книги из ГПНТБ / Гельфенбейн Л.Г. Регенераторы газотурбинных установок
.pdfгде коэффициент трения ge определяем по формуле (38), так как при шероховатости труб, равной 6 = 0,1 мм
30 |
0,1 |
• 10—3 |
30 |
о, 1 • ю -з |
||
Re®'875 |
|
d„ |
’ |
49 ООО0,875 |
0,0 14 |
’ |
|
|
0 ,0 0 2 3 8 < 0 ,0 0 7 1 5 |
|
|||
или |
|
|
|
|
|
|
|
£в = |
0 |
, 1 9 |
] / ^ ^ = 0,0 3 6 5 . |
|
|
Тогда |
|
|
|
|
|
|
Арв= |
0,0365 |
7’9М ’115-9’122 |
+ g!l~ 162 х |
|||
|
|
|
|
2-0,014 |
546 |
А |
X1,115 - 9,122 = 987 мм вод. cm.
иотносительная потеря
|
8 |
17,5-10^ |
|
|
|
|
|
Потери давления с газовой стороны |
|
|
|
||||
|
|
1Рги?г |
t ' —t\ |
2 |
|
||
|
|
|
|
г |
* г |
|
|
|
|
2 d e. з |
|
Т; |
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3164 |
0,3164 |
0,0357, |
|
|||
|
Re®’25 |
6160°’25J |
|
||||
|
|
|
|
||||
подставляя, |
получим |
|
|
|
|
|
|
д = |
0 0 3 5 7 1^ -,0..0607-252 _ |
4 4 0 - 218 _ |
_ |
= |
|||
|
2-0,0127 |
|
|
602 |
|
|
|
|
= |
407,5 мм вод. cm; |
|
|
|||
при этом относительная потеря |
|
|
|
|
|
||
|
с |
107,5-10° = |
3 |
8 |
|
|
|
|
г |
1,05-10* |
|
|
|
|
|
Суммарные относительные потери составляют £р = 0,56 + 3,88= =4,44%, что соответствует заданным.
162
Принимая число трубок в ряду «1=104, определяем число рядов
|
п |
12 520 |
, 0 . |
|
|
|
т — — = ------ = |
121. |
|
||
|
«1 |
104 |
|
|
|
Определяем высоту трубного пучка |
|
|
|||
Я = |
rn-Sj = |
121 -0,034 = 4,11 м |
|||
и его ширину |
|
|
|
|
|
В - |
rtjSj = |
104-0,04 = |
4,16 м; |
||
при этом объем трубного пучка равен |
|
|
|||
K = /.tf-B = 7,91-4,11-4,16 = |
135 m s . |
||||
Компактность трубного пучка регенератора с учетом оребре- |
|||||
ния определится |
|
|
|
|
|
F ^ _ = 5 0 0 0 .6 ,7 4 = |
25() |
t ' |
|||
V |
135 |
|
|
|
|
Определим вес |
поверхности |
нагрева |
всего регенератора, |
||
где вес трубок |
|
|
|
|
|
0,785(0,0162 — 0,0142)-7,91-12520-7900 = 36900 кг
и вес ребер (без учета веса мест приварки)
0, 012- 0, 0004-12 - 7, 91-12 620 • 7 900 = 45 000 кг,
получим общий вес поверхности нагрева G = 81,9 т .
Пример 3. Рассчитать регенератор газотурбинной установки мощностью 1500 кет, поверхность нагрева которого составлена из
волнистых листов с мелкозернистыми выступами по данным рас
чета |
схемы установки. Расход воздуха Ge = 15,6 кг/сек и расход |
газа |
Gг = 15,4 кг/сек-, температуры ^=182°С и <3 = 513°С; давле |
ния рв= 3,7 кГ/см2 и рг= 1,06 кГ/см2. Степень регенерации rjy,=0,75;
суммарные |
относительные |
потери |
давления |
в регенераторе |
||
1Р= 7,Ъ%. |
Принимаем диаметр |
трубных элементов |
ав/аг = |
|||
Решение. |
||||||
= 10/12 мм, |
расположение — шахматное с s4= 24 мм и s2=12 мм; |
|||||
высота выступов /г= 1 мм; |
толщина листов 6=1 |
мм. Воздух дви |
||||
жется внутри трубных элементов |
по |
четырем |
ходам, |
а газ — |
||
в перекрестном направлении обтекает наружную поверхность на грева (на фиг. 66 и 67 показана поверхность нагрева и схема расположения таких трубных элементов).
163
Определяем температуру воздуха |
на выходе из регенератора |
й = 0,75(513 — 182) + |
182 = 430°С |
и температуру газа с учетом расходов и теплоемкостей газа и воздуха
сррв {to — Q = 513 |
0 ,250 -15,6 X |
||
ср О г |
|
|
0 ,2 5 3 -1 5 ,4 |
X (430 - |
182) = |
265°С. |
|
Определяем средние температуры газа и воздуха |
|||
t2— 5-3 ^ 265 = 389°С |
(Тг — 662°К) |
||
и |
|
|
|
te = |
= 306°С |
|
(579° К). |
По таблицам и средним температурам находим физические
параметры газа и воздуха |
|
|
||
v = |
342 Ь°Ё= 0,548 кг :м*- |
Тв = 342— = 2,18 яг/лс»; |
||
1г |
|
662 |
|
579 |
|
Те |
0,548 |
|
_ 2Д8 |
|
g |
|
0,0556 кг-сек2!м*\ |
|
|
9,81 |
|
Рв ~~ 9,81 |
|
= |
0,222 кг-сек2/м1-, |
= 3,34-10 6 кг-сек/м2-, |
||
= 3,05-10 6 кг-сек м
3,34 -10 —6 0,0556
= 60-10 0 м-'сек; v |
3,05 -10 |
6 = 13,74-10~6 мЧсек-, |
|
|
|
0,222 |
|
Срг ~- 0,253 кка л 1к г - йО, |
сР) — 0,250 ккал1кг-°С\ |
||
1г = 4,42-10-2 ккал'м-ч-°С\ |
>-а = |
3,99-10~2 ккал/м-ч-0С. |
|
Среднюю разность температур находим по формуле (30)
д / = ( С - С ) + [ta — Q |
= ( 5 1 3 - 430) 4 - ( 2 6 5 - 182) = |
2 |
2 |
164
По графикам фиг. 7 или по формуле (31) определяем попра вочный коэффициент к среднему температурному напору
£l = 0,92.
Количество переданного тепла находим по формуле (12)
Q = 15,4-3600-0,253(513 — 265) = 3,48-106 ккал/ч.
Оптимальное отношение |
скоростей |
определяем по фор |
||||
муле (114) |
|
|
|
|
|
|
о |
|
0,336 (срй)0'4376 0,61 |
|
|||
опт |
|
|
|
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
|
-М = 3 ,4 8 ; |
|
9 = |
- = 0,833; |
662 = |
1,14 |
|
1,06 |
|
|
12 |
|
'572 |
|
и после подстановки имеем а0ггт=0,58. |
|
м/сек и скоростью газа |
||||
Задавшись скоростью |
воздуха да,= 40 |
|||||
хюг = aonmwe= |
0,58-40 = |
23 м !сек, |
|
|||
определим числа Re: |
|
|
|
|
|
|
Re, = -23-0,012 |
: 4600; |
Re„ = |
40-0,01 |
29 200. |
||
60 • 101-6 |
|
|
13,74-10—6 |
|
||
Подставляя полученные результаты в формулу (20) найдем коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха
0,023 ■29 200°’8 ■0 ,72°’4 -0,0399 |
|
294 ккал/м2- ч-°С |
||
|
0,01 |
|
|
|
и со стороны газа — по формуле (111) |
|
|
||
0,21 - 46000’71 -0,0442 |
310 |
ккал/м2 -ч-°С. |
||
|
0,012 |
|||
|
|
|
|
|
Коэффициент теплопередачи определяем по формуле 1(15) |
||||
310-294-0,01 |
— 136,5 ккал/м2-ч-°С. |
|||
К = 310-0,012 + 294-0,01 |
||||
Поверхность нагрева находим по формуле (11) |
||||
п |
3,48-10-! |
: 332 м2. |
||
|
136,5-0,92-83 |
|||
|
|
|
||
165
Требуемое проходное сечение для газа определится
и
и для воздуха
и
1 5 , |
4 |
1,22 м3 |
0 , 5 4 8 |
= |
|
- 2 3 |
|
15,6
: 0,179 м?.
2 ,1 8 - 4 0
Определяем длину трубных элементов в одном ходе
3 3 2 - 0 , 012
к = 0,965 м,
4 - 4 - 0 , 1 7 9 - 0 , 0 1 2
общее число трубных элементов
|
|
N=* |
332 |
= |
9140 |
|
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
3 , 1 4 - 0 , 0 1 2 - 0 , 9 6 5 |
|
|
|
||
и число |
просветов в ряду |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
п' |
U |
|
|
|
|
|
|
|
йг — 26 — 2h) |
|
|
|
||
|
|
|
(Sj — |
|
|
|
||
|
______________422______________ |
158. |
||||||
|
( 0 , 0 2 4 - 0 , 0 1 2 — 2 - 0 ,0 0 1 — 2 - 0 ,0 0 1 ) 0 , 9 6 5 |
|||||||
|
|
|||||||
Число трубных' |
элементов |
в |
ряду |
п± = п'+ 1 = 158+1 = 159 и |
||||
число рядов т — |
N |
9140 |
|
|
|
|
|
|
----= -----= 57. |
|
|
|
|
||||
F |
|
пг |
159 |
|
|
|
стороны (без учета |
|
Определяем потери давления с воздушной |
||||||||
местных |
потерь) по формуле |
|
|
|
|
|
||
|
|
ДЛ = Е.- *к Рв®1 |
+ |
P M ’ |
|
|||
|
|
|
2de |
|
|
|
|
|
где коэффициент трения |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
0 ,3 1 6 4 |
0,0242, |
|
|
||
|
|
|
R e 0,25 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Др, =- 0,0242 4 - 0 , 9 6 5 - 0 , 222 -402 |
+ |
|
||||
|
|
|
|
|
2- 0,01 |
|
|
|
|
430 - 1 8 2 .0 222-40*== 1807 мм вод. cm, |
|||||||
|
1 |
579 |
|
|
|
|
|
|
166
и относительная |
потеря |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1807-100 |
|
4,89%. |
|
|
|
|
|
|
|
3,7-10* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Потери |
давления |
с |
газовой |
стороны определяем |
по |
фор |
|||
муле (1126) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дрг — 3,2 (т + |
1) Res 0,333<fi-1o2w\ |
РгМг, |
|
|
|||||
подставляя |
цифровые |
значения |
получим |
|
|
|
|||
|
^рг - |
3,2(57+ 1) 4600~°’333-1-0,0556-23» — |
|
|
|||||
|
— 513-265 .о,0556- 232 = |
319 мм вод. cm. |
|
|
|||||
|
|
662 |
|
|
|
|
|
|
|
или относительная потеря |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Сг |
319-100 |
|
3,0%. |
|
|
|
|
|
|
1,06-10* |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Суммарные относительные потери давления |
|
|
|||||||
|
|
Ср = |
4,89+ 3,0=7,89%. |
|
|
|
|||
Определяем высоту сердечника |
|
|
|
|
|
||||
|
|
Н = m-s2 = 57-0,012 = 0,685 м, |
|
|
|||||
его ширину |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В = |
MjSi = 159-0,024 = 3,82 м |
|
|
||||
и объем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V = h-Н-В = 0,965-0,685-3,82 = |
2,53 м3. |
|
|
|||||
Компактность |
регенератора |
с |
учетом |
оребрения |
при |
ф= |
|||
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— -°2- =1,53 будет равна |
|
|
|
|
|
||||
|
|
М - = |
332-1’.53 = |
200 м3\м3. |
|
|
|||
|
|
V |
|
2,53 |
|
|
|
|
|
П Р И Л О Ж Е Н И Я
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Расчетные формулы и основные зависимости для определения характеристик регенераторов
1) |
Формула |
для определения |
оптимального |
соотношения |
скоростей |
потоков |
|||||
в противоточных |
регенераторах |
ГТУ с продольным обтеканием |
|
||||||||
|
|
__ |
I 1 |
|
0*5 |
л0»£66 |
г)0>36 ,t,—0,4 |
|
|
/с о л\ |
|
|
|
°опт= 1-1? |
|
' 6 |
-2 |
-ф |
|
|
(53 а) |
||
действительна для оребренных |
и |
неоребренных |
трубок. |
В |
последнем |
случае |
|||||
Ч, = 1. |
В этой формуле: ср— степень сжатия; |
0 — отношение |
абсолютных средних |
||||||||
температур рабочих тел, омывающих поверхность нагрева с наружной и внутрен ней сторон; О — отношение диаметров трубок (внутреннего к наружному); 47 — коэффициент оребрения.
2) Формула для определения оптимального соотношения скоростей потоков в регенераторах ГТУ с перекрестным током при шахматном расположении тру бок в пучке
|
|
|
= 0,54 (<pQ)0'437-б0'61 | |
|
|
0,282 |
(70) |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
cc2(Lj —1) . |
|
|
||
Для пучка с коридорным расположением трубок результат, полученный по |
||||||||||
формуле (70), следует увеличить на 5%. |
|
меньше |
продольного |
|||||||
Для шахматных пучков при поперечном шаге, |
||||||||||
|
L 1<СL3. .. с2 =-- 6,6 |
и |
при L: > |
L 2.. . с2= 3,4. |
||||||
Для |
коридорных |
пучков с2= 9 ; |
коэффициент c = l + 0 ,l l i (но |
не более 1,3). |
||||||
3) |
Формула |
для определения |
оптимального |
соотношения |
скоростей поток |
|||||
в пластинчатом регенераторе ГТУ типа НЗЛ |
|
|
|
|
||||||
|
|
2ф0,3 • Q0’^ . Qj1’07 ^ 0 ,1 6 |/А- с| |
|
|
0,5 |
(83) |
||||
|
Е= |
+0,04 — |
||||||||
|
|
|
|
|
|
s |
1 |
’ |
s |
|
где: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2i = |
dH |
|
|
|
|
|
b— шаг ячеек; |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
s'-— зазор для прохода воздуха; |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
d. |
Чяч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
71 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/яч— площадь |
поперечного |
сечения |
ячейки; |
|
|
|
|
|||
л— внутренний |
периметр |
ячейки; |
|
|
|
|
|
|||
dH— наружный диаметр ячейки. |
|
|
|
|
|
|||||
168
4) |
Формулы |
для |
определения оптимального соотношения скоростей потоков |
||||
в регенераторе ГТУ, составленном из волнистных листов с мелкозернистыми |
|||||||
выступами |
(шахматное расположение трубных элементов с s,==2rf |
и s2= d ; |
пере |
||||
крестное обтекание); |
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр трубных элементов |
Высота выступов h в мм |
Формула для оо п т |
|
||||
d в мм |
|
|
|||||
|
10/12 |
|
1 |
0,336 |
(<fQ)0'437- 0°’61 (114) |
||
10,5/12 |
|
0,75 |
0,365 |
(<tS)0’43700'61 (117) |
|||
|
6/7,5 |
|
0,75 |
0,55 |
(срО)0'437О0’61 (121) |
||
|
10/12 |
|
Без выступов (гладкие) |
0,369 |
(tfQ)0,437б0’61 (127) |
||
5) |
Формула |
для |
определения оптимальной |
абсолютной |
скорости |
воздуха |
|
в противоточных регенераторах ГТУ с продольным обтеканием
где цифровой сомножитель имеет соответствующую размерность.
6) Формула для определения оптимальной абсолютной скорости воздуха в регенераторах ГТУ с перекрестным током (шахматное расположение трубок в пучке)
w
““в. о п т
9 т /п 0,33 |
f T t _ |
T \ 0 £ |
(пУ}т)0А2 |
|
|
■п т ! |
Л |
) ' |
7° ’71ы |
^ - 1)]°'25 |
’ |
где цифровой сомножитель |
имеет |
соответствующую |
размерность, |
а Го — удель |
|
ная поверхность регенератора на 1 |
кг/ч газа, |
|
|
|
|
На основании приведенных формул для определения оптимального соот ношения скоростей потоков может быть представлен ряд соотношений, позволя ющих непосредственно, минуя промежуточные операции, определять значения наиболее характерных величин регенераторов. При выборе оптимальных пара метров регенераторов для различных схем и циклов ГТУ пользование подобными
соотношениями значительно облегчает и |
ускоряет |
расчеты Ниже приведены |
||
основные из этих соотношений. |
|
|
|
|
Противоточные регенераторы из круглых трубок |
||||
1). Зависимость для определения эквивалентного |
диаметра трубного пучка |
|||
d 9 |
T ie d - l |
J_ |
(45 а) |
|
°Тzd-г |
4 |
|||
|
|
|||
169
P |
de |
= Q приводится к |
после подстановки значении у — -г^и |
замены отношения— |
|
HI |
йг |
|
следующему виду: |
|
|
d, = с |
ф м |
(136) |
и действительна для оребреняых и неоребренных трубок. В последнем случае
ф=1. Здесь и ниже принято %=\.
2.В случае компоновки пучка регенератора в корпус цилиндрической форм
что часто применяют для пучков, составленных из неоребренных трубок, зависи мость для определения диаметра корпуса DK определим следующим образом.
Площадь поперечного сечения корпуса регенератора в свету (для пучка из
•неоребренных трубок)
Iк /г 4" / г.тр»
где fe.mp — суммарное сечение трубок по их наружному диаметру в мг.
Из этого соотношения находим диаметр корпуса регенератора, учитывая выражение для feчерез выражение (7)
D l=m & [ 1+ -J-.
и после преобразований имеем:
DK |
(137) |
3.Число трубок п определим из уравнения расхода
п40,
иудельное число трубок
4
*d2e-tewe
Подстановка |
значений |
V « ~ ’ Р7. |
|
|
Reeoe |
в последнем |
|
|
и we — ------- с заменой |
||||||
|
|
|
Н.Тд |
|
dg |
|
|
выражении v „ = |
— |
и учетом piв= 3 |
• 10—6 |
(среднее значение в |
интервале тем- |
||
|
Рв |
с соблюдением соответствующих размерностей цифро |
|||||
ператур от 200 до |
400 °С) |
||||||
вого коэффициента |
приводит к следующей |
зависимости: |
|
||||
|
|
|
Пуд = 4,33-104 —— , |
(138) |
|||
|
|
|
|
|
|
dg |
|
которая действительна для оребренных и неоребренных трубок. 4. Зависимость для длины трубок регенератора
1 = W, 7» dz 4
ь . |
(48) |
Gg |
|
170
после аналогичных подстановок приводится к следующему виду с учетом раз мерностей цифрового коэффициента:
/ = 7,36- 10-6SRee -рг-т- \м], |
(139> |
где Fop — полная поверхность нагрева со стороны газа. |
неоребренных трубок. |
Эта зависимость действительна для оребренных и |
|
В последнем случае ф = 1 и F0-p—Fs по выражению (49). |
|
5.Удельная поверхность нагрева (поверхность нагрева, отнесенная к се
кундному расходу воздуха) может быть вычислена из выражения (139):
|
м2 |
(140) |
Р г. уд — |
1,36-10® ^Rea кг/сек |
|
где F0р — полная поверхность |
нагрева со стороны газа. Она |
действительна для |
оребренных и неоребренных трубок. В последнем случае ф =1 |
nF0p = Fe согласно |
|
выражению (49).
6'. Удельный объем трубного пучка (объем, отнесенный к секундному расходу
воздуха) можно определить по следующей зависимости:
d 2i |
- м3 |
к |
|
Vуд — |
кг/сек |
<РвЩвшв |
Корпус принят цилиндрической формы для пучка, составленного из неореб ренных трубок. Подстановка значений D по выражению (137), I, зависимости (139) и замена wв через Re„ с учетом р „ = 3 -1 0 - 6 приводят к следующему выра
жению для удельного объема регенератора, составленного из неоребренных трубок
|
Vyd = |
(! + |
- 7 |
S 20<p) [м*1кг1сек]. |
(141) |
|
7. Копактность регенератора, равная поверхности нагрева, заключенной в |
||||||
единице объема, определяется следующими зависимостями: |
трубками |
|||||
для |
регенератора с цилиндрическим |
кожухом и неоребренными |
||||
|
£г_ |
|
‘ 4 |
|
[м*1мЧ; |
(142) |
|
|
|
|
|||
|
V |
dj 1 + |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
для регенератора с оребренными трубками |
|
|
||||
|
|
ор |
nd^nl |
|
||
|
|
V |
|
f j |
’ |
|
где |
площадь поперечного |
сечения короба |
регенератора в свету, равная |
|||
|
/ к |
/г |
/ г. т р |
/ г . р е в ' |
|
|
Подставляя значения/г из выражения (44), f тр и площадь, занимаемую ребрами, получим
. L реб ‘ =hdnpn,
171