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汽机冷油器管式冷油器的几种换热管型式分析
发布时间:2024/1/24 点击次数:175

汽机冷油器管式冷油器的几种换热管型式分析 

      汽机冷油器管式冷油器的几种换热管型式分析,管式冷油器是汽轮机油系统中一种常用的设备,通过对3种不同的换热管的冷油器的冷却面积、冷却水耗量、油阻和水阻以及材料消耗进行比较得出这3种冷油器的优缺点。
1概述
     汽轮机发电机组正常运行,由于轴承摩擦而消耗了一部分功,使得轴承的润滑油温度升高,如果油温太高轴承有可能发生软化、变形或烧损事故。为使轴承正常运行,润滑油温必须保持在一定范围内,一般要求进入轴承油温不高于50℃,轴承的排油温升一般为10~15℃,因而必须将轴承排出来的油冷却以后才能再循环进入轴承润滑。
管式冷油器就是冷却主机润滑油的。温度较高的润滑油和低温的冷却水在冷油器中进行热交换,通过调节冷却水流量来达到控制润滑油温度的目的。
2技术比较
2.1热力参数
    
管式冷油器一般壳侧是润滑油,由于润滑油的粘性较大,雷诺数较低,导致它油侧的换热系数低。所以要降低冷油器的成本或者空间大小,要么提高油侧的换热系数,要么提高单位体积的换热面积。前者不在的讨论范围之内,接下来我们就讨论一下在提高单位体积的换热面积上面,光管,低翅片管,高翅片管这3种换热管的性能优缺点。我们以16平方米的一种冷油器作为对象,下表是基本的热力参数。
表1基本热力参数
2.2冷却面积比较
    
管式冷油器的面积计算,由于篇幅所限,就不在中一一列出详细步骤,下面为主要的计算公式:Q=KA△t式中:Q:热负荷,WK:总换热系数,w/m2℃A:换热器总换热面积,m2△t:有效传热温差,℃Q=m,C?w(t?-t?。=m。C?。(t?-to,o)式中:Q:热负荷,Wm,m。:水和油的质量流量kg/sC?w,C?:水和油的定压比热,J/(kg.℃)tw,t。:水的进出口温度,℃t。,,t?:油的进出口温度,℃式中:K:总换热系数,w/m2×kα。:管外流体传热膜系数,w/m2℃α:管内流体传热膜系数,w/m2℃A?,A?:换热管外表和内表传热面积,m2γo,γi:油和水的污垢热阻,m2℃/wAm:换热管管外和管内的平均面积,m2δ:换热管壁厚,mγ:管壁材料的导热系数,w/m2℃按照相同的基本热力参数(表1),通过计算,得出了3种换热管的不同的换热系数,以及需要的面积:
表2换热面积[1]
     从表中可以看出,此设计换热系数依次是光管→高翅片管→低翅片管,折合成光管的面积来看,光管→低翅片管→高翅片管。而占用的空间(即整个换热器的大小)是光管→低翅片管→高翅片管。其中采用高翅片管的换热器占用的空间比采用光管的小了20-30%。
     翅片管因为翅片高度的影响导致的导热系数增加,从而引起了总的换热系数的减小,但是它是通过增大换热面积的方式来缩小单位空间内的换热效率。
2.3冷却水量比较
     在一般的电站中,冷却水量也是一个重要的因素,冷却水量大的话,一般会增加电站的运行成本,下面对3个型式的
管式冷油器的用水量做一下分析。
表3冷却水量
     由上表可以看出,3种换热管的冷却水量,光管和低翅片管大致相当,而高翅片管比其它2种都要低。
2.4油阻和水阻比较
    
管式冷油器都一定程度上存在阻力,阻力大的话,泵的扬程就要选的大,在流量不变的情况下,电机的功率就上升了,AP1614(2)上规定管式冷油器的水阻大不能超过1bar。
表4油阻和水阻
     水阻分别是高翅片管→低翅片管→光管,这是因为单位空间内的换热管数量少了,而冷却水量变化不大,所以导致了水阻的上升,但是远小于API614的规定,而油阻分别是低翅片管→光管→高翅片管。由于低翅片的翅片存在而且换热管之间的距离又是跟光管一样,所以阻力上升,而高翅片管虽然有翅片,但是由于换热管之间的距离大,所以阻力反而比光管小了:
2.5单位热量的换热管材料耗率
     3种不同的换热管在同等热量换热的情况下不同的材料消耗。
表5材料消耗表
注:1、包括加工导致的材料损耗;2、未包括铝翅片的材料。
     如果换热管的材料是HSn70-1的话,因为低翅片管加工中一定会存在材料的损耗,但是损耗的也是同种材料,所以表格中把损耗的材料也计算在内,但是高翅片管由于翅片是由铝做的,而铝的价格相对比较便宜,所以计算重量的时候,没有把它计算在内。由此可以看出,同等热量交换的话,应该是高翅片的材料消耗率是低的。
3总结
3.1优点
     光管相对来说换热管制作的工艺简单,可靠。低翅片管由于外径可以做成跟光管一样,所以它可以改造原先光管的冷油器,以提高此
管式冷油器的换热效果。而高翅片节省水量,空间,油阻也低,同样成本也低,所以建议新做的管式冷油器可以用此类换热管。
3.2缺点
     光管来说成本相对较高,所占空间较大,低翅片管如果翅片处加工不合理的话,翅片根部倒角处容易出现应力集中,留下隐患,而且如果油如果比较脏的话,容易在翅片根部积累污垢,导致换热系数下降,高翅片管由于翅片与换热管是分开的材料,所以不会产生应力集中的问题,但是翅片根部也容易积累污垢,影响换热系数。
下面附上不同换热管的图:
图1光管
图2低翅片管
图3高翅片管