Підвищення продуктивності роботи тягодуттьового обладнання котельних установок на основі нових критеріїв проектування - Автореферат

Як показали теоретичні та експериментальні дослідження, сучасна методика проектування та оцінка ефективності аеродинамічних систем створює труднощі у розрахунку достовірних параметрів роботи систем і не сприяє коректному визначенню впливу опорів на аеродинамічні та енергетичні показники тягодуттьових машин. Тому у роботі запропоновано новий спосіб зняття обмежень потужності КУ на основі удосконалення методики проектування, зокрема впровадженню нового критерію - забезпечення мінімальних аеродинамічних опорів проточних частин ТДС. Новий спосіб спричинив необхідність зміни і удосконалення таких методик, як аеродинамічні випробування вентиляторів та розрахунку напірних характеристик систем. Таким чином, запропоновано визначати параметри роботи аеродинамічних систем на базі трьох напірних характеристик, що дають можливість змоделювати і проаналізувати показники на будь-якій ділянці цієї системи. Підвищення продуктивності КУ ТЕС і опалювальних котлів, яке супроводжується зниженням споживання енергії і збільшенням терміну експлуатації тягодуттьового обладнання, визначає актуальність теми.Аналіз публікацій провідних вчених і фахівців у галузі аеродинамічних машин і систем: Соломаховой Т.С., Московко Ю.Г., Караджи В.Г., Полякова В.В., Брука А.Д., Невельсона М.І., Юдіна Є.Я., Ідельчика І.Є. показав, що традиційні підходи до проектування ТДС котлів і розрахунку параметрів роботи аеродинамічних систем на основі двох напірних характеристик не дають можливості коректного вибору тягодуттьових машин. Іллічівську були визначені причини високих аеродинамічних опорів, які обмежують підвищення потужності КУ: існуючі правила або критерії проектування аеродинамічних систем, а також методи оцінки ефективності їхньої роботи, сприяють використанню обладнання з високими аеродинамічними опорами; зображення параметрів роботи аеродинамічних систем у вигляді двох напірних характеристик: напірної характеристики вентилятора Pv вент = f(Q) та напірної характеристики мережі Pv мережі = f(Q) створюють труднощі в достовірній оцінці параметрів вхідної ділянки і тому ускладнюють вибір вентиляторів і особливо димососів. В існуючій методиці проектування 1-й критерій - це забезпечення необхідної витрати і 2-й - вентилятор повинен розвивати такий напір, при якому забезпечується максимальний ККД вентилятора. Тоді зона оптимальної роботи вентилятора по витраті, напору та витратам електричної потужності буде зміщена вправо від точки максимального ККД вентилятора, де при збільшенні витрат питомі витрати потужності зменшуються.Зниження втрат напору в ТДС дозволяє на 20% і більше підвищити подачу тягодуттьових машин, при цьому істотно знизити витрати електроенергії на роботу вентиляторів і димососів котла. Запропоновано новий додатковий критерій проектування аеродинамічних систем - забезпечення мінімальних опорів проточних частин тягодуттьових машин і аеродинамічних систем. Запропоновано нову «модель поля напірних характеристик аеродинамічної системи» на основі трьох напірних характеристик (характеристики напору вхідної ділянки; характеристики напору вентилятора; характеристики напору нагнітальної ділянки), яка дозволяє з високою точністю теоретично визначати параметри роботи аеродинамічної системи в різних її перетинах.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Обмеження потужності КУ крупних ТЕС і опалювальних котлів через недостатню продуктивність ТДС є однією з основних науково-технічних проблем теплоенергетики України.

Запропоновано спосіб збільшення продуктивності ТДС котлів за рахунок зменшення аеродинамічних опорів в елементах повітряного і газового трактів. Зниження втрат напору в ТДС дозволяє на 20% і більше підвищити подачу тягодуттьових машин, при цьому істотно знизити витрати електроенергії на роботу вентиляторів і димососів котла.

Запропоновано новий додатковий критерій проектування аеродинамічних систем - забезпечення мінімальних опорів проточних частин тягодуттьових машин і аеродинамічних систем.

Розроблені дві універсальні математичні моделі розрахунку геометрії вставок-лекал для заміщення дисипативних зон у «коліні 90°», а також у вхідному патрубку вентилятора ВДН.

Запропоновано нову «модель поля напірних характеристик аеродинамічної системи» на основі трьох напірних характеристик (характеристики напору вхідної ділянки; характеристики напору вентилятора; характеристики напору нагнітальної ділянки), яка дозволяє з високою точністю теоретично визначати параметри роботи аеродинамічної системи в різних її перетинах.

На основі удосконалення методики розрахунку напірних характеристик аеродинамічних систем обґрунтоване використання уніфікованого стенду типу D (ГОСТ 10921-90) для аеродинамічних випробувань тягодуттьових машин. Такий підхід дозволяє одержувати характеристики нагнітача незалежно від опорів вхідної та нагнітальної ділянок.

Дослідження, виконані в дисертаційній роботі, дозволили розробити рекомендації щодо реконструкції діючих котлів з метою істотного збільшення їхньої теплової потужності і більш надійної та ефективної експлуатації.

Макаров В.О. Оптимизация проточных частей оборудования на основе визуальной диагностики структуры потоков / В.А. Арсирий, Баннура Тамер, В.О. Макаров, Е.А. Олексова // Наукові праці. - Одесса: ОДАХТ. - 2006. - №28. - С. 186-190. Науковий внесок здобувача - проведення експерименту і аналіз одержаних результатів досліджень.

Макаров В.О. Регулирование подачи нагнетателя / В.А. Арсирий, В.О. Макаров, И.И. Чекалина, В.А. Смирнова, Ю.Н. Сербова // Холодильна техніка і технологія. - Одеса: ОДАХ. - 2007. - №1 (105). - С. 72-74. Науковий внесок здобувача - досліджені способи регулювання та впливу опорів на характеристики вентиляторів.

Макаров В.О. Гидравлический коэффициент полезного действия системы / В.А. Арсирий, В.О. Макаров, И.И. Чекалина // Холодильна техніка і технологія. - Одеса: ОДАХ. - 2007. - №2 (106). - С. 61-64. Науковий внесок здобувача - аналіз результатів реконструкції повітряного тракту котла КВГМ-50 у м. Іллічівську.

Макаров В.О. Підвищення продуктивності й ефективності гідравлічних і аеродинамічних систем / В.А. Арсірій, В.О. Макаров // Ринок інсталяцій. - №2 (130). - 2008. - С. 10-11. Науковий внесок здобувача - аналіз впливу аеродинамічних опорів на ККД нагнітача і системи в цілому.

В.О. Макаров Унифицированный стенд для аэродинамических испытаний радиальных и осевых вентиляторов // Научно-технический сборник. - Киев «Техника»: ХНАГХ. - 2008. - №84. - С. 232-237.

В.О. Макаров Математическое описание геометрии вставок-лекал для замещения диссипативных зон в потоке жидкости при повороте 90° // Сборник трудов Одесского политехнического университета. - Одесса: ОНПУ. - 2008. - №2 (30). - С. 224-227.

Макаров В.О. Підвищення продуктивності роботи тягодуттьового обладнання котельних установок на основі нових критеріїв проектування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.14.14 - теплові та ядерні енергоустановки. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса 2010 р.

У роботі сформульовані та обґрунтовані пропозиції щодо зняття обмежень потужності котельних установок (КУ) на основі нових критеріїв проектування і вдосконалення методики розрахунку параметрів роботи тягодуттьової системи (ТДС). Для обґрунтування нового способу збільшення продуктивності ТДС, а також зниженню споживаної електроенергії, запропоновано новий критерій проектування аеродинамічних систем - забезпечення мінімальних опорів проточних частин.

Для «коліна 90°» і вхідного патрубка вентилятора ВДН розроблені математичні моделі розрахунку геометрії дисипативних зон по розмірах вхідного перетину каналу, що дозволяє уніфікувати виготовлення вставок-лекал для забезпечення безвідривної течії та зниження опорів в проточних частинах цих типових елементів.

Ключові слова: вентилятор, димосос, напірні характеристики, обмеження потужності КУ, аеродинамічна система.

Макаров В.О. Повышение производительности работы тягодутьевого оборудования котельных установок на основе новых критериев проектирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.14 - тепловые и ядерные энергоустановки. - Одесский национальный политехнический университет, Одесса 2010 г.

Энергетическая стратегия Украины предусматривает внедрение новых технологий и модернизацию существующего оборудования с целью улучшения экологических и энергетических показателей, поднять их на новый уровень, позволяющий с большей эффективностью использовать сжигаемое топливо. Анализируя состояние теплоэнергетического комплекса и его характерные проблемы можно утверждать, что они однотипные и присуще всем регионам Украины. Одной из таких проблем - это увеличение производительности теплогенераторов посвящена диссертация.

В работе сформулированы и обоснованы предложения по снятию ограничений мощности котельных установок (КУ) на основе новых критериев проектирования и совершенствования методики расчета параметров работы тягодутьевой системы (ТДС).

Для обоснования нового способа увеличения производительности ТДС, а также снижения потребляемой электроэнергии, предложен новый критерий проектирования аэродинамических систем - обеспечение минимальных сопротивлений проточных частей.

На основе результатов визуальной диагностики потока в «колене 90°» и во входном патрубке вентилятора ВДН выявлены диссипативные зоны, которые являются причиной высоких аэродинамических сопротивлений. Для «колена 90°» и входного патрубка вентилятора ВДН разработаны математические формулы для расчета геометрии диссипативных зон по размерам входного сечения канала, что позволяет унифицировать изготовление вставок-лекал для обеспечения безотрывного течения и снижения сопротивлений в проточных частях этих типовых элементах.

Усовершенствована методика расчета аэродинамических характеристик ТДС на основе трех участков: входной участок, вентилятор, нагнетательный участок в поле предельного напора вентилятора. Усовершенствованная методика позволяет определять параметры работы аэродинамических систем на любом участке системы. В случае системы с дымососом достоверно учитывается влияние сопротивлений входного участка и тяга дымовой трубы. Представленная методика построения аэродинамических характеристик ТДС на основе трех участков делает целесообразным использование унифицированного испытательного стенда D (ГОСТ 10921-90) для аэродинамических испытаний вентиляторов с целью определения предельного напора и величин сопротивлений проточной части вентилятора.

Рациональность использования новых критериев проектирования, а также усовершенствованная методика расчета параметров работы аэродинамических систем на основе «модели поля напорных характеристик» опробована при модернизации ТДС котла КВГМ-50 в г. Ильичевске, которая дала возможность увеличить мощность котла с 33 до 44 Гкал/ч.

Обоснована приоритетность реконструкции котлов КВГМ, ПТВМ, ТП-100 и др. с целью увеличения их тепловой мощности по сравнению со строительством нового энергетического оборудования.

Ключевые слова: вентилятор, дымосос, напорные характеристики, ограничения мощности КУ, аэродинамическая система.

Makarov V.O. The promotion of improvement of the work of draught equipment of aggregates boilers basis on a new criteria of design. - Manuscript.

The thesis for the candidates degree in the technical sciences on speciality 05.14.14 - thermal and nuclear plants. - Odessa National Polytechnical University, Odessa, 2010.

The proposals for deregulation the power of boiler aggregates (BA) basis on a new criteria of design and a new design technique of represent of the parameters of works of the draught system (DS) are formulated and vindicated in dissertation work. A new criterion for designing aerodynamic systems - supporting minimal resistance of flow parts was proposed to vindicate a new version of increasing productivity of DS and reducing electricity consumption.

The mathematical formulas for calculate the geometry of dissipative zones on sizes of inlet cross-section channel to let to uniform-manufacturing inserts-patterns for support the flow without separation and reducing the resistance was cultivated for «bend 90°» and upstream end of fan VDN.

Keywords: fan, exhauster, pressure characteristics, power limitations BA, aerodynamic system.

Размещено на .ru