ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1438
Скачиваний: 4
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
При
стационарных
условиях
передача
теплоты
от
расплава
стекломассы
к
охлаждающей
наружную
поверхность
ограждения
среде
характеризуется
плотностью
теплового
потока
q
и
определяется
общеизвестным
выражением
[8],
Вт
/
м
2
q
=
k
·(
t
c
–
t
0
),
(1)
где
k
–
коэффициент
передачи
тепла
,
Вт
/(
м
2
·
К
);
t
c
–
температура
расплава
стекломассы
,
контактирующего
с
огнеупорным
брусом
, °
С
;
t
0
–
температура
охлаждающей
среды
(
воздуха
), °
С
.
В
свою
очередь
коэффициент
теплопередачи
зависит
от
ряда
параметров
:
термического
сопротивления
теплопроводности
в
слое
стекломассы
и
материалах
ограждения
бассейна
печи
,
термического
сопротивления
теплоотдачи
от
наружной
поверхности
бруса
к
охлаждающей
воздушной
среде
,
Вт
/
м
2
с
с
1
м
м
0
1
1
λ
δ
+
λ
δ
+
α
=
∑
=
n
i
k
,
(2)
где
0
1
α
–
термическое
сопротивление
теплоотдаче
от
наружной
поверхности
бруса
к
охлаждающей
среде
,
м
2
·
К
/
Вт
;
∑
=
λ
δ
n
1
i
м
м
–
термическое
суммарное
сопротивление
теплопроводности
слоя
материалов
ограждения
,
м
2
·
К
/
Вт
;
с
с
λ
δ
–
термическое
сопротивление
теплопроводности
в
захоложенном
слое
стекломассы
,
который
контактирует
с
огнеупорным
материалом
, (
м
2
·
К
)/
Вт
.
Скорость
коррозии
огнеупоров
в
результате
действия
расплава
стекла
является
основным
критерием
выбора
материала
как
по
длительности
срока
службы
огнеупоров
,
так
и
выявления
влияния
продуктов
его
растворения
на
качество
выплавляемого
стекла
.
Основываясь
на
результатах
статических
испытаний
авторами
работы
[9]
были
получены
константы
скорости
поверхностной
коррозии
и
сделан
вывод
,
что
важнейшим
фактором
,
определяющим
скорость
коррозии
огнеупора
,
является
температура
расплава
стекломассы
,
взаимодействующего
с
огнеупором
.
Константу
скорости
поверхностной
коррозии
огнеупоров
К
у
,
можно
определить
согласно
закону
Аррениуса
,
мм
/
сут
[9]:
T
B
A
K
y
−
=
ln
; (3)
T
B
A
y
e
K
−
=
, (4)
где
А
= 42,0452,
В
= 73008,066 –
коэффициенты
кинетических
уравнений
Аррениуса
для
огнеупорного
материала
–
Бакора
-33;
Т
–
температура
ограждения
на
границе
огнеупор
-
стекломасса
,
К
.
Суточную
величину
коррозии
можно
рассчитывалась
по
уравнению
[9],
мм
τ
⋅
=
τ
⋅
=
∆
−
T
B
A
y
e
K
,
(5)
где
τ
–
время
взаимодействия
со
стекломассой
,
сут
.
8’2012
180
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Коэффициенты
,
входящие
в
уравнения
(3)–(5),
а
так
же
теплофизические
свойства
стекломассы
применимы
к
расплавам
стёкол
,
имеющих
следующий
диапазон
химического
состава
основных
компонентов
стекольной
матрицы
[6]: SiO
2
–
от
60
до
77 %; Na
2
O –
от
14
до
16 %; CaO –
от
6
до
15 %.
Следовательно
,
вышеприведенные
коэффициенты
могут
быть
применены
для
расчёта
теплофизических
свойств
расплавов
широкой
номенклатуры
тарных
и
листовых
стёкол
.
На
основании
разработанной
математической
модели
нами
была
создана
исследовательская
программа
для
расчета
скорости
коррозии
стенового
бруса
в
двумерной
постановке
,
состоящая
из
следующих
блоков
:
–
исходные
данные
;
–
построение
геометрической
модели
;
–
наложение
сетки
и
граничных
условий
;
–
решение
–
получение
температурного
поля
по
толщине
огнеупорного
бруса
;
–
расчёт
величины
коррозии
в
зависимости
от
температуры
узловых
точек
на
границе
«
огнеупор
-
расплав
стекломассы
»;
–
построение
новой
границы
,
с
учётом
коррозии
,
производится
по
нормали
к
конфигурации
огнеупора
на
предыдущем
расчётном
шаге
.
Сформулированная
задача
решена
методом
конечных
элементов
(
МКЭ
) [10].
Расчетный
элемент
был
получен
путем
разбиения
твердотельной
геометрической
модели
на
треугольные
элементы
с
длинной
ребра
12,5
мм
.
Точки
пересечения
сторон
элементов
разбиения
являются
узловыми
.
В
результате
вычислительного
эксперимента
было
получено
двумерное
распределение
температуры
по
толщине
и
высоте
бруса
в
зависимости
от
граничных
условий
.
Далее
для
всех
узловых
точек
по
глубине
стекломассы
на
основании
уравнения
(5)
определялась
скорость
коррозии
огнеупора
в
зависимости
от
температуры
стенки
на
границе
огнеупор
-
стекломасса
.
Таблица
1
Исходные
данные
для
расчёта
Геометрические
параметры
*
Значения
Условия
теплообмена
Значения
Высота
2550
Температура
продуктов
сгорания
, °
С
1535
Толщина
250
Температура
воздуха
, °
С
30
Остаточная
толщина
огнеупорного
бруса
на
линии
зеркала
стекломассы
в
момент
останова
печи
30
Высота
зоны
обдува
200
Коэффициент
теплоотдачи
,
Вт
/(
м
2
·
К
):
–
по
газовой
стороне
–
по
воздушной
стороне
147–200
30
Высота
расположения
соплового
аппарата
1350
Толщина
охлажденного
пристенного
слоя
расплава
стекломассы
5
Температура
стекломассы
:
–
на
уровне
зеркала
, °
С
–
на
уровне
пода
, °
С
1450
1050
*
в
мм
.
Коэффициенты
кинетических
уравнений
Аррениуса
для
различных
огнеупоров
:
Бакор
-33
А
= 42,045,
В
= 73008,066;
Бакор
-41
А
= 47,756,
В
= 84240,076.
Свойства
огнеупора
(
Бакор
-33):
коэффициент
теплопроводности
λ
= 4,07 + 2,6867·10
–4
Вт
/(
м
·
К
),
плотность
ρ
= 2700
кг
/
м
3
.
8’2012
181
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Свойства
расплава
тарного
стекла
:
массовая
теплоёмкость
С
= 669,2
Дж
/(
кг
·
К
);
плотность
ρ
= 2590
кг
/
м
3
.
В
результате
вычислений
были
получены
данные
о
двумерной
конфигурации
изменения
толщины
огнеупорного
материала
ограждения
варочного
бассейна
в
процессе
эксплуатации
стекловаренной
печи
.
Также
получены
значения
температуры
стенки
в
зоне
коррозии
и
коэффициентов
теплоотдачи
в
зоне
пламенного
пространства
.
а
)
б
)
Рис
. 2.
Теплофизические
свойства
расплава
стекломассы
и
огнеупорного
бруса
:
а
–
зависимость
коэффициента
теплопроводности
расплава
тарного
стекла
от
температуры
;
б
–
зависимость
теплоёмкости
огнеупорного
материала
Бакор
-33
от
температуры
Сравнительный
анализ
результатов
показал
(
см
.
табл
. 2
и
рис
. 3),
что
на
заключительном
этапе
периода
кампании
печи
,
день
1467
и
1651,
отличие
расчётных
данных
от
экспериментальных
по
остаточной
толщине
огнеупора
составило
:
–
на
уровне
зеркала
стекломассы
32,57 % (19
мм
)
и
10,98 % (4,68
мм
);
–
на
глубине
400
мм
от
зеркала
стекломассы
14,49 % (32,79
мм
)
и
0,41 %
(0,772
мм
),
соответственно
.
Таблица
2
Остаточная
толщина
огнеупорного
материала
Толщина
огнеупора
,
м
Толщина
огнеупора
,
м
Расчёт
Экспе
-
римент
[1]
Относи
-
тельная
погреш
-
ность
, %
Расчёт
Экспе
-
римент
[1]
Относи
-
тельная
погреш
-
ность
, %
Расстояние
от
зеркала
стекломассы
,
мм
День
1467
День
1651
0 39,33
58,33
32,57
37,96
42,64
10,98
50 93,53
56,55
65,39
91,74
41,67
120,16
100 101,9
68,45 48,87
99,92
53,57 86,52
150 123,83
116,07 6,69
121,26
74,40 62,98
200 136,81 125 9,45
133,80
89,29 49,85
250 149,27
119,05 25,38
145,88
101,19 44,16
300 161,83
179,76 9,97
158,15
148,81 6,28
350 174,57
207,14 15,72
170,76
181,55 5,94
400 193,4
226,19
14,49
189,7
190,48 0,41
Учитывая
то
,
что
остаточная
толщина
огнеупорного
бруса
бассейна
[9],
в
рассматриваемом
сечении
составляет
от
30
до
42
мм
,
расхождение
данных
вычислений
и
эксперимента
(
среднего
значения
)
на
линии
зеркала
стекломассы
составляет
18,76 %.
8’2012
182
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
а
)
б
)
Рис
. 3.
Толщина
огнеупорного
материала
на
протяжении
кампании
печи
на
глубинах
до
400
мм
от
зеркала
стекломассы
:
I
–
огнеупорный
брус
;
II
–
расплав
стекломассы
;
а
–
после
1467
дней
работы
;
б
–
после
1651
дня
Выводы
:
Разработана
методика
решения
задачи
коррозионного
износа
огнеупорного
бруса
ограждения
варочного
бассейна
стекловаренной
печи
в
расплаве
многощелочного
тарного
стекла
в
двумерной
постановке
с
учетом
зависимости
теплофизических
свойств
огнеупорных
материалов
от
температуры
.
Определена
длительность
кампании
печи
,
сопоставимая
с
данными
эксперимента
[9].
Выполнен
сравнительный
анализ
конфигурации
остаточной
толщины
огнеупорных
материалов
по
глубине
варочного
бассейна
печи
,
показавший
возможность
использования
расчётной
методики
по
определению
конфигурации
огнеупорного
материала
на
заключительных
этапах
кампании
печи
на
глубинах
до
400
мм
от
зеркала
расплава
стекломассы
.
Разработанная
методика
может
быть
использована
для
расчета
длительности
кампании
печи
,
а
также
для
диагностики
состояния
огнеупорной
кладки
варочного
бассейна
высокопроизводительных
стекловаренных
печей
ванного
типа
.
Список
литературы
: 1.
Козлов
,
А
.
С
.
Теплотехника
регенеративных
стекловаренных
печей
[
Текст
] /
А
.
С
.
Козлов
. –
М
.:
Легпромбытиздат
, 1990. – 143
с
.
2.
Матвеев
,
Г
.
М
.
Энергосбережение
при
варке
стекла
[
Текст
] /
Г
.
М
.
Матвеев
,
В
.
В
.
Миронов
,
Э
.
М
.
Раскина
,
К
.
А
.
Тарасевич
//
Стекло
и
керамика
. – 1998. –
№
11. –
С
. 10-11.
3.
Волгина
,
Ю
.
М
.
Теплотехниеское
оборудование
стекольных
заводов
[
Текст
]:
учеб
.
для
техникумов
/
Ю
.
М
.
Волгина
. –
М
.:
Стройиздат
, 1982. – 276
с
.
4.
Будов
,
В
.
М
.
Продление
межремонтного
периода
работы
стекловаренных
печей
–
резерв
увеличения
выпуска
листового
стекла
[
Текст
] /
В
.
М
.
Будов
//
Стекло
и
керамика
. – 1975. –
№
4. –
С
. 4-7.
5.
Апанина
,
А
.
Т
.
Стойкость
огнеупоров
при
варке
стекла
С
48-3 [
Текст
] /
А
.
Т
.
Апанина
//
Стекло
и
керамика
. – 1984. –
№
7. –
С
. 12-13.
6.
Племяніков
,
М
.
М
.
Хімія
та
теплофізика
скла
[
Текст
]:
навч
.
посібник
/
М
.
М
.
Племяніков
,
О
.
А
.
Крупа
. –
К
.:
НТУУ
«
КПІ
», 2000. – 560
с
.
7.
Хавин
,
Е
.
В
.
Закономерности
процессов
оптимального
воздушного
охлаждения
плавильных
реакторов
стекловаренного
производства
[
Текст
]:
дис
. …
канд
.
техн
.
наук
:
05.17.08;
защищена
18.11.2010;
утв
. 23.02.2011 /
Хавин
Евгений
Валерьевич
. –
Х
.:
НТУ
«
ХПИ
», 2010. –
146
с
.
8.
Исаченко
,
В
.
П
.
Теплопередача
[
Текст
]:
учеб
.
для
вузов
/
В
.
П
.
Исаченко
,
В
.
А
.
Осипова
,
А
.
С
.
Сукомел
. – 4-
е
изд
.,
перераб
.
и
доп
. –
М
.::
Энергоиздат
, 1981. – 416
с
.
9.
Кучерявый
,
М
.
Н
.
Кинетика
коррозии
огнеупоров
расплавом
многощелочного
тарного
стекла
[
Текст
] /
М
.
Н
.
Кучерявый
//
Стекло
и
керамика
. – 1985. –
№
3. –
С
. 22-27.
10.
Сегерлинд
,
Л
.
Применение
метода
конечных
элементов
[
Текст
] /
Л
.
Сегерлинд
. –
М
.:
Мир
, 1979. – 392
с
.
©
Кошельник
В
.
М
.,
Бекназарян
Д
.
В
.,
Хавин
Е
.
В
., 2012
Поступила
в
редколлегию
15.02.12
8’2012
183
СТОРІНКА
РЕДКОЛЕГІЇ
CONTENTS
POWER AND HEAT ENGINEERING
PROCESSES AND EQUIPMENT
Boiko A.V., Govorushchenko Yu.N., Burlaka M.V., Barannik V.S.
TURBINE CASCADE PROFILE 3D OPTIMIZATION ........................................................................................6
Serbin S.I., Mostipanenko G.B., Kozlovsky A.V.
INVESTIGATION OF TRANSIENT COMBUSTION PROCESS IN GAS TURBINE COMBUSTOR ............11
Tarelin A.A., Annopolskaya I.Y., Antipcev Y.P., Parshin V.V.
INFORMATIVE-INSTRUMENTAL SYSTEM FOR OPTIMIZATION AND IDENTIFICATION PROBLEM
SOLUTION DURING POWER ENGINEERING DESIGN AND TWEAKING.................................................17
Shvetsov V.L., Uss A.N., Gavrilova V.V.
MODERNIZATION OF CONDENSERS FOR TURBINES K-1000-60/1500-2M AT ROSTOVSKAYS AND
BALAKOVSKAYA NPP BY REPLACING TUBE SYSTEM MATERIALS AND DEVELOPMENT OF
«BLOCK AND MODULAR» DESIGN................................................................................................................26
Tarasov A.I., Dolgov A.I., Litvinenko
О
.
А
.
THE USE OF 2D THERMAL MODELS FOR ANALYSIS OF COOLED
GAS TURBINE COMPONENTS .........................................................................................................................36
Kislov O.V.
THE ESTIMATION OF WATER STEAM REQUIREMENT FOR CONVECTIVE COOLING OF GAS
TURBINE BLADES IN CONVERTED GAS TURBINE ENGINE.....................................................................42
Rublevskiy Y.V., Dotsenko V.N.
EXPERIENCE OF APPLICATION BRUSH SEALING FOR IMPROVEMENT OF PARAMETERS
AVIATION GAS-TURBINE ENGINE AND STATIONARY POWER PLANT ................................................45
Shvetsov V.L., Babayev I.N.
RESULTS OF ANALYSIS OF DYNAMIC CHARACTERISTICS OF TURBINE K-1100-60/1500-2M
UNDER IMPULSE UNLOADINGS ON COMMAND OF THE EMERGENCY CONTROL AUTOMATICS
OF THE ELECTRICAL NETWORKS .................................................................................................................50
Shubenko A.L., Bystritskiy L.N., Goloshchapov V.N., Kasilov V.I., Kasilov O.V., Kozlokov A.Yu.
DETERMINATION OF THE STEAM DENSITY AT THE LAST STAGE OF LPC FOR THE LOW FLOW
RATE MODES ......................................................................................................................................................59
Sukhinin V.P., Pugachova T.N.
ANALYSIS OF THE EVALUATION FACTORS FOR STRESS CONCENTRATION AND DEFORMATION
IN UNLOADED DITCH OF STEAM TURBINE ROTOR..................................................................................68
Rusanov A.V., Solovey V.V., Goloshchapov V.N.
THERMAL GASDYNAMIC CHARACTERISTICS OF EXPANSION TURBINE FOR HYDROGEN
LIQUEFACTION PLANT WITH THERMOSORPTION COMPRESSOR.........................................................76
Vanyeyev S.M., Getalo V.V., Korolov S.C.
INVESTIGATION OF JET-REACTIVE TURBINE FOR EXPANSION TURBINE..........................................82
Subotovich V.P., Yudin Yu.A., Yudin A.Yu., Temchenko S.A.
THE TEST RESULTS OF CALCULATION METHOD OF FLOW IN AN ANNULAR DUCT .......................91
8’2012
184