Введение к работе
- . г *
- ^-;"'' !
Актуальность работы. В настоящее время, с целью обеспечения конкурентноспособности продукции, необходимо при возрастающем объёме уменьшать время проектных разработок. Обеспечение высокого качества и уменьшение длительности .проектных работ практически невозможно без использования систем автоматизированного проектирования (САПР). В качестве элементов САПР барабанных паровых котлов должны быть использованы комплексы программ для циркуляционных расчётов .
При проектировании и реконструкции котельных агрегатов с естественной циркуляцией возникает необходимость в проведении болызого числа поверочных циркуляционных расчетов. Проведение этих расчётов без использования соответствующих прикладных программ практически невозможно.
В результате поверочных расчётов должны быть получены такие коэффициенты запаса, которые обеспечат надёжную работу заданных испарительных поверхностей нагрева. Этой цели можно достигнуть, если она в принципе достижима при применении естественной циркуляции, различными путями. При этом затраты на циркуляционную систему котла также будут различными. В качестве затрат могут рассматриваться всевозможные стоимостные характеристики, а также масса металла труб водоподво-дящих и пароотводящих систем барабанного котла. Снижение металлоёмкости - это задача, которая остаётся всегда актуальной.
Минимизацию затрат можно производить путём выбора лучшей компоновки контуров и определением оптимальных диаметров и количеств водоподводящих и пароотводящих труб при заданной циркуляционной схеме.
Задачу определения оптимальных диаметров и количеств труб, при заданных коэффициентах запаса по надежности, решить с помощью программы, реализующей поверочный расчёт циркуляции, практически невозможно, т.к. для этого понадобится огромное количество вариантных расчётов. Поэтому должны быть разработаны специальные математические модели и соответствующие программы, которые предназначены для оптимизации конструктивных характеристик.
В настоящее время существуют различные методы и програми для циркуляционных расчетов. Однако, эти программы не могут обеспечить достаточно точное и полное решение тех . вопросов, которые возникают при проектировании и реконструкции энергетических котлоагрегатов с естественной циркуляцией. Поз тему разработка методов циркуляционных расчётов с оптимизацией конструктивных характеристик представляется актуальной задачей.
Иель работы - разработка метода и алгоритма определения конструктивных параметров контуров с естественной циркуляцией на базе их гидродинамического расчёта.
Для достижения постачленной цели были решены следующие задачи:
разработка единого подхода к расчёту циркуляционных контуров котлов различной сложности, включая контуры с рециркуляционными трубами;
разработка методики оптимизации элементов циркуляционной системы котла;
получение аналитических зависимостей для оценки оптимальных соотношений между количествами и диаметрами труб в коммуникационных системах паровых котлов;
анализ влияния различных факторов на массу коммуникационных труб и на показатели надёжности циркуляционных контуров барабанных котлов;
разработка программного комплекса для циркуляционных расчётов с оптимизацией конструктивных параметров циркуляционных контуров.
Методы исследования. Основным методом исследования является метод математического моделирования с использованием элементов нелинейного программирования, метода множителей Лаграгска, различных итерационных методов для нелинейных уравнений и систем нелинейных уравнений, включая метод Ньютона с глобальной стратегией линейного поиска решений.
Научная новизна:
- разработана методика оптимизации конструктивных пара
метров циркуляционных контуров различной сложности, включая
кої.гурьі с рециркуляционными трубами;
получены аналитические зависимости для оптимальных соотнесений между количествами и диаметрами труб в коммуникационных трубных системах;
установлено влияние различных факторов на массу коммуникационных труб и ка показатели надёжности циркуляционные контуров барабанных котлов.
Практическая ценность:
разработанные пакеты прикладных программ применяются при проектировании и реконструкцій барабанных котлов и позволяет выполнять поверочный к конструкторский циркуляционные расчёты;
конструкторский циркуляционный расчет проводится с оптимизацией количеств и диаметров подводящих и отводящих труб, что позволяет экономить массу или стоимость металла, а ташке создавать разкокадёжную систему циркуляционных контуров;
-полученные аналитические зависимости позволяют оценить оптимальные соотношения между проходными сечениями труб коммуникационных систем;
- результаты численного исследования щфкуляционных кон
туров рекомендуется использовать при проектировании.
Реализация результатов работы. Результаты представленной работы использованы при проектировании котлов ТГМЕ-22Г и ТГМЕ-222 Тагаїфогского завода ПО "Красный котельцик"(їКЗ).
Апробация работы.. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались: на УІІІ научно-практической конференции молодых учёных и специалистов Новочеркасского политехнического института (Новочеркасск,19831; на кафедре ПГС КПИ (І983-Ї990); на Всесоюзной научно-технической конференции "Научные проблемы современного энергетического машиностроения и их репекие" (Ленинград, 1987); на Всесоюзной кгчфе-ренции "Теплообмен э парогенераторах" (Новосибирск,І988).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Автор защищает:
- метод расчёта циркуляционных контуров, который вклю
чает в себя модели контуров и их гидродинамический расчёт,
определение изменения энтальпии из-за сноса пара в опускную
систему, определение коэффициентов запаса по застою и опрокидывании потока;
метод расчёта оптимальных геометрических характеристик подводящих и отводящих систем;
методику выбора циркуляционной системы котла с оптимизацией диаметров и количеств водоподбодящих и пароотводя-цих труб',
аналитические зависимости для оптимальных отношений количеств и диаметров коммуникационных труб;
результаты численных экспериментов по исследованию циркуляционных контуров.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, шести глав, заключения, списка литературы, двух приложений, изложенных на 206 страницах, в том числе рисунков - 38 .
