Содержание к диссертации
РЕФЕРАТ 2
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 10
1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СЕРИЙНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ТУРБОУСТАНОВОК В УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ 26
1.1. Жизненный цикл рекуперативного теплообменного аппарата турбоустановки 26
1.2. Условия эксплуатации и основные факторы, влияющие на эффективность работы теплообменных аппаратов турбоустановок ,,.т. 34
1.3. Испытания серийных теплообменных аппаратов турбоустановок в условиях эксплуатации и анализ их эффективности ...40
1.4. Сопоставление результатов расчетов теплообменных аппаратов с данными эксплуатации 52
1.5. Выбор и обоснование направлений совершенствования теплообменных аппаратов турбоустановок на этапах их проектирования и эксплуатации 55
1.6. Анализ и обобщение результатов. Постановка задач исследования 57
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИКИ И ТЕПЛООБМЕНА В ЭЛЕМЕНТАХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ТУРБОУСТАНОВОК 61
2.1. Выбор и обоснование методов моделирования процессов в рекуперативных теплообменных аппаратах турбоустановок 61
2.2. Исследование методов интенсификации теплообмена при конденсации пара на поверхности гладких и различно профилированных трубок 65
2.2.1. Моделирование гидродинамики пленки конденсата на поверхности теплообмена.. 66
2.2.2. Конденсация медленно движущегося пара на гладких и различно профилированных трубках 72
2.2.3. Конденсация движущегося пара на гладких и различно профилированных вертикальных трубках 82
2.2.4. Конденсация пара на вибрирующей гладкой вертикальной трубке 86
2.2.5. Капельная конденсация водяного пара 91
2.3. Исследование гидродинамики и теплообмена при течении одно- и двухфазных теплоносителей в элементах теплообменных аппаратов турбоустановок 97
2.3.1. Моделирование течения теплоносителя в гладких и различно профилированных трубках 97
2.3.2. Гидродинамика при течении водовоздушной смеси в трубках 100
2.3.3. Гидродинамика и теплообмен при течении однофазного теплоносителя в гладких и профильных витых трубках 103
2.3.4. Гидродинамическое сопротивление при течении однофазного теплоносителя в профилированных трубках. 108
2.3.5. Гидравлическая проницаемость узла «трубка - промежуточная перегородка» различных вертикальных теплообменных аппаратов турбоустановок 111
2.4. Выводы 116
. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА РЕКУПЕРАТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ КАК ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОДСИСТЕМ ТУРБОУСТАНОВОК 119
3.1. Конденсаторы паровых турбин 121
3.2. Теплообменные аппараты систем регенеративного подогрева питательной воды паротурбинных установок 129
3.3. Теплообменные аппараты систем подогрева сетевой воды 146
3.4. Маслоохладители 152
3.5. Выводы 168
, ПРОМЫШЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ТУРБОУСТАНОВОК 171
4.1. Применение профилированных трубок : 171
4.1.1. Исследование эффективности работы модернизированных теплообменных аппаратов с поверхностью теплообмена из профильных витых трубок 172
4.1.2. Обобщение опыта длительной эксплуатации теплообменных аппаратов турбоустановок с профилированными трубками в различных условиях эксплуатации 187
4.2. Разработка методов обеспечения эффективного эксплуатационного обслуживания теплообменных аппаратов турбоустановок 192
4.2.1. Методы очистки теплообменных аппаратов 192
4.2.2. Эксплуатационный контроль и определение оптимальных сроков очистки теплообменных аппаратов турбоустановок 209
4.3. Исследование влияния изменения аэродинамики паровоздушной смеси на тепловую эффективность вертикальных теплообменных аппаратов '. 219
4.4. Выводы 228
5. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ТУРБОУСТАНОВОК 230
5.1. Обоснование методов совершенствования теплообменных аппаратов на основе системного анализа 230
5.2. Оценка возможности повышения тепловой эффективности аппаратов методами термодинамического анализа 235
5.3. Применение метода системного анализа к выбору материала поверхности теплообмена 250
5.4. Технико-экономическое обоснование применения профилированных трубок при модернизации теплообменных аппаратов 262
5.5. Выводы 265
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНОЙ ПРАКТИКИ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ РЕКУПЕРАТИВНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ 266
6.1. Рациональное проектирование теплообменных аппаратов турбоустановок 266
6.2. Расчетные рекомендации для проектирования и модернизации аппаратов с профильными витыми трубками 270
6.3. Типовые технические решения при модернизации теплообменных аппаратов турбоустановок в условиях эксплуатации 274
6.4. Выводы 280
7. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЪЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ РАБОТЫ 282
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 306
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 313
ПРИЛОЖЕНИЯ : 343
1.Разработанные типовые рабочие проекты модернизированных теплообменных аппаратов ПТУ 344
2.Справки об использовании результатов работы 348
Введение к работе
Современные мощные паротурбинные установки (ПТУ) тепловых электростанций представляют собой сложнейшие системы, состоящие из большого количества элементов. Существенное место в составе таких систем занимают теплообменные аппараты — дорогостоящее, крупногабаритное и металлоемкое оборудование. Конденсаторы, подогреватели низкого давления, подогреватели сетевой воды и маслоохладители мощных паровых турбин принадлежат к числу наиболее ответственных и крупных аппаратов, определяющих эффективность и надежность работы турбоустановок [1—19]. Поверхность теплообмена, например, многокорпусных конденсаторов дости-гает 110000 м , а поверхность теплообмена, размещенная в одном корпусе, — 25000 м2. Поддержание эффективной работы теплообменных аппаратов паротурбинных установок окупается в минимальные сроки и дает существенный экономический эффект. По оценкам, выполненным специалистами ВТИ и МЭИ [8], при неизменных параметрах свежего пара и пара промперегрева вклад в общее повышение КПД паротурбинной установки, полученный за счет улучшения характеристик теплообменных аппаратов турбоустановок (конденсаторов, подогревателей системы регенерации, сетевых подогревателей), может достигать 30 %.
Поиск путей повышения экономичности и эксплуатационной надежности ПТУ должен осуществляться методами системно-структурного анализа, позволяющего учесть взаимосвязи отдельных элементов и технологических подсистем в составе турбоустановки. Значительный резерв в этом направлении составляет дальнейшее совершенствование принципов конструирования и методов инженерных расчетов теплообменного оборудования ПТУ на базе глубокого изучения физических процессов в теплообменных аппаратах и применения новых прогрессивных способов интенсификации теплообмена. Другим резервом является научно и экономически обоснованный выбор ме роприятий по повышению уровня эксплуатации теплообменных аппаратов турбоустановок на ТЭС.
Учитывая важность и значимость доли эффективности и надежности работы теплообменных аппаратов в эффективности и надежности работы всей ПТУ, вопросам их расчета, проектирования и эксплуатации необходимо уделять большое внимание. Повышение эффективности теплообменных аппаратов должно позволить либо экономить топливо (теплоту) в условиях эксплуатации, либо уменьшить расход дорогостоящих материалов для вновь создаваемых аппаратов, что уменьшит их массо-габаритные характеристики и облегчит компоновку турбоустановки в целом [9—20].
Для рационального проектирования и эффективной работы теплообменных аппаратов турбоустановок необходимы правильные физические представления о происходящих в них процессах, а также расчетные зависимости, достоверно описывающие эти процессы.
Разработкой, исследованием и реализацией методов повышения эффективности теплообменных аппаратов турбоустановок занимались и занимаются в ведущих энергетических и энергомашиностроительных организациях страны: НПО ЦКТИ, ВТИ, ОРГРЭС, МЭИ, МАИ, МГТУ, СПбГТУ, УТЗ, КТЗ, ЛМЗ, УГТУ-УПИ, а также в ряде других научно-исследовательских и заводских организациях.
По мнению большинства специалистов [9,10,21—27], основным направлением повышения тепловой эффективности теплообменных аппаратов является интенсификация в них процесса теплообмена, а также обеспечение как высокой степени чистоты теплообменных поверхностей, так и нормативной воздушной герметичности аппаратов в условиях эксплуатации.
Сложность процессов, происходящих в теплообменных аппаратах турбоустановок, обусловлена совокупным влиянием большого числа факторов, определяющих эффективность их работы. Анализ известных методик расчета рекуперативных теплообменных аппаратов турбоустановок [4,9,28—41] показал, что ряд факторов в них не учитывается. Это потребовало как совер шенствования (в том числе уточнения) известных методик расчета, так и разработки специальных алгоритмов расчета, позволяющих учесть особенности каждого аппарата как элемента конкретной технологической подсистемы и турбоустановки в целом.
В настоящей работе представлены результаты комплексного исследования и обоснования ряда методов совершенствования рекуперативных теп-лообменных аппаратов турбоустановок. Объектами исследования и реализации были теплообменные аппараты основных технологических систем турбоустановок:
- конденсационная установка (конденсаторы, охладители эжекторов);
- система регенеративного подогрева питательной воды (подогреватели низкого давления, сальниковые подогреватели);
- система подогрева сетевой воды турбоустановок с теплофикационными турбинами (подогреватели сетевой воды горизонтальные и вертикальные);
- маслосистема (маслоохладители смазки и регулирования);
- испарительная установка (охладители выпара испарителей).
Широкая постановка исследования определялась необходимостью учета особенностей конструкции аппаратов, их места в схеме турбоустановки, различных параметров теплоносителей, а также условий эксплуатации.
По мнению большинства специалистов [9—25, 27,29,30, 42—55] наиболее рациональными методами интенсификации теплообмена в конденсирующих аппаратах являются: применение различно профилированных (низ-кооребренных) трубок, учет влияния вибрации поверхности теплообмена, организация режима капельной конденсации, разработка оптимальных конструкций трубных систем.
В технологических схемах паротурбинных установок важную роль играет эффективность и надежность рекуперативных теплообменников вязких жидкостей — охладители турбинных масел и огнестойких жидкостей (маслоохладители) [31,56—60]. К числу основных факторов, определяющих эф фективность и надежность маслоохладителей, следует отнести [56]: обеспечение герметичности аппаратов за счет правильного выбора материалов и способа закрепления концов трубок в трубных досках; повышение эффективности аппаратов за счет исключения влияния зазоров в масляной полости и использование трубок с интенсификаторами теплообмена.
Одно из направлений интенсификации теплообмена в теплообменных аппаратах связано с применением различно профилированных трубок [9—14,21—23,27]. По мнению автора, с учетом данных работ [9—14,21], реальное применение в рекуперативных теплообменных аппаратах, прежде всего, могут найти трубки, у которых искусственная шероховатость имеет место как с наружной, так и с внутренней стороны трубки. Интенсификация теплообмена в аппаратах с такими трубками с паровой стороны определяется изменением гидродинамики конденсата на профилированной поверхности трубки - уменьшением за счет поверхностного натяжения средней по всей поверхности толщины пленки конденсата, изменением траектории ее движения и турбулизацией. Интенсификация с водяной стороны также определяется гидродинамикой потока - нарушением упорядоченного течения жидкости в вязком подслое за счет его турбулизации и закрутки. При этом трубки для поверхности теплообмена должны изготавливаться по достаточно надежной и легко реализуемой технологии (быть технологичными).
Однако необходимо учитывать, что использование таких трубок приводит к увеличению гидравлического сопротивления теплообменных аппаратов, а значит, требует проведения комплексных исследований для обоснования целесообразности использования профилированных трубок и выбора оптимальных параметров их профилирования применительно к конкретным те-плообменным аппаратам и условиям эксплуатации турбоустановок.
Основными задачами данной работы по использованию профилированных трубок являлись накопление и обобщение данных сравнительных стендовых исследований и натурных испытаний аппаратов с гладкими и профилированными трубками с целью уточнения и совершенствования ме тодик расчетов аппаратов, а также исследование новых перспективных профилированных поверхностей теплообмена.
При проведении тепловых расчетов конденсирующих теплообменных аппаратов турбоустановок (конденсаторы, ПСГ, ПСВ, ПНД и др.) для определения коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации пара обычно применяются зависимости, полученные для неподвижной поверхности теплообмена [14—16,28—30,61—63]. Между тем известно, что в теплообменных аппаратах имеет место вибрация трубок. Причинами вибрации являются аэродинамические силы потока пара, обтекающего трубный пучок, пульсации теплоносителей, вибрация механизмов, расположенных вблизи аппаратов и др. [13—18,30,64].
К настоящему времени накоплен значительный теоретический и экспериментальный материал по исследованию гидродинамики и теплообмена при конденсации пара на горизонтальных трубках и трубных пучках при неподвижной и вибрирующей поверхности теплообмена [13—18,28—30,61—66]. Анализ работ, посвященных изучению теплообмена при конденсации пара на вибрирующей вертикальной поверхности показал, что имеющиеся данные как в количественном, так и в качественном отношениях плохо согласуются между собой и не позволяют дать рекомендации, необходимые для практических расчетов. Приведенные в данной работе результаты исследования конденсации пара на вибрирующей трубке, представляющей собой наиболее общий случай состояния поверхности теплообмена, имеют как практический, так и научный интерес.
Организация капельной конденсации является одним из наиболее эффективных методов интенсификации теплообмена при конденсации [11,13,23,61,62]. Коэффициент теплоотдачи при капельной конденсации в 5—10 раз больше, чем при пленочной. Механизм капельной конденсации с использованием ряда стимуляторов, не нашедших, однако, на сегодняшний день промышленной реализации, может считаться достаточно изученным [11,13,14,23,61,62]. К стимуляторам капельной конденсации предъявляются следующие требования [11,13,14,23,61,62]: продолжительное "время жизни", безопасность в коррозионном отношении, невысокая стоимость и технологичность подачи (нанесения) на поверхность теплообмена. Как показали исследования [27], наиболее перспективными являются направления по применению стимуляторов капельной конденсации, созданных на основе дисульфидов.
Проведенное в рамках данной работы экспериментальное исследование теплообмена при капельной конденсации с новым перспективным стимулятором на поверхности одиночных вертикальных и горизонтальных гладких и профильных витых трубок позволило оценить эффективность этого метода. Были исследованы следующие факторы, влияющие на процесс капельной конденсации: параметры теплоносителей, влияние воздуха на процесс перехода капельной конденсации в пленочную, ориентация поверхности теплообмена в пространстве, нанесение гидрофобизатора на различные части поверхности ПВТ.
Проведенные исследования [9,11,14—16,23,28,29,61—63,67,68] по влиянию неконденсирующихся газов на теплообмен при пленочной конденсации пара показали исключительную важность этого вопроса. Поэтому в данной работе было уделено внимание изучению влияния эффективности работы системы отсоса неконденсирующихся газов на тепловые характеристики вертикальных теплообменных аппаратов турбоустановок в условиях эксплуатации, а также разработке и исследованию рациональной конструкции системы отсоса газов из теплообменников.
В работе также изучались вопросы повышения уровня эксплуатации теплообменных аппаратов турбоустановок за счет применения водовоздуш-ного, химического и термического способов очистки трубных систем тепло-обменных аппаратов ПТУ, позволяющих поддерживать необходимую чисто-ту поверхности теплообмена конденсаторов, сетевых подогревателей, маслоохладителей и др.
По результатам работы сформулирован комплекс практических рекомендаций, которые, по мнению автора, будут полезны инженерно-техническим работникам как при модернизации действующих аппаратов в условиях эксплуатации, так и при разработке нового высокоэффективного теплообменного оборудования паротурбинных установок.
Работа выполнена на кафедре «Турбины и двигатели» Уральского государственного технического университета-УПИ и соответствует приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники РФ (производственные и энергосберегающие технологии), а также критическим технологиям РФ (производство электроэнергии и тепла на органическом топливе) из перечня, утвержденного Президентом РФ 30.03.02.
Исследование выполнялось на основе госбюджетных и хоздоговорных НИР, а также договоров о творческом сотрудничестве с предприятиями: НПО ЦКТИ, ОРГРЭС, УТЗ, КТЗ, «Красный котельщик», «Тюменьэнерго», «Пермьэнерго», «Мосэнерго», «Свердловэнерго» и др.
В диссертационной работе, кроме результатов, полученных автором, используются данные, совместно полученные им с коллегами по работе: докторами техн. наук Бродовым Ю.М., Плотниковым П.Н., Гальпериным Л.Г., кандидатами техн. наук Аронсоном К.Э., Пермяковым В.А., Савельевым Р.З., Анисимовой О.С, Хаетом СИ., доцентом Ларионовым И.Д., инженерами Ниренштейн М.А., Чижевской Е.М., Мутовиным А.Т., Купцовым В.К., Блинковым С.Н.
В постановке исследования гидродинамики и теплообмена при конденсации пара на профилированных трубках большую помощь оказал доктор технических наук, профессор МЭИ [В.П. Исаченко При реализации результатов работы на ТЭС активную помощь оказали сотрудники теплотехнической службы "Свердловэнерго".
Всем вышеназванным коллегам, а также сотрудникам кафедры "Турбины и двигатели" автор выражает глубокую признательность за внимание и участие в обсуждении результатов работы.
Автор благодарен научному консультанту профессору, доктору технических наук Бродову Ю.М. за постоянное внимание и помощь в ходе выполнения всей работы.
Блок-схема диссертационной работы представлена на рис. 1.
Цель работы — совершенствование рекуперативных теплообменных аппаратов турбоустановок на основных этапах их жизненного цикла — проектирования и эксплуатации. Эта цель достигается за счет разработки, исследования, апробации и реализации (внедрения) ряда методов повышения эффективности, надежности и уровня эксплуатации теплообменных аппаратов турбоустановок.
В результате достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
1. Исследована эффективность работы различных серийных теплообменных аппаратов турбоустановок в различных условиях эксплуатации.
2. Исследованы перспективные способы интенсификации процессов теплообмена в рекуперативных теплообменных аппаратах ПТУ:
- при конденсации пара на наружной поверхности гладких и различно профилированных трубок;
- при течении воды и водовоздушной смеси внутри трубок.
3. Исследован ряд факторов, влияющих на эффективность работы аппаратов (геометрия профилирования трубок, гидравлическая проницаемость узла "трубка-промежуточная перегородка", вибрация трубок и др.), ранее не исследованных применительно к теплооб- менным аппаратам турбоустановок.
4. На основе стендовых исследований, сравнительных испытаний модернизированных и серийных аппаратов с учетом обобщения длительного опыта их эксплуатации усовершенствованы методики и разработаны специальные алгоритмы расчета теплообменных аппаратов (конденсаторов, ПНД, ПСГ, ПСВ, маслоохладителей и др.) как элементов технологических подсистем турбоустановок.
5. Разработаны и обоснованы методы повышения уровня эксплуатации теплообменных аппаратов с выработкой рекомендаций по рациональной организации систем отсоса неконденсирующихся газов, оптимизации сроков очистки и технологии (методике) очистки аппаратов применительно к условиям различных ТЭС (конкретным условиям эксплуатации).
6. Разработаны основы методики принятия решений по совершенствованию теплообменных аппаратов турбоустановок с выработкой рекомендаций для инженерной практики применительно к конкретным условиям эксплуатации.
7. Выполнены расчеты и обоснование методов совершенствования теплообменных аппаратов с учетом их места в конкретной технологической подсистеме турбоустановки.
Научная новизна работы
1. Выполнен анализ и обобщены данные по эффективности работы теплообменных аппаратов турбоустановок в различных условиях эксплуатации. Выявлены основные факторы (конструктивные, эксплуатационные, технологические и др.), которые предопределяют недостаточно высокий уровень эффективности и надежности работы аппаратов.
2. Обобщены результаты исследования физических закономерностей при реализации различных способов (методов) интенсификации теплообмена в рекуперативных теплообменных аппаратах турбоустановок:
- гидродинамики и теплообмена при пленочной конденсации пара на поверхности вертикальных неподвижных и вибрирующих различно профилированных и гладких трубок; показано влияние геометрии и параметров профилирования, параметров вибрации трубок, а также режима течения пленки конденсата на интенсивность теплообмена;
- гидродинамики и теплообмена при течении в различно профилированных трубках воды и воздуха в зависимости от режимов течения теплоносителей, а также геометрии и параметров профилирования трубок;
- особенностей теплообмена при капельной конденсации водяного пара на поверхности гладких и профилированных трубок с использованием нового перспективного гидрофобизатора.
3. Исследована гидравлическая проницаемость конструкторско-технологического узла «трубка-промежуточная перегородка» как фактора, влияющего на эффективность работы теплообменных аппаратов турбоустановок с различными теплоносителями (конденсат, турбинное масло).
4. Получен комплекс обобщенных зависимостей для расчета теплообмена и гидродинамического сопротивления профилированных трубок, а также гидравлической проницаемости узла «трубка-промежуточная перегородка». С учетом этих зависимостей уточнены методики теплогидравлических расчетов конденсаторов, ПНД, ПСГ, ПСВ, маслоохладителей.
5. Разработаны алгоритмы теплового и гидродинамического расчетов теплообменных аппаратов ПТУ, позволяющие решать задачи модернизации применительно к конкретным условиям эксплуатации и месту аппарата в технологической подсистеме турбоустановки.
6. Разработаны основы методики выбора и обоснования способов (методов) совершенствования теплообменных аппаратов как элементов своих технологических подсистем и турбоустановки в целом.
Достоверность и обоснованность результатов работы определяются использованием современных методов исследования для решения поставленных задач, хорошей воспроизводимостью опытных данных, полученных при стендовых исследованиях, хорошим совпадением результатов теплогид-равлических исследований с известными зависимостями для гладких трубок, соответствием всех полученных результатов современным физическим представлениям, хорошим совпадением результатов испытаний модернизированных аппаратов с данными расчетов, выполненных по уточненным автором методикам.
Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в том, что полученные обобщенные зависимости позволили усовершенствовать методики и алгоритмы тепловых и гидравлических расчетов рекуперативных теплообменных аппаратов турбоустановок. Разработанный на базе полученных результатов системный подход использован при выборе рациональных технических решений как при проведении модернизации аппаратов существующих (серийных) конструкций (в условиях эксплуатации ПТУ), так и при проектировании новых высокоэффективных рекуперативных теплообменных аппаратов турбоустановок (в условиях заводов-изготовителей теплообменного оборудования). Сформулирован комплекс рекомендаций для инженерной практики и разработан ряд рабочих проектов на модернизацию трубных систем различных серийных теплообменных аппаратов. Все основные результаты исследования прошли промышленную апробацию и уже широко реализованы в промышленности.
Результаты работы используются на предприятиях УТЗ, КТЗ, «Красный котельщик», НПО ЦКТИ и внедрены на Среднеуральской, Верхнетагильской, Серовской и Рефтинской ГРЭС, Сургутских ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Тобольской, Красногорской, Первоуральской и Свердловской ТЭЦ, Пермской ТЭЦ-14, Московских ТЭЦ-23 и ТЭЦ-26 и других предприятиях страны. Всего по разработкам автора модернизировано 282 различных теплообменных аппарата (в том числе изготовлено 59 новых маслоохладителей) для 96 турбоустановок мощностью от 6 до 800 МВт на 32 ТЭС. НПО ЦКТИ им. И.И. Ползунова для проектирования новых высоконадежных рекуперативных теплообменных аппаратов ПТУ с использованием результатов настоящей работы разработал отраслевой руководящий нормативный документ РТМ 108.271.23-84 «Расчет и проектирование поверхностных подогревателей высокого и низкого давления». ОАО «Нестандартмаш» (г. Екатеринбург) на основе полученных в диссертации результатов изготовлено более 200 новых высокоэффективных теплообменников. Разработанные автором практические рекомендации реализованы на ряде электростанций «Свердловэнерго», «Тю-меньэнерго», «Мосэнерго» и «Пермэнерго» при модернизациях теплообменников с целью повышения их эффективности и надежности в условиях эксплуатации. Основные результаты диссертационной работы вошли в учебник «Теплообменники энергетических установок» (рекомендован УМО по образованию в области энергетики и электротехники для студентов вузов РФ), ряд монографий, учебно-методических пособий и используются при чтении спецкурсов студентам вузов, а также специалистам — энергомашиностроителям и энергетикам в системах переподготовки и повышения квалификации.
Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований; планировании и проведении экспериментов; разработке и изготовлении экспериментальных установок; анализе и обобщении экспериментальных и теоретических результатов; разработке расчетных зависимостей, алгоритмов расчета и рекомендаций по использованию полученных результатов; разработке основных проектных решений при модернизации теплообменных аппаратов и руководстве пусконаладочными работами.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на II Всесоюзном совещании по конденсаторам и теплообменникам паровых турбин (Калуга, 1981 г.); Всесоюзной конференции «Теплофизика и гидрогазо 23 динамика процессов кипения и конденсации» (Рига, 1982, 1988 г.); VII и VIII Всесоюзный конференциях «Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах» (Ленинград, 1985, 1990 г.); семинаре «Интенсификация теплопередачи в конденсаторах пароиспользующих установок» (Киев, 1985 г.); VI Всесоюзной конференции по тепломассообмену (Минск, 1980 г.); Минском международном форуме по тепломассообмену (Минск, 1988, 1992, 1996,2000,2004 г.); I, II, III и IV Российских национальных конференциях по теплообмену (Москва, 1994, 1998, 2002, 2006 г.); Международной научно-технической конференции «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования» (Харьков, 1985, 1997, 2000, 2003, 2006 г.); 2, 3, 4 и 5-й Международных научно-практических конференциях «Совершенствование теплотехнического оборудования ТЭС, внедрение систем сервисного обслуживания, диагностирования и ремонта» (Екатеринбург, 1999, 2001, 2003 г.); на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной энергетики» (Екатеринбург, 2002 г.); на Международной научно-технической конференции «80 лет Уральской теплоэнергетике. Образование. Наука» (Екатеринбург, 2003 г.); на 2-й Международной научно-технической конференции регионального Уральского отделения АИН РФ «На передовых рубежах науки и инженерного творчества» (Екатеринбург, 2000 г.); на ряде региональных и межвузовских конференций, совещаний и семинаров.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 96 научных изданиях (из них 74 относятся к изданиям, рекомендуемым ВАК для опубликования результатов докторских диссертаций), в том числе: монография, 74 печатных работы, 6 авторских свидетельств на изобретения, 5 свидетельств Роспатента об официальной регистрации программ для ЭВМ, 2 свидетельства Роспатента на полезную модель, РТМ 108.271.23-84 по расчету и проектированию поверхностных подогревателей высокого и низкого давления, а также вошли в учебник для студентов вузов и 6 учебных пособий.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
• Результаты опытно-промышленного исследования эффективности работы серийных теплообменных аппаратов турбоустановок (конденсаторы, ПСГ, ПНД, маслоохладители и др.) в различных условиях эксплуатации.
• Комплекс экспериментальных исследований:
- моделирование гидродинамики пленки конденсата на поверхности теплообмена;
- конденсация неподвижного пара на гладких и различно профилированных трубках;
- конденсация движущегося пара на гладких и различно-профилированных вертикальных трубках;
- конденсация пара на вибрирующей гладкой вертикальной трубке;
- капельная конденсация водяного пара;
- моделирование течения теплоносителя в гладких и различно-профилированных трубках;
- гидродинамика и теплообмен при течении однофазного теплоносителя в гладких и профилированных трубках;
- гидродинамика при течении водовоздушной смеси в трубках;
- гидродинамическое сопротивление при течении однофазного теплоносителя в трубках;
- гидравлическая проницаемость узла «трубка-промежуточная перегородка» различных теплообменных аппаратов турбоустановок.
• Результаты сравнительного исследования эффективности работы модернизированных теплообменных аппаратов турбоустановок с поверхностью теплообмена из профилированных трубок (конденсаторы, ПНД, ПСГ, ПСВ, маслоохладители) и обобщение опыта их длительной (до 20 лет) эксплуатации.
• Методы обеспечения эффективного эксплуатационного обслуживания теплообменных аппаратов (водовоздушная, химическая и терми ческая очистка, оптимизация сроков проведения очистки) в различных (конкретных) условиях эксплуатации турбоустановок мощностью до 200 МВт.
• Опытно-промышленная реализация разработки по совершенствованию вертикальных сетевых подогревателей, связанная с изменением аэродинамики паровоздушной смеси и повышением их эффективности.
• Разработанные и уточненные алгоритмы и программные комплексы расчета конденсаторов, ГИД, СП, ПСГ, ПСВ, маслоохладителей турбоустановок.
• Основы методики принятия решений и комплекс рекомендаций для инженерной практики при оценке целесообразности и обосновании выбора методов совершенствования теплообменных аппаратов конкретных турбоустановок применительно к конкретным условиям эксплуатации.
