Тепловые расчеты судовых теплообменных аппаратов
Принцип действия маслоохладителя с прямыми трубками. Вычисление коэффициентов теплоотдачи и скорости масла. Характеристика устройства подогревателя вязких жидкостей. Особенности конструкции змеевиковых аппаратов. Определение температуры охлаждающей воды.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.11.2019 |
| Размер файла | 797,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Санкт-Петербургский государственный морской технический университет
Кафедра судовых энергетических установок, систем и оборудования
Расчетно-графическая РАБОТа
Тепловые расчеты судовых теплообменных аппаратов
Дисциплина: «Проектирование теплообменного оборудования систем энергетических установок морских судов»
Санкт-Петербург
2017
Содержание
1. Охладитель масла
1.1 Принцип работы охладителя масла
1.2 Расчет охладителя масла
1.2.1 Исходные данные
1.2.2 Тепловой расчет
1.3 Вывод по расчету охладителя масла
2. Подогреватель вязких жидкостей (масла)
2.1 Принцип действия подогревателя
2.2 Расчет подогревателя вязкой жидкости (масла)
2.2.1 Исходные данные
2.2.2 Тепловой расчет
2.3 Вывод по расчету подогревателя
3. Охладитель воды
3.1 Принцип работы охладителя воды
3.2 Расчёт охладителя воды
3.2.1 Исходные данные
3.2.2 Тепловой расчёт
3.3 Вывод по расчету охладителя воды
1. Охладитель масла
1.1 Принцип работы охладителя масла
Охлаждение масла обеспечивает надёжность работы оборудования и поддержание необходимых энергетических параметров. Охладители вязких жидкостей чаще всего выполняют с прямыми трубками. Охлаждаемая жидкость, как правило, омывает трубки, охлаждающая вода движется по трубкам. Одним из самых распространённых охладителей вязких жидкостей является маслоохладитель. Маслоохладитель, в котором масло двигалось бы внутри трубок не строят, так как коэффициент б от масла к металлу при таком движении масла намного меньше, чем при омывании трубок снаружи.
Охладители вязких жидкостей (главным образом маслоохладители) - кожухотрубные с прямыми трубками, развальцованными в трубных досках, одна из которых подвижная с сальниковым уплотнителем.
Число ходов по воде 2 - 4, по вязкой жидкости - до 14.
При омывании трубки коэффициент теплоотдачи от масла к трубке зависит, главным образом от скорости движения масла в направлении перпендикулярном к оси трубки.
При течении масла внутри трубок в 2,5…3,5 раза меньше.
Чтобы обеспечить более высокое значение k от масла к воде, рекомендуется скорость воды по трубкам принимать такой, чтобы исключить возможность получения ламинарного потока воды в трубках.
1.2 Расчет охладителя масла
1.2.1 Исходные данные
Расход масла
2900 кг/ч
Температура масла на входе и выходе из аппарата
, 50/47єC
Марка масла:
Масло турбинное 30 (УТ)
Температура охлаждающей воды на входе
25°С
1.2.2 Тепловой расчет
Принимается схема охладителя. Кожухотрубный маслоохладитель с прямыми трубками , развальцованными в трубных досках, одна из которых подвижная с сальниковым уплотнением.
Число ходов по воде zв=2, по маслу zм 4.
Шаг труб S = dн + 3=10+3=13мм
По справочным таблицам определяются параметры масла в зависимости от средней температуры масла;
tм =:
- плотность см=f(tм)=880 кг/м3;
- удельная теплоемкость масла см= f(tм)= 1942,1Дж/кг.
Повышение температуры охлаждающей воды принимаю =4°С.
Температура охлаждающей воды на выходе
t4 = t3 + .
Среднелогарифмическая разность температур масла и воды:
.
Теплоемкость воды:
.
Расход охлаждающей воды:
.
Скорость воды в трубках принимаю wв = 0,55 м/с.
Коэффициент в =1400+22* tв ср.=1400+22*27=1994
Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки к воде:
Вт/м2*К,
где dвн - в м.
Скорость масла принимаю = 0,35 м/с.
Коэффициент теплоотдачи от масла к трубкам:
Вт/м2 *К;
S и dн - в мм.
Коэффициент теплопередачи от масла к воде:
Вт/м2 *К.
Поверхность охлаждения:
.
1.3 Вывод по расчету охладителя масла
Площадь поверхности охлаждения в большей степени зависит от скоростей движения сред (охлаждающей воды в трубках и охлаждаемого масла в корпусе маслоохладителя). Наименьшая площадь поверхности охлаждения получается при максимально допустимых скоростях движения сред. Наилучший результат получается при следующих значениях:
,
=3,1°С (3...4),
wв = 0,9 м/с (0,2..0,9), = 0,65 м/с (0,05..0,65).
2. Подогреватель вязких жидкостей (масла)
2.1 Принцип действия подогревателя
Подогреватели вязких жидкостей чаще всего выполняются с v -образными трубками, иногда - с прямыми трубками и плавающей трубной доской. Как правило, внутри трубок движется вязкая жидкость, пар омывает трубки снаружи. Подогрев осуществляется паром или электрическим током.
В качестве маслоподогревателей используют кожухообразные с v - образными трубками, с прямыми трубками и подвижной трубкой доской, а также змеевиковые (при малых Gв). Греющая среда - пар или горячая вода.
В змеевиковых аппаратах вязкая жидкость прокачивается внутри труб.
Выбор вертикального или горизонтального расположения труб обусловлен их размещением на судне.
2.2 Расчет подогревателя вязкой жидкости (масла)
2.2.1 Исходные данные
Количество подогреваемой жидкости
4000 кг/ч
Температура вязкой жидкости на входе и выходе из подогревателя
, 30/55єC
Давление греющего пара
0,5*Па
Марка жидкости:
Масло турбинное 30 (УТ)
2.2.2 Тепловой расчет
Принимаю схему подогревателя. Подогреватель с v-образными трубками диаметром dн/dвн (12/9).
Жидкость внутри трубок, греющий пар в межтрубном пространстве корпуса.
По давлению р1 0,5*100000 Па определяем параметры на линии насыщения:
- энтальпия 2645990 Дж/кг;
- температура tн 81,35°С;
- теплоемкость С1 1965,4Дж/кг*К;
- удельный объем v1 3,24м3/кг.
Температуру конденсата греющего пара принимаю:
tк= tн - 4=81,35-4=77,35°С
Количество тепла, отдаваемого 1кг греющего пара в подогревателе:
, Дж/кг
Средняя температура жидкости в подогревателе:
tж=
Физические параметры вязкой жидкости при tж :
- удельная теплоемкость сж 1915,354Дж/кг*К;
- плотность сж 884,5 кг/м3;
- динамическая вязкость µж 0,03934 Па*с;
- теплопроводность лж 0,1272 Вт /м*К;
Повышение температуры вязкой жидкости в подогревателе:
Коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду, принимаю: з = 1,03.
Расход греющего пара:
Среднелогарифмическая разность температур вязкой жидкости и греющего пара в подогревателе:
.
Принимаю:
- число ходов zж=8;
- скорость жидкости в трубах
Число трубок в одном ходе:
Принимается - целое, следовательно 8.
Уточняется скорость жидкости:
Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке трубок принимаю:
= 7800 Вт/м2*К.
Коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки к маслу:
Вт/м2*К
Коэффициент теплопередачи от пара к вязкой жидкости с учетом загрязнения (0,85):
Вт/м2*К
маслоохладитель теплоотдача подогреватель
Поверхность нагрева:
м2
Средняя длина трубки одного хода:
м
Принимаю:
- диаметр патрубков входа и выхода жидкости dпж = 0,1 м;
- диаметр патрубков входа греющего пара dпп = 0,04 м;
- диаметр патрубка слива конденсата dпк = 0,02 м.
Скорость вязкой жидкости в патрубках входа и выхода:
.
Скорость пара в патрубке выхода:
.
Скорость конденсата в сливном патрубке выхода:
где ск - плотность конденсата при tк. приблизительно 977,8 кг/м3
Шаг разбивки трубок по треугольнику принимаю:
S=dн + (5…6)=9+6=15 мм.
Коэффициент заполнения трубной доски принимаю .
Внутренний диаметр корпуса:
,
где N = n1*zж =8*8=64 - общее число труб.
Удельное гидравлическое сопротивление движению жидкости внутри трубок на 1 погонный метр принимаю:
Средняя длина трубки одного хода с учетом толщины трубной доски =30 мм.
.
Средняя длина пути, проходимая вязкой жидкостью в подогревателе:
Полное сопротивление потоку вязкой жидкости в подогревателе с учетом загрязнения:
Па.
2.3 Вывод по расчету подогревателя
Площадь теплообмена в большей степени зависит от принимаемой скорости движения масла в трубках и от принимаемого коэффициента теплоотдачи от пара к стенке трубок.
Наименьшая площадь теплообмена получается при максимально допустимой скорости движения масла в трубках и максимальном коэффициенте теплоотдачи от пара к стенке трубок.
3. Охладитель воды
3.1 Принцип работы охладителя воды
Охлаждение воды в цикле ЭУ обеспечивает надежность работы оборудования и поддержание необходимых параметров ЭУ.
В зависимости от величины температуры подогреваемой воды подогреватели могут быть:
Суммарная поверхность охладителей цилиндров и поршней главных двигателей современных теплоходов достигает 55 м2 и более на 1000кВт.
Ответственные ТА - дублируют.
Теплообменные аппараты могут быть горизонтального и вертикального исполнения. Во всех случаях в них предусматривают выпуск воздуха при заполнении аппарата жидкостью и слив жидкости при осушении.
В ТА с забортной водой применяют трубки из мельхиора, латуни, меди. Выбор материала зависит от принятой скорости морской воды (v=0.9-3,0 м/с).
В ТА, в которых теплоносителем является «пар - конденсат», используют трубки из латуни или из нержавеющей стали.
Обычно в кожухотрубных ТА dн =12-20 мм, д =1-2 мм. При больших размерах возрастают габариты и масса ТА, min dн =10 мм (по соображениям чистки и засоряемости).
В трубных досках трубки закрепляются путем вальцовки, иногда с последующей приваркой.
В ТА, к которым предъявляют особенно жесткие требования по плотности соединений, применяют двойные трубные доски.
Подогреватели и охладители воды выполняют:
· с прямыми трубками;
· с v- образными трубками, развальцованными обоими концами в одной трубной доске.
1-й тип применяют в тех случаях, когда подогреваемая вода содержит растворенные соли, которые при нагреве могут выпадать и осаждаться на внутренних поверхностях трубок. Это требует периодической их очистки во время эксплуатации. Для компенсации температурных деформаций на корпусе предусматривают специальные компенсаторы.
Подогреватели с V-образными трубками применяют только для подогрева воды, практически не содержащей растворенных солей:
- конденсат,
- дистиллят ОУ,
- питательная вода ПГ.
Чтобы обеспечить лучшее омывание трубок охлаждающей водой, в корпусе устанавливают направляющие перегородки. При этом охлаждающая вода движется зигзагообразно.
Особое внимание обращают на плотность прилегания направляющих перегородок к корпусу, чтобы исключить протечки воды через зазор между ними.
3.2 Расчёт охладителя воды
3.2.1 Исходные данные
Количество охлаждаемой воды 3 т/ч
Температура охлаждаемой воды на входе t1 36°С
Температура охлаждаемой воды на выходе t2 22°С
Температура охлаждающей воды на входе tмв 15°С
Количество охлаждающей морской воды 10 т/ч
3.2.2 Тепловой расчёт
Принимаю схему охладителя. Трубчатый ТА с U - образными трубками диаметром: . Внутри трубок охлаждаемая вода, снаружи трубки омываются охлаждающей морской водой. Схема движения сред - комбинация противотока с поперечным обтеканием.
Средняя логарифмическая разность температур:
Повышение температуры охлаждающей воды в охладителе:
Температура охлаждающей воды на выходе из охладителя:
Средняя логарифмическая разность температур охлаждаемой и охлаждающей воды:
Скорость охлаждаемой пресной воды в трубках .
Число ходов охлаждаемой воды принимаю .
Плотность охлаждаемой воды:
Число трубок в охладителе:
Шаг труб при разбивке по треугольнику:
Коэффициент заполнения трубной доски принимаю
Диаметр гнезда трубок или диаметр трубной доски:
Внутренний диаметр корпуса охладителя:
Площадь поперечного сечения корпуса, свободная от трубок:
Число ходов охлаждающей воды в охладителе принимаю
Средняя температура охлаждающей воды в охладителе:
Физические параметры охлаждающей воды при :
- плотность =1021,6 кг/мі;
- коэффициент кинематической вязкости мІ/с;
- коэффициент теплопроводности Вт/м*К.
Скорость охлаждающей воды в корпусе:
м/с.
Критерий Рейнольдса для охлаждающей воды:
Критерий Нуссельта для шахматного расположения труб:
Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубки к охлаждающей морской воде:
Физические параметры охлаждаемой пресной воды при средней температуре:
- теплоёмкость =4175 Дж/кг*К,
- коэффициент кинематической вязкости мІ/с
- коэффициент теплопроводности =0,617 Вт/м*К.
- критерий Прандтля5,42
Критерий Рейнольдса для потока охлаждаемой воды в трубках:
Критерий Нуссельта:
- при развитом турбулентном течении
Коэффициент теплоотдачи от пресной воды к внутренней поверхности трубки:
Коэффициент теплопередачи, отнесённый к наружной поверхности трубок, от пресной воды к морской и с учётом загрязнения 0,9:
где - коэффициент теплопроводности материала трубок, Вт/м*К.
Для меди=350...400 Вт/м*К.
Поверхность охлаждения:
Далее выполняется расчет конструктивных элементов пучка, корпуса и гидравлических сопротивлений.
3.3 Вывод по расчету охладителя воды
Площадь теплообмена в большей степени зависит от скорости движения воды в трубках и от материала труб.
Наименьшая поверхность теплообмена получается при максимально допустимой скорости движения воды в трубках и при применении наиболее теплопроводных материалов для изготовления трубок.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Тепловой и конструктивный расчет отопительного пароводяного подогревателя горизонтального типа и секционного водоводяного теплообменника. Подбор критериальных уравнений для процессов теплообмена. Определение коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 15.12.2010Классификация теплообменных аппаратов по принципу действия (поверхностные и смесительные). Особенности подбора устройства. Схема кожухотрубного теплообменника. Основные удельные показатели, которые характеризуют эффективность теплообменных аппаратов.
презентация [206,5 K], добавлен 28.09.2013Классификация теплообменных аппаратов (ТОА), требования к ним. Выбор схемы движения теплоносителей при расчете устройства, определение их теплофизических свойств. Коэффициент теплоотдачи в ТОА, уточнение температуры стенки и конструктивный расчет.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 17.11.2013Применение теплообменных аппаратов, принцип их действия. Теплообменные аппараты с неподвижными трубными решетками, линзовым компенсатором на кожухе, плавающей головкой и U-образными трубами. Конструктивный и проверочный тепловой расчет аппарата.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 22.08.2015Разделение теплопереноса на теплопроводность, конвекцию и излучение. Суммарный коэффициент теплоотдачи. Определение лучистого теплового потока. Теплопередача через плоскую стенку. Типы теплообменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи.
реферат [951,0 K], добавлен 27.01.2012Классификация теплообменных аппаратов в зависимости от расположения теплообменных труб, перегородок в распределительной камере и задней крышке, продольных перегородок, установленных в межтрубном пространстве. Двухходовой кожухотрубчатый теплообменник.
курсовая работа [194,2 K], добавлен 27.12.2015Классификация теплообменных аппаратов. Конструктивный тепловой расчет. Предварительный выбор теплообменного аппарата по каталогу, действительные температуры теплоносителей. Шестиходовой кожухотрубчатый теплообменник с неподвижными трубными решетками.
курсовая работа [873,5 K], добавлен 11.03.2013Конструктивные признаки теплообменных аппаратов, их виды. Схемы движения теплоносителей. Назначение и схемы включения, конструкция сетевых подогревателей. Тепловой и гидравлический расчёты подогревателя сетевой воды, площадь поверхности нагрева.
курсовая работа [791,2 K], добавлен 12.03.2012Определение назначения регенеративных теплообменных аппаратов как устройств, обеспечивающих нагрев или охлаждения материальных потоков, их преимущества и недостатки. Устройство и преимущества люминесцентных светильников. Энергоемкость галогенных ламп.
реферат [46,7 K], добавлен 27.05.2013Подогреватели сетевой воды вертикальные. Расчет средней температуры воды. Определение теплоемкости воды, теплового потока, получаемого водой. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы. Теплофизические параметры конденсата при средней температуре конденсата.
курсовая работа [507,5 K], добавлен 28.11.2012Классификация электрических аппаратов. Характеристика автоматизированных аппаратов защиты. Способы начисления амортизации основных средств. Схема устройства автоматического выключателя, принцип его работы. Способы начисления амортизации основных средств.
курсовая работа [935,9 K], добавлен 04.09.2012Схема теплообменника. Расчет геометрии пучка трубок; передаваемой теплоты по падению температуры газа; эффективности ребра; коэффициентов теплоотдачи и оребрения трубок. Оценка гидросопротивлений. Проверка эффективности теплообменника перекрестного тока.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 25.12.2014Понятие и устройство, типы теплообменных аппаратов, их назначение и факторы, влияющие на эффективность работы. Виды промышленных теплоносителей, схема движения и разность температур. Газоплотность игольчатых рекуператоров, их тепловые показатели.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 01.06.2016Применение и классификация теплообменных аппаратов. Принцип работы кожухотрубного теплообменного аппарата. Необходимость проведения гидравлического, конструктивного и проверочного тепловых расчетов. Построение температурной диаграммы теплоносителей.
курсовая работа [364,5 K], добавлен 23.11.2012Определение поверхности теплопередачи выпарных аппаратов. Расчёт полезной разности температур по корпусам. Определение толщины тепловой изоляции и расхода охлаждающей воды. Выбор конструкционного материала. Расчёт диаметра барометрического конденсатора.
курсовая работа [545,5 K], добавлен 18.03.2013Проведение исследования схемы движения воды в поверхностях нагрева. Уменьшение гидравлического сопротивления подогревателя через охлаждение греющего пара. Определение теплоотдачи от пара к стенке и от стенки к воде. Тепловой расчет охладителя дренажа.
контрольная работа [262,4 K], добавлен 20.11.2021Определение коэффициента теплоотдачи от внутренней поверхности стенки трубки к охлаждающей воде. Потери давления при прохождении охлаждающей воды через конденсатор. Расчет удаляемой паровоздушной смеси. Гидравлический и тепловой расчет конденсатора.
контрольная работа [491,8 K], добавлен 19.11.2013Теоретическое изучение принципов устройства и методики расчета пластинчатых теплообменных аппаратов. Конструктивные особенности, структура и схемы теплообменников. Теплопередающая пластина, как основной конструктивный элемент пластинчатого аппарата.
методичка [1,6 M], добавлен 17.12.2010Краткая характеристика подогревателя высокого давления ПВД-5 турбины ПT-135/165-130/15. Определение его основных параметров: расхода воды, температуры, теплоперепадов, тепловых нагрузок охладителя пара и конденсата, площадей поверхностей теплообмена.
курсовая работа [187,1 K], добавлен 04.07.2011Расчет параметров трансформатора, двигателя, токов короткого замыкания. Выбор аппаратов защиты и управления, клеммников, распределительного блока, корпуса низковольтного комплектного устройства, комплектующих. Времятоковая характеристика аппаратов защиты.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 23.02.2014
