1.Расчет подогревателя топлива

1.1 Исходные данные

Количество подогреваемой вязкой жидкости: Gж =5000 кг/ч

Температура вязкой жидкости на входе в подогреватель: t_ж1=20^оС

Давление греющего пара: p₁=11 10⁵ Па

Температура вязкой жидкости на выходе из подогревателя: t_ж2 =90 ^оС

Марка жидкости: мазут топочный 40

1.2 Описание объекта

Для паровых котлов судовых энергетических установок в качестве топлива применяют мазуты различных марок. Для правильного распыливания и сжигания жидкого топлива в форсунках котлов необходимо, чтобы его вязкость была достаточно мала, что может быть получено только в результате нагрева мазутов в поверхностных теплообменных аппаратов до определенной температуры. Греющая среда, как правило – водяной пар. Высокие температуры греющего пара, приводящие к значительным термическим напряжениям в материалах, требования по исключению попадания топлива в греющий пар, возможность коксования топлива и в связи с этим затруднительная очистка поверхностей нагрева определили следующие судовые конструкции кожухотрубных подогревателей топлива:

Секционные, с U-образными трубками, с прямыми трубками, закрепленными в неподвижных трубных досках, с прямыми трубками и плавающей трубной доской, змеевиковые. Из перечисленных конструкций наиболее широко применяются секционные подогреватели топлива и с U-образными трубками, для производительности по топливу более 1000 кГ/час. Конструкция подогревателей топлива с U-образными трубками по сравнению с другими конструкциями имеет значительные преимущества. Отсутствуют вторая трубная доска и вторая крышка, что уменьшает вес и габариты подогревателя, а так же трудоемкость изготовления. Вдвое уменьшается количество вальцовочных соединений трубок с трубной доской, в результате чего увеличивается надежность работы подогревателя (нарушение плотности вальцовки трубок в трубных досках – наиболее распространенных дефект при эксплуатации). U-образные трубки свободно удлиняются под действием температуры, в связи с чем вальцовочные соединения разгружаются от температурных напряжений. Недостаток подогревателей топлива с U-образными трубками являются невозможность очистки внутренней поверхности трубки механическим путем, а так же трудность замены вышедшей из строя трубки.

Схема подогревателя с U-образными трубками представлена в приложении 1.

1.3 Методика теплового и гидравлического расчетов

Одним из основных вопросов при проектировании подогревателей вязких жидкостей является определение α_в от внутренней поверхности трубки к жидкости.

Для определения α_в приводятся различные формулы. По результатам обработки опытных данных, полученных при испытаниях флотских мазутов марок 12, 20 и топочного 40, составлено критериальное уравнение для мазутов:

Для ; .

Критерий Нуссельта характеризует интенсивность теплообмена;

- коэффициент теплопроводности жидкости

Критерий Пекле характеризует подобие тепловых потоков.

- температуропроводность

- коэффициент кинематической вязкости.

После преобразования уравнения получают расчётную зависимость для мазутов:

где -

С – теплоёмкость

- коэффициент динамической вязкости

- весовая скорость ; ;

- внутренний диаметр трубки, м

- число трубок в одном ходе;

- гидравлический (эвивалентный) диаметр, м; ; 4f – площадь сечения

Аналогично составлено критериальное уравнение для масел по результатам испытаний турбинных масел УТ и Т.

и

После преобразования уравнения получают расчётную зависимость для масел:

Все физические параметры вязкой жидкости определяют при средней температуре. Желательно, входящие в формулы величины определять опытным путём. На практике допустимы приближённые формулы.

Коэффициент теплопередачи определяют по зависимости:

Для вязких жидкостей величинами и можно пренебречь, так как их абсолютные значения малы по сравнению с , т.е. принять .

Расчёт подогревателя для вязкой жидкости ведут для каждого отдельного хода (при этом - мала и средние можно определить точнее).

Затем находят среднее значение для всего подогревателя:

где z –число ходов; - среднелогарифмическая разность температур.

Критерием правильности расчёта подогревателя может быть комплекс

,

где - средняя разность температур для каждого хода;

- на выходе данного входа; - на входе данного входа;

- разность температур двух сред в начале потока жидкости в рассматриваемом ходе; – в конце.

Отклонение этого критерия для каждого хода от средней арифметической величины всех значений для данного подогревателя должно находятся в пределах .

[м²].