- •Судовая энергетика
- •7.07010402 «Эксплуатация судовых энергетических установок»
- •Керчь, 2012
- •1 Основные теоретические сведения
- •1.2 Уравнение теплового баланса для судовой энергетической установки
- •1.3 Тепловой баланс двс
- •1.4 Тепловой баланс судовых котлов
- •1.5 Тепловой баланс теплообменных аппаратов
- •1.6 Тепловые балансы агрегатированного вспомогательного оборудования
- •1.7 Понятие энергетического баланса
- •1.8. Энергетический баланс сэу
- •2 Порядок расчета
- •2.1 Общий порядок расчета
- •2.2 Определение расчетного режима и коэффициентов загрузки оборудования
- •2.3 Расчет и выполнение графической части
- •98309 Г. Керчь, Орджоникидзе, 82.
1.5 Тепловой баланс теплообменных аппаратов
Тепловой баланс, рассматриваемый в данном разделе, относится к теплообменным аппаратам (ТА) и оборудованию применяемых в СЭУ: подогреватели питательной воды котлов, охладители воды, масла, подогреватели топлива, утилизационные котлы и т.п.
Для теплообменных аппаратов, то есть оборудования, не использующего энергию сгорания топлива непосредственно, а получающего располагаемую теплоту в виде теплоносителей с определенной энергией (пар, горячая вода ит.д.) уравнение теплового баланса в общем виде имеет вид:
где:
- энтальпия теплоносителя, на входе в ТА, для УК- энтальпия выхлопных газов ДВС;
- теплота, преобразованная в полезную энергию, для УК – определяется количеством и качеством производимого пара или горячей воды аналогично вспомогательным котлам;
- энтальпия теплоносителя, на выходе из ТА,
для УК - энтальпия продуктов сгорания выходящих из УК;
- потери в окружающую среду от ТА.
На рисунке 3 показана диаграмма теплового баланса основных потоков энергии для теплообменных аппаратов (утилизационного котла).
Все потоки энергии выражены в процентах, причем за 100 % принята энтальпия теплоносителя на входе в ТА - iпод.
iпод=100%
iух
Рисунок 3 – Диаграмма теплового баланса для теплообменных аппаратов: КИТ – коэффициент использования тепла; УК – утилизационные котлы; ТО – теплообменные аппараты в целом
Полезная работа — qпол, определяется количеством и качеством воспринятой энергии (количеством, энтальпией, температурой и давлением произведенного пара, количеством и разностью температур охлажденной воды и т.п.), косвенно характеризуется коэффициентом использования теплоты – ηт. В свою очередь коэффициент использования теплоты определяется по формуле:
ηт= φ•qпол/qпод
где
φ – коэффициент сохранения теплоты, который зависит от потерь в окружающую среду.
К потерям энергии относятся:
q5 — потери тепла в окружающую среду;
iух — энтальпия теплоносителя на выходе из ТА.
Анализируя диаграмму можно сделать вывод- коэффициент использования теплоты, ηт, изменяется в широких пределах.
1.6 Тепловые балансы агрегатированного вспомогательного оборудования
Агрегатированное вспомогательное оборудование СЭУ, в дальнейшем агрегаты, - это дизель- и турбогенераторы, дизель- и турбонасосы, дизелькомпрессоры и т.п. Они состоят из двух единиц оборудования – привода и преобразователя механической энергии, установленных на общей переходной раме или на общем судовом фундаменте и функционально связанных. Приводы бывают двух типов: дизельный и турбинный. Дизельный привод превращает в механическую энергию вращения выходного вала (Ne) химическую энергию сгорания топлива, турбинный - превращает в механическую энергию внутреннюю энергию рабочего тела (пара или масла). Преобразователи механической энергии (генераторы, насосы, компрессоры и т.п.) превращают механическую энергию вращения входного вала в другой вид энергии (электрическую, сжатый воздух, давление перекачиваемой жидкости и т.п.).
Рассмотрим тепловой баланс агрегата на примере дизельгенератора.
Рисунок 4 – Схема основных потоков энергии дизельгенератора:
Ne – мощность дизеля; Рe – мощность генератора электрического тока (генератора)
Тепловой баланс для дизельгенераторов имеет вид:
или
где:
- теплота, выделившаяся при сгорании топлива, кВт;
Вe - расход топлива ВД, кг/час;
- низшая теплота сгорания топлива, кДж/час.
- потери теплоты в ВД, кВт;
-потери теплоты в генераторе, кВт;
Рe – мощность генератора;
где:
- эффективная мощность ВД, кВт;
- КПД генератора.
Для турбогенераторов, работающих на паре, вырабатываемом утилизационными котлами (УК), тепловой баланс имеет вид:
где:
- количество выхлопных газов, выходящих из ДВС или газовой турбины, кг/ч;
- энтальпия выхлопных газов на входе и выходе в УК соответственно, кг/час;
- эффективная мощность турбины, кВт;
- КПД генератора;
- потери теплоты в турбине и УК, кВт;
-потери теплоты в генераторе, кВт.