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水輪發電機組中管式冷油器的精確計算方法
水輪發電機組中管式冷油器的精確計算方法，管式冷油器常作為潤滑系統的主要附件，特別是在水輪發電機組中應用極為普遍，是軸承潤滑油系統中的一個必不可少的部件。管式冷油器設計計算的精確度將直接影響到軸承的運行性能。介紹了一套精確的管式冷油器計算方法，該計算方法有效克服了以往傳統估算中誤差大的缺陷，此計算將為其它管式冷油器的計算提供了一個有效參考，本計算具有一定的推廣應用性。
1軸承潤滑油系統中管式冷油器的主要數據及其來源
總損耗:N(kW),可根據軸承潤滑計算求得。
換熱面積:A(m2),可根據總損耗計算求得。
總油量:Q(L/min),可根據軸承潤滑計算求得。
冷卻水進水溫度:t1(℃),可根據用戶提供的數據(一般水電站取25℃~28℃)。
冷卻水出水溫度:t2(℃)，根據管式冷油器計算得出(估算時一般取進水溫度升高2℃~4℃)。
潤滑油的牌號:可根據軸承潤滑計算確定的使用潤滑油的牌號(一般取L-TSA-32或L-TSA-46)
進油溫度:t3(℃)，可根據軸承潤滑計算求得(可較軸承潤滑計算求得的軸承出口油溫低1℃~2℃)。出油溫度:t4(℃),為軸承潤滑計算確定的軸承進口油溫。
2管式冷油器的傳統估算方法舉例
換熱面積:m2式中:k:——管式冷油器傳熱系數(W/cm2.K)
管式:100W/cm2.K～150W/cm2.K
板式:200W/cm2.K～500W/cm2.K
t1:為進水溫度25℃
t2:為出水溫度27.0℃(估算)
t3:為進油溫度60℃
t4:為出油溫度43℃
則該管式冷油器所需紫銅管:A／(π×0.019)=17.02／(π×0.019)=285.1m
故此傳統計算方法誤差較大。
3管式冷油器的精確計算方法
由于上述列舉的傳統估算方法存在很大出入，給我們的設計工作帶來許多不必要的麻煩。往往在同樣工況條件下，由于采用不同的傳統估算方法，計算結果不同。管式冷油器的設計差別很大，給人以誤導和不解。同時，在上述二種傳統估算方法中，缺乏對潤滑油的牌號、油量、水量、油溫、水溫等的嚴密計算關系，更令人懷疑其精確性。更為甚者，由于計算的不當，或造成軸瓦溫度過高而引起機組不能穩定運行;或造成原材料不必要的浪費。我們經過仔細地分析研究，總結出了一套精確的管式冷油器計算方法，并編制相應的計算程序，大大節約了計算時間，同時，既節約成本，同時又確保冷卻效果。以利于設計時借鑒。
3.1設計條件
管式冷油器結構示意圖
3.2查得的物性數據
①潤滑油在平均溫度…51.5℃下的物性數據:運動黏度:v=29.425×10-62/s密度:p1=878.95kg/m1導熱系數:℃定壓比熱容:cn=0.464775kcal/(kg℃)
3.3傳熱工藝計算
②總換熱量Q的計算
③水在平均溫度"下的物性數據:運動黏度:V2=0.8713×106m2/s
密度:D2=996.484kg/m3
導熱系數:定壓比熱容:c2=1.00334k(g-℃)
普朗特準則數:Pr=6.0304
冷卻水溫升式中:水流量q2=30m3/h=30×996.484=29894.52g/h=2.989t/h冷卻水出水溫度:t2=t1+Δt=25+3.1257=28.1257℃
3.4換熱面積計算
(1)對數平均溫差的計算
(2)油的流速取:Vy=1m/s
(3)油的雷諾數:
(4)油的導溫系數:
(5)油的普朗特準則數:
(6)系數B=E×C×ε=0.27×1.13×0.98=0.301634式中:E＝0.27,ε=0.98
C=1+0.1×t/di=1+0.1×0.025/0.019=1.13
冷卻管節距:t=25mm
冷卻管外徑:di=19mm
冷卻管內徑:do=17mm
(7)油對管子的放熱系數
(8)油側熱阻
(9)油經過管壁的熱阻式中:黃銅的導熱系數:
(10)管內水流速取:Vc=1m/s
(11)管內水的雷諾數:
(12)水的努塞爾準則數:=0.023R3*=0023×1951107548×6.03044=1276707
(13)水的放熱系數:
(14)水的熱阻:R,=1/αs=1/3946.9773=2.53358×10+㎡.h.℃/kcal
(15)總熱阻:
(16)從油到水的傳熱系數:
(17)考慮到污垢影響后的傳熱系數:
Kp=0.95k7=0.95×441.19=419.13kcad/m2·h·℃(18)管式冷油器的冷卻面積:
3.5初選管式冷油器參數
已知:o19x1mm的管子,
估算管子根數nr可得:根
將管數圓整到n=176根，雙管程,殼體內徑為Di=410㎜
實際換熱面積為:A=2.14×0.019×0.976×176=10.25m|
3.6管式冷油器的校核
①換熱余量:
②管內水的流速:式中:
③油的流速:1=m/A0=000375/0.0082=0457m/s<1m/s式中:殼程流通截面積:
殼內油流程數ny=10
4結語
從精確的管式冷油器計算方法分析，換熱有一定的余量，該方法有效克服了以往傳統估算中誤差大的缺陷，使軸承的穩定運行得到了有效的保障。該計算方法通過編制相應的計算程序，同時，大大節約了計算時間，以利于設計時借鑒。
該管式冷油器已經過多個電站的實際使用，均能滿足要求。今后設計該類型管式冷油器，若換熱容量增加時，可適當提高冷卻管數量及冷卻水量。此計算方法符合實際，具有較大的參考價值。