Теплообменные аппараты

Теплообменными аппаратами (ТА) принимаются элементы СЭУ, в которых происходит теплообмен между нагретым телом и менее нагретым телом. В общем случае в таких элементах могут происходить процессы нагрева рабочего тела или его охлаждения, испарения или конденсации.

В топливных системах СЭУ, где рабочим телом является мазут ДМ, ДТ для снижения вязкости необходимо осуществить подогрев. Подогрев для температуры, при которой вязкость составляет порядка 4 – 5 ВУ⁰ . Этот элемент называется подогревателем.

В циркуляционных масляных системах главных и вспомогательных двигателях масло во время работы нагревается. Для поддержания нормального температурного режима двигателя масло необходимо охлаждать в маслоохладителях.

В паротурбинных установках для повышения экономичности их работы воду необходимо предварительно нагревать. Подогрев осуществляется преимущественно паром, отбираемым от турбины. Подогрев производится в испарительных установках – испарителях.

В паротурбинных установках используются конденсаторы пара.

Основные требования, предъявляемые к судовым теплообменным аппаратам:

1. Надёжность работы в течение заданного ресурса.

2. Простота обслуживания.

3. Конструкция аппарата должна исключать возможность повреждения аппарата от разности температурных удлинений корпуса, а также от действия ударных нагрузок.

Классификация теплообменных аппаратов

1. По функциональному назначению:

- охладителя

- нагреватели

- испарители

- конденсаторы

2. По изменению агрегатного состояния теплоносителей:

- без фазовых изменений обоих теплоносителей

- с изменением агрегатного состояния обоих теплоносителей

- с изменением агрегатного состояния одного из теплоносителей.

3. По принципу действия:

- поверхностные (регенеративные и рекуперативные)

- регенеративные – теплообменная поверхность попеременно контактирует то с одним, то с другим теплоносителем.

- контактные (смесительные, барботажные). Барботаж – перемешивание одной среды с другой по всему объёму.

4. По роду теплообменивающихся сред:

- жидкость – жидкость;

- пар – жидкость;

- воздух – жидкость;

- газ – жидкость;

- воздух - воздух;

- газ – воздух.

Схема вращающегося регенеративного теплообменника

5. По конструктивному исполнению

- тип поверхности теплопередающего элемента (труба, пластина; труба в трубе)

- конструктивное оформление теплопередающей поверхности (кожухотрубный теплообменник и пластинчатый)

- по способу компенсации температурных деформаций (без компенсации температурных деформаций; со свободным удлинением; с компенсацией упругими элементами)

- по организации движения теплоносителя внутри теплообменного аппарата (прямоток; противоток; перекрёстный ток; смешанный перекрёстный ток).

Из анализа кривых следует два вывода:

1 - при прямотоке конечная температура греющего рабочего тела выше конечной температуры нагреваемого тела.

2 - при противотоке конечная температура нагреваемого тела может быть выше конечной температуры греющего тела.

Следовательно, при одной и той же температуре холодного тела при противотоке его можно нагреть до более высокой температуры, чем при прямотоке, при этом теплообменный аппарат получится компактнее.

Средняя разность температур:

- средне логарифмический температурный напор

где: - большая разность температур между рабочими телами в независимости от схемы движения сред, - меньшая разность температур.

При малых изменениях температур рабочих тел можно полагать, что изменение температур происходит по линейному закону.

Если то - среднеарифметический температурный напор.

Для сложных схем ,

где: ψ – коэффициент, учитывающий схему движения теплоносителей (принимается по справочникам).