Расчёт теплообменных аппаратов и их выбор

Расчет сводится к определению поверхности теплообмена при известных параметрах рабочих тел и их расхода.

Расчёт сводится к решению двух уравнений:

- уравнение теплового баланса,

- уравнение теплопередачи.

- уравнение теплового потока греющего рабочего тела и воспринятого нагреваемым рабочим телом.

М₁ и М₂ – массовые расходы.

Уравнение теплового баланса имеет вид:

,

где: Q - количество теплоты, передаваемое при теплообмене;

- объёмный расход;

- плотности среды;

- теплоёмкости сред.

Это уравнение действительно при отсутствии тепловых потерь.

- изменение температуры рабочего тела в процессе теплообмена.

Уравнение теплопередачи:

, м²,

где k– коэффициент теплопередачи ,

- коэффициенты теплопередачи, Вт/м град,

- толщина стенки (трубы), м,

- коэффициент теплопроводности Вт/м² град,

- наружной и внутренний диаметр,м,

F – площадь теплообмена, м²,

- средний температурный нагрев, град.

По величине F по справочнику выбирают подходящий теплообменный аппарат.

Электроэнергетические установки

На судах имеется большое количество потребителей энергии (разных по мощности и току). Это приводы вспомогательных механизмов, систем и устройств, потребители средств навигации и связи, осветительные приборы и т.д.

Все потребители электроэнергии судне делятся по назначению:

1. потребители средств судовождения и связи;

2. механизмы, аппараты и устройства, обслуживающие СЭУ;

3. механизмы судовых устройств;

4. механизмы судовых систем;

5. приборы освещения (лампы);

6. бытовые потребители;

7. специальные потребители (на судах специального назначения).

По характеру и длительности работы все потребители делят:

группа А - потребители с постоянной нагрузкой;

группа Б - потребители работающие периодически;

группа В - потребители работающие эпизодически.

В соответствии с Правилами РРР или РМРС применяется следующие шкалы напряжений: ток переменный 3-х фазный или однофазный, напряжение V = 380 или 220 В; частота тока 50 Гц, на скоростных судах (СПК, СВП) - 400 Гц. Отдельные потребители используют постоянный ток.

Электрооборудование на переменном токе имеет более высокий КПД. Постоянный ток получается при использовании полупроводниковых выпрямителей.

В зависимости от группы потребителей на судах применяется переменный ток с напряжением:

V = 380 В – силовая сеть,

V = 220 B – сеть освещения, бытовые приборы,

V = 24 B – аварийное освещение,

V = 12 B – переносное освещение.

Постоянный ток:

V = 220 В – силовая сеть, освещение, бытовые приборы,

V = 110 В – в сети освещения и в бытовых приборах,

V = 24 В – аварийное освещение, электростартерный запуск двигателей,

V = 12 В – переносное освещение.

Существует два метода определения мощности судовой электростанции:

1. Статистический – выполняется на основе использования формул, полученных на основании статистических данных по построенным судам. Расчет мощности производится для основных режимов эксплуатации судна.

Расчёт мощности в ходовом режиме:

,

где: Р₁ – мощность потребителей, обеспечивающих работу силовой установки

i – номер потребителя; 0,8 – коэффициент одновременности.

- мощность радионавигационного оборудования

- мощность сети освещения

D – водоизмещение, т

η – КПД трансформатора

Z – количество пассажиров, если судно пассажирское

- мощность периодически включаемых потребителей (рулевое устройство, гидрофоры, сепараторы)

- мощность бытовых потребителей

- мощность камбузного оборудования

- мощность эпизодически включаемых потребителей (аварийные насосы, балластные насосы)

2. Табличный метод

Определение мощности для основных режимов эксплуатации судна (ходовой, стояночный, аварийный)

При расчёте необходимо учитывать следующие коэффициенты:

- Коэффициент загрузки потребителя

,

где: P_i – текущее значение номинальной мощности

P_iн – номинальная мощность

К_З = 0,3…0,4 – в ходовом режиме

К_З = 0,6…0,7 – в стояночном режиме

- Коэффициент одновременности работы однородных механизмов

К_о = 0,5

Для потребителей переменного тока необходимо определить активную и реактивную составляющую мощности.

- Коэффициент мощности cosφ – сдвиг тока от напряжения.

- Мощность электродвигателя по каталогу приводится на валу электродвигателя, однако в электродвигателе есть потери, следовательно, потребная мощность будет получена с учетом КПД электродвигателя.

- Следует различать расчетную и установленную мощность. Установленная больше расчётной

После определения потребности в электроэнергии необходимо выбрать дизель генератор или турбогенератор.

Дизель генераторы следует выбирать однотипными.

В ходовом режиме необходимо иметь 100% резерв мощности.

На морских судах необходимо иметь аварийный дизель генератор, который необходим на случай затопления МО или пожара. Размещается аварийный дизель генератор на главной палубе.

Также в качестве источника электроэнергии применяются валогенераторы с приводом от главных двигателей. Частота тока и напряжения зависит от частоты вращения двигателя. Применять валогенераторы можно морских судах, где частота не меняется в течение продолжительного времени.

Неравномерность вращения коленчатого вала – δ:

- для обычных двигателей

- для дизель генератора

При необходимости в качестве источника постоянного тока могут использоваться аккумуляторные батареи.

Емкость АКБ: (А ч),

где - суммарная мощность потребителей

U – напряжение

t - продолжительность работы, час

Требования: снабжение током не менее 6 часов – пассажирские суда класса "М"; не менее 3 часов класса "О" и 3 часа для нефтеналивных.

Таблица нагрузок

Потребители

Ходовой режим

Кол-во однотип. агрегатов n

Расчётн. мощность одного агрегата Р0

Уста-новл. мощность РУ кВт

Коэф. Использ мощности

КПД потр. η

Коф. мощности потреб.

Мощ ность потреб. из сети

Сум. мощ-ть потреб. из сети ΣPni=РН n

Коэф. загр.

Топливные системы, системы вентиляции

Общая потребляемая активная мощность Р_а^’ и реактивная Р_р^’ определяются для каждого режима.

Выбирается коэффициент одновременности К₀

К₀ = 0.6; 0.9; 1.0

Суммарная мощность:

Суммарная реактивная мощность:

Кажущаяся мощность:

Определяем средний cosφ:

После произведённых расчётов:

Если среднее значение, то генератор выбирают по активной мощности

Если то генератор выбирают по кажущейся мощности

Загрузка дизель генератора должна быть не меньше 60%.