Поверочный тепловой расчет конденсатора заданной конструкции
Министерство
образования и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное
учреждение
высшего профессионального образования
«Ивановский
государственный энергетический
университет
имени В.И. Ленина»
Кафедра
тепловых электрических станций
Контрольная
работа по курсу «Тепломеханическое и вспомогательное оборудование ТЭС»
на
тему «Поверочный тепловой расчет конденсатора заданной конструкции»
тепловой конденсатор напор
Выполнил:
Студент группы
5-75К
Леонтьев Н.Н., шифр
510063
Проверил:
к.т.н., доцент каф.
ТЭС
Ледуховский Г.В.
Иваново
- 2015
Задание
Даны конструктивные (табл. 1.1) и
эксплуатационные (табл. 1.2) характеристики конденсатора. Необходимо при
заданных режимных параметрах (табл. 1.3) рассчитать конечный температурный
напор конденсатора δt и абсолютное
давление пара в горловине конденсатора рк, используя следующие методики
поверочного теплового расчета:
Всероссийского теплотехнического института
(ВТИ);
Калужского турбинного завода (КТЗ);
Уральского государственного технического
университета (УГТУ-УПИ).
Таблица 1.1. Конструктивные характеристики
конденсатора
|
Наименование
показателя, обозначение, единица измерения
|
Значение
|
|
1.
Количество теплообменных трубок N, шт.
|
10450
|
|
2.
Длина теплообменных трубок активная l, м
|
8,890
|
|
3.
Диаметр теплообменных трубок наружный dн, м
|
0,028
|
|
4.
Диаметр теплообменных трубок внутренний dвн, м
|
0,026
|
|
5.
Материал теплообменных трубок
|
Медно-никелевый
сплав МНЖ5-1
|
|
6.
Число ходов конденсатора по воде z, шт.
|
2
|
|
7.
Поверхность охлаждения конденсатора эффективная F, м2
|
8170
|
|
8.
Площадь горловины выхлопного патрубка турбины sгорл, м2
|
119,1
|
|
9.
Коэффициент теплопроводности материала трубок λст, Вт/(м∙К)
|
104,7
|
|
10.
Средняя ширина ленты компоновки трубного пучка Алент, м
|
0,289
|
|
11.
Шаг разбивки трубок s1, м
|
0,03
|
|
12.
Шаг разбивки трубок s2, м
|
0,03
|
|
13.
Периметр трубной доски Ртр. д, м
|
7,34
|
|
14.
Периметр трубного пучка Ртр. п, м
|
26,94
|
|
15.
Периметр набегания пара в сечении между трубками по периферии трубного пучка
sузк, м
|
10
|
Таблица 1.2. Эксплуатационные характеристики
конденсатора
|
Наименование
показателя, обозначение, единица измерения
|
Значение
|
|
1.
Коэффициент состояния (степень чистоты) поверхности теплообмена α, ед.
|
0,9
|
|
2.
Относительное содержание воздуха в паре ε, кг/кг
|
5∙10-5
|
|
3.
Частота колебания теплообменных трубок fвибр, Гц
|
18
|
|
4.
Амплитуда колебания теплообменных трубок Авибр, м
|
0,10∙10-3
|
|
5.
Ускорение свободного падения g, м/с2
|
9,81
|
|
6.
Коэффициент, учитывающий потери тепла от наружного охлаждения ηпот, ед.
|
0,99
|
|
7.
Номинальный расход пара в конденсатор Dкном, т/ч
|
380
|
|
8.
Среднее абсолютное давление охлаждающей воды в конденсаторе ров, бар
|
1,8
|
Таблица
1.3. Показатели режима работы конденсатора
|
Наименование
показателя, обозначение, единица измерения
|
Значение
|
|
Вариант
задания
|
63
|
|
1.
Расход охлаждающей воды через конденсатор Gв, м3/ч
|
17000
|
|
2.
Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t1в, оС
|
2
|
|
3.
Расход пара в конденсатор Dк, т/ч
|
350
|
Расчет показателей
Расчет по каждой из методик выполнен в табличном
виде (табл. 1.4-1.6). Алгоритмы расчета приняты по данным [1].
Таблица 1.4. Поверочный тепловой расчет
конденсатора по методике ВТИ
|
Наименование
показателя, обозначение, единица измерения
|
Метод
определения
|
Значение
в итерациях
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1.
Проходное сечение трубок конденсатора для охлаждающей воды f, м2
|
f
=  ∙ 
|
2,774
|
2,774
|
|
|
|
2.
Средняя скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора wв, м/с
|
 = 
|
1,702
|
1,702
|
|
|
|
3.
Номинальная удельная паровая нагрузка конденсатора  , кг/(м2∙ч) 46,51246,512
|
|
|
|
|
|
|
4.
Удельная паровая нагрузка конденсатора в заданном режиме dк, кг/(м2∙ч)
|
 42,8442,84
|
|
|
|
|
|
5.
Граничная удельная паровая нагрузка конденсатора  , кг/(м2∙ч) = (0,9 -
0,012 ∙  ) ∙  40,74540,745
|
|
|
|
|
|
|
6.
Отношение удельных паровых нагрузок конденсатора δ, ед.
|
δ
= 
|
1,051
|
1,051
|
|
|
7. Фактор, учитывающий влияние на
коэффициент теплоотдачи паровой нагрузки конденсатора Фd, ед. При
нагрузке 
значение 
.
При нагрузке 
|
значение
 = δ ∙
(2 - δ)11
|
|
|
|
|
|
|
8.
Комплекс А
|
A
=  Примечание.
Значение dвн подставлять в миллиметрах
|
0,97403
|
0,97403
|
|
|
|
9.
Комплекс Б
|
Б
=   
|
0,218558
|
0,218558
|
|
|
|
10.
Комплекс В
|
В
=  ∙
(1 -  )
|
0
|
0
|
|
|
|
11.
Среднее значение коэффициента теплопередачи поверхности теплообмена
конденсатора К, Вт/(м2∙К)
|
К
= 4070 ∙ α
∙ A ∙ (1 - Б)
(1 + В) ∙
|
2788,08
|
2788,08
|
|
|
|
12.
Температура насыщения tн, оC
|
Задаётся
|
20
|
19,455
|
|
|
|
13.
Разность теплосодержаний пара и конденсата Δhк, кДж/кг
|
В
первом приближении - по таблицам термодинамических свойств воды и водяного
пара [2] при tн
|
2453,58
|
2454,88
|
|
|
|
14.
Теплоёмкость охлаждающей воды срв, кДж/(кг∙К)
|
В
первом приближении может приниматься постоянной срв = 4,19 кДж/(кг∙К)
|
4,19
|
4,19
|
|
|
|
15.
Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора t2в, оC
|
 = + 
|
13,936
|
13,942
|
|
|
|
16.
Недогрев охлаждающей воды до температуры насыщения (конечный температурный
напор конденсатора) δt,
оC
|
δt
= 
|
5,52
|
5,523
|
|
|
|
17.
Новое значение температуры насыщения  , оC
|
= + δt
|
19,455
|
19,465
|
|
|
|
18.
Невязка расчета температуры насыщения Δ, %
|
∆
=  ∙
100 % Если невязка ∆  0,5 % , то расчёт повторяется с
п.12 при  =
|
2,73
|
0,05
|
|
|
|
19.
Давление пара в паровом пространстве конденсатора рк, кПа
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при
|
2,2611
|
2,2624
|
|
|
Таблица 1.5. Поверочный тепловой расчет
конденсатора по методике КТЗ
|
Наименование
показателя, обозначение, единица измерения
|
Метод
определения
|
Значение
в итерациях
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1.
Температура насыщения tн, оC
|
Задаётся
|
20
|
21,953
|
22,276
|
|
|
2.
Разность теплосодержаний пара и конденсата Δhк, кДж/кг
|
В
первом приближении - по таблицам термодинамических свойств воды и водяного
пара [2] при tн
|
2453,58
|
2448,92
|
2448,15
|
|
|
3.
Теплоёмкость охлаждающей воды срв, кДж/(кг∙К)
|
В
первом приближении может приниматься постоянной срв = 4,19 кДж/(кг∙К)
|
4,19
|
4,19
|
4,19
|
|
|
4.
Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора t2в, оC
|
= +
|
13,935
|
13,913
|
13,909
|
|
|
5.
Нагрев охлаждающей воды в конденсаторе Δtв, оC
|
∆ = -
|
11,935
|
11,913
|
11,909
|
|
|
6.
Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в конденсаторе  , оC
|
= 
|
10,971
|
13,106
|
13,454
|
|
|
7.
Средняя температура охлаждающей воды в конденсаторе  , оC = - 9,0298,8478,822
|
|
|
|
|
|
|
8.
Коэффициент теплопроводности охлаждающей воды λв, Вт/(м∙К)
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров0,580020,579660,57961
|
|
|
|
|
|
9.
Число Прандтля охлаждающей воды Prв
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров9,819,8849,894
|
|
|
|
|
|
10.
Коэффициент динамической вязкости охлаждающей воды μв, Н∙с/м2
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров0,00135330,00136210,0013633
|
|
|
|
|
|
11.
Удельный объём охлаждающей воды  , м3/кгПо таблицам
термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров0,0010002810,0010002770,001000276
|
|
|
|
|
|
|
12.
Коэффициент кинематической вязкости охлаждающей воды  , м2/с
|
=  ∙ 
|
1,354∙
|
1,362∙
|
1,364∙
|
|
|
13.
Проходное сечение трубок конденсатора для охлаждающей воды f, м2
|
f
= ∙
|
2,774
|
2,774
|
2,774
|
|
|
14.
Средняя скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора wв, м/с
|
=
|
1,702
|
1,702
|
1,702
|
|
|
15.
Число Рейнольдса охлаждающей воды Reв
|
 = 
|
32690,14
|
32479,07
|
32450,52
|
|
|
16.
Коэффициент теплопередачи с водяной стороны αв, Вт/(м2∙К)
|
 = 0,023 ∙
 ∙  ∙ 
|
5228,76
|
5214,15
|
5212,14
|
|
|
17.
Тепловая нагрузка конденсатора Q, Вт
|
Q
= 
|
236147236
|
235711942
|
235632797
|
|
|
18.
Внутренняя поверхность теплообмена трубок конденсатора Fвн, м2
|
 =  ∙  ∙ l
∙ N
|
7588,24
|
7588,24
|
7588,24
|
|
|
19.
Средний диаметр трубок конденсатора dср, м
|
 0,0270,0270,027
|
|
|
|
|
|
20.
Температура стенок трубок конденсатора tст, оC
|
 =  +  
|
15,256
|
15,08
|
15,055
|
|
|
21.
Температура конденсатной плёнки tпл, оC
|
 17,62818,51718,666
|
|
|
|
|
|
22.
Коэффициент теплопроводности конденсатной плёнки λпл, Вт/(м∙К)
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для
кипящей воды
|
0,59533
|
0,59689
|
0,59715
|
|
|
23.
Коэффициент динамической вязкости конденсатной плёнки μпл, Н∙с/м2
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для
кипящей воды
|
0,0010741
|
0,0010471
|
0,0010426
|
|
|
24.
Удельный объём конденсатной плёнки  , м3/кгПо таблицам
термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для кипящей
воды0,0010014260,0010015030,001001533
|
|
|
|
|
|
|
25.
Скрытая теплота фазового перехода r, кДж/кг
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tн
|
2453,5
|
2448,91
|
2448,14
|
|
26. Коэффициента теплопередачи по
Нуссельту 
, Вт/(м2∙К)
= 0,728
|
 9992,349179,389078,61
|
|
|
|
|
|
|
27.
Число Нуссельта Nu
|
Nu
= 
|
469,97
|
430,6
|
425,69
|
|
|
28.
Удельный объём насыщенного пара  , м3/кг
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tн
|
57,761
|
51,564
|
50,619
|
|
|
29.
Средняя скорость пара в выхлопном патрубке турбины wп, м/с
|
 = 
|
47,151
|
42,092
|
41,321
|
|
|
30.
Комплекс П
|
П
= 
|
0,14033
|
0,12528
|
0,12299
|
|
|
31.
Относительный периметр набегания пара на трубный пучок   =  0,010880,010880,01088
|
|
|
|
|
|
32. Среднее значение коэффициента
теплоотдачи при конденсации пара в трубном пучке 
, Вт/(м2∙К)
= 19 ∙
∙
|
(1 +   ∙  ∙ 4591,294356,654325,61
|
|
|
|
|
|
|
33.
Коэффициент теплоотдачи со стороны паровоздушной смеси αсм, Вт/(м2∙К)
|
 = 0,56 ∙
∙ 
|
4218,66
|
4002,06
|
3974,54
|
|
|
34.
Среднее значение коэффициента теплопередачи поверхности теплообмена
конденсатора К, Вт/(м2∙К)
|
К
= 
|
2207,98
|
2144,79
|
2136,21
|
|
|
35.
Недогрев охлаждающей воды до температуры насыщения δt, оC
|
δt
= 
|
8,018
|
8,363
|
8,411
|
|
|
36.
Новое значение температура насыщения  , оC
|
=  + δt
|
21,953
|
22,276
|
22,32
|
|
|
37.
Невязка расчета температуры насыщения Δ, %
|
∆
=  ∙
100 % Если невязка ∆ 0,5 %, то расчёт повторяется с
п.1 при  =
|
9,77
|
1,47
|
0,2
|
|
|
38.
Давление пара в паровом пространстве конденсатора рк, кПа
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при
|
2,6377
|
2,6902
|
2,6975
|
|
Таблица 3.6. Поверочный тепловой расчет
конденсатора по методике УГТУ (УПИ)
|
Наименование
показателя, обозначение, единица измерения
|
Метод
определения
|
Значение
в итерациях
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1.
Температура насыщения tн, 
|
Задаётся
|
20
|
23,916
|
24,942
|
25,183
|
|
2.
Разность теплосодержаний пара и конденсата Δhк, кДж/кг
|
В
первом приближении - по таблицам термодинамических свойств воды и водяного
пара [2] при tн
|
2453,58
|
2444,23
|
2441,8
|
2441,22
|
|
3.
Теплоёмкость охлаждающей воды срв, кДж/(кг∙К)
|
В
первом приближении может приниматься постоянной срв = 4,19 кДж/(кг∙К)
|
4,19
|
4,19
|
4,19
|
4,19
|
|
4.
Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора t2в,
|
=  + 
|
13,89
|
13,878
|
13,875
|
|
5.
Нагрев охлаждающей воды в конденсаторе Δtв,
|
∆ = -
|
11,935
|
11,89
|
11,878
|
11,875
|
|
6.
Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в конденсаторе  ,
|
= 
|
10,971
|
15,204
|
16,287
|
16,541
|
|
7.
Средняя температура охлаждающей воды в конденсаторе ,  = - 9,0298,7128,6558,642
|
|
|
|
|
|
|
8.
Коэффициент теплопроводности охлаждающей воды λв, Вт/(м∙К)
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров0,578160,579390,579270,57925
|
|
|
|
|
|
9.
Число Прандтля охлаждающей воды Prв
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров9,819,9389,9629,967
|
|
|
|
|
|
10.
Коэффициент динамической вязкости охлаждающей воды μв, Н∙с/м2
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров0,00135330,00136870,00137150,0013721
|
|
|
|
|
|
11.
Удельный объём охлаждающей воды  , м3/кг
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при и
ров0,0010002810,0010002740,0010002730,001000273
|
|
|
|
|
|
12.
Коэффициент кинематической вязкости охлаждающей воды  , м2/с
|
=  ∙
|
1,354∙
|
1,369∙
|
1,372∙
|
1,372∙
|
|
13.
Проходное сечение трубок конденсатора для охлаждающей воды f, м2
|
f
=  ∙ 
|
2,774
|
2,774
|
2,774
|
2,774
|
|
14.
Средняя скорость охлаждающей воды в трубках конденсатора wв, м/с
|
 = 
|
1,702
|
1,702
|
1,702
|
1,702
|
|
15.
Число Рейнольдса охлаждающей воды Reв
|
 = 
|
32690,14
|
32322,55
|
32256,6
|
32242,49
|
|
16.
Коэффициента теплопередачи с водяной стороны αв, Вт/(м2∙К)
|
 = 0,023 ∙
 ∙  ∙ 
|
5211,99
|
5202,95
|
5198,39
|
5197,44
|
|
17.
Тепловая нагрузка конденсатора Q, Вт
|
Q
= 
|
236147236
|
235256861
|
235019428
|
234960069
|
|
18.
Внутренняя поверхность теплообмена трубок конденсатора Fвн, м2
|
 =  ∙  ∙ l
∙ N
|
7588,24
|
7588,24
|
7588,24
|
7588,24
|
|
19.
Средний диаметр трубок конденсатора dср, м
|
0,0270,0270,0270,027
|
|
|
|
|
|
20.
Температура стенок трубок конденсатора tст,
|
 = +  
|
15,276
|
14,945
|
14,886
|
14,874
|
|
21.
Температура конденсатной плёнки tпл, оC
|
17,63819,43119,91520,029
|
|
|
|
|
|
22.
Коэффициент теплопроводности конденсатной плёнки λпл, Вт/(м∙К)
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для
кипящей воды
|
0,59534
|
0,5985
|
0,59935
|
0,59954
|
|
23.
Коэффициент динамической вязкости конденсатной плёнки μпл, Н∙с/м2
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для
кипящей воды
|
0,0010738
|
0,0010193
|
0,0010046
|
0,0010014
|
|
24.
Число Прандтля конденсатной плёнки Prпл
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для
кипящей воды
|
7,56
|
7,13
|
7,01
|
6,99
|
|
25.
Теплоёмкость конденсатной плёнки ср пл, кДж/(кг∙К)
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для
кипящей воды
|
4,1876
|
4,1856
|
4,1851
|
4,185
|
|
26.
Удельный объём конденсатной плёнки  , м3/кг
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tпл для
кипящей воды
|
0,001001428
|
0,001001686
|
0,001001783
|
0,001001806
|
|
27.
Коэффициент кинематической вязкости конденсатной плёнки  , м2/с
|
=  ∙
|
1,075∙
|
1,021∙
|
1,006∙
|
1,003∙
|
|
28.
Скрытая теплота фазового перехода r, кДж/кг
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tн
|
2453,5
|
2444,3
|
2441,84
|
2441,26
|
29. Коэффициента теплопередачи по
Нуссельту , Вт/(м2∙К) = 0,728
|
10003,718658,538452,178407,72
|
|
|
|
|
|
|
30.
Число Нуссельта Nu
|
Nu
=
|
470,49
|
405,08
|
394,86
|
392,66
|
|
31.
Удельный объём насыщенного пара , м3/кг
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при tн
|
57,761
|
46,082
|
43,483
|
42,901
|
|
32.
Средняя скорость пара в выхлопном патрубке турбины wп, м/с
|
=
|
47,151
|
37,617
|
35,495
|
35,02
|
|
33.
Комплекс П
|
П
=
|
0,14033
|
0,11198
|
0,10567
|
0,10426
|
|
34.
Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи скорости течения пара,
Фw
|
 = 28,3 ∙
 ∙ 
|
0,68152
|
0,73004
|
0,73751
|
0,73911
|
|
35.
Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи натекания конденсата,
Фi
|
 1111
|
|
|
|
|
|
36.
Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи содержания в паре
воздуха, Фε
|
 = 1 -
4,716 ∙ 
|
0,95812
|
0,95812
|
0,95812
|
0,95812
|
|
37.
Вибрационное число Рейнольдса Reвибр
|
 = 
|
46,87
|
49,36
|
50,08
|
50,24
|
|
38.
Число Кутателадзе пленки конденсата Кпл
|
 = 
|
124,03
|
65,1
|
58,03
|
56,59
|
|
39.
Комплекс М
|
М
=  , n =
6,82 ∙ ∙  - -
1,85 ∙  ∙
|
1,04414
|
1,04703
|
1,04823
|
1,0485
|
|
40.
Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи параметров вибрации
трубок конденсатора, Фf
|
 = M 
|
1,23944
|
1,25325
|
1,25769
|
1,25868
|
|
41.
Относительный периметр трубного пучка конденсатора Р
|
P
= 
|
3,67
|
3,67
|
3,67
|
3,67
|
|
42.
Коэффициент компактности трубного пучка конденсатора   =  9,6339,6339,6339,633
|
|
|
|
|
|
|
43.
Комплекс   =  0,0350820,0279950,0264180,026065
|
|
|
|
|
|
|
44.
Комплекс Т
|
 0,90,916370,919810,92058
|
|
|
|
|
|
45.
Фактор, учитывающий влияние на коэффициент теплоотдачи компоновки трубного
пучка конденсатора, ФК
|
 = =  
|
0,40041
|
0,37806
|
0,37199
|
0,37056
|
|
46.
Коэффициент теплоотдачи со стороны паровоздушной смеси αп, Вт/(м2∙К)
|
 = ∙ ∙  ∙ ∙ ∙
|
3241,83
|
2869,52
|
2794,22
|
2777,03
|
|
47.
Среднее значение коэффициента теплопередачи поверхности теплообмена
конденсатора К, Вт/(м2∙К)
|
К
= 
|
1904,8
|
1768,75
|
1739,3
|
1732,51
|
|
48.
Недогрев охлаждающей воды до температуры насыщения δt,
|
δt
= 
|
9,981
|
11,052
|
11,305
|
11,364
|
|
49.
Новое значение температура насыщения ,
|
= + δt
|
23,916
|
24,942
|
25,183
|
25,239
|
|
50.
Невязка расчета температуры насыщения Δ, %
|
∆
= ∙
100 % Если невязка ∆ 0,5 %, то расчёт повторяется с
п.1 при =
|
19,58
|
4,29
|
0,97
|
0,22
|
|
51.
Давление пара в паровом пространстве конденсатора рк, кПа
|
По
таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара [2] при
|
2,971
|
3,159
|
3,2048
|
3,2157
|
Библиографический список
1.
Ледуховский Г.В., Поспелов А.А. Конденсационные установки паровых турбин:
расчет энергетических характеристик: Учеб. пособие / ФГБОУВПО «Ивановский
государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». - Иваново, 2014.
- 112 с.
.
Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и
водяного пара. Справочник. - М.: Изд-во МЭИ, 1999. - 168 с.