CC BY
16Cтруктурная схема основной машины имеет пять выходных параметров, которые описывают: механическое усилие на корпус ПД Y15-i=X15-i5-i; напряжение, поступающее от дополнительной обмотки якоря в цепи регулирования напряжения Y15-2=X15-14-ь сигнал в САУ от элемента тепловой защиты Yj5-3=Xi5-i8-i ; напряжение основной обмотки якоря, поступающее в силовые цепи Y15-4=X15-13-1; крутящий момент для привода возбудителя Y15-5=X15-1-4. Аналогично могут быть описаны любые объекты СЭС.
На основании структурного анализа по методу конструктивно-функциональной близости становится возможным синтезировать структурную модель генератора судовой электростанции, описать сигналы различной природы, проходящие через конструктивные элементы СЭС при разработке её системы автоматического управления, и учесть очень слабые сигналы (магнитные потоки проходящие через корпус генератора, поток и температуру воздуха внутри генератора и др.), что в конечном итоге предотвращает возникновение ряда ошибок.
Таким образом, в процессе синтеза новых САУ СЭС метод конструктивно -функциональной близости позволяет описать все элементы СЭС с учетом сигналов проходящих через ее конструктивные элементы и обоснованно установить совокупность элементов из состава СЭС требующих управляющего воздействия.
Список литературы:
[1] Алексеев Н.А. Судовые микропроцессорные системы управления: проектирование и эксплуатация. - СПб.: ГМА им. адм. С.О. Макарова, 2002. - 102 с.
[2] Андрезен В.А., Гольдберг М.Э., Городущенко ВН., Уваров Ю.Н. Автоматизация судовых энергетических установок и систем. - 2 изд. - СПб.: Судостроение, 1993. -278 с.
METHOD OF CONSTRUCTIVE-FUNCTIONAL AFFINITY AS THE TOOL SYNTHESIS OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEMS
V.G. Sugakov, Y.S. Malyshev
The problems of system engineering of automatic control of ship power stations are considered at expansion of volume of automatically carried out functions by traditional methods and way of their decision by application of a method of constructive - functional affinity.
УДК 621.18.049
В.Г. Пискулин, аспирант ФБОУ ВПО «ВГАВТ». 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАЗРАБОТКИ КОЖУХОТРУБНЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ ДЛЯ ТЯЖЕЛЫХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
В статье рассказывается о результатах исследований тяжелых условий работы кожухотрубных теплообменников, их отказов. Ппредложены различные конструктивные решения для повышения надежности работы кожухотрубных теплообмен-ных аппаратов в современных условиях эксплуатации.
Разделительные теплообменники систем теплоснабжения и ГВС, защищая ответственные элементы первого контура котельных от воздействия посторонних веществ,
сами находятся в весьма сложных физико-химических, тепловых и гидродинамических условиях.
Перечень основных факторов, отрицательно влияющих на работу теплообменников выглядит устрашающе:
- накипеобразование,
- осаждение взвешенных частиц,
- механическая и гидродинамическая эрозия,
- электрокоррозия,
- термоудары,
- гидроудары,
- кавитация,
- кавитационная вибрация и др.
Создание надежных и эффективных теплообменников, способных работать в таких условиях - задача очевидно непростая. В конце 90-х годов, с появлением на российском рынке новых зарубежных теплообменников, главным образом пластинчатых, чуть ли не во всех бедах, встречающихся при эксплуатации российской техники, был обвинен сам принцип кожухотрубных систем. Однако по прошествии ряда лет эксплуатации после начала массового внедрения пластинчатых теплообменников стало ясно, что они не панацея: при наличии ряда положительных свойств проявились крупные недостатки, в числе которых склонность к засорению взвешенными частицами, высокая зависимость теплогидравлических показателей от накипных отложений, пониженная надежность прокладочных элементов и др. В результате спад интереса к теплообменникам данного типа у большой части специалистов, формирование мнения о специфически присущих пластинчатым теплообменникам отрицательных свойствах.
Известно, что массогабаритные характеристики теплообменных аппаратов в основном определяются двумя факторами: плотностью компоновки теплообменной поверхности и степенью интенсификации теплообмена. Чем меньше гидравлический диаметр каналов теплообменника, тем выше плотность компоновки. Ограничивающим фактором при этом является увеличение опасности засорения каналов твердыми частицами гидроокиси железа и других включений в воде. Кроме того, чем меньше поперечный размер каналов, тем сильнее проявляется отрицательное влияние отложений на их гидравлические характеристики. При уменьшении гидравлического размера канала ниже 8 мм отрицательное влияние загрязнений резко увеличивается. Опыт эксплуатации теплообменников на загрязненной воде, в частности судовых охладителей, подтверждает целесообразность применения в этих условиях теплообмен-ных каналов с гидравлическим размером не ниже 8 мм.
С целью интенсификации теплообмена целесообразно применение методов профилировки каналов. При этом должны быть учтены технологичность, сохранение прочности, стабильность эффекта интенсификации при появлении загрязняющих отложений. Используется отлично зарекомендовавший себя метод интенсификации с помощью кольцевых турбулизаторов. Крайне важным явилось то, что при высокой степени интенсификации данный метод обеспечивает замечательные гидравлические показатели.
По комплексному показателю теплогидравлической эффективности трубы профилированные кольцевыми турбулизаторами при гидравлическом диаметре 8.. .10 мм опережают все рассмотренные поверхности, в том числе профилированные пластинчатые.
Практика показывает, что подогреватели с такими трубами могут устанавливать в систему без фильтров, поскольку твердые загрязнения размером более 8 мм в воде теплосетей встречаются крайне редко, чему способствует работа насосов, измельчающих крупные частицы.
При проектировании подогревателей для тяжелых условий эксплуатации необходимо учитывать, что практически важным показателем их штатной работы является не начальная тепловая эффективность, а величина этого параметра в течение расчетного периода эксплуатации, которым целесообразно считать отопительный сезон.
Так в январе 2001 г. в г. Бор Нижегородской области была на несколько суток выведена из действия 10 МВт котельная с целью аварийной очистки двух пластинчатых подогревателей потерявших тепловую эффективность при весьма незначительном загрязнении (0,15. 0,2 мм).
Прогнозирование скорости образования отложений на теплообменных поверхностях - наиболее трудная и наименее изученная проблема. Сложность ее связана с наличием большого количества взаимовлияющих факторов, определяющих процессы кристаллизации, осаждения, теплообмена и др. Даже при оценке одних и тех же факторов специалисты часто делают прямо противоположные выводы. Тем не менее, ряд теоретических и экспериментальных работ не позволяют сейчас получать достаточно точные оценки процессов накипеобразования. Кроме того, в работе необходимо использовать следующие, проверенные практикой положения:
- темп роста загрязняющих отложений увеличивается с уменьшением скорости и турбулентности потока;
- количество накипи и других отложений увеличивается при наличии шероховатости или микронеровностей инициирующих микровихри не выходящие за пределы пограничного слоя;
- темп роста накипи увеличивается с увеличением температурного напора и плотности теплового потока;
- загрязняющие отложения более интенсивно накапливаются на поверхностях, имеющих низкую коррозионную стойкость;
- количество загрязняющих отложений увеличивается при наличии застойных зон, связанных с разворотом потока, загромождением проточной части теплообменника и т. п.;
Конструктивная реализация отмеченных положений выполнена следующим образом.
Высокие скорости течения (1,5.2,0 м/с) греющего и нагреваемого теплоносителей достигаются путем организации продольного реверсивного тока в трубном и межтрубном пространствах. Примерное равенство проходных сечений обоих пространств обеспечивается выбором предельно малого шага труб в трубных решетках (5=1,2.. 1,21).
Продольный ток в межтрубном пространстве позволяет не только в 3 раза увеличить скорость течения, но и уменьшить объем застойных зон с 25.30 до 5%. Нанесение на поверхность теплообменных труб турбулизирующих кольцевых канавок и выступов обеспечивает интенсивную пристенную турбулизацию, увеличивающую теплоотдачу в 1,5. 2,5 раза и способствующую периодическому срыву загрязнений.
С целью уменьшения обводных течений в теплообменниках ПМКИ малой мощности (от 60 до 300 кВт) их корпуса в поперечном сечении имеют форму многогранников (см. рис.3), при этом трубные пучки вписываются в них с минимальными зазорами. Важным фактором, обеспечивающим достижение высокой тепловой эффективности является формирование системы тока в теплообменнике. Температурные режимы в контурах современных систем требуют достижения высоких значений тепловой эффективности: 0,66.0,8 для систем теплоснабжения и 0,7.0,9 для ГВС.
Профиль турбулизаторов на теплообменных трубах может быть подобран так, чтобы обеспечить заданные характеристики теплообменных аппаратов, отличные от номинальных значений. С учетом данных общих соображений, можно считать, что подбирая или создавая теплообменник для работы в конкретной системе с целью обеспечения его максимально стабильной и эффективной работы необходимо учитывать, возможно, большее число параметров, определяющих его работоспособность.
При этом целесообразно моделировать не только тепловые и гидравлические явления, но и процессы, влияющие на изменение теплогидравлических, прочностных и иных важных показателей в процессе эксплуатации. Задача эта неизмеримо сложней стандартных теплогидравлических и прочностных проектных и поверочных расчетов. Однако предпосылки для ее постановки и решения на наш взгляд имеются. Это относится и к объему накопленного опытного материала и к развитию методов математического моделирования.
Для турбулизации потоков и повышения эффективности теплообмена применяют различные виды наружного и внутреннего оребрения. В качестве внутреннего ореб-рения применяются различные вставки или используются диафрагмовые трубы.
1. Объекты и методы исследования
Отношение длины трубки к диаметру оказывает влияние на теплообмен, так как профили температур и скоростей устанавливаются не сразу. В данной работе отношение Результатом численного эксперимента являются полученные значения температур и давления в любой точке расчетной области. Так же по результатам численного эксперимента можно определить коэффициент теплоотдачи от жидкости к трубе
2. Теплообмен через диафрагмированные трубы
В результате численного эксперимента получены распределения температур и давления жидкости во всех точках расчетного пространства, что позволило оценить эффективность конструкции.
3. Анализ полученных результатов
В результате проведенных исследований были получены потоки тепла, температуры стенок, температуры жидкости, давление на входе в трубу и выходе. А так же ряд величин необходимых для сравнительной оценки исследуемых труб, программный комплекс позволяет получить значения потока тепла, температура жидкости и температура стенки по гладким и спиральным участкам трубы отдельно представлена зависимость температуры жидкости на выходе от шага спирали. Можно сделать вывод, что существует определенный оптимальный шаг спирали, при котором достигается наибольшая турбулизация потока. Если увеличивать шаг спирали, то жидкость будет вовлекаться в движение по виткам спирали, а значит эффективность применения диафрагм снизится.
Заключение
Применение спирально диафрагмированных труб повышает коэффициент теплоотдачи, снижает расход металла и время охлаждения жидкости. При оптимальном выборе отношения Ьё/ Иё/ Ь эффективность спирально диафрагмированных труб достаточно велика. В работе получены зависимости технологических параметров теплообмена от конструктивных размеров, которые позволять выбирать оптимальные параметры диафрагмирования труб.
Список литературы
[1] Барановский Н. В., Коваленко Л. М., Ястребенецкий А. Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973. - 288 с.
[2] Калинин Э.К., Дрейцер Г.А., Копп И.З., Мякочин А.С. Эффективные поверхности теплообмена. - М.: Энергоатомиздат, 1998.
[3] Лапотышкина Н.П., Сазонов Р.П. Водоподготовка и водно-химический режим тепловых сетей. - М.: Энергоиздат, 1982. - 200 с.
[4] Радько В.А. Вода в природе и теплоэнергетическом производстве. Консп. лекц. Свердловск, изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1976. - с. 59.
DEVELOPMENT RESULTS OF SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS FOR HEAVY DUTY OPERATION
V. G. Piskulin
The article describes the results of studies of heavy shell and tube heat exchangers, their failures. Ppredlozheny variety of design solutions to improve the reliability of the shell and tube heat exchangers in modern conditions.
