Исследование динамических характеристик трубок теплообменных аппаратов
ВВЕДЕНИЕ
Современное энергетическое машиностроение развивается в направлении увеличения единичной мощности турбоагрегатов с одновременной интенсификацией технологических процессов, связанных с выработкой электрической и тепловой энергии. В связи с этим при эксплуатации турбоустановок и вспомогательного оборудования происходит существенное увеличение перепадов давлений, градиентов температур, скоростей движения теплоносителей и т. п., что вызывает увеличение действующих усилий и напряжений в отдельных узлах и элементах энергооборудования. При этом требования к надежности длительного функционирования всей турбоустановки в целом и отдельных ее элементов постоянно растут.
Надежность основного и вспомогательного оборудования современных паротурбинных установок (ПТУ) проявляется в эксплуатации различным образом. Отказы основного оборудования (турбина, парогенератор) приводят к отказу (вынужденному останову) турбоустановки. Отказы вспомогательного оборудования в ряде случаев также могут
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………………………...6
1 Постановка задач…………………………………………………………………8
1.1 Характерные повреждения теплообменных аппаратов…………………..8
2 Основы физики колебаний теплообменного аппарата………………………14
2.1 Колебания и характеризующие их величины……………………………14
2.2 Собственные колебания……………………………………………………..15
2.3 Масса, колеблющаяся на пружинке……………………………………….16
2.4 Дифференциальные уравнения свободных колебаний механической системы около положения равновесия……………………………………….20
2.5 Свободные колебания системы с конечным числом степеней свободы. Собственные частоты и формы колебаний……………………………………21
2.6 Вынужденные колебания…………………………………………………..31
2.7 Гидродинамические вибрации труб в потоке теплоносителя………….36
2.8 Вибрации поперечно обтекаемой одиночной трубы……………………40
2.9 Исследование взаимодействия трубок с опорными перегородками…..46
2.10 Описание существующих методов расчета…………………………….51
2.11 Расчет динамических напряжений в трубках при автоколебаниях…..57
3 Расчёт и измерение амплитуды колебаний……………………………………62
3.1 Эксперименты с изменением расхода подаваемой среды……………….62
3.2 Расчет скорости и расхода рабочего тела, подаваемые на трубку ТОА…64
3.3 Вычисления частоты колебаний трубки с помощью метода последовательных приближений разработанного Ю.А. Шиманским……….70
4 Практическое применение результатов……………………………………….71
4.1 Сравнение результатов расчётов и экспериментов…………………………71
4.2 Повышение вибрационной надёжности ТОА………………………………75
Заключение………………………………………………………………………..81
Список литературы……………………………………………………………….83
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Анализ показателей надежности теплообменных аппаратов турбоустановок ТЭС /Бродов Ю.М., Резникова P.C., Краснова Г.И., Чайка А.И. // Энергомашиностроение. 1982. № 11. С. 35-36, 39.
2. Бродов Ю.М., Пермяков В.А., Савельев Р.З. Влияние вибрации на работу конденсирующих теплообменных аппаратов турбоустановок //НИИЭинформэнергомаш. 1977. № 1-77-43. 25 с.
3. Исследование влияния эксплуатационных факторов на ресурс трубной системы сетевых подогревателей турбин Т-250/300-23,5 ТМЗ /Трухний А.Д., Лебедева А.И., Ломакин Б.В. и др. //Теплоэнергетика. 2001. № 3. С. 62-64.
4. Косяк П. А. О влиянии вибрации на работоспособность соединений трубок с трубными досками судовых теплообменных аппаратов // Тр. Николаевского кораблестроительного института. 1968. Вып. 26. С. 80-85.
5. Исследование уровня вибрации конденсирующих теплообменных аппаратов турбоустановок в условиях эксплуатации /Бродов Ю.М., Пермяков В. А., Купцов В. К., Савельев Р.З. //Энергомашиностроение, 1977. № 9. С. 8-10.
6. Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. Пер. с англ. М.: Атомиздат, 1971. 358 с.
7. ОСТ 5.4133-75. Аппараты теплообменные судовые. Методика расчета автоколебаний трубных пучков. М.: 119 с.
8. Фукс С.Н. Поломки охлаждающих трубок в конденсаторах паровых турбин // Электрические станции. 1960. № 7. С. 20-25.
9. Прочность. Устойчивость. Колебания: Справочник: В 3 т. /Под общ. ред. Биргера И.А., Пановко Я.Г. М.: Машиностроение. 1968. Т.З. 568 с.
10. Самарин A.A. Вибрации трубопроводов энергетических установок и методы их устранения. М.: Энергия, 1979. 288 с.
11. Бутырский Г.Г., Вейцман Р.И. Поперечные колебания трубок конденсатора паровой турбины //Энергомашиностроение. 1958, № 8. С. 45-48.
12. Гусаров A.A., Федоров В.Г. Расчет вынужденных изгибных колебаний труб теплообменников с учетом зазоров в дистанционирующих решетках // Динамические напряжения и деформации в элементах энергетического оборудования М.: Наука, 1977. С. 31-42.
Заметим, что важное значение главных колебаний состоит в том, что с их помощью сложное результирующее движение уда¬ется представить в виде суммы простых гармонических движе¬ний — собственных колебаний.
2.6. Вынужденные колебания.
Вынужденными называют колебания, обусловленные действием на механическую систему внешних периодических или импульсных сил.
В машинах возмущающими силами являются обычно силы инерции поступательно и вращательно движущихся масс. При нестационарных режимах работы машин (разгон, выбег) частоты и амплитуды возмущающих сил изменяются во времени. Вынужденные колебания, обусловленные действием возмущающих сил с переменной