Главная / Рефераты / Рефераты по теплотехнике
Реферат: Охлаждение, компрессионная машина
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
Пояснительная записка к комплексному курсовому проекту «» Исполнитель Руководитель Минск 2000 ВВЕДЕНИЕ В газотурбинных установках и компрессионных машинах маслоохладители обеспечивают отвод тепла , полученного маслом в подшипниках , редукторных передачах и других элементах . Охлаждение масла производится водой , охлаждаемой в градирнях . В некоторых случаях охлаждение производится проточной водой . Теплообмен между маслом и водой осуществляется в кожухотрубных многоходовых маслоохладителях с кольцевыми или сегментными перегородками между ходами . В этих аппаратах осуществляется веерное или зигзагообразное течение масла с поперечным обтеканием труб , близким по характеру к обтеканию труб в шахматном пучке . Веерное течение масла осуществляется в маслоохладителях с кольцевыми перегородками , а зигзагообразное – с сегментными . Требуемое число ходов со стороны масла обеспечивается изменением количества перегородок , установленных на пучке труб между трубными досками . В результате значительно уменьшается число креплений труб в трубных досках и снижается трудоемкость изготовления аппарата по сравнению с одноходовой конструкцией . Одновременно с этим снижается эффективность теплообмена в результате перетекания масла из входа в ход через технологические зазоры между перегородками и корпусом и через зазоры около труб пучка . Со стороны воды маслоохладители выполняются обычно также многоходовыми за счет изменения числа перегородок в крышках , что позволяет регулировать подогрев воды и ее расход без существенного снижения коэффициентов теплоотдачи со стороны воды .[8] Для охлаждения масла , используемого в подшипниках , редукторных передачах и других элементах компрессорных машин , заводом « Энергомаш « выпускается серия аппаратов типа МА с поверхностью 2;3;5;6;8;16 и 35 м2 . Все охладители имеют вертикальное исполнение и состоят из следующих основных узлов : верхней съемной крышки 1 , трубной системы 2 и корпуса 3 . Вода движется внутри труб и камер , масло – в межтрубном пространстве . Направление движения масла в этих аппаратах создается системой сегментных перегородок или перегородок типа диск-кольцо .[7,стр.32] 1. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ На рис. 1 показана принципиальная схема системы маслоснабжения газоперекачивающего турбокомпрессорного агрегата НЗЛ типа ГТК – 10 , предназначенного для установки на перекачивающих станциях газопроводов . Общая вместимость маслосистемы – 13 м3 . В данном агрегате маслобак совмещен с рамой газотурбокомпрессора . Заливка масла в него осуществляется по специальной линии через фильтр тонкой очистки 1 . Из нижней части ( картера ) бака 2 масло пусковым 4 или главным 6 масляным насосом через систему обратных клапанов 5 подается к охладителю 8 и далее через фильтр 3 по напорным линиям на смазывание и охлаждение подшипников турбины и компрессора . Из подшипников масло вновь сливается в нижнюю часть маслобака 2 . Охлаждение масла в аппарате 8 осуществляется антифризом , не замерзающим при понижении температуры наружного воздуха до –40 0 С . Охлаждение антифриза производится в параллельно включенных аппаратах 10 , имеющих систему воздушного охлаждения . Воздух через эти охладители продувается вентиляторами 11 , приводимыми от электродвигателей . Циркуляция антифриза в системе осуществляется с помощью главного насоса 13 . Насос 14 является резервным . Бачок 12 служит демпфером . В баках 15 и 17 вместимостью по 10 м3 каждый содержатся соответственно антифриз и дистиллят . Насос 16 является вспомогательным и служит для заполнения системы охлаждения антифризом или дистиллятом . В летнее время рабочим телом в системе охлаждения служит дистиллят . В этом случае для обеспечения работоспособности схемы в зимних условиях в ней предусмотрен дополнительный подогреватель 9 . Охлаждение масла в данном агрегате осуществляется , таким образом , по двухконтурной схеме : в аппарате 8 теплота от масла передается антифризу ( дистилляту ) , от которого она в свою очередь отводится воздухом в охладителях 10 . Применение этой двухконтурной схемы охлаждения масла в данном случае продиктовано двумя причинами : отсутствием в месте установки газотурбокомпрессоров необходимого количества охлаждающей воды ; необходимостью обеспечения ее надежной работы при температурах наружного воздуха ниже 0 0 С , так как с целью снижения стоимости сооружения газоперекачивающих станций часть их оборудования располагается на открытых площадках .[7,стр.14] 2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА. Принимаем схему вертикального маслоохладителя с прямыми трубками и перегородками типа диск-кольцо. Внутри трубок течет охлаждающая вода (пресная), в межтрубном пространстве – трансформаторное масло, омывая трубки снаружи. Средняя температура масла в маслоохладителе[9, стр.54]: tм.ср.=0,5*(tм1+tм2), оС (2.1) где tм1-температура масла на входе в маслоохладитель, оС; tм2-температура масла на выходе из маслоохладителя оС; tм.ср =0,5*(60+48)=54оС. Физические свойства при tм.ср.= 54оС: [9, приложение 3] Срmм=1,876 кДж/(кг оС) (м=859,3кг/м3 (м=6,68*10-6 м2 /с Prм=101 Количество тепла, которое необходимо отвести охлаждающей водой от масла[9, стр.54]: Qм=(Gм*(м* Срmм*( tм1-tм2))/3600, кВт/с (2.2) где Gм - номинальный расход масла через аппарат, м3/ч; (м – плотность масла при tм.ср.= 54оС, кг/м3 ; Срmм –удельная теплоемкость масла при tм.ср.= 54оС, кг/м3 ; Qм =(8,4*859,3*1,876*(60-48))/3600=44,3 кВт/с Физические свойства воды при tв=18 оС: [9, приложение2] Срmв=4,185 кДж/кг*оС (в=998,5кг/м3 Температура охлаждающей воды при выходе из маслоохладителя: Qм= Qв Gм*(м* Срmм*( tм1-tм2)= Gв*(в* Срmв*( tв2-tв1) [9, стр.54] (2.3) tв2=tв1+(Qв*3600/ (Срmв* Gв*(в)), оС где tв1-температура воды на входе в маслоохладитель, оС; Qв – тепловой поток, воспринимаемый охлаждающей водой, кВт/с; Gв -номинальный расход воды через аппарат, м3/ч; tв2=18+(44,3*3600/(4,185*22*998,5))=20 оС Средняя температура воды[9, стр.54]: tв.ср.=0,5*( tв1+tв2), оС (2.4) tв.ср.=0,5*(18+20)=19оС Физические параметры воды при tв.ср.= 19 оС: [9, приложение 2] (в=0,9394*10-6 м2 /с Prв=6,5996 (в=0,604 Вт/(м*К) (в=997,45 кг/м3 Среднелогарифмический температурный напор (для противоточной схемы) [7, стр. 104]: (tср=((tм1-tв2)-(tм2-tв1))/(ln((tм1-tв2)/(tм2-tв1)))*((t, оС (2.5) ((t –поправочный коэффициент, учитывающий особенности принятой схемы движения теплоносителей. Для противоточной схемы ((t=1; [7, стр. 104] (tср =((60-20)-(48-18))/(ln((60-20)/(48-18)))=34 оС Определение коэффициента теплопередачи: Среднее значение коэффициента теплопередачи К (Вт/(м2.К) определяется по уравнению (4.29) [7,стр. 108] : К=1/((1/(мпр)+(((dн/dвн(лат)+((dн/dвн(в)), Вт/(м2*К) (2.6) где (м пр-приведенный коэффициент теплоотдачи масла, Вт/(м2*К); (в- коэффициент теплоотдачи воды, Вт/(м2*К); dн –наружный диаметр трубки,м; dвн-внутренний диаметр трубки,м; ( -толщина стенки трубки, м; (лат.- коэффициент теплопроводности латуни, Вт/(м*К); (- коэффициент оребрения ((=2,26) Задаемся температурами стенок со стороны воды и со стороны масла: tст.в.=25 оС tст.м.=40 оС Задаемся скоростями воды и масла: wв=1 м/с wм=0,5 м/с Значение приведенного коэффициента теплоотдачи (м пр [Вт/(м2*К)] от масла в пучке трубок с поперечным или близким к нему характером омывания определяется соотношением [7,стр.109]: (м пр=(м(о, (2.7) где (м-среднее значение коэффициента теплоотдачи, Вт/(м2*К); (о-поправочный коэффициент ((о=0,95-0,98) Для вычисления (м воспользуемся формулой (4.31) [7,стр. 109]: (м=0,354((м /()*Re0,6*Prм0,33*(Prм/Prw)0,18, Вт/( м2*К) (2.8) где (м - коэффициент теплопроводности масла при tм.ср.= 54 оС, Вт/(м*К); Prf –число Прандтля для масла при tм.ср.= 54 оС; Prw - число Прандтля для масла при tст.м.=40 оС; (-расстояние между внешними образующими трубок,м; Reм- критерий Рейнольдса для масла. Он определяется следующим образом: Reм=(wм*(/(м) (2.9) где wм –скорость масла, м/с; (м –вязкость масла tм.ср.= 54оС, м2/с; Reм=(0,5*0,003/6,68*10-6)=224 (м=0,354(0,107/0,003)*2240,5*101,720,33*(101,72/143,56)0,18=673,2 Вт/( м2*К) (м пр=673,2*0,95=639,5 Вт/( м2*К) Определяем режим движения воды в трубках. Критерий Рейнольдса для охлаждающей воды [9,стр.55]: Reв=(wв*dвн/(в) (2.10) где wв –скорость воды,м/с; dвн –внутренний диаметр трубки,м; (в –коэффициент кинематической вязкости, м2 /с; Reв=(1*0,011/(1,006*10-6))=11000 У нас турбулентный режим течения жидкости, т.к. Reв= 11000>5*103. При таком режиме среднее значение (в определяется по формуле[7,стр 114]: (в=0,021*((в/ dвн)* Reв0,8* Prf0,43*( Prf/ Prw)0,25, Вт/( м2*К) (2.11) (в –коэффициент теплопроводности воды при tв.ср.= 19оС; Prf –число Прандтля для воды при tв.ср.= 19 оС; Prw - число Прандтля для воды при tст.в.=25 оС; (в=0,021*(0,58/0,011)* 110000,8* 7,020,43*( 7,02/ 6,32)0,25=4460 Вт/( м2*К) Плотность теплового потока внутри трубок qв[9,стр. 56]: qв=(в*( tст.в.- tв.ср), Вт/м2 (2.12) qв=4460 *( 25- 19)=13380 Вт/м2 к=1/((1/639,5)+(0,0015*2,26*0,014/104,5*0,011)+(2,26*0,014/4460*0,011))= =420 Вт/( м2*К) Поверхность охлаждения маслоохладителя расчитывается [9,стр. 56]: F(=Q/(k*(Tср), м2 (2.13) Q - количество охлаждаемого водой тепла, Вт; (Tср - среднелогарифмический температурный напор, оС; k – коэффициент теплопередачи, Вт/( м2*К); F(=44300/(420*34)=3,1 м2 Удельная плотность теплового потока[7,стр. 108]: q=Q/F(, Вт/( м2*К) (2.14) q=44300/3,1=14290 Вт/( м2*К); С другой стороны это можно выразить следующим образом [9,стр.55]: q=(м*(tм=461*(tм (2.15) Следовательно: (tм=q/(м=14290/640=21,3 оС Из рис.2.1 видно что tст.м.=tм.ср.- (tм=54-21,3=32,7 оС Т.к. q=q1=q1=…=qn, то q=(в*(tв=4460*(tв (tв=q/(в=14290/4460=3,2 оС tст.в.=tв.ср.+(tв=19+3,2=22,2 оС По результатам расчета принимаем температуру стенки со стороны воды tст.в.= 22,2 оС и температуру стенки со стороны масла tст.м.=32,7 оС. Рис.2.1 График изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при противотоке. Теперь пересчитываем площадь поверхности охлаждения относительно найденных температур стенок: Prв(при tст.в.= 22,2 оС)=6,32 (в=0,021*(0,58/0,011)* 110000,8* 7,020,43*( 7,02/6,78)0,25=4263,5 Вт/( м2*К) qв=4263,5 *( 22,2- 19)=13643 Вт/м2 Prм(при tст.м.= 32,7оС)=132,8 (м=0,354(0,107/0,003)*2240,5*101,720,33*(101,72/132,8)0,18=695,3 Вт/( м2*К) (м пр=695,3*0,95=660,5 Вт/( м2*К) q=660,5*(54-32,7)=14069,4 Вт/м2 к=1/((1/660,5)+(0,0015*2,26*0,014/104,5*0,011)+(2,26*0,014/4263,5*0,011))= =412 Вт/( м2*К) F(=44300/412*34=3,16 м2 Поверхность охлаждения с учетом загрязнения[9,стр.56]: F=1,1*F(, м2 (2.16) F=1,1*3,16=3,47 м2 Далее проводим аналогичный расчет для разных скоростей воды и масла, для того, чтобы выбрать оптимальную площадь поверхности охлаждения и оптимальные скорости воды и масла. Варианты расчетных скоростей и результаты вычислений приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1 Зависимость поверхности охлаждения маслоохлодителя от скоростей воды и масла . wв, м/с 0,7 1 1,3 1,5 wм, м/с 0,3 0,5 0,7 0,9 Reв 29806 14903 19374 22354 (в, Вт/( м2*К)7833 4493,3 5549,7 6222,7 qв, Вт/ м2 18799,5 10784 13319,2 14934,4 Reм 11,8 19,7 27,6 35,5 (м, Вт/( м2*К)321,5 412 492 557,8 qм, Вт/ м2 7779,4 9969,8 11904 13498 к, Вт/( м2*К) 308,6 384,6 456,6 507,6 F(, м2 9,24 7,4 6,3 5,6 F, м2 8,4 6,7 5,7 5,1 Выбираем вариант с площадью поверхности охлаждения F=3,47м2 и скоростями воды и масла wв=1 м/с и wм=0,5м/с. 3. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ. 3.1 Определение количества трубок и способа их размещения. Конструктивный расчет кожухотрубных теплообменников состоит в определении количества трубок и способа их размещения, нахождении внутреннего диаметра корпуса и числа ходов в трубном и межтрубном пространстве. В основу расчета положены исходные и результаты теплового расчета, приведенные выше. Общая длина трубы в расчете на одноходовой пучок, м[6,стр.26]: L=900*F(*dвн*wв*(в/Gв (3.1.1) F(- поверхность теплообмена, м2; dвн – внутренний диаметр трубы,м; wв – скорость теплоносителя (в нашем случае это скорость воды, т.к. она течет внутри трубок), м/с; (в – плотность воды, кг/ м3; Gв – часовой расход воды, кг/ч; L=900*3,16*0,014*1*997,45/10008=9,3м Рабочая длина трубы в одном ходу,м: L’=L/Zв, м L – общая длина трубы,м; Zв – число ходов по воде; (3.1.2) [6,стр26] Определяем число ходов по воде. Для этого рассчитаем несколько вариантов и выберем оптимальный. Zв=2 L’=9,3/2=4,65 м Zв=4 L’=9,3/4=2,325 м Zв=6 L’=9,3/6=1,55 м Выбираем Zв=4 и L’=2,325 м. Число трубок одного хода в трубном пространстве, шт.: No=(4*Gв)/(3600*(*dвн2*(в*wв ) (3.1.3) [6,стр27] Gв – массовый расход воды в трубном пространстве, кг/ч; dвн – внутренний диаметр трубок, м; (в – плотность воды, кг/м3; wв – скорость воды,м/с; No=(4*10008)/(3600*3,14* (0,014)2*997,45*1)=18 шт Общее количество трубок, шт; N=No*Zв,шт (3.1.4) [6,стр27] No - число труб одного хода в трубном пространстве, шт; Zв – число ходов воды в трубном пространстве; N=18*4=72 Шаг труб в пучке t (расстояние между центрами трубок) принимают из условий прочности: t=(...
ВНИМАНИЕ!
Текст просматриваемого вами реферата (доклада, курсовой) урезан на треть (33%)!
Чтобы просматривать этот и другие рефераты полностью, авторизуйтесь на сайте:
|
|
|
Добавлено: 2010.10.21
Просмотров: 1656
|
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
При использовании материалов сайта, активная ссылка на AREA7.RU обязательная! |