ЭКСПЛУАТАЦИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ
Методические указания для проведения практических
занятий по дисциплине «Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника»,
профиль подготовки «Промышленная теплоэнергетика»
Новокузнецк
УДК 621.745.3:662.9
Э43
Рецензент
кандидат технических наук, доцент,
заведующий кафедрой металлургии черных металлов СибГИУ
С.В. Фейлер
Э43 Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем: метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т.; сост. В.М. Павловец. – Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2017. – 15 с.
Содержат типовые задачи в области эксплуатации теплоэнергетических установок и систем в промышленной теплоэнергетике с примерами решения и вариантами заданий для самостоятельного решения, вопросы для самоконтроля, список рекомендуемой литературы.
Предназначены для студентов, выполняющих практические задания по дисциплине «Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника». Профиль подготовки «Промышленная теплоэнергетика».
Печатается по решению учебно-методической комиссии института металлургии и материаловедения.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Необходимость изучения специальных дисциплин по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» и профиля подготовки «Промышленная теплоэнергетика» обусловлена важностью решаемых производственных проблем, напрямую связанных с ресурсосбережением и повышением эффективности теплотехнологий. Эти проблемы важны в металлургии, теплоэнергетике, машиностроении, химии и в других отраслях техники.
Изучение данной дисциплины включает несколько циклов: освоение материала дисциплины самостоятельно, знакомство с моделями и реальными технологическими устройствами на практических занятиях, решение прикладных задач самостоятельным выполнением примеров и индивидуальных заданий, работу с научной, методической и технической литературой.
При подготовке к практическим занятиям студент должен по конспектам лекций и рекомендуемым учебным пособиям самостоятельно изучить теоретический материал по соответствующей теме, ответить на вопросы для самоконтроля, решить примеры, заданные на предыдущем занятии, иметь при себе калькулятор и необходимый справочной материал. Все это позволит успешно освоить теоретический материал курса, справиться с заданным объёмом самостоятельной работы в аудиторное время.
РЕКОМЕНДАЦИИ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
Последовательность решения практических задач в настоящем сборнике согласуется с порядком изложения материала и тематическим планом программы дисциплины по дисциплине «Эксплуатация теплоэнергетических установок и систем» для студентов, обучающихся по направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» и профилю подготовки «Промышленная теплоэнергетика»
По каждой теме предусмотрено решение типовых задач с примерами их решения, рассматриваемыми на практических занятиях. Остальные задачи предназначены для самостоятельного индивидуального решения.
В связи с многообразием задач по каждой теме сборник задач ограничен общими указаниями и методикой, которой необходимо придерживаться при решении задач. В основе методики решения задач лежат следующие требования:
а) необходимо понять физическую сущность задачи, использую для этого конспект лекций или специальную справочную литературу);
б) выполнить соответствующий условию задачи рисунок или схему;
в) по содержанию задачи выписать все исходные данные, необходимые для решения задачи;
г) по условию задачи выбрать нужную зависимость (формулу) для расчета искомой величины, а затем подобрать формулы для определения недостающих параметров;
д) расчеты выполнять в системе СИ;
е) для решения задач с использованием теплотехнических величин необходимо работать со справочниками или учебными пособиями, содержащими справочные данные;
ж) после решения задач выполнить одно из индивидуальных заданий для самостоятельной работы (по указанию преподавателя).
Тема практического занятия.
Расчет потребного количества металлопроката, необходимого для ремонта теплоэнергетических установок и систем
Задача 1. При замене металлического кожуха парового котла требуется определить необходимую массу стальных листов стали К 12 толщиной 5 мм (Аббревиатура стали: К - котельная сталь, 12 - среднее содержание углерода в сотых долях процента). Размеры котлоагрегата 4×4×6 м. Размеры окна для загрузки топлива 3×2 м.
Решение задачи:
Рассчитаем площадь наружной поверхности парового котла:
F1=П∙Н2,
где П, Н – периметр и высота котла, м.
Периметр котла вычисляется по выражению:
П=2(В+L),
где В, L – ширина и длина котла, м.
Отсюда площадь наружной поверхности парового котла:
F1=2(В+L)∙ Н2 =2 ∙ (4+4)∙6=96 м2
Площадь окна для загрузки топлива вычисляется по выражению:
F2=B1∙H1,
где B1, H1 – ширина и высота загрузочного окна, м.
Рассчитаем площадь окна для загрузки топлива:
F2=B1∙H1=3∙2= 6 м2
Используя полученные данные, рассчитаем площадь металлического кожуха парового котла:
F3 = F1 – F2 = 96 – 6=90 м2
Рассчитаем массу стальных листов, необходимых для сооружения кожуха котла, по формуле:
M=F3 ∙h∙ρ,
где h – толщина стального листа, м;
ρ – плотность стали, кг/м3.
М= F3∙ h∙ ρ= 90∙0,005∙7600=34200 кг.
Варианты заданий для решения задачи представлены в таблице 1.
Таблица 1 – Варианты заданий для решения задачи
Варианты заданий | Размеры котлоагрегата, м | Размеры окна для загрузки топлива, м | Толщина стенки металлического листа, м |
2×3×4 | 1×2 | 0,003 | |
2×4×5 | 1×2 | 0,003 | |
2×5×6 | 1×2 | 0,003 | |
3×5×7 | 2×2 | 0,004 | |
3×5×8 | 2×2 | 0,004 | |
3×6×8 | 2×2 | 0,004 | |
3×7×8 | 2×2 | 0,005 | |
4×4×6 | 3×2 | 0,005 | |
4×5×6 | 3×2 | 0,005 | |
4×6×6 | 3×2 | 0,005 | |
5×6×7 | 1×2 | 0,006 | |
5×6×8 | 1×2 | 0,006 | |
5×6×6 | 2×2 | 0,006 | |
6×6×7 | 2×2 | 0,006 | |
6×6×6 | 2×2 | 0,006 |
Задача 2. При замене изношенных трубных поверхностей нагрева парового котла в ходе ремонта требуется определить необходимую массу трубной стали марки 15ХМ, диаметром 100 мм. Трубы расположены с шагом в 2 диаметра. Размеры котла 4×4×6 м.
Решение задачи:
Количество труб, располагающихся вдоль котла на длине в 1 м, рассчитывается по выражению:
n = (1/m) +1,
где m – шаг между трубами, м.
Рассчитаем количество труб, располагающихся вдоль котла, на длине в 1 м:
n = (1/0,2) +1=6.
Учитывая, что на фронтальной поверхности котельные трубы отсутствуют, длину площади поверхности нагрева парового котла можно вычислить по выражению:
L = 2L + B,
где L, B – длина и ширина котла, м.
Рассчитаем длину площади поверхности нагрева парового котла:
L = 2∙2+2 = 6 м.
Количество труб, устанавливаемых вдоль поверхности нагрева, можно вычислить по выражению:
n1 = n∙L,
Рассчитаем количество труб, устанавливаемых вдоль поверхности нагрева:
n1= 6∙6=36 труб.
Общую длину труб, необходимых для ремонта поверхности нагрева, вычисляем по выражению:
L0 = n1∙ H,
где H – высота котла, м.
Рассчитаем общую длину труб, необходимых для ремонта поверхности нагрева, вычисляем по выражению:
L0 = 36∙6 = 216 м.
Учитывая, что масса одного погонного метра (M0) труб составляет 3000 кг/м, вычислим общую массу труб, необходимых для ремонта поверхности нагрева:
M = L0∙M0 = 216∙3000=648000 кг.
Варианты заданий для решения задачи представлены в таблице 2.
Таблица 2. – Варианты заданий для решения задачи
Варианты заданий | Размеры котлоагрегата, м | Диаметр труб, м | Масса одного погонного метра труб, кг/м |
2×3×4 | 0,05 | ||
2×4×5 | 0,05 | ||
2×5×6 | 0,05 | ||
3×5×7 | 0,075 | ||
3×5×8 | 0,075 | ||
3×6×8 | 0,075 | ||
3×7×8 | 0,075 | ||
4×4×6 | 0,100 | ||
4×5×6 | 0,100 | ||
4×6×6 | 0,100 | ||
5×6×6 | 0,100 | ||
5×6×6 | 0,120 | ||
5×6×6 | 0,120 | ||
5×6×6 | 0,120 | ||
5×6×6 | 0,120 |
Задача 3. Рассчитать количество электродов марки Э-46А диаметром 3 мм, необходимых для выполнения сварочного шва длиной 10 м при замене изношенных трубных поверхностей нагрева парового котла в ходе ремонта.
Решение задачи:
Количество электродов, необходимых для выполнения сварочного шва длиной 1 м, вычисляется по выражению:
n=1/a,
где a – удельная длина сварочного шва, формируемая электродом соответствующего диаметра, м. Для сварочных электродов диаметром 3 и 5 мм она равна 0,2 и 0,3 м.
Рассчитаем количество электродов, необходимых для выполнения сварочного шва длиной 1 м:
n=1/a=1/0,2=5 электродов.
Рассчитаем количество сварочных электродов, необходимых для выполнения сварочного шва длиной 1 м:
n=1/a=1/0,2=5 электродов.
Рассчитаем количество сварочных электродов, необходимых для выполнения сварочного шва длиной 10 м:
n0=n∙10=5∙10=50 электродов.
Варианты заданий для решения задачи представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Варианты заданий для решения задачи
Варианты заданий | Длина сварочного шва,м | Диаметр электрода,м |
0,003 | ||
0,003 | ||
0,003 | ||
0,003 | ||
0,004 | ||
0,004 | ||
0,004 | ||
0,004 | ||
0,004 | ||
0,004 | ||
0,005 | ||
0,005 | ||
0,005 | ||
0,005 | ||
0,005 |