内置振动往复螺旋换热器的流体流动及传热性能研究

作     者：史冰乐 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：俞天兰

授予年度：2013年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：凝汽器 在线清洗 振动往复螺旋 流量特性 清洗能力 

摘      要：汽轮机凝汽器是火力发电站的重要设备，其运行效率和真空度直接影响汽轮机的发电效率。据统计因结垢问题造成凝汽器真空度下降的平均幅度为3%、汽轮机功率平均下降2.5%，全国因此损失的总值达到每年36亿元以上。因此汽轮机凝汽器的传热管内清洗技术的研究对提高发电效率、减少经济损失具有重要的现实意义。 对凝汽器传热管的结垢问题，在简要分析现有在线清洗技术特点的基础上，提出了振动往复螺旋在线清洗机构。通过理论分析研究了该机构中的清洗螺旋振动性能和阻力性能，以及造成流速波动的挡板开度的影响。研究发现，螺旋的外径越小螺距越大其起振流速就越低，振动能力越强，且螺旋外径与管内径至少要保持5mm以上间隙才能稳定振动;外径和丝径越大、螺距越小其轴向力就越大，以轴向力综合评价因子判断，螺旋的外径越大、螺距和丝径越小值就越大。对于流速低、结垢快、沿程阻力要求高的场合，应选择值较小的螺旋;反之，选择值略大的螺旋。以实验数据拟合得出的算式计算得到螺旋摩擦阻力系数和阻力系数精度分别为78.6%和92.5%，并且螺旋角（或螺距）对二系数均有显著影响。 采用数值模拟方法研究了挡板开度对管内流速波动影响，并通过实验对其进行定量研究，得到流速波动机构开度的计算方法。结果表明挡板的流量特性符合抛物线特征，在挡板开度h d/4时表现出很强的调节流速作用，并且h越小节流能力越强， h d/4以后其基本没有调节流速的作用;计算管内流速的算式误差在20%以内。最后通过模拟污垢传热试验证明了在相近实验条件下，振动往复螺旋的防清洗能力最好，其传热系数开始剧烈下降的时间分别比光管和单纯振动螺旋延长了14倍和1倍，传热稳定后的传热系数分别高出60%和20%。 振动往复螺旋清洗机构结构简单、成本低廉，非常适用新设备制造和旧设备改装，并且可在管内为单相流的换热设备中推广使用。