CC BY
16
из хранилища РАО
ОСОБЕННОСТИ КОНДЕНСАЦИИ ПЕРЕГРЕТОГО ПАРА В НАКЛОННОЙ ТРУБЕ
ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ ОХЛАЖДЕНИИ
Кондратьев Антон Викторович
инженер-испытатель ЗАО «НПВП «Турбокон», Калуга; КФМГТУ им. Н.Э.Баумана, аспирант
Птахин Антон Викторович
рук. группы ЗАО «НПВП «Турбокон», Калуга
участками: с кольцевым охлаждением, полукольцевым охлаждением и разрезного рабочего участка с полукольцевым охлаждением и теплоизоляцией между охлаждаемой и неохлаждаемой половинами трубы.
Цель работы - исследование влияния неравномерности охлаждения стенки трубы на конденсацию движущегося в трубе пара.
Описание экспериментальной установки и методики проведения эксперимента [4].
Схема экспериментального стенда представлена на рис. 1. К однотрубной модели воздушного конденсатора (ОМВК) подается водяной пар от электрического парогенератора 1. Пар с расходом 0.5-6 г/с конденсируется в теп-лообменной трубе 025*2 мм из стали 12Х18Н10Т установленной под углом 60° к горизонту. Теплообменная труба 2 на длине 2.3 м охлаждается с внешней стороны водой, протекающей в кольцевом зазоре. Наружная стальная труба имеет внутренний диаметр 28 мм. Течение воды и пара - противоточное, с расходом 0.04-0.16 кг/с. На выходе из теплообменной трубы установлен конденсато-сборник (нижний коллектор 5) и стеклянная труба (6), по которой конденсат сливается в бак сбора конденсата (7). Температура пара на входе в теплообменную трубу на 10...20°С превышала температуру насыщения пара. При
Введение.
При конденсации водяного пара, внутри оребрён-ных труб воздушных конденсаторов паротурбинных установок [1-3], скоростной напор пара на входе в теплооб-менные трубы
Р"^"ВХ2
--— < 550 Па,
2
число Рейнольдса по пару
Де" =—12500,
V
по конденсату
Ие' = —т < 200, V
где у',у" - кинематические вязкости конденсата и пара, соответственно; w', w"ВХ- скорости конденсата при х2 = 0 и пара на входе в трубу при х1 > 0 по отношению к полному сечению трубы, d = 21 мм - внутренний диаметр труб, х1,х2 - расходные массовые паросодержания на входе и выходе из трубы. В [4] предложена физическая модель течения водяного пара внутри трубы, сочетающая одновременное существование перегретого и конденсирующегося пара с х1 > 0.05 при Де' < 200.
С целью проверки полученной физической модели, были проведены испытания с различными рабочими
закрытии линии слива конденсата 12 в бак сбора конденсата 7 стеклянная трубка и конденсатосборник последовательно заполнялись конденсатом. При этом они служили измерителями расхода сконденсированного пара методом регистрации времени заполнения их заранее протариро-ванных объёмов. Разряжение в теплообменной трубе создается и поддерживается с помощью водоструйного эжектора 8, отсасывающего паровоздушную смесь (ПВС) из конденсатосборника 5 и бака сбора конденсата 7.
При перекрытии линии отсоса ПВС (задвижки 9,10) и конденсата (задвижка 11) из конденсатосборника расход
пара становится равным расходу конденсата. Расход пара, поступающий на конденсацию, контролируется с помощью расходомерного сопла 2, которое заранее протариро-вано по расходу конденсата на режимах без отсоса ПВС. При открытом отсосе ПВС разность в расходах пара и конденсата, рассчитанная по нагреву воды (т.е. по теплу) отведённой в водоструйный эжектор, позволяет определить расходное массовое паросодержание среды на выходе из трубы (Х2).
Рисунок 1. Принципиальная схема экспериментального стенда: 1 - электрический парогенератор, 2 -рас-ходомерное сопло, 3, 5 - верхний и нижний коллекторы ОМВК, 4 - однотрубный конденсатор, 6 - стеклянная трубка, 7 - бак сбора конденсата, 8 - водоструйный эжектор, 9,10 - задвижки, 11 - задвижка по конденсату, 12
- перегретый пар, 13 - плёнка конденсата.
Во время проведения опытов выполнялось измерение параметров пара на входе в коллектор теплообменной трубы 3, а также пара и конденсата на выходе из трубы 5. Кроме этого определялись температуры входа и выхода охлаждающей воды. Расход охлаждающей воды определялся по времени заполнения ею протарированной ёмкости.
Опыты проводились с двумя рабочими участками 4: моделью с кольцевым охлаждением и разрезной моделью с полукольцевым охлаждением и теплоизоляцией между охлаждаемой и неохлаждаемой поверхностями трубы.
Сечения первой и второй моделей приводятся на
рисунке 2.
а) 5)
Рисунок 2. Поперечные сечения рабочего участка с кольцевым охлаждением (а) и разрезного рабочего участка с полукольцевым охлаждением (б): 1 - паровая труба, 2 - внешняя труба рубашки охлаждения, 3 - охл ждающая вода, 4 - пар, 5 - конденсат 6 - теплоизоляционная вставка.
Температуры пара, конденсата и охлаждающей воды измерялись с использованием протарированных хромель-копелевых термопар. Тарировка осуществлялась с использованием лабораторного ртутного термометра с ценой деления 0.1 °С.
Расход перегретого водяного пара определялся по температуре и давлению перед соплом со сверхкритическим перепадом давлений во время опытов со среднеквадратичной погрешностью 1.2 %.
Абсолютные давления в теплообменной трубе измерялись с максимальной абсолютной ошибкой 0.4 кПа.
Расходы конденсата и охлаждающей воды определялись с использованием мерных ёмкостей и секундомера со среднеквадратичной ошибкой 1.5 %.
С
О
12 О
100,0 г 95,0
Для измерения температуры конденсата термопара погружалась в конденсат, протекающий через препятствие, высотой 10.5 мм на нижней образующей трубы, а температура пара в середине сечения трубы.
Тепловой баланс, определяемый по нагреву охлаждающей воды и теплоте, выделяемой при охлаждении и полной конденсации пара, совпадал с точностью ±5%.
Результаты экспериментальных исследований.
С целью сравнения эффективности кольцевого и полукольцевого охлаждения были проведены эксперименты с соответствующими рабочими участками. График зависимости доли сконденсировавшегося пара к его полному расходу приведен на рисунке 3. График зависимости среднего по поверхности коэффициента теплопередачи от расхода пара, приведенного к наружному диаметру паровой трубы = 25 мм, приводится на рисунке 4.
90,0 85,0 80,0 75,0 70,0
■
1 •
■ -1 ■ ■
• -2
0
1
2
3
4
5
Сп
, г^с
Рисунок 3. График зависимости доли сконденсировавшегося пара от его полного расхода: 1 - данные для рабочего участка с кольцевым охлаждением; 2 - данные для разрезного рабочего участка.
3,5 3
*
% 2,5
н
м
ы
,
2 1,5 1
0,5 0
0
1
■ - 1; • -2; ♦ -3; ▲ -4
2
3
4
5 6 Сп, г/с
Рисунок 4. График зависимости К от расхода пара: 1 - макет с кольцевым охлаждением; 2 - макет с кольцевым охлаждением при СОХЛ=сон&; 3 - разрезной макет, приведение к полной поверхности теплообмена; 4 - разрезной макет, приведение к охлаждаемой поверхности.
Заключение
При увеличении расхода пара, увеличивается толщина ручейка стекающего конденсата, уменьшается площадь проходного сечения для пара, увеличивается коэффициент теплоотдачи от пара к стенке и к конденсату. Следовательно, коэффициент теплопередачи возрастает.
В случае с разрезным макетом, при тех же расходах охлаждающей воды её скорость будет вдвое выше, т.к.
проходное сечение по воде вдвое меньше, чем у кольцевого макета. Следовательно, коэффициент теплопередачи, приведенный к охлаждаемой поверхности, будет выше, чем у макета с кольцевым охлаждением.
Перегрев пара на выходе сохраняется при различных расходах пара и схемах охлаждения трубы.
1.
2.
Список литературы:
Теплогидравлические процессы в воздушных конденсаторах паротурбинных установок / В.А. Федоров, О.О. Мильман, П.А. Ананьев, С.Н. Дунаев, Н.В. Колесников, Б.А. Шифрин // Вестник МЭИ. М.: Изд-во МЭИ. 2012. № 2. С. 5-12. Результаты экспериментальных характеристик воздушных конденсаторов паротурбинных установок / В.А. Федоров, О.О. Мильман, Н.В. Колесников, П.А. Ананьев, С.Н. Дунаев, А.М. Михальков, А.В. Мосин, А.В. Кондратьев // Теплоэнергетика. 2013. № 2. С. 1-7.
3. Milman O.O., Spalding D.B., Fedorov V.A. Steam Condensation in Parallel Channels with Nonuniform Heat Removal in Different Zones of Heat-Exchange Surface// International Journal of Heat and Mass Transfer, 2012. V.55. Iss.21-22. pp.6054-6059.
4. Результаты экспериментальных исследований теп-логидравлических процессов при конденсации перегретого пара внутри наклонной трубы / В.А. Федоров, О.О. Мильман, Б.А. Шифрин, П.А. Ананьев, С.Н. Дунаев, А.В. Кондратьев, А.В. Птахин // ТВТ. 2014. Т. 52. № 2. С. 1-4.
ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ТЕХНОЛОГИИ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ И РЕМОНТА МЕДИЦИНСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Кононова Марина Владимировна
Ст. преподаватель кафедры Инноватики и информационных технологий, г. Оренбург
Спецификой современного лечебно-диагностического процесса медицинской организации является применение практически на всех его стадиях лечебно-диагностического оборудования (ЛДО), то есть высокотехнологичного медицинского оборудования. По своей сложности, комплексности и интегрированности это медицинское оборудование зачастую на порядки превосходит любую другую медицинскую технику. Оно является обязательным элементом медицинской технологии и предназначено для решения задач спасения жизни больного человека.
В настоящее время одной из важных проблем, стоящих перед медицинским персоналом, эксплуатирующим медицинское оборудование, является проблема поддержания его в работоспособном состоянии. Не своевременное проведение технического обслуживания, отсутствие необходимого ЗИП и специалистов, способных качественно выполнить ремонт - являются причинами преждевременного старения и отказов оборудования.
Поддержание медицинского оборудования в работоспособном состоянии обеспечивает система технического обслуживания и ремонта (СТОиР), которая как отмечено в документе [5] в настоящее время нуждается в значительном совершенствовании.
Структура этой системы сложная и насыщенная. Основными элементами структуры СТОиР являются: медицинский персонал медицинских организаций, специалисты инженерных служб больниц, специализированные организации и предприятия, а также заводы-изготовители [3]. Как показывает анализ структура элементов, обеспечивающих работоспособность конкретного медицинского оборудования, как правило, отсутствует на момент начала его эксплуатации, что нередко приводит к отказам оборудования, значительным временным и материальным потерям. Готовность отдельного оборудования, по данным специализированных ремонтных предприятий, не превышает 0,4%. Главной причиной такого состояния дел, является отсутствие системного подхода в решении задач управления процессами технического обслуживания и ремонта, несовершенство структуры СТОиР, отсутствие единых стандартов к организации ТО и ремонта, отсутствие персональной ответственности менеджмента медицинской организации за техническое состояние оборудования, практически полное отсутствие автоматизации
процессов учета, сбора, обработки информации о состоянии медицинского оборудования.
Вопросам исследования и совершенствования СТОиР медицинского оборудования в настоящее время уделяется особое, повышенное внимание. Сейчас уже разработаны и достаточно эффективно применяются многочисленные методики расчета отдельных параметров СТОиР, характеризующих наиболее важные аспекты функционирования этой системы. Однако разработке методов комплексного, системного исследования СТОиР медицинского оборудования уделяется недостаточное внимание. В тоже время, как показывает анализ результатов проведенных исследований [4], возможности по совершенствованию технической оснащенности и структурного построения данной системы имеются и они весьма значительные.
В настоящее время уже разработаны, и активно применяются достаточно большое количество различных моделей, позволяющих исследовать и совершенствовать СТОиР по выбранному критерию. Однако, характерными чертами каждой из них является то, что, во-первых, каждая из них преимущественно отражает лишь ограниченный круг особенностей функционирования СТОиР в строго определенных условиях, а оценки, получаемые при этом, достаточно грубы, чтобы судить об эффективности всей системы; введение же в аппарат описания дополнительных элементов существенно усложняет формализацию задачи. Во-вторых, при решении прикладных задач с использованием моделирования, как правило, требуется разрабатывать свой, в некоторых случаях специфический метод синтеза более рациональной системы. В-третьих, по своей природе они относятся к классу стохастических моделей, при реализации которых детерминированные связи, зачастую достаточно важные, учитываются лишь косвенно. В-четвертых, при переводе аналитических зависимостей полученных моделей, в имитационную форму, то есть на какой-либо язык программирования ЭВМ, требуются значительные затраты на разработку алгоритмов программного продукта, калибровку, отладку моделей, а также обработку результатов моделирования.
Указанные недостатки существующих моделей могут быть преодолены путем комплексного, системного рассмотрения СТОиР, что позволит в конечном итоге проводить не только непрерывный анализ эффективности ее
