О распределении поверхности охлаждения по ходам воды поверхностных конденсаторов

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА

Том 205 1972

О РАСПРЕДЕЛЕНИИ ПОВЕРХНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ

ПО ХОДАМ ВОДЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

В. А. БРАГИН, Ю. А. МАРАКУЛИН

При конструировании конденсаторов паровых турбин и их реконструкции поверхность охлаждения или, что то же самое, число трубок по ходам воды рекомендуется распределять примерно поровну. Вопрос этот главным образом определяется компоновочными соображениями [3]. В результате встречаются случаи, особенно после реконструкции старых конденсаторов, когда 'соотношение числа трубок по ходам воды довольно значительно отклоняется от единицы в обе стороны. Рассмотрение реконструированных конденсаторов показывает, что отношение А^/А^ колеблется в пределах от 0,83^-0,87 до 1,15 + 1,20. Здесь ЛГ1 — число трубок, расположенных в первом ходе воды, а N2 — то же во втором ходе.

Подход к распределению числа трубок по ходам воды только из компоновочных соображений приводит к тому, что в ряде случаев забывают об особенностях теплообмена в отдельных частях поверхности охлаждения. В результате эффект от реконструкции достигается неполный. Известно, что поверхности конденсатора по ходам воды с точки зрения интенсивности теплообмена работают в различных условиях. Здесь прежде всего следует различать конденсаторы с последовательным и параллельным расположением ходсв воды по отношению к паровому потоку. У обоих типов конденсаторов в первом ходе воды обычно размещается такая малоэффективная поверхность, как воздухоохладитель, где коэффициент теплопередачи зависит в основном от теплоотдачи со стороны паровоздушной смеси. У конденсаторов первого типа и основная поверхность охлаждения, расположенная в первом ходе, питается паровоздушной смесью с заметным уже содержанием неконденсирующихся газов, почему и здесь значительную роль играет теплоотдача с паровой стороны. В отличие от этого у поверхности, расположенной во втором ходе воды (зона массовой конденсации), решающую роль имеет уже теплоотдача с водяной стороны. Кроме этого, на теплообмен в указанных поверхностях оказывает влияние и падение давления пара по ходу паровоздушной смеси, которое определяет температурную разность между паром и охлаждающей водой. Все эти моменты необходимо учитывать одновременно с компоновочными соображениями для конденсаторов первого типа.

Анализ ряда реконструированных конденсаторов показывает, что с точки зрения компоновки почти всегда возможно принимать вполне определенные отношения Л^/Л^, учитывающие изложенные выше особенности теплообмена на разных участках поверхности охлаждения.

2*. 19

Прежде всего желательно иметь отношения А^/Л^ несколько большими единицы или, в крайнем случае, близкими к единице. Эти рекомендации в отношении конденсаторов с последовательным расположением ходов воды по отношению к паровому потоку не новы [1, 2, 6].

Исследования [6], проведенные на двухходовом теплообменнике с горизонтальным пучком труб при конденсации пара, подтверждают изложенное выше и показывают достаточно интересную картину зависимости общего коэффициента теплопередачи теплообменника от отношения N{/N'2. Оказывается, что максимальное значение коэффициента теплопередачи (рис. 1) наблюдается при отношении = 1,0-г-1,4.

Здесь кривая 1 отвечает абсолютному давлению пара в 0,98 бар, а кри-

Рис. 1

вая 2— давлению в 0,84 бар. При давлении в 0,98 бар переход от отношения Л^1/Д^2 = 0,8 к 1,0 приводит к увеличению коэффициента теплопередачи теплообменника при прочих равных условиях примерно в 1,05 раза. Доведение же отношения числа трубок до 1,2 увеличивает коэффициент теплопередачи в 1,065 раза. С понижением давления в теплообменнике влияние отношения числа трубок по ходам воды на коэффициент теплопередачи возрастает. В пределах изменения отношения NJN2 от 1,1 до 1,4 коэффициент теплопередачи остается почти неизменным.

Указанные выше особенности теплообмена в разных частях поверхности охлаждения несколько сглаживаются в конденсаторах с параллельным расположением ходов воды по отношению к паровому потоку, где основные поверхности охлаждения, расположенные в первом и втором ходах, работают примерно в одинаковых условиях. Для выяснения влияния на коэффициент теплопередачи отношения NifN% в конденсаторах второго типа были просчитаны разные варианты конденсатора типа 50-КЦС-4, отличающиеся отношением NJN2. При этом общая поверхность охлаждения оставалась неизменной, сохранялся также принцип компоновки трубного пучка. Расчеты производились по методике, изложенной в [3, 4, 5]. Исходные данные: поверхность охлаждения — 3028 м2, поверхность воздухоохладителя составляет 10,5% от общей поверхности, расход охлаждающей воды — 2,22 мъ\сек1 расчетное отношение NJN2 = температура охлаждающей воды—15°С, диаметр трубок — 25/23 мм, шаг трубок — 32 мм, активная длина трубок — 6650 мм, присос воздуха в систему — 0,005 кг/сек. Отношение A'iW2 изменялось в пределах от 0,8 до 1,5. Результаты расчетов представлены

в виде кривой на рис. 2, показывающей зависимость к1 /к0 от Л^/ЛЛ>. Здесь, как и на рис. 1*), кг — средний коэффициент теплопередачи конденсатора для произвольного отношения Л^/Л^, а /с0 —то же для расчетного отношения Л^/Л^. Кривая на рис. 2 показывает слабую зависимость коэффициента теплопередачи от отношения хотя характер ее примерно аналогичен характеру кривых на рис. 1. Так, при изменении отношения числа трубок по ходам воды в пределах от 0,8 до

КО* г—-1-1---——т——,--

0,99

0,97

0.95

0Л - 0.9 ф Ц и Ш 15

Рис. 2

1,3 коэффициент теплопередачи конденсатора увеличивается всего на 3—4%. Максимального значения коэффициент теплопередачи достигает при отношении Л^/Л^ = 1,2 -г- 1,3. При отношениях Л^/Л^, больших 1,3, коэффициент теплопередачи начинает падать, что вызывается увеличением удельного веса в теплообмене поверхности охлаждения, расположенной в первом ходе воды, где коэффициент теплопередачи с увеличением этой поверхности и постоянном расходе охлаждающей воды падает.

Слабая зависимость к//к0 от 2 объясняется тем, что коэффициенты теплопередачи основных поверхностей охлаждения первого и второго ходов в конденсаторах второго типа сравнительно мало отлича ются друг от друга. В обеих поверхностях теплоотдача с водяной Стороны играет примерно одинаковую роль. Поэтому изменение Л^/А^ сказывается почти с одной интенсивностью на коэффициентах теплопередачи этих поверхностей, но только в разных направлениях. Если средний коэффициент теплопередачи, например, для поверхности второго хода увеличивается, то для поверхности первого хода он уменьшается. Общий же коэффициент теплопередачи конденсатора в определенных пределах изменения Аменяется мало, что и отражено >на рис. 2. Влияние N{/N2 будет тем меньше, чем лучше организована работа основных трубных пучков, чем эффективней процесс теплообмена в воздухоохладителе.

Учитывая это, для современных конденсаторов с параллельным расположением ходов воды по отношению к паровому потоку можно рекомендовать отношения Л^/Л^г выбирать главным образом по компоновочным соображениям. Одновременно следует учитывать гидравлическое сопротивление конденсатора, хотя последнее в небольших пределах изменения отношения Ы\/Ы2 меняется незначительно.

*) На рис. 1 кривая 2 зависимости к*;//с0 построена по отношению к расчетному значению к0 при давлении пара 0,98 бар.

Л*

4 . Ыш

ЛИТЕРАТУРА

1. М. И. Алямовский, А. А. Промыслов. Судовые конденсационные установки, Судпромгиз, 1962.

2. Л. Д. Б е р м а н, И. К- Гришук. Руководящие указания по реконструкции конденсаторов паровых турбин, ГЭИ, 1954.

3. И. Н. Кирсанов. Конденсационные установки. Энергия, 1965.

4. Л. Д. Берма н. Вопросы теплового расчета конденсаторов паровых турбин. «Энергомашиностроение», № 1, 1961.

5. Л. Д. Б е р м а н, С. Н. Фукс. Расчет поверхностных теплообменных аппаратов для конденсации пара из паровоздушной смеси, «Теплоэнергетика», № 7, 1959.

6. Е. Н. Ш а д р и н, В. А. Браги н, Б. Ф. Калугин, Ю. А. Мара кул и и. О влиянии распределения поверхности охлаждения по ходам воды на коэффициент теплопередачи при конденсации пара в горизонтальном пучке труб, Научные труды ОМИИТа, т. 70 (Вопросы теплоэнергетики), 1967.