Практическая работа № 9
Тема: Расчет теплообменников компрессоров
Цели работы:
формирование умения производить расчет потребного количества охлаждающей воды и необходимой площади теплообмена холодильников
Общие сведения
В компрессорах производится сжатие газов, а следовательно их нагрев. Температура нагрева определяется степенью сжатия и может достигать довольно больших значений, в некоторых случаях до 200 С0. Следовательно, для обеспечения нормального температурного режима работы компрессора необходимо иметь хорошую систему охлаждения. Охлаждаемыми элементами в поршневых компрессорах (а именно они имеют наиболее сложную систему охлаждения), являются компрессорные цилиндры, газ, идущий в межступенчатый теплообменник, после каждой ступени сжатия, силовые цилиндры, если это газомотокомпрессор и сама охлаждающая жидкость. Как правило, в качестве охлаждающей жидкости используется вода, в небольших по мощности компрессорах может быть воздух.
В данной практической работе предлагается провести расчеты по определению необходимого количества воды для охлаждения стенок компрессорных цилиндров и газа в межступенчатых теплообменниках, а также необходимой площади теплообмена в теплообменниках. В решении этой задачи необходимо использовать исходные данные и результаты расчетов предыдущей практической работы.
Количество охлаждаемой воды зависит от тепла, выделяемого при работе компрессора. В частности процесс сжатия газов производится по политропическому циклу и тепло, которое необходимо отвести от поверхности определяется по формуле:
где
- теплоемкость газа (воздуха)
= 1,4 – показатель адиабаты;
= 1,25 – показатель политропы;
Т1 и Т2 – конечная и начальная температура сжимаемого газа
Кроме того, необходимо отводить тепло в промежуточных холодильниках после каждой ступени сжатия. Для одного килограмма воздуха оно определяется:
Полное количество теплоты, отводимое от цилиндров и холодильников компрессора:
,
где
- число ступеней.
Определив тепловую нагрузку на теплообменник, определяется необходимый расход охлаждающей воды:
где
- 4190 Дж/кг*0С – удельная теплоемкость
воды;
и
- начальная и конечная температура
охлаждающей воды.
Как правило, для наиболее интенсивного охлаждения необходимо выбирать противоточную схему. Задавшись конечной температурой воды, определяется средний температурный напор:
Необходимая площадь поверхности охлаждения при противотоке:
где - коэффициент теплопередачи для теплообменников он равен 170...330.
Задание
Произвести расчет потребного количества охлаждающей воды и необходимой площади теплообмена холодильников компрессора, исходя из данных предыдущей работы.
Пример решения задачи
Основные исходные данные берутся из условий и результатов решения предыдущей задачи, в частности:
Qm = 0,35 кг/с - массовая производительность компрессора
z = 4 - число ступеней сжатия
Т1= 298 К - начальная температура сжимаемого газа
t = 3,03 - степень сжатия компрессора
Так как для выполнения практической работы необходимо использовать исходные данные и результаты решения предыдущей задачи, то дополнительные исходные данные одинаковы для всех вариантов:
Cvт = 0,72 кДж/кг*0C - удельная массовая теплоемкость воздуха при постоянном объеме;
Срт = 1,004 кДж/кг*0C - удельная массовая теплоемкость воздуха при постоянном давлении
СВ = 4190 кДж/кг*0C - удельная теплоемкость охлаждающей воды.
Конечная температура сжатия в цилиндре:
Количество тепла, отводимое от цилиндров компрессора при сжатии одного килограмма воздуха:
Количество теплоты, отводимой в промежуточном холодильнике:
Полное количество теплоты, отводимой в компрессоре:
Выбрав противоточную систему теплообмена
и приняв конечную температуру охлаждающей
воды равную 45 0С, а начальную 20 ОС,
определяют расход воды охлаждения
одного килограмма сжимаемого воздуха:
Средний температурный напор:
Общая поверхность охлаждения теплообменника при коэффициенте теплопередачи равном К = 285 Вт/м*0С:
По заданию преподавателя изобразить принципиальную схему теплообменника, одного из следующих типов;
- кожухотрубный жесткого типа;
- кожухотрубный с плавающей головкой;
- с U - образными трубками;
- "труба в трубе".
Рисунок 9.1 Схема теплообменника типа "труба в трубе"
Контрольные вопросы
1. Перечислите все факторы, повышающие температуру узлов и деталей?
2. От чего зависит температура нагрева газа в цилиндре?
3. Как производится охлаждение цилиндров компрессора?
4. Что такое теплоемкость?
5. От чего зависит площадь теплообмена?
6. Перечислите узлы системы охлаждения поршневого компрессора?
7. Как производится охлаждение охлаждающей воды?
8. Какое количество холодильников в 4-х ступенчатом компрессоре?