Компоновочным соображениям

оборудования, оптимального сочетания конструктивных, структурных, компоновочных параметров по критериям высокой производительности, надежности, экономической эффективности.

При сравнительном анализе технически целесообразных вариантов построения линии и выборе оптимального, как основы дальнейшего проектирования, каждый вариант характеризуется неповторяющимся сочетанием характеристик /р, ?х, т]ис, которые должны рассчитываться как функции технологических, структурных и компоновочных параметров (степень дифференциации технологического процесса, тип оборудования и транспортной системы, вид межагрегатной связи и т. д.). Отсюда — дифференциация показателей и усложнение расчетов, особенно для многопоточных и многоучастковых линий.

Метод сравнения с прототипом применяется при наличии явно выраженного прототипа с установленным из практики эксплуатации влиянием конструктивных и компоновочных параметров на показатели ремонтопригодности. Конструкции проектируемой машины и прототипа сравниваются по ряду параметров. Для машин транспортного типа, например, используются следующие компоновочные параметры: общее количество систем, количество сборочных единиц в каждой системе; расположение двигателя (открытое, закрытое, в передней, средней или задней части); количество предварительно снимаемых элементов для доступа с целью замены основных сборочных единиц (двигателя, трансмиссии и др.), плотность компоновки отделений (систем); рабочие позы ремонтника при обслуживании или замене сборочных единиц; расположение точек крепления основных сборочных единиц; расположение и площадь люков для доступа и т. д.

Основная цель оптимизации теплоэнергетических установок —определение значения термодинамических, конструктивных, технологических, компоновочных параметров, обеспечивающих наивысшую экономичность и надежность работы этих установок. Число таких параметров, например, для блочных энергоустановок достигает нескольких сотен. Решить непосредственно такую сложную задачу ограниченные технические 'возможности ЭВМ и математические 'методы практически не позволяют. Приходится разбивать общую задачу на частные подзадачи для отдельных элементов энергоустановки с относительно небольшим числом оптимизируемых переменных. Для решения этих подзадач необходимо сформулировать критерий оптимальности, т. е. описать функционал

Технологические схемы теплоэнергетических установок с оптимальными свойствами могут быть синтезированы путем последовательного применения методов нелинейного программирования для множества технологических графов, отображающих различные структурные состояния технологической схемы теплоэнергетической установки. Эта наиболее •общая задача оптимизации теплоэнергетической установки должна решаться с учетом как иерархической взаимосвязи между подзадачами оптимизации параметров узлов, элементов, агрегатов и установки в целом, так и алгоритмических особенностей оптимизации непрерывно и дискретно изменяющихся параметров. Соответственно в методике решения задачи синтеза оптимальных схем теплоэнергетических установок должны •быть итерационно взаимосвязаны алгоритм нелинейного математического программирования, принятый для оптимизации непрерывно изменяющихся термодинамических и расходных параметров установки; алгоритм дискретного нелинейного программирования, с помощью которого осуществляется оптимизация дискретно изменяющихся конструктивно-компоновочных параметров элементов, узлов и агрегатов установки; алгоритм оптимизации вида тепловой (технологической) схемы установки с учетом технических и структурных ограничений. Конструктивные приемы решения этой очень сложной задачи находятся в стадии разработки.

Задача оптимизации ступени конвективного пароперегревателя, состоящей из двух пакетов, сводится к выбору последовательности включения пакетов и совокупности конструктивно-компоновочных параметров для каждого из пакетов (вид схемы теплообмена, марка стали труб, диаметр труб, поперечный и продольный шаги труб в пакете, высота и ширина газохода). Кроме того, выбирается распределение тепловосприятий между двумя пакетами в ступени. В качестве промежуточных результатов теплового, прочностного и гидравлического расчетов пароперегревателя получаем также оптимальные значения скоростей пара и продуктов сгорания, температурных напоров и падений давления в пакетах, толщины и температуры стенок, соотношения металловложений в пакетах и т. д.

Особенностью таких однородных групп узлов, с одной стороны, является взаимозаменяемость в процессе их проектной оптимизации, а также возможность изменения их количества, направленности процессов по участкам схемы теплообмена, последовательности расположения элементов и других компоновочных преобразований без существенного изменения общей конфигурации термодинамического цикла. Это создает возможности взаимосвязанных перестановок элементов и сравнительно свободного перемещения в пределах их однородной группы. С другой стороны, любые компоновочные преобразования отличаются дискретным либо комбинаторным характером изменения признаков вида тепловой схемы и типов конструкций. Это, а также сложность и трудоемкость теплотехнических расчетов служат причиной неразработанности методов решения задач оптимизации конструктивно-компоновочных параметров и характеристик оборудования и технологической схемы теплоэнергетических установок.

Комплексная оптимизация теплоэнергетических установок имеет щелью выбор термодинамических и расходных параметров рабочих процессов установки, конструктивно-компоновочных параметров и характеристик элементов оборудования, а также вида тепловой схемы, которым соответствует минимум расчетных затрат по установке. Разработанные к настоящему времени методы математического моделирования и комплексной оптимизации теплоэнергетических установок применимы для достаточно эффективного выбора термодинамических, расходных и конструктивно-компоновочных параметров установки с фиксированной или изменяемой в узком диапазоне тепловой схемой. Решение более общей задачи, включающей оптимизацию вида тепловой схемы установки, встречает серьезные трудности в создании эффективного метода расчета тепловых схем установок и в разработке метода оптимизации вида схемы.

В настоящее время перспективность использования комбинированных энергетических установок с МГД-генераторами не вызывает сомнений. Необходимы инженерные исследования таких установок для нахождения оптимальных решений при их проектировании. Для этого требуется комплексный подход, который предполагает одновременную оптимизацию термодинамических, расходных и конструктивно-компоновочных параметров всех элементов установки по наиболее полному показателю эффективности — сумме расчетных затрат (с учетом многочисленных внешних факторов). Осуществить такой комплексный подход в рамках требований, предъявляемых к современным инженерным расчетам, удается лишь с привлечением методов математического моделирования и ЭЦВМ. Только в этом случае можно получить решение, эффективное по времени, затратам, точности и широте охвата влияющих факторов [1]. На первом этапе исследуется термодинамическое совершенство рассматриваемых энергетических установок, чему и посвящается настоящая глава.

Одновременно оказалось возможным в процессе прохождения полного цикла определять оптимальную структуру потоков промежуточной информации и выявлять те отдельные подзадачи и модели, для которых достаточно получить одноразовое решение при проходе «сверху вниз», либо «снизу вверх». К таким подзадачам прежде всего относится ряд задач выбора дискретных конструктивно-компоновочных параметров и признаков вида схемы установки.

В некоторых конструкциях газотурбинных двигателей по компоновочным соображениям получаются достаточно длинные роторы или валы. У этих роторов в диапазоне рабочих оборотов будут критические числа оборотов; более того, если их очень сильно облегчить, они могут быть и статически непрочными при перегрузках. Будем рассматривать такой случай, когда у длинного ротора имеется возможность (в смысле веса и компоновки) установить дополнительную промежуточную опору.

1. В пустотелой отливке по компоновочным соображениям образован карман (фиг. 9, а). Вследствие податливости его стенки будут пружинить и в работе фактически участвовать не будут. Здесь будет двоякое ослабление:, в работающее поперечное сечение не войдет участок кармана (как излишне податливый и не принимающий на себя нагрузку), а в стенке отливки возле углов кармана силовые линии будут сгущаться и поэтому возникнет концентрация напряжений. В конструкции, изображенной на фиг. 9, б, карман не ослабляет отливку, но в стенках его необходимо делать технологические отверстия.

На фиг. 11 изображена пустотелая деталь прямоугольного сечения, у которой по компоновочным соображениям нижний пояс дважды изменяет направление. В месте изгиба пояса нужно

По компоновочным соображениям длина трубы обычно составляет 10 — 12 м, считая восходящую и Фиг. 30. Питатель угля. опускную ветви.

Как уже отмечалось выше, весьма заманчивым в ряде случаев, в первую очередь по компоновочным соображениям, является применение контактных экономайзеров прямоточного типа, хорошо вписывающихся в хвостовую часть котлоагрегата при верхнем выводе уходящих из котла газов. Для проверки целесообразности такого решения и определения технологических и технико-экономических показателей прямоточной схемы НИИСТ разработан, а киевским заводом Стройдормаш изготовлен и установлен такой экономайзер к котлу ДКВ-4, не имеющему хвостовых поверхностей нагрева 136].

В отдельных случаях по компоновочным соображениям в действующих котельных может оказаться целесообразной установка групповых контактных экономайзеров на напорной стороне дымо-

Аналогичные типы теплообменников могут быть использованы и для догрева воды до нужной температуры, например серийные пароводяные скоростные подогреватели. Применение для догрева воды пара или более горячей воды решается при проектировании тепловой схемы котельной. В объем поставки контактных экономайзеров теплообменники догрева не входят, так как не всегда требуется догревать воду. Кроме того, по компоновочным соображениям узел догревающих воду теплообменников устанавливается отдельно и проектируется вместе с котельной. Именно из этого исходили ГПИ Сантехпроект и НИИСТ при разработке вариантов типовых проектов котельных с котлами типа ДЕ и контактными экономайзерами.

теплотехническим, но и по компоновочным соображениям. Оно позволяет устанавливать эти комбинированные агрегаты на одной линии фронта с отопительными котлами и обеспечивать идентичную трассировку газопроводов, т. е. облегчает эксплуатацию всех котлов котельной при высоком к. п. д. Использование для горячего водоснабжения комбинированных контактно-поверхностных или контактных котлов часто дает возможность отказываться от установок водоумягчительного оборудования для приготовления подпиточной воды отопительных котлов, поскольку количество конденсата, выпадающего при контакте дымовых газов с водой, соизмеримо с необходимым количеством подпиточной воды при правильной эксплуатации системы.

Как уже отмечалось выше, весьма заманчивым в ряде случаев, в первую очередь по компоновочным соображениям, является применение контактных экономайзеров прямоточного типа, хорошо вписывающихся в хвостовую часть котла при верхнем выводе уходящих из него газов. Для проверки целесообразности такого решения и определения теплотехнических и технико-экономических показателей прямоточной схемы НИИСТ разработал, а киевский завод «Стройдормаш» изготовил и установил такой экономайзер к котлу ДКВ-4, не имеющему хвостовых поверхностей нагрева. Конструкция экономайзера описана в работе [41]. Экономайзер состоял из двух ступеней: прямоточной и противоточной. Сечения их приняты неодинаковыми (соотношение площадей противоточной и прямоточной части ~1,5), чтобы обеспечить большую скорость в прямоточной части и значительно меньшую в противоточной. При прямоточно-противо-точной схеме в верхней части корпуса экономайзера хорошо вписывается обводной газоход с перепускным шибером, необходимый на случай отключения экономайзера.

По заказу Боткинского машиностроительного завода и Коль-чугинского завода по обработке цветных металлов им. Орджоникидзе (Владимирская обл.) НИИСТом разработаны конструкции контактных экономайзеров для энергетических котлов паропроизводительностью 45 т/ч каждый. Общим в обоих случаях является то, что экономайзеры по компоновочным соображениям пришлось установить на напорной стороне дымососов, хотя это противоречит целесообразности установки их до дымососов, чтобы последние работали на охлажденных газах, развивали при этом больший напор, а благодаря уменьшенному объему прокачиваемых газов расходовали относительно меньше электроэнергии.

Только индивидуальная установка контактного экономайзера позволяет максимально использовать теплоту уходящих газов котлов, поэтому для всех вновь проектируемых и большинства действующих котельных можно рекомендовать именно такой тип установки экономайзеров за котлами. Поагрегатная схема установки хвостовых поверхностей нагрева и тягодутье-вого оборудования, применяемая уже в течение 35—40 лет при проектировании отопительных и промышленных котельных (любой производительности) и полностью себя оправдавшая, целесообразна и при установке экономайзеров контактного и контактно-поверхностного типа *. Большинство действующих экономайзеров в наиболее крупных промышленных котельных и на электростанциях, как правило, установлено по индивидуальной схеме и обеспечивает получение максимального эффекта. В случае, когда тепловая нагрузка системы горячего водоснабжения составляет не менее 10—15 % от общей тепловой нагрузки котельной, при проектировании новых и реконструкции существующих котельных следует рекомендовать индивидуальную установку контактных экономайзеров к каждому котлу даже в тех случаях, когда по компоновочным соображениям это не очень удобно [106].