3.4 Методика выбора теплообменных аппаратов
Теплообменные аппараты различаются:
- конструкцией поверхности теплообмена;
- величиной поверхности теплообмена;
- родом рабочего тела и его параметрами.
Фильтры различаются:
- производительностью;
- качеством очистки;
- конструктивными особенностями.
Выбор теплообменных аппаратов производится, исходя из следующих условий. К таким условиям следует отнести род и физические свойства теплообменивающих тел, массогабаритные характеристики, требования к надежности, технологичность, стоимость. Классификация и конструктивные особенности теплообменных аппаратов, применяемых в СЭУ, рассматриваются в [1]
Основным параметром теплообменного аппарата, при его выборе, служит поверхность теплообмена, определяемая уравнением теплопередачи:
,
где:
тепловая
мощность (поток тепловой энергии,
передаваемый в теплообменном аппарате),
кВт.
Тепловая мощность определяется предприятием, разрабатывающим главный двигатель, обслуживаемый системами рабочих сред, нуждающихся в охлаждении или подогреве:
- смазки;
- охлаждения;
- подачи топлива;
- воздуха.
Как исключение допускается для определения тепловой мощности теплообменного аппарата применение статистических зависимостей, приводимых в технической и учебной литературе.
коэффициент
теплопередачи, кВт/ К
.
Определяется по методикам, составляющим содержание раздела физики “ Теплообмен “.
В решении задач учебного характера могут применяться усредненные значения коэффициентов теплопередачи, содержащиеся в упомянутом выше учебнике.
усредненная
разность температур в теплообменном
аппарате,
Допустимо ее аппроксимировать квадратурной формой:
,
где:
:
и
.-
температуры греющей среды на входе и
выходе из теплообменного аппарата,
град
и
- температуры нагреваемой среды на
входе и выходе из
теплообменного
аппарата, град.
Ряд значений температур являются нормативными, назначаемыми проектантами главных двигателей. Так, например температура масла в системе смазки главных ДВС фирмы MAN
при
входе в двигатель должна составлять
45
С.
Температура пресной воды в системе
открытого охлаждения главного ДВС на
выходе из двигателя принимается равной
80
C..
Температура забортной воды фирмой MAN
принимается равной 32
C.
Остальные неизвестные температуры могут быть найдены по формулам теплового баланса:
,
где:
-
тепловая энергия, передаваемая в
теплообменном аппарате, кДж/с;
-
расход среды,
/c,
теплоемкость
среды, кДж/
Выбор теплообменного аппарата, согласно установленным выше показателям, следует производить из типовых образцов, выпускаемых промышленностью.
Однако найти среди типовых образцов теплообменник соответствующий расчетным требованиям мало вероятно. Отсюда следует принимать теплообменник с ближайшей большей поверхностью теплообмена. Приведение температуры рабочих сред в соответствие с их расчетными значениями осуществляется в автоматическом режиме путем обвода теплообменного аппарата частью расхода жидкости.
Регулирование температур в системах охлаждения и смазки требуется также в связи с изменением тепловыделения в главном двигателе, что вызывается переменой режима его работы, а также изменением внешних условий, в частности изменением температуры забортной воды. На рис 3.8 показана возможная принципиальная схема регулирования температуры рабочей среды путем байпасирования теплообменного аппарата. В этом случае температура рабочей среды на выходе из теплообменного аппарата устанавливается в результате смешивания среды, проходящей теплообменный аппарат со средой байпасного трубопровода с температурой равной температуре среды на входе в теплообменник.
Система автоматического регулирования поддерживает заданную температуру рабочей среды, воздействуя на клапан распределяющей потоки среды между теплообменным аппаратом и байпастным трубопроводом.
В качестве регулируемого параметра следует принимать
температуру рабочей среды за теплообменным аппаратом.
В этом случае температура среды за теплообменным аппаратом будет определяться формулой:
,
где :
расход
среды через теплообменный аппарат,
/с,
температура
среды на выходе из теплообменного
аппарата, град;
расход
среды в байпасном трубопроводе,
/с,
температура
среды за байпасным трубопроводом, равная
температуре на входе в теплообменник,
град;
-
общий расход среды в системе,
/с,
теплоемкость
среды, кДж/
*
. Интересен вариант системы охлаждения судовой ДЭУ с “килевым” охладителем пресной воды в системе охлаждения ДВС. Сравнительные особенности подобной системы излагаются в учебнике [ 2]. В приложении 1 к “Конспекту лекций” выполнено исследование и расчет системы с “килевым” охладителем , а также системы с охлаждением пресной воды непосредственно через борт судна без теплообменников.
Датчик температуры
Рис 3.8. Принципиальная схема регулирования температуры рабочей среды байпасированием теплообменного аппарата.