутреннее давление вызвано напором воды внутри трубок и вакуумом вне их. Оно определяется так:

, где - толщина стенки трубки, а принимаем равным 5 атмосферным давлениям.

Тогда

Внешние силы складываются из массы трубок, массы воды в них, конденсата на них и динамического напора паровоздушной струи. Эти силы приводят к возникновению напряжений изгиба. Напряжения изгиба можно найти следующим образом:

, где

суммарная нагрузка на трубку,

;

- момент сопротивления трубки,

;

- плотность материала трубки, принимаем равным .

Таким образом, окончательно получим:

Получившиеся напряжения не превышают .

Максимальный прогиб трубки можно определить как:

Для трубок прогиб не превышает .

Т.к. напряжения изгиба не превышают допускаемых, а прогиб меньше максимально допустимого, то трубки для данного конденсатора не нуждаются в промежуточных опорах.

Кроме этих расчетов необходимо трубки проверить на условия вибраций, т.е. проверить, Чтобы частота собственных колебаний трубок не совпала с частотой вращения турбины. Частоту собственных колебаний можно определить так:

, где

- модуль упругости;

- экваториальный момент инерции сечения трубки;

- удельная нагрузка одного погонного метра трубки с водой;

- коэффициент, принимаем равным 1.

;

.

Резонанса наблюдаться не будет, т.к. частота вращения турбины равна 50 Гц.

3.2. Расчет на прочность корпуса конденсатора

В рабочих условиях корпуса конденсатора подвергаются равномерному сжатию от разности атмосферного давления и вакуума в конденсаторе.

Толщину стенки цилиндрического корпуса, подверженного наружному давлению, можно определить:

, где

разность давления, можно принять равным 0,1 МПа;

диаметр корпуса, равен диаметру трубной доски;

допускаемые напряжения на сжатие, равные 90-120 МПа;

коэффициент, равный 10,0;

поправка на ржавление, 1мм.

Проверяем получившуюся толщину стенки на давление гидравлической пробы.

Напряжения предела текучести

Напряжения стенки не превышает , т.к. 143<150 МПа.

Теперь необходимо проверить стенку корпуса на изгиб с учетом ребер жесткости и без них. При наличии ребер напряжения определяются так:

, где

- толщина стенки без поправки;

площадь поперечного сечения ребра жесткости;

коэффициент Пуассона.

толщина ребра;

высота ребра.

Напряжения стенки без ребер:

, где

размер короткой стороны пластины, равный 0,1 м;

коэффициент, зависящий от положения длинной и короткой сторон пластины, равен 0,0833.

Как видно наличие ребер необходимо, чтобы снизить напряжения изгиба.

При расчете корпуса конденсатора на прочность, важное значение имеет проверка его на устойчивость. Рассчитаем критическое внешнее давление по следующим формулам.

, где к коэффициент, зависящий от способа крепления трубных досок, принимают равным 2,5.

Из двух выбираем меньшее, т.е. . Рабочее наружное давление должно быть ниже критического:

, где коэффициент безопасности, равный 5.

.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69272. Створення і маніпулювання панелями інструментів 58 KB
  Оскільки панелі інструментів займають дорогоцінний екранний простір вони повинні містити лише найбільш часто використовувані команди. У достатньо великих застосуваннях для вирішення різних завдань застосовується декілька різних панелей інструментів.
69273. Інтерфейс графічних пристроїв 57.5 KB
  Операційна система Windows володіє графічним інтерфейсом, тому всі створювані для неї застосування зобов’язані використовувати саме його. Графічний інтерфейс істотно простіший, зручніше і зрозуміліше для користувачів, чим текстовий. Інтерфейс графічних пристроїв Windows...
69274. Діалогові вікна 45.5 KB
  В першу чергу необхідно вивчити, як можна визначити клас, похідний від CDialog. Оскільки демонстраційний додаток розділу володіє діалоговим вікном, що містить всі дані елементи управління, приступимо до його створення прямо зараз. Це буде проект додатку SDI під назвою ControlsDemo.
69275. Елементи керування 53 KB
  Щоб краще зрозуміти, як саме MFC забезпечує підтримку елементів управління ймовірно, було б цікаве розглянути процес створення елементів управління безвідносно до MFC. Звернете увагу, практично будь-який прямокутник, що відображається на екрані, здатний взаємодіяти з користувачем, є вікно.
69276. Кнопки, перемикачі 49.5 KB
  Вивчення класів елементів управління не випадково почате саме з класу кнопки, оскільки це найбільш часто використовуваний елемент управління, який присутній практично в кожному діалоговому вікні.
69277. Клас Cedit. Клас CListBox 54.5 KB
  Елемент управління поле введення (edit control), що інкапсулюється класом CEdit, є прямокутне дочірнє вікно, в якому користувач може вводити дані. Як правило, це найбільший елемент управління в додатку. Змінюючи стилі цього елементу управління, можна отримати все, що завгодно...
69278. Немодальні діалогові вікна 79 KB
  Визначення створення і контроль за тривалістю існування немодального діалогового вікна здійснюються впродовж семи етапів. Створення ресурсу шаблону діалогового вікна. Звернете увагу діалогові вікна в немодальному режимі не мають ніяких спеціальних стилів.
69279. Драйвер ODBC. Підключення до потоку даних. Запит даних 50 KB
  Система управління базами даних (DBMS — Database Management System). DBMS є програмним забезпеченням, що надає доступ до структурованих даних і забезпечує можливість маніпулювання ними. Прикладами найбільш популярних DBMS є Microsoft Access, Microsoft SQL Server...
69280. Підготовка і виконання запиту. Отримання даних. Відключення 41 KB
  Останнє, що додаток повинен зробити після підключення до джерела даних, але перш, ніж воно буде здатне здійснювати запити SQL, — це отримати дескриптор оператора (statement handle) або hstmt. Щоб отримати дескриптор hstmt, достаточш оголосити змінну типу SQLHSTMT і викликати функцію...