Ядерная энергетическая установка ледокола Таймыр

Алгоритм 2.cdw

Алгоритм вычисления амплитуды
энергетическим методом
Амплитуда установившихся колебаний- A
Задаемся несколькими значениями амплитуды Ао

Алгоритм.cdw

Алгоритм расчета параметров
колебаний трубок ТОА
Xп последнего пролета=0
Хп последнего пролета =0

Конденсатор_(печать).frw

Расход охлаждающей воды W
Давление в конденсаторе Р
Скорость охлаждающей воды
Наружный диаметр трубок d
Внутренний диаметр трубок d
Поверхность охлаждения F
ДП 141200-04-1604.8.03. СБ.
Конденсатор двухходовой

Результаты.cdw

Результаты1.cdw

Результатты экспериментальных
теплообменного аппарата

спецификация для ППУ.spw

ДП. 14.12.00.-04-1604.1.06. СП
Принципиальная тепловая схема
ППУ ледокола типа " Таймыр
ДП. 141200-03-1604.8.01 СХ
Принципиальная тепло-
вая схема ППУ ледоко-
Циркуляционный насос
Фильтр ионообменный
ресиверных баллонов ГВД
Циркуляционный насос
Резервный циркуляцион-
ный насос III контура
Теплообменник III-IV
Механический фильтр

спецификация для ПТУ.spw

ДП. 140200-03-162.10.02 СП
ДП.141200-03-1604.8.02. СХ
Тепловая схема ПТУ ледокола
Главный турбозубчатый
Дроссельно увлажните-
Главный турбоциркуля-
Главный конденсатный
Цистерна запаса охлаждаю-
Вспомогательный конден-
Вспомогательный электро-
циркуляционный насос
Турбопривод главного
циркуляционного насоса
Главный турбопитатель-
Вспомогательный турбо-
Резервный турбопитатель-
Стояночный конденсатор
Двухступенчатый паро-
Подогреватель питатель-
Насос забортной воды
Насос откачки рассола
Насос откачки дистиллята
Циркуляционный насос
Сточно-циркуляционная
Главный масляный насос
Резервный масляный на-

спецификация_конденсатор.spw

ДП. 140200-03-162.10.03. СП
ДП.141200-03-1604.8.03.
Конденсатор двухпоточный
Уравнительная трубка

Схема_ППУ_Таймыр_(печать).frw

автоматический клапан
ДП 141200-04-1604.1.06 .СХ
ППУ ледокола "Таймыр
Условные обозначения:
- клинкетная задвижка
фильтра 1-го контура
газ высокого давления

Схема_ПТУ_Таймыр_(печать).frw

- паровоздушная смесь
- пар низкого давления
- автоматический клапан
- быстрозапорный клапан
- регулирующий клапан
- клинкетная задвижка
Условные обозначения
ПТУ ледокола "Таймыр
ДП 141200-04-1604.8.02. СХ

Установка.cdw

Физика.cdw

Деформация оторвавшихся пограничных слоев и смещение точек отрыва при различном характере
движения одиночного цилиндра поперек равномерного потока
а)При неподвижном цилиндре-Y=const
б)При равномерно движущемся цилиндре-
в)Придвижении цилиндра с ускорением-
Если одиночный цилиндр совершает гармонические колебания
по оси Y по уравнению Y=Asin
t то скорость изменения угла
Сила лобового сопротивления R дает проекцию на ось Y
по знаку скорости цилиндра
являющейся демпфирующей силой
Векторная диаграмма аэродинамических сил
при автоколебаниях одиночного цилиндра
в равномерном потоке

5 ОХРАНА ТРУДА.doc

1 Техника безопасности при работе на установках лаборатории ССУ
Раздел составлен на основании: «Положения по организации работы по охране труда высших и средних специальных учебных заведений предприятий и организаций министерства высшего и среднего специального образования» и «Указаний о проведении инструктажа и обучения по технике безопасности и производственной санитарии в высших и средних специальных учебных заведениях предприятиях учреждений и организаций министерств (комитетов) высшего и среднего специального образования».
При работах на установках лаборатории необходимо выполнять следующие требования:
работать разрешается только на установках введенных в эксплуатацию с санкции приемной комиссии.
работы на установкх проводятся в соответствии с инструкциями по обслуживанию описаниями лабораторных работ и методами по проведению НИРС и НИР.
Инструкция описания и методики которые разрабатываются преподавателями должны содержать необходимые указания по технике безопасности.
При отсутствии необходимых инструкций описаний и методик работы на установках ЗАПРЕЩАЮТСЯ а лаборанты к обслуживанию установки НЕ ДОПУСКАЮТСЯ.
Инструктаж по технике безопасности со студентами перед началом практических и лабораторных работ а также НИРС и НИР проводятся преподавателями ведущими эти работы и оформляются в отдельном журнале регистрации периодического инструктажа.
Инструкция по эксплуатации и техники безопасности электровентиляторов
Персонал обслуживающий электровентиляторы ОБЯЗАТЕЛЬНО должны пройти инструктаж по выполнению требований электробезопасности и пожаробезопасности.
Техника безопасности обеспечивается непосредственно конструктивным исполнением электровентилятора. При этом должно выполняться следующее:
электровентилятор и пусковая аппаратура должны быть зазамлены;
запрещается выключение электровентилятора при отсоединенном воздуховоде и отсутствии ограждения со стороны входого патрубка;
осмотр вентилятора производится только после отключения его от электросети;
содержать в полной исправности питающую сеть и аппаратуру управления соблюдать правила техники безопасности согласно инструкции по обслуживанию электрооборудования;
не допускать попадания в поточную полость электровентилятора посторонних предметов;
контролировать прочность крепления вентилятора на фундаменте рабочего колеса на валу электровентилятора балансировочных грузиков на рабочем колесе кожуха вентилятора к фланцу электродвигателя;
периодически удалять из корпуса вентилятора накапливающийся конденсат;
первоначальная балансировка рабочего колеса не должна быть нарушена в процессе эксплуатации вентилятора;
пространство в районе электродвигателя не должно загромождаться. Для обеспечения постоянной готовности электровентилятора к действию необходимо:
не допускается ударов и толчков по корпусу электровентилятора;
периодически производить замену и пополнеие смазки;
следить за качеством зазамления электровентилятора;
своевременно производить техосмотр.
В период эксплуатации необходимо вести учет и заносить в паспорт электровентилятора количество часов работы случаев выхода его из строя поломок и т.д.
Перед пуском электровентилятора следует убедиться в отсутствии посторонних предметов внутри корпуса вентилятора проверить свободное вращение рабочего колеса путем мгновенного включения и выключения электродвигателя необходимо визуально и на слух выяснить отклонения в работе электровентилятора (повышенную вибрацию корпуса) нехарактерный для электродвигателя шум (биение задевание рабочего колеса за входной патрубок и др.) проверить заземление.
Перед пуском электровентилятора необходимо предупредить людей находящихся в лаборатории о включении рубильников на силовых щитах.
При пуске электровентилятора необходимо:
включить кнопку «ПУСК»
не отходить от пускателя и быть готовым к немедленному включению кнопки «СТОП» в течении времени выхода вентилятора на режим (20 секунд).
открыть соответствующие клапаны на воздуховодах.
убедиться в нормальной работе электровентилятора.
Во время работы электровентилятора необходимо:
периодически проверять нагрев электродвигателя: следить за его режимом работы убедиться в исправной работе подшипников в отсутствии ненормального шума и повышенной вибрации электровентилятора.
Быть готовым к немедленному выключению электродвигателя.
Остановка вентилятора осуществляется в следующем порядке:
выключить электродвигатель нажатием кнопки «СТОП» на пускателе
выключить рубильники силовых и предохранительных щитов
закрыть все клапаны на напорных и всасывающих воздуховодах
произвести приборку рабочего помещения;
произвести запись в журнале о характере работы вентилятора и о количестве часов работы;
К опытным установкам работающим на сжатом воздухе от вентиляторов необходимо иметь акты ввода в эксплуатацию инструкции по эксплуатации и технике безопасности и методические разработки по проведению экспериментальных работ.
При работе на сверлильном станке
Необходимо пользоваться ручными тисками специальными зажимами приспособлениями. При обработке деталей – надевать защитные очки.
Запрещается работать в рукавицах останавливать патрон руками переключать скорость на ходу работать без головного убора.
При работе станка не производить ремонта смазки чистки уборки стружки опилок. Делайте это только после полной остановки станка и его отключения.
О неисправностях электропитания необходимо сообщить преподавателю или заведующему лабораторией (лаборанту).
При работе механизированными инстументами
Перед началом работы приведите в порядок рабочую одежду:
Застегните обшагла рукавом заправьте одежду так чтобы не было свешивающихся концов уберите волосы под головной убор. Помните что небрежно одетую одежду могут захватить движущиеся части станка приспособления или обрабатываемые детали.
Перед началом работы приведите в порядок рабочее место. Во время работы не держите на столе станка заголовок готовых изделий инструмента и тряпок.
Не прикасайся к оголенным электропроводам и частям электрооборудования: можешь попасть под напряжение.
Нельзя оставлять без надзора любой механизированный инструмент присоединенный к электросети или сжатого воздуха.
При укладке проводов электроинструментов необходимо избегать пересечения их с тросами электрокабелями электросварочными проводами шлангами идущими к газоаппаратуре так как при наличии даже самых незначительных изъянов в проводах может произойти короткое замыкание и удар током.
Необходимо следить чтобы кабели электроинструментов и шланги пневмоинструментов не перегибались и не натягивались т.к. это также может явиться причиной несчастного случая.
Установку рабочего инструмента в патрон изъятие его из патрона регулировку и ремонт инструмента производить только после полной остановке инструмента и его отклнения.
Безопасность работы на точильном станке обеспечивается установкой предохранительного кожуха и защитного экрана. При отсутствии экрана работающий должен надеть очки.
Не надчеркивай вершину ржущую кромки сверла и другой инструмент верхней частью круга против направления его вращения: инструмент может быть отброшен на тебя.
При работе ручными инструментами
Причина несчастных случаев при работе ручными инструментами могут быть: неисправность неправильное обращение с ним неправильное обращение с ним

Диплом.doc

Общепроектная часть.
Ядерная энергетическая
установка ледокола типа «Таймыр».
В экономике нашей страны морские перевозки занимают значительное место и роль их продолжает непрерывно возрастать. В большой степени тенденция к их развитию вызвана необходимостью освоения природных ресурсов огромного региона примыкающего к Северному Ледовитому океану а также освоение в последние годы природных ресурсов морских шельфов. Концепция связанная с обеспечением круглогодичных морских перевозок народнохозяйственных грузов по национальной транспортной магистрали – Северному морскому пути – была ориентирована на создание мощных арктических ледоколов и транспортных судов ледового класса. Одна из основных задач стоящих перед морским транспортом – повышение экономической эффективности выражающееся в снижении стоимости перевозки грузов. Выполнение этой задачи предусматривает непрерывную оптимизацию технико-экономических показателей судов и энергетических установок.
Реализация лучших решений проявляется не только в усовершенствовании традиционных типов судов но и в создании новых специализированных судов с новыми принципами движения и новыми энергетическими установками. В частности повышение экономической эффективности морских транспортных судов требует создания энергетических установок увеличенной мощности при сокращении или сохранении доли водоизмещения судна отводимой для размещения установок с запасом топлива.
Одним из перспективных типов судов в этом отношении являются суда с энергетическими установками использующие энергию деления атомных ядер некоторых элементов в качестве первичной энергии. Подобные установки названные – судовыми ядерными энергетическими установками (СЯЭУ) имеют особенности отличающие их от энергетических установок других типов что позволяет выделить СЯЭУ в особую группу.
К числу основных особенностей СЯЭУ следует прежде всего отнести высокую энергетическую концентрацию топлива. Благодаря этому на судне с СЯЭУ практически отсутствует запас горючего и высвобождающийся объём и водоизмещение судна могут быть использованы для перевозки грузов или для размещения дополнительного оборудования повышающего безопасность плавания судна и обеспечивающего комфорт личному составу и пассажирам. Это преимущество позволяет также применить на судне установку большей мощности которая обеспечит более высокую скорость перевозки груза. [1].
Судовые ЯЭУ могут эксплуатироваться с большим коэффициентом нагрузки при практически неограниченной дальности плавания.
Время стоянки в порту судна с ЯЭУ минимально и определяется продолжительностью выполнения грузовых операций.
Первым опытом применения ядерной энергии для движения судов морского флота была постройка в 1959 году советского ядерного ледокола “Ленин”. Многолетний опыт успешной эксплуатации этого ледокола свидетельствует о его эффективности и об оптимальности принципиальных инженерных решений используемых при создании флагмана отечественного арктического флота. Эксплуатация столь мощного ледокола в арктических морях позволила значительно увеличить длительность навигации в этом районе. Высокая экономическая эффективность ядерного ледокола послужила основанием для постройки ледоколов типа “Арктика” и ”Таймыр” и других.
В настоящее время на судах применяется только водо-водяные реакторы которые судя по тенденции развития судовой ядерной энергетики сохранят своё лидирующее положение и в ближайшем будущем. Установки этого рода более полно изучены с точки зрения как ядерной так и теплофизических процессов происходящих в них. Оборудование этих установок полностью освоено производством.
Сравнение экономической эффективности судов с ЯЭУ и судов использующих энергетические установки на органическом топливе показывает что уже сейчас существуют области значений мощности где экономическая эффективность судов с ядерными установками превышает экономическую эффективность судов с установками на органическом топливе. Объясняется это тем что относительное значение составляющих обобщённого показателя экономической эффективности для ядерных судов и для судов с энергетическими установками на органическом топливе различны. Так затраты на создание ЯЭУ и её ремонт выше соответствующих затрат на обычную энергетическую установку. В то же время стоимость израсходованного ядерного горючего ниже стоимости органического топлива.
Поэтому одним из основных путей повышения экономической эффективности с ЯЭУ является изыскание способов снижения их стоимости при сохранении высокого уровня прочих показателей. Развитие судовой энергетики идёт по пути создания надёжных высоко экономичных компактных установок с высокими технологическими качествами и меньшей по сравнению с другими металлоёмкостью удобных для автоматизации и управления.
Кроме того в последнее время мировая энергетика сталкивается с определёнными трудностями и проблемами. Если проанализировать данные о мировых запасах топлива [2] то можно прийти к выводу о постепенном исключении нефти из топливного баланса. К тому же если не принимать специальных мер выбросы в атмосферу будут расти пропорционально вырабатываемой энергии. Сейчас на Земле вырабатываемая энергия составляет 002% радиационного баланса а через 20 лет эта величина составит 1%. Это значит что выбросы увеличатся ещё в 50 раз что конечно недопустимо.
Развитие стационарной и судовой энергетики создание соответствующей промышленной базы делают экономически эффективным использование ЯЭУ на судах транспортного флота. Однако использование ядерной энергии приводит к необходимости решать совершенно новые проблемы связанные с обеспечением ядерной радиационной и экологической безопасности атомных судов. Также не решена проблема с утилизацией радиоактивных отходов. Кроме того порядок использования атомной энергии на судах всё ещё не определён международными правилами эксплуатации судов. Проблемы охраны человеческой жизни на море и проблемы загрязнения окружающей среды при использовании атомной энергии на судах в международном масштабе пока не решены.
2. Особенности судовой ядерной энергетической установки.
Судовой ядерной энергетической установкой называется комплекс оборудования который на основе использования и преобразования ядерной энергии обеспечивает движение и обитаемость судна а также выполнение всех технологических операций обусловленных функциональным назначением судна.
Особенностью СЯЭУ является:
-очень высокая энергоёмкость ядерного топлива;
-возникновение мощных полей ионизирующих излучений;
-накопление значительных количеств (по активности) радиоактивных отходов.
Получение ядерной энергии и её преобразование в тепловую энергию осуществляется в реакторной установке [3 4]. Преобразование тепловой энергии в механическую или электрическую осуществляется в паротурбинной (ПТУ) установке в электроэнергетической установке (ЭЭУ) в общесудовых системах и механизмах (ОССиМ). Передача энергии на движители (винты) в зависимости от назначения и условий эксплуатации судна осуществляется через гребную электрическую установку. ЭЭУ предназначена для выработки и обеспечения электроэнергией потребителей СЯЭУ и общесудовых потребителей.
Рис.1.1. Состав судовой ЯЭУ.
За основу принята двухконтурная пароэнергетическая установка в состав которой входит реактор с водяным теплоносителем. Данный тип ЯЭУ является основным из применяемых на судах. Принципиальная схема такой установки приведена на рисунке 1.2.
Рис.1.2. Принципиальная схема СЯЭУ
Основным компонентом двухконтурной пароэнергетической установки является водо-водяной реактор 1 у которого замедлителем и теплоносителем служит вода. Рабочим теплоносителем паротурбинной установки (ПТУ) является водяной пар перегретый или насыщенный генерируемый в парогенераторе 5. Передача тепловой энергии выделяемой в активной зоне реактора рабочему телу осуществляется комплексом оборудования объединяемым общим понятием первый контур ЯЭУ.
В состав первого контура помимо реактора и парогенератора входят:
циркуляционные насосы первого контура 4
оборудование обеспечивающее компенсацию изменения объёма теплоносителя и создания избыточного давления состоящее из компенсаторов объёма 2 и реверсивных газовых баллонов 6
оборудование необходимое для очистки теплоносителя от возможных примесей ускоряющих коррозионное разрушение внутренних поверхностей первого контура и повышающих радиоактивность теплоносителя.
Оборудование первого контура обслуживается рядом систем из которых особо важную роль играет система охлаждения обычно выполняемая по двухконтурной схеме.
Радиоактивное оборудование обычно размещено под биологической защитой 7 которая снижает радиоактивность излучения до безопасного для обслуживающего персонала уровня предусмотренного нормами предельно допустимых излучений.
Водяной пар по паропроводу 11 направляется к главной турбине где часть заключённой в ней энергии тепловой преобразуется в механическую проводимую затем к винту. Помимо главной турбины на судне имеются другие потребители пара главные из них – турбины судовой электростанции. Отработавший в турбине пар собирается в конденсаторе 9 и конденсат поступает в конденсатную систему 8 где очищается от примесей а затем направляется в парогенератор.
Помимо перечисленного в состав паротурбинной установки входит многочисленное оборудование выполняющее вспомогательные функции. Это оборудование объединено в ряд систем.
3. Паропроизводящая установка. Описание основных систем.
Паропроизводящая установка (ППУ) ледокола состоит из двух идентичных автономных блоков. В каждый из них входят один реактор четыре парогенератора (ПГ) и четыре циркуляционных насоса первого контура (ЦНПК) составляющие первый контур. Соединение реактора ПГ и гидрокамер ЦНПК выполнено при помощи коротких силовых патрубков типа “труба в трубе” так что создаётся единая жёсткая конструкция – блок.
Применение блочной компоновки позволяет иметь ряд преимуществ по сравнению с раздельным размещением оборудования ППУ применявшееся только на первых атомных судах. При блочной компоновке уменьшаются габариты ППУ и биологической защиты и масса установки в целом. Снижаются гидравлические сопротивления циркуляционного насоса в целом. Снижаются гидравлические сопротивления циркуляционного тракта первого контура что позволяет уменьшить требуемый напор ЦН и улучшить условия для создания естественной циркуляции теплоносителя при остановке насосов. Повышается радиационная безопасность ППУ т.к. уменьшается вероятность разрыва трубопроводов большого диаметра вследствие снижения их протяжённости и числа сварных соединений. Появляется возможность собирать блок ППУ непосредственно в цехе с последующей погрузкой на судно что улучшает условия труда сборщиков и повышает качество монтажа и контроля.
Каждый ЦНПК с соответствующим ПГ и патрубками образует отдельную петлю циркуляции. Теплоноситель – вода высокой чистоты (ВВЧ) – проходит через активную зону реактора нагреваясь до 3200С и по отводящим патрубкам поступает в ПГ. В ПГ теплоноситель отдаёт тепло рабочему телу и охлаждённый поступает в кольцевую камеру выгороженную в корпусе реактора соответствующими перегородками а из неё в ЦНПК. От ЦНПК теплоноситель поступает по напорным патрубкам в активную зону. При отказе ЦНПК или ПГ одной петли ЦНПК отключается (останавливается) парогенератор отсекается по первому и по второму контурам.
В ППУ применён водо-водяной реактор под давлением (ВВРД). Мощность реактора – 180 МВт. Реактор – гетерогенный на тепловых нейтронах. Корпус реактора изготовлен из низколегированной теплостойкой стали и представляет собой цилиндрический толстостенный сосуд предназначенный для размещения всех основных частей реактора. Для защиты от коррозии поверхность корпуса и днище внутри реактора облицованы нержавеющей сталью. Герметичное соединение корпуса и крышки обеспечивается клиновой самоуплотняющейся прокладкой и нажимным фланцем. Для защиты корпуса реактора от излучений активной зоны применяются боковые и торцевые тепловые экраны. Подвод и отвод теплоносителя первого контура осуществляется в верхней части корпуса реактора. Такое решение позволяет снизить опасность ухода радиоактивного теплоносителя в случае крупной течи в первом контуре. В целях уменьшения гидравлического сопротивления теплоноситель в активной зоне совершает один ход.
Активная зона состоит из рабочих кассет расположенных в узлах правильной треугольной решетки. Рабочая кассета представляет собой пучок стерженьковых тепловыделяющих элементов заключённых в кожуховую трубу из циркониевого сплава.
Компенсация реактивности обусловленной температурным эффектом отравлением а также выгоранием топлива в процессе кампании (работы) и необходимая подкритичность реактора в заглушенном состоянии осуществляется системой компенсирующих стержней (КР). Стержни изготовлены из карбида бора который сильно поглощает тепловые нейтроны. Компенсирующие стержни расположены между рабочими кассетами и перемещаются в специальных циркониевых направляющих трубах.
Контроль температуры теплоносителя первого контура на входе и выходе активной зоны осуществляется с помощью термопар и термометров сопротивления (ТСП).
Для быстрой остановки реактора предусмотрена система аварийной защиты (АЗ). Она состоит из поглощающих стержней объединённых в четыре независимые группы. Стержни системы АЗ вводятся в активную зону по аварийным сигналам.
Активной зоне присущи внутренние саморегулирующиеся характеристики которые противодействуют любым тенденциям системы выйти из-под контроля. Благодаря отрицательному температурному коэффициенту реактивности реактор может работать в режиме саморегулирования что позволяет отказаться от автоматических регуляторов мощности реактора. Управление мощностью реактора осуществляется путём изменения расхода питательной воды в ПГ.
Парогенератор (ПГ) - прямоточного типа с движением теплоносителя первого контура в межтрубном пространстве рабочего тела – в трубах. Выполнен ПГ в виде вертикальной цилиндрической камеры с эллиптическим днищем. Внутри корпуса размещена трубная система изготовленная из коррозионно-стойкого металла. С целью повышения живучести и ремонтопригодности трубная система разделена на 20 парогенерирующих секций и закреплена в крышке ПГ.
Циркуляционный насос первого контура (ЦНПК) – вертикального исполнения с “сухим” статором. Рабочее колесо насоса гидрокамера с патрубками и приводной асинхронный двигатель размещены в общем герметичном корпусе. Смазка и охлаждение трущихся поверхностей двух опорных и одного упорного подшипников осуществляется теплоносителем в свою очередь охлаждаемым в специальном встроенном охладителе.
При нарушении уплотнения любая из секции встроенного холодильника может быть отключена без ущерба для дальнейшей работы ЦНПК. Чтобы предотвратить разрушительное влияние коррозии на конструктивные элементы и короткозамкнутую обмотку ротора а также защитить изоляцию обмоток статора и ротор и статор отделены от воды герметичными нихромовыми перегородками (рубашками).
Обмотка статора ЦНПК состоит из двух обмоток: обмоток большой скорости и обмоток малой скорости что позволяет обеспечить надёжный двухскоростной режим работы насоса.
Нормальная работа первого контура обеспечивается рядом вспомогательных систем:
-циркуляции теплоносителя первого контура;
-компенсации изменения объёма и поддержания давления теплоносителя;
-подпитки теплоносителем первого контура;
-очистки теплоносителя;
-охлаждения оборудования ППУ;
-аварийной проливки активной зоны реактора;
-дренажа слива и хранения радиоактивной воды;
разрежения воздуха в реакторном помещении.
Система очистки теплоносителя первого контура предназначена для удаления из воды первого контура растворённых в ней солей газов и механических примесей. В ППУ применена система очистки высокого давления. (СОВД). Контур очистки включен параллельно основному тракту воды первого контура поэтому расход в нем определяется перепадом давления в точках отбора и гидравлическим сопротивлением системы очистки.
В состав системы очистки каждого блока входят: один холодильник ионообменный фильтр (ИОФ) трубопроводы и арматура. Ионообменные смолы анионит и катионит (сорбенты) – загружены в виде смешанного слоя. Вода из реактора поступает в холодильник где охлаждается до температуры 60оС. Охлаждённая вода из реактора поступает в ИОФ проходит через механические фильтры слой ионообменных смол подложку и второй комплект механических фильтров предназначенных для предотвращения износа смол и возвращается в контур.
Для контроля работоспособности смол и качества теплоносителя предусмотрены отбор проб до и после ИОФ. Ионообменные смолы стечением времени уплотняются под давлением потока что приводит к росту гидравлического сопротивления фильтра и ухудшению обменных свойств сорбентов поэтому сорбенты периодически взрыхляют обратным током воды.
Система расхолаживания предназначена для отвода тепла из активной зоны реактора в условиях дефицита пара и электроэнергии. Расхолаживание активной зоны возможно с использованием нескольких контуров:
-холодильника системы очистки с циркуляцией теплоносителя при помощи ЦНПК работающих на ОМС;
-холодильника системы очистки с циркуляцией теплоносителя при помощи насоса ремонтного расхолаживания.
Рис.1.3 Принципиальная схема паропроизводящей установки.
Три автономных канала расхолаживания обеспечивают надёжное функционирование системы при всех проектных аварийных ситуациях включая и судовые аварии.
В режиме расхолаживания по второму контуру получаемый в ПГ пар пароводяная смесь и горячая вода отводятся по специальному трубопроводу через дроссельный клапан и ДУУ в стояночный конденсатор. Конденсат из конденсатора забирается электроконденсатным насосом и подается в теплый ящик. Подача воды в ПГ осуществляется аварийным вспомогательным насосом по автономному от питательной основной магистрали трубопроводу.
При расхолаживании активной зоны с использованием холодильника системы очистки отсекается ИОФ. Циркуляция теплоносителя осуществляется ЦНПК. При этом основная масса теплоносителя прокачивается через активную зону реактора а часть его поступает в холодильник в котором охлаждается и поступает на всас ЦНПК где более холодный теплоноситель смешивается с горячим за счет чего происходит снижение температуры всей массы циркулирующего теплоносителя.
При невозможности или нецелесообразности использования ЦНПК циркуляция теплоносителя в остановленном реакторе для отвода остаточного тепловыделения обеспечивается НРР. Теплоноситель первого контура забирается из реактора после прохода активной зоны охлаждается в холодильнике системы очистки и поступает на вход активной зоны.
Система третьего контура предназначена для отвода тепла от оборудования первого контура при длительной работе ЯЭУ. Охлаждению подлежит: холодильники ИОФ системы очистки теплоносителя первого контура электродвигатели ЦНПК приводы рабочих органов системы управления и защиты бак железоводной защиты конструктивные элементы вторичной биологической защиты блока ППУ. Система выполнена в виде замкнутого контура по которому циркулирует дистиллированная вода.
В состав системы одного борта входят два циркуляционных насоса. Один насос основной другой – резервный. В контуре поддерживает небольшое избыточное давление которое исключает кавитацию теплоносителя в циркуляционных насосах и способствует надёжному заполнению контура. Избыточное давление в контуре создаётся подключением к нему компенсационной ёмкости – цистерны. Эта цистерна служит также для компенсации изменений объема воды в результате изменения её температуры.
Тепловая энергия воспринимаемая водой третьего контура передаётся забортной воде в теплообменнике третьего-четвертого контуров.
Очистка воды контура осуществляется в ИОФ что позволило разместить часть оборудования вне биологической защиты.
Для непрерывной циркуляции воды в контуре кроме резервного насоса установлены перемычки между контурами разных бортов. При необходимости вода подаётся к потребителям по байпасному трубопроводу минуя ИОФ.
Система четвертого контура предназначена для отвода тепловой энергии от воды третьего контура а также для охлаждения ряда вспомогательных потребителей. В системе установлено 3 циркуляционных насоса. Два насоса постоянно находятся в работе причем каждый насос способен обеспечить полный расход воды третий насос – резервный. Прием и отлив забортной воды производится через клапаны забортной воды - кингстоны. Приемный трубопровод снабжен фильтром удерживающим механические примеси в забортной воде.
Система подпитки предназначена для компенсации небольших потерь теплоносителя первого контура происходящих в результате отбора проб или нарушения его герметичности. В состав системы входят два подпиточных электронасоса объемного типа. Насосы расположены в зоне строгого режима и включаются по мере необходимости в соответствии с показаниями уровнемеров в компенсаторах объема. Подпиточная вода размещается в подпиточных баках. Вся арматура на трубопроводах рассматриваемой системы имеет дистанционное управление.
Система компенсации изменения объема теплоносителя и поддержания его давления обеспечивает поддержание заданного давления в первом контуре и компенсацию изменений объема контура и теплоносителя. В процессе разогрева и расхолаживания и в переходных режимах.
Объём теплоносителя во время работы ЯЭУ изменяется в результате изменения его температуры: при повышении температуры избыточный объём воды вытесняется из системы циркуляции а при снижении – вновь поступает в систему.
Для выполнения своих функций система компенсации объёма теплоносителя должна содержать две группы элементов. Первая группа предназначена для компенсации изменения объёма теплоносителя вторая – для создания ненеобходимого избыточного давления в первом контуре ППУ и поддержания его в заданных пределах во время работы судовой ЯЭУ.
Для компенсации изменения объёма теплоносителя в ядерных ППУ применяются ёмкости – баллоны соединённые с основным объёмом первого контура трубопроводами. Баллоны обычно называют компенсаторами объёма.
Давление теплоносителя может быть создано путём заполнения объёма над поверхностью теплоносителя в компенсаторах объёма газом сжатым до требуемого давления. Такая система называется газовой. Необходимое давление теплоносителя может быть получено также испарением части воды заполняющей компенсаторы объёма и доведением давления пара до требуемого. Систему компенсации подобного типа называют паровой.
В состав группы элементов служащих для создания и поддержания давления теплоносителя входят баллоны с газом связанные с компенсаторами объёма трубопроводами. В паровой системе компенсации для этой цели используют электрогрелки размещаемые в компенсаторах объёма. Электрогрелки снабжаются аппаратурой управления нагревом и испарением теплоносителя.
В состав газовой системы компенсации изменения объёма теплоносителя входят компенсаторы объёма в которых размещается вытесняемый из системы циркуляции в процессе расширения теплоноситель. Компенсаторы объёма соединены трубопроводом с системой циркуляции теплоносителя. При значительном объёме теплоносителя вытесняемого в компенсатор объёма при разогреве ППУ последний может быть разделён на несколько ёмкостей связанных между собой трубопроводами последовательно или параллельно.
Стремление ограничить отклонение давления в первом контуре ППУ узкими пределами приводит к необходимости иметь значительный объём газа в компенсаторах объёма. Пространство над уровнем жидкости в них становится недостаточным для размещения всего газа и приходится дополнительно подключать несколько реверсивных баллонов заполненных газом. Для восполнения потерь газа предусматривают баллоны с запасом газа при необходимости подключаемые к компенсаторам объёма.
К достоинствам газовой системы компенсации изменения объёма теплоносителя относятся:
-постоянная готовность к действию;
-отсутствие необходимости в обслуживании в процессе работы ППУ (за исключением контроля параметров характеризующих работоспособность системы);
-отсутствие необходимости в какой-либо энергии в процессе работы ППУ.
Выбор системы компенсации изменения объёма теплоносителя производят исходя из свойств системы и предъявляемых к ней требований.
В установке ледокола использована газовая система компенсации объема и поддержания давления. В состав системы входят компенсаторы объема (КО) в которых размещается вытесняемый из системы циркуляции в процессе расширения теплоноситель. Компенсатор объема – это ёмкость высокого давления. В верхней части КО имеются патрубки для ввода теплоносителя и газа уровнемер и предохранитель клапанов. Компенсаторы объема соединены трубопроводом с системой циркуляции теплоносителя. Давление теплоносителя создаётся путем заполнения объема над поверхностью теплоносителя газом сжатым до требуемого давления. Для этого к системе подключено 2 группы ресиверных баллонов с запасом газа.
Для аварийного охлаждения активной зоны реактора в случае разгерметизации первого контура предусмотрена система аварийной проливки реактора. В состав системы входят 3 проливочных насоса объемного типа трубопроводы и арматура. По сигналу падения давления в первом контуре в действие вводятся основные проливочные насосы. Они принимают воду из цистерн запаса питательной воды и подают её в первый контур по двум автономным магистралям. В случае отказа одного из основных насосов автоматически включается резервный насос.
Система вентиляции обеспечивает удаление радиоактивных газов и аэрозолей и поддержание необходимой температуры и влажности а также некоторого разрежения в помещениях реакторного отсека. Система делится на две автономные группы (подсистемы) по обслуживаемым помещениям. Подсистема вентиляции реакторного и аппаратного помещений обеспечивает вентиляцию по открытому и замкнутому циклам. Вторая подсистема обслуживает прочие помещения ядерной ППУ и работает только по открытому циклу. При работе системы по открытому циклу выброс воздуха производится в полую грот-мачту. Воздух удаляемый из реакторного помещения перед выбросом в атмосферу при необходимости проходит очистку в противоаэрозольных фильтрах тонкой очистки.
В процессе эксплуатации ядерной ППУ появляются жидкие радиоактивные отходы трёх групп:
-высокоактивные - 37×108 Бкл
-слабоактивные 37×106 Бкл
-воды санпропускников 37×10 Бкл.
Для раздельного сбора хранения и выгрузки с борта судна этих вод предусмотрено 3 подсистемы – дренажа хранения и удаления радиоактивных отходов.
Система высокоактивных вод состоит из цистерн трубопроводов дренажа вентиляции и выгрузки с арматурой и контрольно-измерительными приборами (КИП). В цистерны этой системы сливается теплоноситель первого контура: отбор проб воздухоудаление частичное дренирование.
Система слабоактивных вод включает в себя цистерны систему осушения реакторного отсека а также трубопроводы вентиляции и выгрузки с арматурой и КИП. Слабоактивные воды образуются при дезактивации оборудования и помещений отсека ядерной ППУ протечках воды первого контура и сливе воды из системы очистки теплоносителя первого контура.
Высокоактивные и слабоактивные воды за борт не сливаются а выгружаются в специальный танкер – хранилище. Цистерны этих систем установлены в защищенной плитами биологической защиты помещении которое находится под реакторным отделением.
Система вод санпропускников состоит из трубопроводов осушения душевых санпропускников цистерн насосов и КИП. В цистерны этой системы сливаются воды после санобработки вахтенного персонала работающего в отсеке ЯППУ в условиях нормальной эксплуатации. Если уровень активности воды не превышает предельно допустимых концентраций по существующим нормам вода удаляется за борт. Выброс этих вод разрешён только на значительном удалении от берега. В случае необходимости вода может быть выгружена на берег.
Удаление жидких РАО с судна на базу обслуживания производится специальными насосами гидравлическими эжекторами или сжатым воздухом.
Твердые радиоактивные отходы хранятся в помещении оборудованном специальными защитными боксами системой транспортировки и постом для упаковки и сварки контейнеров. Система транспортировки включает в себя монорельсовую дорогу и грузовой лифт. Контейнеры с отходами до передачи в береговые хранилища хранятся в защитных боксах. Основная часть твёрдых радиоактивных отходов имеет незначительную активность.
4. Размещение оборудования ППУ.
Оборудование первого контура и некоторых вспомогательных систем размещается в двухсекционном баке железоводной защиты. Верхняя часть биологической защиты реакторного помещения образована плитами с вырезами для крышки реактора парогенераторов насосов и другого оборудования. На расстоянии около 600 мм. От бака железоводной защиты размещаются боковые плиты вторичной биологической защиты. Пространство ограниченное боковыми и верхними плитами образует герметичное реакторное помещение разделённое продольной переборкой. В реакторном помещении располагается оборудование первого контура компенсаторы объёма ИОФ и холодильник системы очистки а также трубопроводы системы подпитки теплоносителя первого контура компенсации объёма (водяные) очистки теплоносителя первого контура расхолаживания активной зоны реактора осушения.
Над верхними плитами биологической защиты находится образованное вертикальными стальными листами герметичное аппаратное помещение. В этом помещении располагаются приводы системы управления и защиты реактора клапаны системы очистки и расхолаживания трубопроводы системы компенсации объёма и третьего контура кабельные трассы ЦНПК и систем управления датчики системы радиационного контроля и другая аппаратура.
Реакторное и аппаратное помещения охватывает прочноплотная реакторная выгородка сформированная из плоских судовых конструкций. Она оснащена предохранительным клапаном для предотвращения разрушения при возрастании давления паровоздушной смеси образующейся при нарушении герметичности первого контура. При открытии клапана паровоздушная смесь выбрасывается в грот – мачту. После сброса пика давления клапан дистанционно закрывается.
Для перекрытия вентиляционных каналов предусмотрены автоматические отсечные клапаны герметизирующие реакторную выгородку при поднятии в ней избыточного давления до 5 кПа.
Реакторная выгородка и примыкающие к ней помещения радиоактивных отходов радиохимической лаборатории промежуточных теплообменников третьего – четвёртого контуров дезактивации и другие заключены в газоплотный отсек который образуется главными поперечными и продольными переборками настилом второго дна и главной палубой. Схема размещения оборудования ППУ показана на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Компоновка ППУ ледокола "Таймыр
- компенсатор объема; 2 — ПГ; 3 — холодильник фильтра; 4 — приводы регулирующих стержней; 5 — ЦНПК; 6 — реактор; 7 — насос ремонтного расхолаживания; 8 — арматурная выгородка; 9 —биологическая защита; 10 — фильтр ионообменный.
5. Паротурбинная установка. Назначение и состав основных систем.
Паротурбинная установка (ПТУ) включает в себя 2 главных турбогенератора (ГТГ).
Главный турбогенератор состоит из турбины с навешенным главным масляным насосом (ГМН) главного конденсатора (ГК) с дроссельным увлажнительным устройством (ДУУ) и обслуживающих вспомогательных механизмов: главного турбоциркуляционного насоса (ГТЦН) главного электроконденсатного насоса (ГЭКН) главного эжектора (ГЭЖ) и вспомогательного эжектора (ВЭЖ). Пар к турбине подается через маневровое устройство (МУ) состоящее из ходового клапана (ХК) быстрозапорного клапана (БЗК) и клапана травления (КТ).
Турбина вращает три последовательно соединенных синхронных генератора переменного тока. Соединение турбины с генератором – безредукторное.
Генераторы вырабатывают переменный ток. Охлаждение генераторов – воздушное. Каждый генератор имеет по два выносных подшипника один из которых со стороны турбины опорно-упорный.
Электроэнергия передается от генераторов к главным гребным электродвигателям постоянного тока через выпрямительные установки. Всего установлено три двухъякорных электродвигателя на оба борта.
При открытых БЗК и ХК свежий пар поступает в турбину в которой потенциальная энергия пара преобразуется в механическую передаваемую электрогенераторам. Отработавший в турбине пар поступает в ГК где конденсируется. Образовавшийся в конденсаторе конденсат забирается ГЭКН и подается через холодильники ГЭЖ и ВЭЖ в деаэратор.
Клапан травления предназначен для перепуска избытков свежего пара через ДУУ в конденсатор с целью поддержания постоянного давления перед ХК.
ДУУ служит для снижения давления и температуры пара поступающего через КТ в главный конденсатор. Давление снижается до 0098МПа последовательным дросселированием пара в нескольких плоских решётках с отверстиями (дроссельные решётки.). Температура пара снижается до 1000С за счёт впрыска в пар через форсунки конденсата подаваемого от напорного трубопровода ГЭКН через регулирующий клапан. Согласование расходов пара и конденсата происходит за счёт связанного регулирования КТ и регулирующего клапана.
Турбина ГТГ – влажно-паровая однокорпусная. Проточная часть турбины выполнена двухпоточной с расходящимися потоками пара. В турбине применена двухпоточная радиальная активная регулирующая ступень с единым на оба потока сопловым аппаратом и разделяющимся потоком пара в пределах рабочих лопаток. В каждом потоке установлено 15 реактивных ступеней. Лопатки последних ступеней имеют переменный по высоте профиль. Для уменьшения влагосодержания пара применена внутрикорпусная сепарация. Отсос влаги осуществляется из периферийных камер за рабочими колёсами последних ступеней. Ротор турбины цельнокованый из хромомолибденовой стали. Статор турбины выполнен в виде двух совмещенных корпусов. Наружный корпус связан непосредственно с конденсатором внутренний корпус заключает проточную часть турбины и имеет сквозные сверления для отвода в конденсатор влаги из внутрикорпусных сепарирующих устройств и при продувке турбины. Патрубок подвода пара к регулирующей ступени соединён с наружным корпусом с помощью линзового компенсатора.
Турбина снабжена системой регулирования и защиты обеспечивающей поддержание заданной частоты вращения давления пара перед ХК и защиту турбины от возможных аварий при недопустимом превышении значений тех или иных параметров.
К системам обслуживающим работу главной турбины относятся:
система укупорки и отсоса пара от концевых уплотнений;
система продувания турбины.
Система смазки служит для подачи масла к подшипникам турбины и генераторов а также отвода тепловой энергии выделяющейся в результате трения и поступающих к подшипникам от нагретых частей турбины. Система смазки является частью общей масляной системы турбоагрегата обеспечивающей кроме смазки подачу масла к органам управления регулирования и защиты (РУЗ) турбоагрегата.
Рис. 1.5. Принципиальная схема паротурбинной установки.
Для смазки применяется турбинное масло которое не содержит водо-растворимых кислот и щелочей механических примесей и воды легко деэмульгирует а специальные присадки вводимые в масло предупреждают ржавление шеек валов уменьшают склонность масла к пенообразованию и появлению в нём различных смол.
Система смазки - гравитационная. В системе установлено два насоса. Навешенный на турбину главный масляный насос (ГМН) создает давление масла порядка 1МПа. Такое давление необходимо для работы системы РУЗ. При снижении частоты вращения или при остановленной главной турбине давление масла в системе создается резервным электромасляным насосом (ЭМН). Гравитационная система смазки обладает большой надёжностью благодаря наличию в расходных цистернах запаса масла обеспечивающего аварийную остановку турбогенератора (выбег ротора) при выходе из строя масляных насосов.
Система укупорки и отсоса пара от концевых уплотнений служит для предотвращения подсоса воздуха в корпус турбины через концевые уплотнения. Для того чтобы избежать подсоса воздуха концевые уплотнения снабжаются камерами укупорки. Специальным регулятором в камерах поддерживается давление пара немного превышающее атмосферное.
Отсос пара от концевых уплотнений предусмотрен для предупреждения утечки пара из турбины в машинное отделение во избежание обводнения масла в подшипниках потери конденсата и тепловой энергии в установке. Для этой цели концевые уплотнения имеют камеры отсоса в которых давление поддерживается немного меньше атмосферного. Пар и воздух попадающие в камеры отсоса отсасываются паровым эжектором и отводятся в конденсатор системы отсоса.
Система продувки предназначена для удаления конденсата собирающегося в нижних частях внутреннего корпуса турбины в МУ арматуре и паропроводе. Конденсат появляется во время прогревания турбины в результате конденсации пара при его соприкосновении с холодными частями турбины клапанов паропровода. С помощью трубопроводов этой системы конденсат удаляется в конденсатор. Продувка осуществляется открытием клапанов установленных на отводящих трубах во время прогревания турбины в период стоянки в готовности и при выводе турбины из действия.
Для превращения отработавшего в главной турбине пара в конденсат и создания вакуума на выходе из турбины служит главная конденсационная установка. В её состав входят главный конденсатор и обслуживающие его системы и механизмы. К ним относятся: циркуляционная система система отсоса воздуха из конденсатора и конденсатный насос.
Главный конденсатор выполнен двухходовым двухпоточным по охлаждающей воде. Для обеспечения необходимой плотности конденсатор снабжён двойными трубными досками в которых развальцованы утолщённые мельхиоровые трубки. В горловину конденсатора встроено ДУУ. Конструкция конденсатора позволяет осуществить быстрый прием через ДУУ до 150% номинального расхода пара.
Циркуляционная система предназначена для прокачивания забортной воды через конденсатор с целью обеспечения процесса конденсации поступающего в него пара. В состав системы входят главный циркуляционный турбонасос приемное устройство отливной кингстон трубопроводы и арматура. В качестве запорных органов используются – клинкеты так как они имеют наименьшее гидравлическое сопротивление.
Циркуляционные насосы – вертикальные осевого типа. Насос приводится в действие через двухступенчатый редуктор от собственной противодавленческой турбины.
Главные конденсатные насосы – вертикальные центробежные с электроприводом служат для откачки конденсата из конденсатора в деаэратор.
Система отсоса воздуха из конденсатора осуществляется поддержание необходимого вакуума за счет непрерывного отсоса воздуха двухступенчатым пароструйным эжектором. Первая ступень эжектора отсасывает паровоздушную смесь из ГК которая вместе с рабочим паром конденсируется в холодильнике (конденсаторе) первой ступени. Несконденсировавшийся пар и воздух из холодильника первой ступени отсасываются эжектором второй ступени. Полученный в холодильниках эжекторов конденсат отводится в главный конденсатор из первой ступени через гидрозатвор а из второй – через конденсатоотводчик.
Конденсатно-питательная система (КПС) обеспечивает бесперебойное питание ПГ питательной водой требуемого качества и в необходимом количестве. В установке применена КПС закрытого типа с деаэратором. Конденсат из ГК подаётся в деаэратор главным электроконденсатным насосом. В ГК поступает также конденсат греющего пара водоопреснительной установки (ВОУ).
Для снижения солености и содержания продуктов коррозии и эрозии в питательной воде весь поток конденсатора пропускается через механические и ионообменные фильтры. Очистка конденсатора от кислорода и других газов осуществляется в термомеханическом деаэраторе. Вода в деаэраторе подогревается до температуры кипения паром отработавшим в трубопроводах главного циркуляционного насоса и главного питательного насоса.
Подача воды из деаэратора в ПГ на основных режимах работы установки осуществляется главными питательными насосами. В режимах выведения на мощность или остановки ЯЭУ может использоваться резервный питательный электронасос который включен в питательную магистраль параллельно основному. Необходимый расход воды в ПГ поддерживается питательным клапаном (ПК). Линейная зависимость расхода воды от проходного сечения ПК обеспечивается за счет поддержания на нем постоянного перепада давлений дроссельным клапаном (ДК). Для снижения термических напряжений в конструкциях ПГ и реакторе скорость изменения расхода питательной воды ограничивается. Конденсат из конденсатора АТГ подается ЭКН или в конденсатную систему или в ГК. Уровень воды в конденсаторе поддерживается регулятором уровня в конденсаторе (РУК).
На ледоколе применена многоступенчатая работающая по принципу самоиспарения ВОУ с испарителем – конденсатором имеющем четыре камеры. Камеры сообщаются между собой через гидравлические запоры по дистилляту и рассолу. Кроме того в состав ОУ входят паровой подогреватель питательной воды и насосы забортной воды рассола а также дистиллята со сборником дистиллята. Дистиллят полученный в ВОУ до его направления в системы ЯЭУ проходит дополнительную очистку в ИОФ.
В режиме стоянки при неработающем ЯППУ для получения пара предназначена вспомогательная парогенераторная установка ВПУ на органическом топливе. Она состоит из двух ПГ.
В состав электроэнергетической системы ЭЭС входит две основных и одна аварийная электростанции. Носовая электростанция состоит из двух АТГ и одного главного распределительного щита (ГРЩ) кормовая – из трёх АТГ одного резервного дизель генератора (ДРДР) и одного ГРЩ. Источники ГРЩ двух независимых электростанций расположены в разных помещениях ледокола. РДГ установлено в помещении кормовой электростанции.
Два аварийных дизель генератора (АДГ) установлены в отдельном помещении на палубе бака вместе с аварийным распределительным щитом (АРЩ). Электроснабжение потребителей ЯЭУ осуществляется от двух щитов питания расположенных в отдельных помещениях.
5 Конденсационная установка как часть паротурбинной установки
Роль конденсатора и других частей конденсационной установки в термодинамическом цикле паротурбинной установки.
Для оценки существующих и усовершенствования новых конструкций конденсаторов и связанных с ними аппаратов и механизмов необходимо отчетливо представлять их роль в термодинамическом цикле паротурбинной установки.
При самом общем рассмотрении термодинамический цикл теплового двигателя включает две разнородные части: увеличение удельного объема рабочего вещества с совершением механической работы и уменьшение удельного объема с затратой механической работы заканчивающееся возвращением рабочего вещества к исходному состоянию при котором удельный объем имеет наименьшее значение.
Указанные части цикла в свою очередь не являются однородными и в каждой из них могут быть выделены: процесс изменения удельного объема за счет подвода или отвода тепла и процесс изменения удельного объема за счет изменения давления а весь цикл может быть таким образом разделен на четыре главных процесса.
Наличие этих четырех главных процессов является необходимым условием непрерывного преобразования тепла в механическую работу. При этом отдельные процессы могут быть совмещены.
Наличие процессов изменения удельного объема рабочего вещества за счет подвода или отвода тепла в частности процесса уменьшения объема за счет отдачи тепла холодному источнику необходимо чтобы работа совершенная в результате увеличения удельного объема рабочего вещества была больше работы затрачиваемой для уменьшения его удельного объема т.е. чтобы имела место полезная работа.
В термодинамике доказывается что для получения наивысшего к.п.д. теплового двигателя при данных температурах горячего и холодного источников тепла необходимо чтобы термодинамический цикл по возможности приближался к идеальному циклу. Соответственно термодинамический цикл целесообразно построенного теплового двигателя должен состоять из следующих четырех главных процессов:
)увеличение удельного объема за счет сообщения тепла от горячего источника при минимальной температурной разности между горячим источником и рабочим веществом;
)увеличение удельного объема со снижением давления (сопровождаемое снижением температуры) без теплообмена с источниками тепла;
)уменьшение удельного объема за счет отдачи тепла холодному источнику при минимальной температурной разности между рабочим веществом и холодным источником;
)уменьшение удельного объема с повышением давления (сопровождаемое повышением температуры) без теплообмена с источниками тепла.
Второй процесс сопровождается передачей механической энергии от рабочего вещества а четвертый - рабочему веществу. Первый и третий процессы в общем случае могут протекать как при постоянном так и при переменном давлении сопровождаясь и не сопровождаясь передачей механической энергии рабочему веществу или от него. Отдельные части одного процесса могут чередоваться с частями другого. В реальных циклах тепловых двигателей может и не быть четкого разделения на указанные процессы.
В современной паросиловой установке имеет место достаточно четкое разделение термодинамического цикла на указанные главные процессы. При этом для осуществления каждого главного процесса служит отдельная главная часть установки.
В частности совершение процесса уменьшения удельного объема рабочего вещества за счет передачи тепла холодному источнику является назначением теплообменного аппарата называемого конденсатором.
Теплообменные аппараты выполняющие аналогичную роль имеются и в газотурбинных установках с закрытым циклом. В теплосиловых установках с открытым циклом эту роль играет окружающая атмосфера.
Специфической особенностью процесса уменьшения удельного объема рабочего вещества за счет отдачи тепла в конденсаторе паросиловой установки является переход подавляющей части рабочего вещества в капельножидкое состояние. Это и послужило основанием к применению термина «конденсатор» поскольку в русском техническом языке под конденсацией пара обычно понимают переход вещества из газообразного в капельножидкое состояние.
Слово конденсация имеет однако и более широкий смысл- уплотнение т.е. уменьшение удельного объема. Таким образом термин «конденсатор» применим к теплосиловым установкам любых типов в частности - газотурбинным установкам.
Температура охлаждающей среды судовой установке – забортной воды - как правило намного ниже температуры конденсации пара при атмосферном давлении. Для полноценного использования возможности преобразования тепла в механическую работу расширение пара в турбине должно продолжаться до абсолютного давления при котором температура конденсации приближается к температуре охлаждающей среды. Иными словами в конденсаторе должно поддерживаться разряжение или вакуум.
При анализе физических процессов происходящих в конденсаторе паросиловой установки необходимо рассматривать рабочее вещество как смесь водяного пара и воздуха не пренебрегая наличием последнего несмотря на малость его весового содержания в смеси при входе в конденсатор.
Усовершенствование систем уплотнений турбин устранение фланцевого соединения между выпускным патрубком турбины и входной горловины конденсатора уменьшение числа и размеров трубопроводов связанных с паровым пространством конденсатора усовершенствование конструкций уплотнений из арматуры сокращение до минимума схемы паротурбинных установок количества конденсата с высоким содержанием растворенных газов подводимого в конденсатор от разных источников и тому подобные меры позволяют уменьшить до ничтожной величины поступление воздуха в конденсатор. Однако к судовой установке предъявляется требование сохранить работоспособность и технические показатели не только в состоянии полной исправности свойственном ей непосредственно после постройки или ремонта но и в условиях повседневной эксплуатации когда часто по тем или иным причинам поступление воздуха в конденсатор оказывается увеличенным причем выявить и устранить причину долгое время не удается. Таким образом судовой конденсатор проектируют учитывая поступление в него воздуха в количестве назначаемом с заведомым запасом и составляющим приблизительно 005% от весового расхода пара поступающего в конденсатор при полной нагрузке установки.
С уменьшением нагрузки конденсатора абсолютная величина весового расхода воздуха поступающего в конденсатор остается приблизительно постоянной (по данным испытаний стационарных установок даже несколько возрастает). Относительное весовое содержание воздуха в паровоздушной смеси возрастает приблизительно обратно пропорционально расходу пара поступающего в конденсатор.
Из-за наличия в составе рабочего вещества неконденсирующегося газа рабочее вещество – паровоздушная смесь – в результате отдачи тепла холодному источнику не переходит полностью в капельножидкое состояние. В газообразном состоянии остается не только воздух но и некоторая часть воды (пара) в том же количестве что и воздух: 001-01%(а иногда и больше) от весового расхода пара входящего в конденсатор. Иначе говоря степень конденсации – отношение количества сконденсированного пара к количеству пара поступившего в конденсатор- составляет величину порядка 09990-09999.
Таким образом объемный расход рабочего вещества выходящего из конденсатора складывается из двух частей. Большая часть- объемный расход паровоздушной смеси- составляет при полной нагрузке величину порядка 01% объемного расхода пара поступающего в конденсатор. Эта цифра может быть значительно меньше при хорошей плотности конденсатора или больше - при плохой плотности а также при недостаточно рациональной конструкции конденсатора. С уменьшением нагрузки конденсатора она возрастает приблизительно обратно пропорционально паровой нагрузке. Меньшая же часть- объемный расход конденсата- составляет 0003-001% объемного расхода пара поступающего в конденсатор (в зависимости от абсолютного давления в конденсаторе).
Значения весового и объемного расходов паровоздушной смеси на выходе из конденсатора при известном весовом расходе воздуха выходящего в смеси с паром из конденсатора можно рассчитать если известна температура паровоздушной смеси выходящая из конденсатора. Таким образом результат работы конденсатора определяют по температуре выходящей паровоздушной смеси при прочих заданных условиях.
Оценка результата работы конденсатора по достигнутой конечной температуре рабочего вещества естественна поскольку конденсатор является теплообменным аппаратом. Однако снижение температуры рабочего вещества не является в данном случае самоцелью и может рассматриваться как полезный результат лишь в случае если оно сопровождается уменьшением объема рабочего вещества и служит косвенным мерилом этого уменьшения. Так снижение температуры конденсата выходящего из конденсатора отнюдь не может рассматриваться как полезный результат поскольку оно не сопровождается практически заметным уменьшением удельного объема конденсата. Наоборот переохлаждение конденсата ниже температуры конденсации пара является вредным результатом. Не приводя к уменьшению затраты механической энергии на последующую компрессию рабочего вещества оно вызывает необходимость увеличения расхода тепла на нагревание его.
6 Тепловой и габаритный расчёт конденсатора.
Давление за ПГ Pпе=33 МПа температура пара за ПГ tпе=300оС. Паропроизводительность ППУ D=4427 кгс давление в конденсаторе Pк=0004 МПа отбор пара d=0 сухость пара X=087
Принимается согласно [12]
Количество пара поступающего из турбоагрегата (запас 150% и расход на два винта)
Принимается согласно [13]
Энтальпия конденсата
Количество тепла передаваемое охлаждающей воде
Температура забортной охлаждающей воды
Принимается согласно [1]
Продолжение табл. 1.6
Конечная температура охла-
Плотность охлаждающей забортной воды
Объемный расход охлаждающей забортной воды
Массовый расход охлаждающей забортной воды
Кратность охлаждения
Скорость охлаждающей забортной воды
Наружный диаметр трубок
Коэффициент теплоотдачи
Коэффициент учитывающий t забортной воды
Удельная паровая нагрузка поверх-ности охлаждения конденсатора
Коэффициент учитывающий удельную паровую нагрузку
Коэффициент загрязнения и учитывающий материал
Средняя логариф-мическая разность температур
Коэффициент теплопередачи
Поверхность охлаждения конденсатора
Число ходов охлаждающей забортной воды
Число труб в од-ном ходе охлаж-дающей заб. воды
Активная длина труб между трубными досками
Предельный шаг труб при разваль-цовке в трубных досках
Шаг труб при развальцовке в трубных досках
Коэффициент заполнения трубной доски
Эквивалентный диаметр конденсатора
Проверка по допускаемому отношению
Удельная паровая нагрузка поверх-ности охлаждения уточнённая
Толщина трубной доски
Осевой размер водяной камеры
Полная длина конденсатора
Скорость цирку-ляции забортной воды в патрубках
Диаметр патрубка подвода и отвода циркуляционной забортной воды.
Скорость конден-сата в патрубке отвода конденсата
Удельный объём конденсата
Диаметр патрубка отвода конденсата
Размер патрубка впуска отработав-шего пара
Количество возду-ха отсасываемого из конденсатора
Поверхность воздухоохладителя
Окончание табл. 1.6.
Удельный объём сухого насыщен-ного пара при давлении в кон-денсаторе
Принимается по i-s диаграмме [11]
Паровое сопро-тивление конден-сатора
Абсолютное дав-ление в месте от-соса
Температура паро-воздушной смеси
Абсолютное пар-циальное давление пара в месте отсо-са
Абсолютное пар-циальное давление воздуха в месте отсоса
Количество воз-душной (паровой) смеси отсасывае-мой из конденсатора
Объём паровоз-душной смеси отсасываемой из конденсатора
Скорость паровоз-душной смеси в патрубке
Диаметр патрубка отсоса паровоз-душной смеси
Исследование динамических параметров труб теплообменных аппаратов.
1 Постановка задач исследователя
В последние годы среди основных факторов которые необходимо учитывать при расчете распределённых систем наряду с интенсивностью теплообмена (тепловой расчет) и потерями давления (гидродинамический расчет) стала вибрация. Снижение вибраций элементов равновесных систем является актуальной задачей. Динамические нагрузки возникающие при вибрации могут приводить к усталостному разрушению труб ускоряемому эрозионными и коррозионными процессами к потере герметичности в местах заделки к вибрационному износу стенок трубок при взаимодействии с опорными перегородками. Снижение вибраций трубопроводов связанных с мощными агрегатами высокого давления циркуляционными насосами турбоагрегатами и являющихся в ряде случаев основными проводниками вибрации от источников к другим конструкциям является актуальной задачей. При этом трубопроводы как самостоятельная колебательная система могут в зависимости от соотношения их динамических характеристик с параметрами источника ослаблять усиливать или быть безразличными к подводимой акустической энергии. В некоторых случаях например при возбуждении потоком трубопровод сам является источником вибрации. Поэтому разработке методов и средств снижения уровней вибрации уделяется все большее внимание.
Целью данного исследования является подробное изучение материалов связанных с вибрационными характеристиками трубок теплообменных аппаратов а также изучение расчета амплитуды и частоты вибрации трубок при помощи энергетического метода разработанного Ю. А. Шиманским и описанного М. И. Алямовским и в последующем сравнении результатов полученных экспериментально и теоретическим путем.
Задачей данного дипломного проекта является разработка экспериментальной установки для исследования динамических параметров моделей трубок теплообменных аппаратов и при помощи лабораторных исследований выявление зависимости изменения виброускорения возникающего при колебаниях трубки при изменении расхода подаваемой на неё среды (воздуха).
2 Основы физики колебаний труб теплообменного аппарата
2.1 Гидродинамические вибрации труб в потоке теплоносителя
При обтекании труб потоком теплоносителя возникают пульсации давления. На трубы начинают действовать знакопеременные гидродинамические силы которые возбуждают вибрации. С изменением значения числа Рейнольдса изменяется и картина обтекания труб а вместе с ней - причины вызывающие вибрации.
Причины возникновения гидродинамической вибрации разнообразны и обусловлены способами расположения труб в пучках и характером их обтекания. Виды возбуждения вибрации труб зависят от гидродинамических сил действующих на обтекаемые трубы. Обычно каждой силе соответствует определенный диапазон скоростей потока.
Вибрации труб возбуждаемые потоком в трубных системах теплообменников могут быть вызваны гидродинамическими силами:
возникающими из-за турбулентных пульсаций давления потока;
обусловленными периодическим отрывом вихрей от труб и образованием вихревых дорожек за ними;
возникающими при выходе труб из равновесного положения в пучке и их гидроупругом взаимодействии с потоком.
Все доминирующие возбуждения хорошо выявляются при поперечном обтекании пучков труб. В этих случаях большие относительные амплитуды Аd наблюдаются в результате изменения безразмерной скорости потока (fnd) при вихревом возбуждении и гидроупругой нестабильности. Это хорошо видно из рисунка №21 где y – среднеквадратичное значение амплитуды колебаний трубы в поперечном направлении относительно набегающего потока.
Рис.№2.1 Зависимость среднеквадратичного значения амплитуды колебаний труб в первом и пятом рядах шахматного пучка 161 2-от вихрей; 3- гидроупругие вибрации.
Наряду с вибрациями труб возбуждаемыми потоком теплоносителя в газовых потоках часто появляется акустический шум неблагоприятно действующий на обслуживающий персонал. В реальных теплообменниках с элементами несимметричного сечения появляются вибрации вызванные гидродинамическими силами вследствие несимметричного обтекания этих элементов.
Турбулентные пульсации скорости потока преобразуются на поверхности трубы в пульсации давления. Вследствие этого на трубу начинает действовать знакопеременная гидравлическая сила. Энергетический спектр этих пульсаций распределяется в широком диапазоне частот. Труба получает от потока энергию для поддержания вибрации близкую к их собственной частоте и вибрирует с этой частотой. Характерно что амплитуда возбуждаемых турбулентностью вибраций плавно увеличивается с ростом скорости потока поскольку энергия турбулентных пульсаций возрастает с увеличением скорости. Турбулентными пульсациями возбудаются в основном трубы при продольном их обтекании при поперечном же обтекании такие вибрации труб возникают в глубинных рядах пучка. Этот вид возбуждения опасен только при течении теплоносителя в теплообменном аппарате с большой скоростью так как энергия турбулентных пульсаций пропорциональна квадрату пульсаций скорости потока и при малых скоростях недостаточна для создания больших вибраций.
Вихревое возбуждение труб определяется периодическими гидродинамическими силами возникающими в процессе формирования и отрыва вихрей от труб пучков. При поочередном отрыве вихрей то с одной то с другой стороны трубы её обтекание становится асимметричным. На трубу (Рис.№2.2) начинает действовать периодическая гидродинамическая сила которая способна раскачать упруго установленную трубу.
Рис.№2.2 Схема действия периодической силы при отрыве вихрей с одной (а) и с другой (б) стороны поперечно обтекаемой трубы.
Сущность возникновения гидроупругих вибраций обьясняется тем что при обтекании трубы в пучке и отсутствии вибрации или малых их амплитудах обтекание и эпюра распределения давления на поверхности трубы симметричны. В этом случае действует только сила сопротивления направленная вдоль потока. Если из-за каких-то причин (турбулентных пульсаций отрыва вихрей) труба смещается на значительное расстояние от нейтрального положения то мгновенно изменяются поля скоростей и давлений по её периметру. Возникают гидродинамические силы направленные вдоль и поперек потока. Вибрации труб возникают из-за наличия возбуждающей силы силы инерции и упругости. Трубы вибрируют вдоль и поперек потока а их перемещение в полости становится орбитальным.
Из представленной на рисунке №2.3 схемы изменения нестационарной гидродинамической силы в одном колебательном цикле при гидроупругих вибрациях следует что гидродинамическая сила изменяется так же как и частота колебаний труб. При гидроупругом взаимодействии трубного пучка с потоком вибрации труб усиливаются. С ростом амплитуды колебаний увеличивается и несимметричность обтекания а значит и гидродинамическая сила действующая на трубу. Вследствие этого гидроупругие вибрации быстро возрастают и разрушают трубы при незначительном повышении скорости потока.
Рис.2.3 Схема действия нестационарной гидродинамической силы при гидроупругой нестабильности в случае перемещения трубы в поперечном ряду пучка поперек потока в фиксированные моменты времени в течение одного колебательного периода: 1- симметричное обтекание трубы; 2 и 3- смещение трубы из симметричного положения.
1.2 Вибрации поперечно обтекаемой одиночной трубы
Теоретические исследования показали что при поперечном обтекании одиночной трубы или других криволинейных цилиндрических поверхностей возникают вибрации возбуждаемые потоком вследствие турбулентных пульсаций и отрыва вихрей от поверхности труб. В безграничном потоке гидроупругие одиночной трубы невозможны однако в случае значительного загромождения канала трубой они не исключены. При колебании одиночной трубы в узком канале изменяется характер обтекания её сторон вследствие чего появляется нестационарная гидродинамическая сила.
Рис.2.4 Зависимость относительной амплитуды колебаний трубы (d=003 м) от скорости воздуха поперек (Аy) и вдоль (Ax) потока при fn=58Гц.
Амплитуда гидродинамических вибраций (рис.2.4) изменяется в зависимости от скорости потока. При совпадении частоты отрыва вихрей с частотой собственных колебании труб амплитуда резко увеличивается. Вне зоны резонанса с увеличением скорости потока амплитуда колебаний труб незначительно возрастает вследствие турбулентных пульсаций давления потока. Характерно что чем больше частота колебаний труб тем меньше амплитуда. Данные на рисунке показывают что при обтекании одиночной трубы источником вибраций являются турбулентные пульсации давления обусловленные турбулентностью потока и процессом формирования и отрыва вихрей. Однако в амплитудно-скоростной характеристике отмечен только один максимум амплитуды колебаний когда собственная частота колебаний труб совпадает с частотой отрыва вихрей. Другой максимум амплитуды колебаний трубы при скорости потока соответствующей повышению амплитуды при частоте вдвое большей чем частота отрыва вихрей отсутствует. Это объясняется тем что гидродинамическая сила возникающая в потоках малой плотности например воздуха при меньших скоростях потока не способна возбудить вибрации труб.
При вихревом возбуждении и скорости потока при которой частота отрыва вихрей вдвое меньше собственной частоты колебаний одиночной трубы наибольшие вибрации получаются вдоль потока а при совпадении этих частот – поперек потока.(рис.2.5)
Рис.№2.5 Изменение амплитуды колебаний одиночной трубы в зависимости от скорости потока воды при разных значениях параметра затухания m(ρd2): 1- 0892-029
Значение амплитуды колебаний трубы зависит от величины параметра затухания md(ρd 2). Чем больше этот параметр тем меньше амплитуда колебаний хотя демпфирование трубы остается прежним. Изменение параметра затухания можно осуществлять разными способами. Можно например изменить демпфирование трубы или же оставив длину трубы без изменения изменить обтекаемую длину трубы. Это достигается уменьшением ширины канала. Тогда изменится расчетная масса единицы трубы m а значит и параметр затухания. С другой стороны с изменением длины обтекания трубы изменяется количество энергии получаемой от потока. Поэтому при постоянной скорости потока амплитуда колебаний увеличивается с ростом длины трубы. При вихревом возбуждении наибольшая амплитуда колебаний труб останется при той же скорости потока независимо от длины трубы. При вихревом возбуждении наибольшая амплитуда колебаний труб останется при той же скорости потока независимо от длины трубы. Об этом свидетельствует представленные на рисунке №2.5 данные измерения гидродинамических вибраций при обтекании одиночной трубы в перекрытом канале (h=03 м) и в перекрытом канале (h=01 м). В первом случае амплитуда колебаний значительно больше чем во втором.
В данных исследованиях при обтекании всей длины одиночной трубы с повышением скорости потока получен только первый максимум амплитуды колебаний обусловленный вихревым возбуждением а второго максимума достичь не удалось так как амплитуда увеличилась настолько что труба разрушилась несмотря на то что ее колебательное движение тормозилось с помощью механического приспособления а скорость потока увеличивалась постепенно и в 15 раза превышала резонансную. В потоке воздуха а также в перекрытом канале (рис.№2.4 и №2.5) сила вихревого возбуждения и возбуждения турбулентными пульсациями потока меньше чем при обтекании одиночной трубы по всей длине. Следовательно увеличивая скорость потока можно избежать появления вихревого возбуждения а с последующим увеличением скорости потока в случае одиночной трубы вибрации создаются турбулентными пульсациями при которых амплитуды увеличиваются плавно.
При поперечном обтекании одиночной трубы частота ее колебаний изменяется незначительно. С повышением скорости потока она увеличивается (рис 2.6) так как на трубу дополнительно действует статическая нагрузка под влиянием статических гидродинамических сил.
Рис 2.6 Изменение частоты колебаний одиночной трубы (d=0016 м) от скорости воды поперек (fy) и вдоль (fx) направления движения потока
В зонах резонанса где частота отрыва вихрей совпадает с частотой собственных колебаний трубы а также при частоте вдвое большей чем частота отрыва вихрей отмечены максимумы увеличения частоты колебаний труб. Это обусловлено наличием зоны синхронизации частот в которой наблюдается резкое увеличение амплитуды и частоты колебаний трубы ( на 5-7% по сравнению с частотой собственных колебаний трубы).
Если за вибрирующей поперечно обтекаемой трубой отсутствуют вихревые дорожки то это означает что возбуждение осуществляется только турбулентными пульсациями давления потока. Характер обтекания трубы изменяется в зависимости от числа Рейнольдса что приводит к изменению характера возбуждения труб.
Экспериментальные исследования показывают что при Re=0-5 одиночная труба обтекается по линиям тока близким к линиям тока потенциального обтекания а при Re=5-40 вследствие отрыва пограничного слоя за трубой появляются два устойчивых симметричных вихря которые с увеличением Re вытягиваются вдоль потока но не отрываются от поверхности трубы. В данном диапазоне изменения Re вибрации одиночной трубы могут возникнуть только вследствие турбулентных пульсаций потока.
При Re>40 начинается периодический отрыв вихрей который длится до критических Re. Некоторые изменения характера отрыва вихрей наблюдаются только в диапазоне изменения Re от400 до 300 так как меняется характер обтекания одиночной трубы. При Re=40-150 обтекание одиночной трубы ламинарное. Из завихрений ламинарного течения за трубой образуется дорожка на которой вихри располагаются в шахматном порядке. Преобразование отрыва вихрей начинается только при Re=150-300. В следе за трубой на некотором расстоянии от нее наблюдается нерегулярность пульсаций скорости. С ростом Re степень нерегулярности увеличивается. При нарушении регулярности пульсаций скорости в следе появляются мелкие вихри образующиеся из завихрений турбулентного слоя. Отрываясь от трубы эти вихри распадаются значительно раньше чем вихри образующиеся из ламинарного слоя.
В следующем диапазоне включающем в себя числа Re от 300 до критического значения 200000 в образующийся вихрь переходит лишь часть завихренности отрывающегося пограничного слоя остальная же часть рассеивается в следе в виде мелких турбулентных завихрений которые создают характерные для этого диапазона пульсации скорости.
Разделение числа Рейнольдса на указанные диапазоны в некоторой степени зависит от формы одиночной трубы турбулентности набегающего потока степени загромождения канала трубой и т. д. Из уравнения
видно что частоту отрыва вихрей с одной стороны одиночной трубы определяемую количеством вихрей в одну секунду можно подсчитать по числу Струхаля.
Данные по отрыву вихрей от одиночной трубы представлены на рис. 2.7
Рис.2.7 Зависимость числа Струхаля от числа Рейнольдса для поперечно обтекаемой одиночной трубы. Сплошная линия – усредненные данные пунктир – возможные отклонения на практике
При получении этих данных частота отрыва вихрей устанавливалась по спектральному анализу пульсаций местной скорости вблизи поверхности труб.
Установлено (рис.2.8) что при расположении термоанемометрического датчика в лобовой части трубы при =0-90° энергия пульсаций создаваемая отрывом вихрей в несколько раз превосходит энергию других турбулентных пульсаций.
Анализ взаимных спектров пульсаций скорости на поверхности одиночной трубы с термоанемометрическими датчиками расположенными по обеим ее сторонам показал что частота отрыва вихрей с обеих сторон трубы одинакова а процессы смещены по фазе на 180° в результате чего осуществляется непрерывный обмен веществ импульса и энергии между циркуляционной зоной следа и основным потоком.
Рис.2.8 Типичное распределение спектральной плотности пульсаций местной скорости при =40° на поверхности поперечно обтекаемой потоком воздуха одиночной трубы для двух значений Re
Как показано на рис. 2.8 в диапазоне Re от 300 до 200000 отрыв вихрей определяется числом Sh=0.2.
Установлено что в упомянутом диапазоне Re с начала появления отрыва вихрей до критических Re структура обтекания труб не изменяется. Пограничные слои сформировавшиеся на поверхности трубы отрываются при =82-90°. Здесь основными возбудителями гидродинамических вибраций являются отрыв вихрей от поверхности труб и турбулентные пульсации давления потока. В потоках большой плотности трубы могут разрушаться от обоих видов возбуждения а значения амплитуд колебаний труб определяются параметром затухания.
При критических Re течение в следе за трубой становится полностью турбулентным отрыв пограничного слоя от поверхности трубы смещается вниз по потоку от =82° до =140°. В данном случае (Re>200000) сужается ширина следа а частота отрыва вихрей повышается до Sh=046. Это значение Sh выдерживается примерно в диапазоне изменения числа Рейнольдса от 200000 до 2000000. С дальнейшим увеличением Re свыше 2000000 происходит уменьшение числа Sh до 027 вследствие полной турбулизации пограничного слоя начиная с лобовой критической точки трубы. Поэтому обтекание трубы стабилизируется.
Данные по гидродинамическим вибрациям труб при Re=200000-3000000 показывают что с повышением скорости потока амплитуда плавно увеличивается и в ее изменении нет максимумов связанных с отрывом вихрей. Примерно до безразмерной скорости потока u(fnd)=2 это увеличение незначительно но потом амплитуда резко возрастает. Не исключено что это связано с вихревым возбуждением. Поэтому предполагается что при значениях Re превышающих докритические трубы возбуждаются аналогично как и при докритических Re.
Необходимо иметь ввиду что с повышением скорости потока увеличивается и Re а вибрация труб действует на устойчивость течения жидкости в пограничном слое так же как и турбулентность набегающего потока. Поэтому изменение режимов обтекания вибрирующих труб происходит при меньших Re чем в случае стационарно установленных труб в низкотурбулентном потоке.
3 Описание существующих методов расчета
Частоту свободных колебаний многопролетной трубки рассчитывают по формуле:
С. К. Чернов предложил для расчета частоты свободных колебаний конденсаторных трубок использовать метод расчета частоты поперечных колебаний гребных валов разработанный Ю. А. Шиманским.
Этот метод являющийся методом последовательных приближений применим при любом числе пролетов различных по длине. Его применение целесообразно потому что определяемые в ходе расчета коэффициенты нужны также для расчета формы упругой линии колеблющейся трубки.
Ю. А. Шиманский исходит из того что при колебаниях многопролетной балки каждый из ее пролетов совершает такие же колебания как однопролетная балка с упруго закрепленными концами в опорных сечениях которой возникают опорные моменты М. Каждый момент пропорционален углу поворота сечения в котором он действует: М = а где а — коэффициент жесткости опорного сечения балки.
Если два смежных пролета испытывают прогибы в противоположные стороны то опорный момент на опоре между ними будет для одного пролета увеличивать жесткость заделки т. е. препятствовать образованию прогиба для другого – наоборот – уменьшать жесткость т. е. увеличивать прогиб. В первом случае коэффициент а – положительный; во втором – отрицательный.
Свободные колебания многопролетной балки рассматривают как совокупность свободных колебаний всех ее пролетов с одинаковой частотой причем каждый пролет представляет балку на двух опорах по концам с положительной и отрицательной упругой заделкой последних. Значения коэффициентов а соприкасающихся концов двух смежных пролетов численно одинаковы но имеют противоположные знаки.
Принято следующее приближенное уравнение упругой линии пролета:
При этом получено следующее выражение для коэффициента k входящего в формулу (1):
Знаки у коэффициентов жесткости ал и ап могут быть положительные и отрицательные.
Коэффициенты х в сечении между двумя смежными пролетами имеющими порядковые номера i—1 и i (считая их слева направо) связаны выражением
здесь 1- длина пролета. Индексы «л» и «п» обозначают левый и правый концы пролета.
При абсолютно жесткой заделке не допускающей поворота сечения балки а = и х =0; при отсутствии опорного момента а =0 и х = 1. При положительных а коэффициенты хл и хп лежат в пределах от 1 до 0 каждый:k2 согласно формуле (3) из от 1 до 228. Чтобы k2 стал меньше 1 нужно чтобы хоть на одном из концов а стал отрицательным; тогда на нем x> 1. В предельном случае при k=0 (когда колебания становятся невозможными) xл + xп = 3.
Частоту свободных колебаний первого тона конденсаторной трубки методом последовательных приближений рассчитывают в следующем порядке. Задаются частотой f в первом приближении. Для левого конца первого пролета xл1 = 0 так как концы трубки заделаны в трубных досках. Значение k2 вычисляют по формуле
Полученной из формулы (1) при = = 1.
Рис.2.9. График зависимости коэффициента k от суммы коэффициентов
xл + xп для однопролетной балки
По значению k21 c помощью графика рис.2.9 построенного на основании формулы (3) находят сумму xл1 + xп1 и зная xл1 вычисляют xп1.
После этого по формуле (4) рассчитывают xл2. Затем в такой же последовательности находят коэффициенты x для обоих концов всех пролетов.
Если частота f выбрана правильно то xп последнего пролета должна быть равна нулю. В противном случае для последнего пролета по сумме xл + xп находят k2 и вычисляют f по формуле (1) (полагая ==1). Сопоставляя принятую и полученную частоты задаются новым ее значением и выполняют расчет во вторым приближении и т.д. до получения удовлетворительного совпадения принятой и полученной частот. Если в процессе расчета окажется что для какого- либо пролета значение k2 вышло за пределы 0-228 или коэффициента x – за пределы 0 – 3 то нужно сразу же изменить частоту f.
Расчет целесообразно оформлять в виде таблицы (табл.1).
Изложенный метод можно применить и для расчета частоты свободных колебаний высших форм. Если смежные пролеты изгибаются в одну сторону коэффициенты a соприкасающихся концов одинаковы не только по абсолютной величине но и по знаку. Поэтому для этого случая в формуле (4) знак минус перед вторым членом знаменателя заменяется плюсом.
Рекомендуется при отстройке трубок от резонанса получать отличие частоты свободных колебаний от частоты возмущающей силы – 25 % для первой формы колебаний первого тона. Для каждой высшей формы первого тона отличие можно уменьшать на 5% но оно не должно быть меньше 15 % .
Для получения уравнения упругой линии колеблющейся трубки нужно подставить и выражение (2) значения опорных моментов.
Их рассчитывают по формулам
Величины xл и xп берут из последнего приближения расчета частоты свободных колебаний трубки.
Соотношение между амплитудами A смежных пролетов определяется выражением полученным С.К. Черновым
Выражения (2) (6) и (7) полностью определяют (с точной для практики точностью) форму упругой линии многопролетной трубки при колебаниях первого тона.
Экспериментально определялись частота свободных колебаний и форма упругой линии колеблющихся двух трех - и четырехпролетных трубок с промежуточными опорами подобными применяемым в конденсаторах а также с близкими к шарнирам. Оказалось что в обоих случаях они хорошо совпадают с рассчитанными изложенным приближенным способам.
Работу сил трения в материале и опорах колеблющихся ней можно рассчитать по формуле:
если известна зависимость декремента колебания от амплитуды. Последняя получается при обработке осциллограммы затухающих колебаний стержня записанной с помощью тензометрического проволочного датчика.
3 Расчет динамических напряжений в трубках
Расчет производится для намеченной при проектировании конденсатора конструкции трубного пучка и носит проверочный характер. Помимо конструктивных размеров пучка должны быть заданы удельный вес и модуль нормальной упругости материала трубок а также поле скоростей набегающего потока полученное при продувке модели выхлопного патрубка турбины. Примерное изображение поля скоростей приведено на рис. 2.10
Рис.2.10 Примерное изображение поля скоростей парового потока перед трубным пучком.
Поперечное сечение потока делится на несколько областей для каждой из которых указывается средняя скорость. Рассчитывается трубка находящаяся в наиболее неблагоприятных условиях т. е. такая у которой средние части пролетов расположены в области больших скоростей.
Для расчета амплитуды колебаний трубки необходимо знать частоту и форму свободных колебаний первого тона последней а также получить график Wтр(Ао) т. е. зависимость работы сил трения в материале и опорах от амплитуды точки приведения. Если эту зависимость можно получить без специального эксперимента по результатам накопленного опыта с учетом конструктивных и технологических особенностей пучка то частоту и форму свободных колебаний рассчитывают теоретически. Если же для построения графика Wтр (А0) производится специальный эксперимент то одновременно можно определить экспериментально частоту и форму свободных колебаний трубки.
Расчет амплитуды установившихся автоколебаний трубки основан на равенстве работ возмущающих и демпфирующих сил за период колебания выражаемом уравнением:
Если вибрация корпуса конденсатора содержит гармонику частота которой равна частоте свободных колебаний трубки (это можно установить из результатов испытаний прототипа) то учитывается и работа возмущающей силы вызванной вибрацией опор трубки. Упомянутая сила не учитывается если трубка симметрична и имеет четное число пролетов так как в этом случае работа силы вызванной вибрацией опор равна нулю.
При расчете трубку разбивают по длине на несколько участков одинаковой длины l и массы m (при подсчете m нужно учитывать воду в трубке). На каждом участке скорость набегающего потока i и относительная амплитуда аi = Ai A0 усредняются. Для каждого участка вычисляют число Sh =fdi и по графику на рис.2.11 находят фазовый угол i аэродинамической возмущающей силы Рy.
Рис.2.11 График зависимости фазовых углов аэродинамической возмущающей силы от числа Струхаля
После этого следует задаться несколькими значениями амплитуды А0 точки приведения и для каждого из них вычислить работу возмущающих аэродинамических сил за период колебания по формуле:
В формуле (10) d — наружный диаметр трубки; ρ— массовая плотность пара; Сy1i — амплитуда первой гармоники коэффициента подъемной силы (см. рис. 2.12).
Рис.2.12 Зависимость коэффициентов Су Сх Су1 от безразмерного смещения цилиндра: а - в коридорном пучке:
Работу возмущающей силы обусловленной вибрацией корпуса конденсатора рассчитывают по вышеприведенной формуле:
где о— амплитуда гармоники колебаний конденсатора частота которой равна частоте свободных колебаний трубки.
Работу аэродинамической демпфирующей силы приближенно вычисляют по формуле:
При коридорном пучке выражение (√СхгСхп)ср равно 15 при треугольном 55. При больших скоростях набегающего потока (около 200 мсек) работу Wv можно не учитывать так как в балансе работ она становится пренебрежимо малой.
Если работу сил трения Wтр рассчитывают по декременту колебаний с использованием графика (Ао) то для этого служит формула:
Амплитуду установившихся автоколебаний определяют по пересечению двух кривых Wy+Wв=f1(Аo) и Wтр+Wv=f2(Аo). Признаком того что при найденной амплитуде колебания будут установившимися служит неравенство:
d(Wy+Wв)dAod(Wтр+Wv) dAo (14)
Если знак неравенства получился обратным то при найденной амплитуде будет происходить жесткое самовозбуждение трубки. В этом случае кривые Wy+Wв=f1(Аo) и Wтр+Wv=f2(Аo) нужно продлить в область больших Ао до взаимного пересечения.
При найденной амплитуде колебаний динамические напряжения в трубке легко рассчитать теоретически или определить по графику (Ао). В первом случае используют уравнение упругой линия колеблющейся трубки (если она рассчитывалась теоретически) у = f(х). Из него получают уравнение эпюры изгибающего момента вдоль трубки:
после чего напряжение в опасном сечении соответствующем максимальному изгибающему моменту Ммакс вычисляют по формуле:
В формулах (15) и (16) Е—модуль нормальной упругости материала трубки; I— экваториальный момент инерции поперечного сечения трубки;d и d1 - наружный и внутренний диаметры трубки.
4 Вычисления частоты колебаний трубки с помощью метода последовательных приближений разработанного Ю.А. Шиманцким.
E = 202 * 10-10 Н м2 – модуль нормальной упругости материала трубки;
I= 139* 10-10 м4 – экваториальный момент энерции поперечного сечения трубки;
g = 981мс2 – ускорение силы тяжести;
q = 058 кгм –вес погонного м трубки с водой;
li= li-1 = 035 м – длины пролетов трубки
Расчет по данному методу приведен в таблице
5 Разработка экспериментальной модели для исследования.
Для выполнения поставленной задачи а также проведения исследования по виду акустической диагностики была разработана экспериментальная модель имитирующая расположение трубки теплообменного аппарата.
Данная модель состоит из трубки длиной 700 мм материала 08Х18Н10Т расположенной в опорах. Эта конструкция располагается на металлической массе и на резиновой камере для снижения погрешностей виброакустических исследований.
Измерение проводится при помощи виброакустического датчика закрепляемого на трубке. Сигнал подается на предварительный усилитель затем на аналогого-цифровой преобразователь который расположен в ЭВМ с помощью специальной программы проводится анализ колебаний трубки.
Ниже приведена фотография данной модели для исследования.
Ниже приведены результаты экспериментальных исследований:
Консольно - закрепленной трубки
Модели теплообменного аппарата
Модели теплообменного аппарата в трехмерном виде
Модели теплообменного аппарата от времени
Ниже построены зависимости изменения виброускорения от расхода воздуха подаваемого на трубку:
Консольно-закрепленные трубки
6 Расчет скорости и расхода рабочего тела подаваемые на трубку ТОА
Полные и статические параметры рабочего тела:
где Pa- атмосферное давление6
P0*= "O" – P0 зам* ; P0 ="O" – P0 зам*
O" – показания манометра до начала эксперимента
P0 зам*; P0 зам мм.вод.ст.- замеренные по батарейному манометру
P0' = P0 зам* - P0 зам
Pзш – давление за шайбой
Pпш – давление после шайбы
T*0 = f0* + 27 5 – температура воздуха в трубопроводе по показаниям термометра
где R= 28714 Джкг*град.- газовая постоянная
Скорость воздуха для малых чисел Маха без учета сжимаемости.
Со = √1962*P080* (мс)
Площадь поперечного сечения трубопровода
D- внутренний диаметр трубопровода
Из уравнения сплошности
Сo cр. Отличающийся от величины скорости Сo замеренной в ядре потока с помощью зонда Альтшуля: при помощи следующей зависимости
Сocp = Со (1 – 0837lgRe)
Вид эпюры скоростей зависит от режима течения
V – коэффициент кинематической видности мс2. Реальная скорость выхода из трубопровода
Сореал =Сocp* Dвн4*а*b = 4* Cocp * (Dвна*b);
a-реальная высота проходного сечения
b-реальная ширина проходного сечения
Исходные и полученные в ходе эксперимента данные
Vв = 15804 * 10-6 мс2
T0* = 22+273c = 295°k
Расчет оформлен в виде таблицы
Обозначение величины
7 Расчет амплитуды установившихся колебаний однопролетной трубки
7.1 Расчет работ аэродинамических сил при автоколебаниях трубки
Исходные данные: Материал трубки - 08Х18Н10Т
dнар=14мм=0014м – наружный диаметр
dвнутр=10мм=001м – внутренний диаметр
q=0.58 кг вес погонного сантиметра трубки
f=40Гц – частота колебаний
l=700мм=07м – длина трубки
γ=011кгм3 – удельный вес пара
Трубка находится в коридорном пучке.
Номера участков трубки
График построен по расчету динамических напряжений
Из графика мы можем наблюдать то что амплитуда установившихся колебаний Аоуст=085 мм. И как следствие того что приведенная методика расчета требует доработки и корректировки.
Технологическая часть проекта
Описание технологии монтажа теплообменного оборудования на судно
Описание технологии монтажа теплообменного оборудования на судно.
К теплообменным аппаратам относится большая номенклатура вспомогательного оборудования (маслоохладители топливо или водоподогреватели конденсаторы деаэраторы и др.) которое имеет горизонтальное или вертикальное расположение на судне. При монтаже дополнительным требованием служит необходимость обеспечения температурных деформаций корпуса при работе аппарата.
Для этой цели часть узлов крепления выполнена подвижными и состоит из болтов со специальными распорными втулками установленными в овальные отверстия лап аппарата. Возможность расширения корпуса обеспечивается зазорами в подвижных узлах крепления с = 01-03 мм и r 3 мм.
1. Монтаж конденсатора
Конденсатор если он не является нижней частью турбины низкого давления монтируют как всякий механизм. Особое внимание следует обращать на присоединение к конденсатору ресиверной трубы от ТНД. Хотя в этой трубе обычно предусматривается линзовый компенсатор для поглощения тепловых деформаций ТНД и конденсатора но ввиду значительного влияния вакуума на к. п. д. турбины требуется особо тщательная пригонка присоединительных поверхностей.
Если конденсатор является нижней частью ТНД и опирается на пружинные опоры то его монтаж производят после предварительной центровки ТНД.
Монтаж конденсатора начинают с расконсервации его присоединительной поверхности а также очистки резьбы для шпилек. Прокладку делают из
асбестовой ленты шириной равной ширине присоединительной поверхности вырубают в ней отверстия для шпилек смазывают графитом и укладывают на поверхность конденсатора которую также смазывают графитом. После этого поднимают конденсатор на домкратах 1 и талях 2 (рис. 1) и присоединяют его к ТНД.
Рис.1. Подъем конденсатора.
Конденсатор вместе с водой и конденсатом имеет значительный вес и будучи подвешен к корпусу ТНД дает большую нагрузку на фланцы и создает неблагоприятные условия для непроницаемости фланцевого соединения и поддержания необходимого вакуума. Для устранения этого применяют дополнительные четыре пружинные опоры располагаемые в нижней части конденсатора. Пружинная опора показана на рис. 2; она имеет башмак 2 укрепляемый на корпусе конденсатора 1 шаровую опору З стержень 4 который может регулировать сжатые пружины 5 и указатель 7. Опорой пружины является втулка 6 на судовом фундаменте. Пружины могут быть витые или тарельчатого типа.
Рис.2. Пружинная опора конденсатора.
В целях упрощения монтажа пружинных опор их устанавливают
на клиньях высоту которых определяют с учетом обжатия пружинных опор конденсатором.
Существует мнение что конденсатор является дополнительной опорой ТНД а пружины регулируются так чтобы они были равномерно нагружены весом холодильника с водой и создавали усилие поддержания служа третьей опорой ТНД. Это не совсем так ибо не учитываются тепловые деформации конденсатора и те усилия которые при этом возникают.
По данным одного турбостроительного завода нагрузка пружинных опор конденсаторов подсчитывается таким образом чтобы пружинные опоры воспринимали в холодном состоянии агрегата вес конденсатора и половину веса воды (циркуляционной и конденсата). Обозначим этот вес через Q = 4Р где Р — сила обжатия каждой пружины m.
Пусть холодный конденсатор без воды весит G m тогда четыре пружины поднимут конденсатор на величину 4P – G k где 4—средняя жесткость
пружины и стрелка прогиба цилиндра низкого давления уменьшится.
При наполнении конденсатора половинным количеством воды что соответствует заданной нагрузке пружин последние обожмутся. Прогиб цилиндра ТНД станет таким как будто конденсатора совсем нет. Заливая вторую половину веса воды мы еще подгрузим пружины и несколько прогнем цилиндр книзу. Пружины не дадут цилиндру воспринять всю вторую половину веса воды ибо прогибаясь они примут часть этого веса н себя; распределение нагрузки будет зависеть от соотношений коэффициентов жесткости цилиндра и пружин. При повышении температуры как
цилиндра так и конденсатора нагрузка с фланца цилиндра будет постепенно сниматься и передаваться пружинам. При известной температуре наступит такое положение что фланец цилиндра полностью разгрузится и на пружины будет приходиться полный вес конденсатора и воды. Поэтому превращение конденсатора в опору цилиндра ТНД нежелательно. Пружины необходимо выбирать таким образом чтобы на цилиндр действовали наименьшие нагрузки как вверх так и вниз. Последнее особенно важно так как желательно чтобы радиальные зазоры проточной части работающей турбины и прилегание опорных шеек ротора к опорным подшипникам были близки к таковым в холодном состоянии машины.
Заканчивается установка ГТЗА монтажом ресиверов и арматуры и проверкой холодных зазоров в проточной части. Так как при этих операциях снимают заглушки с различных отверстий в цилиндрах турбин то необходимо проявлять особую осторожность чтобы внутрь турбины не попали посторонние предметы (например чтобы достать щуп который уронил рабочий в цилиндр турбины почти всегда требуется снять крышку турбины и поднять ротор).
Перед сборкой соединительных муфт между турбинами и редуктором окончательна проверяют зацепление в передаче редуктора после чего устанавливают кожухи и монтаж самого ГТЗА считают оконченным. Затем производят монтаж неустановленной арматуры и различных устройств управления этим агрегатом.
При монтаже ГТЗА часто приходится проворачивать агрегат валоповоротным устройством или вскрывать отдельные узлы например: при спаривании вала редуктора с промежуточным валом при определении оси по нивелиру при проверке зацепления в редукторе.
Агрегат поступает на монтаж обычно в законсервированном виде; проворачивание нарушает его консервацию. По окончании монтажа консервацию необходимо восстановить. Места где была нарушена консервация следует хорошо протереть и очистить бензином и наложить новый слой пушечной смазки. В отдельных случаях например на шейках подшипников если в крышках имеются отверстия консервацию можно возобновить добавив пушечную смазку специальным насосом.
С момента начала подготовки к швартовным испытаниям целесообразно переводить ГТЗА на легкую консервацию. Для этого пушечную смазку следует полностью удалить с поверхностей которые должны быть промыты бензином и просушены спиртом причем законсервированные узлы должны быть разобраны.
Защитной смазкой при легкой консервации может быть вискозин или цилиндровое масло заливка их должна периодически возобновляться примерно через двое суток.
Перед швартовными испытаниями после того как произведена прокачка агрегата маслом консервацию можно поддерживать маслом УТС-1 так как вискозин или цилиндровое масло попадая в сточную систему будут портить турбинное масло.
При установке конденсатора обеспечивают соосность и плотность его фланцевого соединения с выпускным патрубком ТНД; равномерную загрузку пружинных опор с поджатием конденсатора к турбине и зазоры в направляющих шпонках.
Конденсатор поднимают домкратами к патрубку турбины и центруют по рискам на фланцах которые временно соединяют струбцинами а затем болтами или сваркой. Пружинные опоры 12 устанавливают на фундамент и поджимают отжимными болтами до упора в площадки конденсатора. Величину сжатия пружин устанавливают из расчета чтобы конденсатор поджимался к патрубку турбины усилием равным силе тяжести конденсатора и половине находящейся в нем воды. Толщину установочных шайб 13 определяют по месту и после их пригонки опоры крепят к фундаменту. Стойки 14 правой левой шпонок (см рис.3) конденсатора устанавливают регулируя боковые зазоры с последующей пригонкой компенсирующих подкладок 15. После монтажа конденсатора контролируют соосность ТНД с редуктором.
Рис.3. Установка главного турбозубчатого агрегата
Снижение трудоемкости монтажа ГТЗА в значительной степени связано с улучшением технологичности. В связи с этим наиболее перспективны агрегаты моноблочной конструкции.
2. Монтаж теплообменных аппаратов.
План технологического процесса монтажа деаэратора
Подготовки монтажных баз
Проверка координации фундаментов под нижнее и верхнее крепления
Расстояния H1 и H2 от основной плоскости до фундаментов выдержать с точностью ±10 мм
Струна метр приспособление для натяжение струны
Обработка опорной поверхности фундамента
Каждой полки не более 010 мм
Машина пневматическая с шлифовальным кругом линейка поверочная щуп
Визуальная проверка наличия на корпусе деаэратора вертикальной осевой линии
Положение оси аэратора должно быть зафиксировано на корпусе
Базирование деаэратора
Погрузку выполнять согласно схеме строповки
технологические тали
Установка деаэратора на отжимные болты вертикального перемещения
Расстояние между корпусом деаэратора и судовыми конструкциями не менее 10 мм
Определение положения деаэратора
По опорной поверхности фундаментов
Относительно вертикального положения
Свисание лап с фундамента не более 5 мм
Отклонение от вертикальности не более 1 мм на 1м высоты деаэратора
Отжимные болты метр гаечный ключ
Установка клиньев нижнего и верхнего креплений
Определение толщины клиньев
Пригонка клиньев по месту
Толщина клина не менее 10 мм
Щуп 010 мм не должен проходить между сопрягаемыми поверхностями клина деаэратора и фундамента
Приспособление с индикаторным нутромером
Машина шлифовальная щуп
Крепление деаэратора
Разметка расположения отверстий на клиньях и фундаменте
Сверление отверстий по разметке:
в фундаменте – на судне
Подрезание мест прилегания гаек и головок болтов
Разметку выполнять через отверстия в лапах деаэратора
Отверстия сделать овальными
Деаэратор снять с фундамента
Глубина подрезания не более 10 % толщины лапы деаэратора или полки фундамента
В подвижные опоры установить втулки и выдержать зазоры c= 0?1-0?3 vv? r≥3 мм; гайки болтов после обжатия ключом от руки дополнительно завернуть на угол 30-450; щуп 005 мм не должен проходить под головку и гайку болта
Втулка переходная керн ручник
Сверлильный станок сверло 26 мм
Сверлильная машина сверло 20 мм
Приспособление для подрезания зенковка облицовочная
Контроль качества монтажа
Согласно требованиям этапов III IV V
Монтаж аппарата имеющего крепление в одной плоскости.
Рассмотрим в качестве примера технологию монтажа маслоохладителя 1 (рис.4) который имеет кормовые опоры б — подвижные (сечение А—А) и носовые 4 — неподвижные (сечение Б—Б).
Установка теплообменного аппарата с креплением:
а-в одной плоскости; б-в двух плоскостях.
Опорную поверхность фундамента обрабатывают и в нем сверлят отверстия через лапы аппарата. При горизонтальном расположении масло- охладителя (отклонение не более 2 мм на 1 м длины) устанавливают компенсирующие подкладки З. Щуп толщиной 03 мм 1 не должен проходить между сопрягаемыми поверхностями в узлах крепления. Высоту распорной втулки 2 уточняют по месту обеспечивая зазоры подвижных опорах. После предъявления ОТК крепежные изделия консервируют суриком.
Монтаж аппарата с креплением в двух плоскостях.
Деаэратор 8 (рис. 4 6) имеет нижнее неподвижное горизонтальное крепление 6 (узел 1) и верхнее подвижное 7 (сечение В—В). При монтаже деаэратора (табл. 1) вначале выполняют нижнее крепление с пригонкой подкладок 11. Затем приступают к верхнему креплению аппарата устанавливая подкладки 9 и распорные втулки 10. Качество монтажа предъявляют ОТК.
Технико-экономическое обоснование проекта
Определение себестоимости проведения виброакустических испытаний в лаборатории
Технико-экономическое обоснование
1 Определение себестоимости проведения виброакустических испытаний в лаборатории
Себестоимость – стоимостная оценка используемых в процессе производства продукции сырья материалов топлива основных фондов трудовых ресурсов а также других затрат на ее производство и реализацию.
Конкретный состав затрат которые могут быть отнесены на издержки производства и реализацию продукции регулируется законодательством РФ. Состав затрат включающих себестоимость продукции работ услуг регламентируется налоговым кодексом РФ глава 25.
Для расчета себестоимости всего объема производства и анализа структуры издержек все затраты группируются в соответствии с их экономическим содержанием с последним элементом. Материальные затраты за вычетом стоимости возвратных доходов – затраты на оплату труда (всего персонала) отчисления на социальные нужды амортизация основных фондов прочие затраты.
Группируем затраты по экономическим элементам рассчитывают смету затратного производства – документ планирования доходов предприятия обусловлены выпуском определенного объема продукции выполнением работ и услуг промышленного характера. Однако смета затрат на производство в виду неоднородности продукции произведенной судостроительным предприятием не позволяет рассчитать себестоимость единицы продукции. С этой целью используется калькулирование – процесс определения издержек производства и реализации единицы продукции.
В процессах калькулирования все издержки группируются по статьям калькуляции. В основе группировки лежат статья расходов предприятия на производство и реализацию единицы продукции в зависимости от назначения этих расходов и места их возникновения. В судостроении применяют следующие статьи калькуляции: сырье материалы; возвратные отходы (вычитают); топливо и энергия на технологические цели; комплектные изделия; основная зарплата производственных рабочих; отчисления на социальные нужды (включая отчисления на пенсионный фонд обязательного медицинского страхования социального страхования); расходы на подготовку и освоение производства; цеховые расходы; налоговые отчисления включающие себестоимость; внепроизводственные расходы.
Стоимость сырья материалов комплектующих изделий топлива и энергии рассчитывается исходя из единицы потребления и стоймости первой единицы электроэнергии мощности двигателей а также нормы потребления этих ресурсов на единицу изделия.
Основная зарплата производственных рабочих рассчитывается исходя из трудоемкости технологических операций по изготовлению продукции монтажу оборудования выполнения работ промышленного характера и тарифной ставки рабочих производственные (выполненные) технологические операции. Допускается при расчете себестоимости использовать среднюю часовую тарифную ставку по цеху или предприятию.
Дополнительная зарплата производственных работ вычисляется по нормативу рассчитываемому плановым экономическим отделом предприятия. Суммируется с основной зарплатой.
Также по нормативам установленным законодательством РФ о едином социальном налоге и обязательном социальном страховании производственных ресурсов рассчитываются отчисления на социальные нужды.
Что касается издержек по остальным статьям калькуляции то они рассчитываются по нормативам установленным планово-экономическим отделом предприятия (за исключением налоговых отчислений установленных законодательством субъекта федерации и муниципального образования).
По последовательности формирования себестоимости единицы продукции различают технологическую цеховую производственную и полную себестоимость.
Для экономической оценки вариантов новой техники и выбора наиболее эффективного из них вычисляется технологическая себестоимость. В ее состав включается затраты данного цеха непосредственно связанные с выполнением определенной технологической операции или выполнением комплекса операций производственного процесса (материальные затраты на топливо на технические нужды и прочее).
Цеховая себестоимость образуется из всех текущих затрат на производство единицы продукции а также технологическую себестоимость и цеховые расходы.
В производственную себестоимость помимо производственных затрат цехов включаются расходы управления предприятием т.е. цеховая себестоимость а также общезаводские расходы.
В полную себестоимость включается все статьи затрат (расходов) не вошедшие в производственную себестоимость.
Учитывая что в современных условиях цена продукции является важнейшим элементом конкурентоспособности производства и конкурентоспособности конкуренции следует уделять пристальное внимание уменьшению себестоимости продукции лежащей в основе ее цены. Источники уменьшения себестоимости представляют собой элементы затрат за счет экономии которых могут быть уменьшены издержки производства. К основным источникам уменьшения себестоимости относятся: уменьшения расхода материалов энергии топлива и др. затраты; уменьшение амортизационных исчислений; уменьшение трудоемкости изготовления продукции; уменьшение административно-управленческих расходов.
Факторы уменьшения себестоимости в условиях предприятия подразделяются на 2 группы:
-внутрипроизводственные: технико-экономические факторы на которые предприятие может оказывать воздействие в процессе функционирования производства (увеличение технического уровня производства за счет совершенствования техники и технологий производства механизации и автоматизации производственных процессов совершенствование организаций производства и труда за счет внедрения более совершенной структуры управления более совершенных систем оплаты труда более рациональных форм организации труда изменение объема производства и структуры производственной продукции обращая внимание на выпуск высокорентабельной продукции);
-внепроизводственные.
Совокупность материальных и трудовых затрат в денежном выражении необходимых для производства и реализации продукции называется себестоимостью.
где С - себестоймость виброакустической диагностики трубки
См - стоимость основных материалов.
Спд - стоимость покупных комплектующих деталей.
Зпр – прямая заработная плата основных рабочих.
Цр – цеховые расходы на монтаж.
Стоимость основных материалов:
Металлическая трубка – 200 руб.
Резиновая камера – 150 руб.
Металлическая масса – 300 руб.
Стоимость энергозатрат:
Электроэнергия – 1.26 рубкВтч*50кВтч=63 руб.
Расчет фонда заработной платы одного рабочего:
Т=15 нч – количество нормачасов;
Стоимость нормачасов работника – 1700 руб.
ОЗП – основная заработная плата;
С – сдельный заработок.
С=Т*S=15*1700=255 руб.
П=045*С=045*255=11475 руб.
ОЗП=255+11475=36975 руб.
ОЗПрк с учетом районного коэффициента и договорных надбавок.
ОЗПрк=22*ОЗП=22*36975=81345 руб.
ДЗП – дополнительная заработная плата.
ДЗП=0425*ОЗП=0425*36975=15714 руб.
Отчисления на социальные нужды – 29%
Осн=029*(ОЗПрк+ДЗП)=029*(81345+15714)=28147 руб.
Фонд заработной платы одного работника:
Фзп=ОЗПрк+ДЗП+Осн=81345+15714+28147=125206 руб.
Цр – нет т.к. работы проводились в лаборатории.
Цеховая себестоимость.
Сц – нет т.к. работы проводились в лаборатории.
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования: затраты на текущий ремонт амортизация оборудования.
РСЭО= 1.61*81345=130965 руб.
Общезаводские расходы 85% от ОЗПрк.
Ор – нет т.к. работы проводились в лаборатории.
Производственная себестоимость:
Пс=Сц+РСЭО+Ор=63+690+130965=206265 руб.
Непроизводственные расходы: стоимость тары отчисления на социальное страхование работников складов амортизация и содержание складских помещений.
Нр=01*Пс=01*206265=206265 руб.
Полная себестоимость
W=Пс+Нр=206265+206265=226892 руб.

задание мое.doc

УТВЕРЖДАЮ:Кафедра №7
Зав. кафедройФакультет №1
ЗАДАНИЕ НА ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов):
Дата выдачи задания:Дата представления проекта на кафедру
« 16 » октября 2006 г.« 12 » января 2007 г.

Литература.doc

Список используемой литературы.
Ракицкий Б.В. Судовые ядерные энергетические установки. Учебник – Л.: Судостроение 1976;
Шаманов Н.П. Пейч Н.Н. Дядик А.Н. Судовые ядерные паропроизводящие установки. Учебник – Л.: Судостроение 1990;
Кузнецов В.А.. Судовые ядерные энергетические установки. Учебник – Л.: Судостроение 1989;
Олейник В.Н. Походий В.И. Бондаренко В.П.. Устройство и оборудование современных судовых ядерных энергетических установок. Учебное пособие. – Л.: Издательство ЛКИ 1986
Эпельман Т.Е. Ипатенко А.Я.. Судовые теплоэнергетические установки и их оборудование. – Л.: Судостроение 1974;
Лычаков А.И.. Судовые турбоагрегаты. Тепловые и габаритные расчеты. Методические указания. - Северодвинск РИО Севмашвтуза 1997.
Ривкин С.Л. Александров А.А.. Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергия 1980;
Ермилов В.Г.. Теплообменные аппараты и конденсационные установки. – Л.: Судостроение 1969;
Андрющенко Р.С.. Судовое вспомогательное оборудование. – Л.: Судостроение 1991;
Андреев П.А. Гремилов Д.И. Федорович Е.Д.. Теплообменные аппараты ядерных энергетических установок. – Л.: Судостроение 1969;
Пшеницын А.А. Исследование динамических характеристик трубок ТОА. Известие. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1989 №5;
Пшеницын А.А. Горин С.В. О методе расчета и управление динамическими характеристиками трубопроводов при проектировании. Вопросы технологии эффективности производства и надежности. Выпуск №19 2002;
67 – 82 – 201 – 85. Инструкция по технике безопасности для рабочих занятых гибкой обработкой и монтажом труб. – Северодвинск: Издательство ФГУП «ПО Севмаш» 1986;
ГОСТ 12.1 004 – 91. Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования. – М.: Издательство стандартов 1992;
ГОСТ 12.4.011 – 89 (СТ СЭВ 1086 – 88). Система стандартов безопасности труда. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация. – М.: Издательство стандартов 1990;
Рижинашвили Г.М. Ерыкалова Н.А.. Единая система конструкторско – технологической документации и нормоконтроль в курсовом и дипломном проектировании. Учебное пособие. –СПб.: Издательство СПбГМТУ 1993.
М.И. Алямовский А.А.Промыслов. Судовые конденсационные установки-Издательство-СУДПРОМ ГИЗ

Содержание.doc

Общепроектная часть. Судовая ядерная энергетическая
Установка ледокола «Таймыр» 1
I.2Особенности судовой ядерной энергетической установки 6
I.3ППУ. Назначение и состав основных систем 10
I.4Размещение оборудования ППУ .. ..23
I.5ПТУ. Назначение и состав основных систем 26
I.6Конденсационная установка как часть паротурбинной установки ..35
I.7Тепловой габаритный расчет конденсатора ..41
Специальная часть. Исследование динамических параметром труб ТОА 46
1 Постановка задач исследователя .. .. .47
2 Основы физики колебаний труб ТОА .. ..49
2.1Гидродинамические вибрации труб потоки теплоносителя.. .49
1.2. Вибрации поперечных обтекаемых одиночной трубы 53
3 Описание существующих методов расчета .. 62
3.1 Расчет динамических напряжений в трубках при автоколебании 69
4 Вычисление частоты колебаний трубки с помощью метода Ю.А.Шиманского 75
5 Разработка экспериментальной модели для исследования 76
6 Расчет скорости и расхода рабочего тела ..80
7. Расчет амплитуды установившихся колебаний ..83
Технологическая часть. Описание технологии монтажа теплообменного оборудования на суднах .86
1. Монтаж конденсатора ..87
2. Монтаж деаэратора 93
Технико-экономическое обоснование проекта. Определение себестоимости поведения в испытаниях лаборатории .99 5.Охрана труда. Техника безопасности при работе на установках лаборатории
Список используемой литературы ..117