I. Цель работы.

Закрепление теоретических знаний по предмету СВМ по разделу "Теплообменные аппараты". Изучение конструкции наиболее распространенных теплообменных аппаратов.

II. База для выполнения работы.

1. Водоопреснительная установка "Атлас".

2. Теплообменные аппараты в разрезе змеевикового и трубчатого типа.

3. Плакаты, чертежи, справочники.

4. Инструкции и описание.

111. Методические рекомендации.

Практическая работа выполняется в кабинете СВМ в следующем порядке:

1. Повторить теоретический материал:

а) передача тепла – излучение, конвенция, теплопроводность;

б) передача тепла через стенку;

в) типы теплообменных аппаратов по типу поверхностей (трубчатые, пластинчатые, змеевиковые).

г) способы увеличения эффективности теплопередачи.

2. Изучить правила техники безопасности при выполнении работы.

3. Подготовить вспомогательные средства для выполнения работы:

а) планшет, листы бумаги, карандаши, резинку.

б) инструмент для разборки и сборки оборудования в учебных целях (гаечные ключи, отвертки).

4. Произвести деление учебной группы. Выполнение работы рекомендуется проводить звеньями по 3-5 человек.

5. Изучить имеющиеся в кабинете СВМ теплообменные аппараты

6. Составить эскизы деталей и узлов аппаратов в соответствии с указанием преподавателя.

7. Выполнить описание изучаемых аппаратов.

8. Ответить на контрольные вопросы.

IV. Техника безопасности при выполнении работы.

1. Для выполнения практической работы следует быть в соответствующей рабочей одежде.

2. Отключить неиспользуемое в данной работе электрооборудование.

3. Используемый рабочий инструмент должен быть до начала работы осмотрен преподавателем, руководящим работой, при этом следует убедиться в его соответствии правилам техники безопасности.

4. При разборке узлов, снятые детали укладываются на отведенные места, исключающие их падение и закрытие подхода к рабочему месту.

V. Порядок выполнения работы.

Для выполнения практической работы получить разрешение руководителя, после чего выполнять ее в приведенной последова­тельности:

1. Выполнить внешний осмотр имеющихся в лаборатории теплообменных аппаратов

2. По внешним признакам определить тип и назначение аппарата. Определить путь движения охлаждаемой и охлаждающей сред (нагреваемой или нагревающей).

3. Определить материал, из которого изготовлены детали теплообменников.

4. Выполнить эскизы деталей аппаратов в соответствии с указанием руководителя.

5. Составить описание теплообменных аппаратов, используя следующую схему:

а) тип и назначение теплообменников;

б) спецификация элементов теплообменников;

в) материалы, из которых изготовлены детали.

VI. Контрольные вопросы для проверки знаний.

1. Какие существуют способы передачи тепла от нагретого тела к

холодильнику.

2. Как передается тепло через стенку.

3. Какие существуют способы понижения эффективности теплообменников.

4. Как крепятся трубки в трубных досках.

5. Как компенсируются тепловые напряжения в теплообменных аппаратах.

Приложение к практической работе №7

СУДОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ И УСТАНОВКИ

Общие сведения о теплообменных аппаратах энергетических установок судов.

Теплообменный аппарат (ТА) представляет собой устройство, предназначенное для нагревания или охлаждения теплоносителя (воды, воздуха, топлива, масла и др.) с изменением и без изменения его агрегатного состояния. Нагревание одного теплоносителя происхо­дит за счет охлаждения другого. Исключение составляют теплообмен­ники (реакторы и электронагреватели), в которых теплота выделяется в самом аппарате и идет на нагрев теплоносителя.

Аппараты, в которых между теплоносителями происходит массообмен, называют массообменными аппаратами. Аппараты, в которых одновременно протекают тепло- и массообмены, называют тепло-массообменными.

К наиболее распространенным процессам, происходящим в судо­вых ТА, относят нагревание, охлаждение, конденсацию, выпаривание, дистилляцию и т. д.

Теплообменные аппараты классифицируют по следующим при­знакам:

-по организации рабочего процесса - на поверхностные или смешивающего типа. В поверхностных ТА среды обмениваются теплотой через разделяющую их стенку, а в смешивающих - путем непосредственного контакта теплоносителей. Поверхностные аппараты делятся на рекуперативные и регенеративные. В рекуперативных ап­паратах теплоотдача осуществляется при непрерывном и одновремен­ном движении теплоносителей. В регенеративных аппаратах теплота передается при поочередном омывании горячим и холодным теплоно­сителями теплоаккумулирующей поверхности;

-по виду теплоносителя - на жидкостные, когда теплообмен происходит между жидкостями, газовые, когда теплота передает­ся от горячего газа к холодному, и газожидкостные - теплота пере­дается от жидкости к газу или наоборот;

-по организации движения сред - с прямоточным дви­жением горячего и холодного теплоносителей в ТА, с перекрестным током и противотоком рабочих сред, а также на одно-, двух и много­ходовые ТА (рис. 16.1);

-по конструкции - в зависимости от типа теплопередающей поверхности. В ТА рекуперативного типа в качестве теплопередающей поверхности используют круглые и оребренные трубы, плоские кана­лы и профильные пластины;

Теплообменные аппараты, используемые на судах, в зависимости от. их назначения делятся на подогреватели и охладители, конденсаторы и испарители. Подогреватели и охладители служат для повышения или понижения температуры рабочих сред судовых установок. Так, например, для уменьшения вязкости тяжелое моторное топливо подогревают перед подачей его к ДВС. В жилых и бытовых помещениях судна подогревают также мытьевую воду и воздух. Охлаждают смазочное масло для двигателей или других машин, воздух в процессе сжатия, пресную воду для охлаждения главного двигателя, воздух для помещений, когда судно находится в теплых климатических зонах.

В качестве теплоносителя чаще всего используется водяной пар относительно низкого давления, а в качестве охлаждающей среды — морская вода. Для подогревания (или охлаждения) служат в основном трубчатые теплообменные аппараты. Одна рабочая среда протекает по трубам, а другая — с внешней стороны труб, внутри корпуса. Схема охладителя изображена на рисунке ниже. Горячее масло течет по трубам, расположенным по двум стенкам в корпусе, имеющем форму листового цилиндра. За трубами идет охлаждающая вода. Для повышения эффективности взаимодействия всех рабочих тел поток пропускается волнообразно.

Принцип действия маслоохладителя.

1 — корпус; 2 — трубы холодильнике; 3 — выход масла; 4 — выход охлаждающей воды; 5 — вход масла; 6 — вход охлаждающей воды.

Аналогично выглядит и схема подогревателя. В последнее время все чаще используют пластинчатые воздухоподогреватели и охладители. Они обладают гораздо лучшими теплообменными свойствами.

В конденсаторах осуществляется переход рабочего тела из газообразного в жидкое агрегатное состояние. На судах конденсаторы используют для конденсации водяного пара в случае получения воды при замкнутом паровом цикле. Способ действия трубчатого парового конденсатора поясняется на следующем рисунке. В металлическом корпусе размещены трубы, через которые течет забортная вода по двойному циркуляционному контуру.

Принцип действия конденсатора.

1 — трубки; 2 — корпус; 3 — воздух; 4 — конденсационная вода; 5 — охлаждающая вода; 6 — отработавший пар.

Отработавший пар, имеющий обычно низкое давление (около 0,005 МПа), выходит из паровой турбины через большое выходное отверстие, расположенное, например, на паровыпускном патрубке, и устремляется к конденсатору. Точка конденсации составляет 32,55°С. При этой температуре теплота конденсации забирается более холодной забортной водой. Конденсат на дальнейшем пути может быть охлажден в конденсаторе. В современных конденсаторах переохлаждение конденсата не должно превышать 0,5— 1,0°С, так как оно влечет за собой потери теплоты во всем тепловом контуре, т. е. и в паротурбинной установке. Имеющийся в конденсаторе воздух непрерывно отводится. Применяемые в современных судовых энергетических установках с паровой турбиной конденсаторы имеют гораздо более сложную конструкцию, чем показанная на рисунке, но принцип действия одинаков.

Пресная вода особенно ценится на океанском судне, так как запас пресной воды в специальных цистернах ограничен. Пресная вода используется как для бытовых, так и для технических целей. Кроме того, необходимо компенсировать циркулирующую в паровом цикле пресную воду, часть которой во время работы теряется из-за недостаточной герметичности клапанов, турбин, вентиляторов и т. д.

Для этой цели на судах применяют испарители. Они служат как для получения пресной воды из морской путем частичного испарения, так и для очистки пресной воды из цистерн методом дистилляции. При получении пресной воды из морской последняя нагревается до такой степени, что она частично испаряется. Полученный таким образом вторичный пар подводится к конденсатору, в котором и получают готовый продукт. Остаточная морская вода (рассол) с большим содержанием соли выбрасывается за борт.

На судах с паровым двигателем в качестве теплоносителя в испарителях чаще всего используется водяной пар. В дизельных энергетических установках для повышения КПД применяют вакуумные испарители, обогреваемые отработавшей водой из контура охлаждения главного двигателя. Эту воду в любом случае необходимо охлаждать перед очередной ее подачей в охлаждающие полости главного двигателя. Вода отдает свое тепло испарителям, нагревая при этом морскую воду до 40—45°С. Подогретая таким образом вода в камере, где давление достигает 0,007—0,008 МПа, начинает частично испаряться, образуя вторичный пар. В результате конденсации вторичного пара в конденсаторе, составляющем вместе с испарителем-генератором блок-секцию, получают конденсат пресной воды, т. е. дистиллят.

. Особенности судовых пластинчатых теплообменников

В судовых системах применяются, в основном, кожухотрубные и пла­стинчатые теплообменные аппараты. Одним из наиболее «слабых» мест в системах отопления с судовыми кожухотрубными паровыми подогревате­лями является их надежность (частый выход из строя трубной системы подогревателя). Ситуация усугубляется тем, что ремонт подогревателя, осо­бенно связанный с заменой трубной системы, является трудоемким процес­сом. Кроме того, солевые отложения в трубной системе приводят к резкому снижению теплопроизводительности теплообменника.

Применение пластинчатых теплообменников вместо кожухотрубных решает проблему лишь частично, при условии улучшения водоподготовки. Следует повседневно следить за состоянием системы отопления, немедленно устраняя дефекты и отказы. При этом особое внимание нужно уделять путе­вым соединениям и теплообменным аппаратам системы парового отопления.

Необходимо обеспечивать хорошее состояние изоляции труб, особен­но в местах их соприкосновения с деревянной обшивкой. Отопительные приборы необходимо содержать чистыми во избежание неприятных запа­хов. Запрещается сушка рукавиц, вахтенного обмундирования и другой одежды на теплообменниках. Редукционные и предохранительные клапаны должны быть отрегулированы на заданное давление. Приборы парового и электрического отопления должны быть закрыты исправными металли­ческими кожухами.

Классификация теплообменных аппаратов. Теплообменные аппара­ты (ТА) используют для передачи теплоты от теплоотдающей среды к тепловоспринимающей. По назначению судовые ТА подразделяют на энергети­ческие, вспомогательные и бытовые.

Энергетические ТА применяют в СЭУ для охлаждения воды, масла и наддувочного воздуха дизелей, конденсации пара и подогрева питательной воды в конденсатно-питательных системах, а также для подогрева топлива перед форсунками дизелей и паровых котлов.

Вспомогательные ТА используют для подогрева или охлаждения рабо­чей среды в судовых системах и вспомогательных установках - системах гидропривода судовых устройств, водоопреснительных установках, установ­ках очистки нефтесодержащих вод и др.

Бытовые ТА применяют в системах кондиционирования воздуха, ото­пления жилых и служебных помещений, санитарно-бытовых системах.

По принципу работы ТА делят на три вида:

- рекуперативные ТА (относятся все судовые аппараты за исключением деаэраторов), в которых при одновременном протекании рабочих сред теп­лота передается через разделяющую эти среды поверхность (рис. 2.43 а);

-регенеративные ТА, в которых процесс передачи теплоты от теплоотдающей среды к тепловоспринимающей разделяется по времени на два пе­риода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки (на морских судах практически не применяют);

- смесительные ТА, в которых теплообмен происходит при непосред­ственном соприкосновении рабочих сред (к ним относятся судовые деаэра­торы).

Конструкция пластинчатого теплообменника фирмы «Альфа Лаваль» серии М, Т, ТБ содержит набор гофрированных пластин, изготовленных из коррозионно-стойкого материала с каналами для двух жидкостей, участ­вующих в процессе теплообмена. Пакет пластин размещен между опорной и прижимной плитой и закреплен стяжными болтами. Каждая пластина снабжена прокладкой из термостойкой резины, уплотняющей соединение и направляющей различные потоки жидкости в соответствующие каналы (см. рис. 2.43 б). Необходимое число пластин, их профиль и размер опреде­ляются в соответствии с расходами сред и их физико-химическими свойст­вами, температурной программой и допустимой потерей напора по горячей и холодной стороне. Гофрированная поверхность пластин обеспечивает вы­сокую степень турбулентности потоков и жесткость конструкции тепло­обменника. Размещение патрубков для ввода и отвода сред возможно как на опорной, так и на прижимной плите. Пластины и прокладки изготавливают из материалов, стойких к обрабатываемой среде.

Рис. 2.43. Схема разобранного пластинчатого теплообменника (а); форма теплопередающей поверхности рабочих пластин и каналов (б); форма переходных каналов между пластинами (в)

Материал рамы - сталь, покрытие - эпоксидная эмаль. Материал патруб­ков и пластин нержавеющая сталь АІБІ 316, титан. Материал прокладок -резина (нитрил - сополимер акрилонитрила и бутадиена), который «работа­ет» в диапазоне температур от -10 до 115 °С.

Средний срок службы уплотнений в зависимости от условий эксплуата­ции, цикличности нагрузок, сочетания максимальных параметров (температу-