Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз)

Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз)

 

 

Кафедра океанотехники и энергетических установок

 

 

А.М. Воронин

 

 

Теплообменное оборудование.

Таблица 1

Число ходов	Перегородки в распределительных камерах ТОА
2
4
6
8

Число ходов по теплоносителю в трубках более четырёх в ТОА встречается редко.

В таблице 2 приведены возможные схемы компоновки трубок в ТОА.

Таблица 2

Компоновка	Схема	Характеристика
Треугольная		Число труб где S 1 = S 2 = S =(1,2…1,4) d aN – порядковый номер шестиугольника, считая от ценра
По концентрическим окружностям		S1=S2=S
Шахматная		S 1 =(1,3…1,8) d При вальцовке S 2 (1,25…1,) d Присварке
Коридорная		S1=S2 и S1 S2

Чаще всего применяется компоновка по равностороннему треугольнику, как наиболее компактная. S ₁ – шаг разбивки.

Нормалью «Аппараты теплообменные кожухотрубные с прямыми трубками судовые» (ОН9-487-64) предусмотрены следующие типоразмеры трубок ТОА (внешний диаметр´толщина стенки трубки): 10´1 мм; 16´1 мм; 10´1,2 мм. Трубки 10´1 мм выбраны из условий получения компактной поверхности теплообмена и являются минимально допустимыми с точки зрения загрязнения их внутренней поверхности. Трубки 16´1 мм приняты для случаев, когда имеются опасения интенсивного отложения загрязнений внутри трубок, а так же при установке ТОА в схемах с самопротоком охлаждающей воды. Трубки 10´1,2 мм применяются при давлении теплоносителей более 25 кг/см².

Основные способы закрепления концов труб в отверстиях трубных решёток:

1) Вальцовка – соединение, образующееся в результате деформации трубки в радиальном направлении под действием силы, создаваемой специальным вальцовочным инструментом. На рис. 4 показано соединение вальцовкой при использовании двух кольцевых расширительных канавок в отверстии трубной решётки.

Рис. 4

2) Приварка.

3) Вальцовка с последующей приваркой.

Площадь трубной решетки одноходового по трубам рекуперативного ТОА, необходимая для размещения труб при треугольной разбивке, определяется по формуле:

,

где S ₁ – шаг разбивки, n – количество трубок в ТОА.

В многоходовых ТОА площадь трубной решетки больше вследствие ус­тановки перегородок в распределительных камерах и наличия мест, где трубы не установлены по технологическим условиям. Это учитывается коэффициентом заполнения труб­ной решетки . Чем больше ходов в аппарате, тем меньше значение . В ТОА с -образными трубами принимается .

внутренний диаметр кожуха многоходового аппарата:

.

Толщина трубной решетки рассчитывается, но при вальцовке труб должна быть , мм, для стальной трубы и , мм, для медной.

При иных способах закрепления труб из других материалов минимальная толщина трубной решетки должна быть равна диаметру труб с учетом допуска на коррозию.

При выборе материалов, из которых изготавливаются элементы ТОА, определяющим является обеспечение надёжности и долговечности в эксплуатации в судовых условиях при минимальных весо-габаритных показателях. Первостепенную роль здесь играют параметры теплоносителей. Детали, омываемые морской водой, следует выбирать из стойких в коррозионном отношении материалов, к которым относятся цветные металлы и их сплавы (трубки и трубные доски чаще всего изготавливают из латуни, крышки – из бронзы). Детали, соприкасающиеся с менее агрессивными средами, можно изготавливать из легированных или углеродистых сталей.

Материал трубных решеток и труб выбирают одновременно сточки зрения стойкости к контактной электрохимической коррозии.

 

При выборе тракта теплоносителей следует учитывать:

1. Необходимость интенсификации теплообмена. Теплопередача в основном определяется коэффициентом теплоотдачи теплоносителя с худшими теплопередающими свойствами. Поэтому теплоноситель с хорошими теплопередающими свойствами (например, воду) следует направить по трубкам, а теплоноситель с плохими теплопередающими свойствами (например, масло) следует направить поперечным потоком в межтрубное пространство, так как теплообмен при этом интенсивнее.

2. Давления теплоносителей.

Целесообразно теплоноситель под большим давлением направить по трубкам, чтобы не делать толстостенный кожух.

3. Загрязнённость теплоносителей.

По трубкам целесообразно направить более загрязнённый теплоноситель, так как чистить трубки значительно легче, чем межтрубное пространство.

 

Скорость u движения теплоносителя оказывает существенное влияние на теплоотдачу, потери давления, загрязняемость и вибрацию труб. При увеличении скорости происходит интенсификация теплоотдачи - за счет лучшего перемешивания теплоносителя, т.е. за счет более быстрой смены частиц теплоносителя у стенки, через которую идет теплообмен. Однако следует иметь в виду, что увеличение скорости приводит к увеличению гидравлических потерь и вибрации трубок. Ориентировочные значения скорости тепло­носителей, рекомендуемые на основании опыта эксплуатации судовых рекуперативных ТОА представлены в таблице 3.

Таблица 3

Среда	Условия движения	u, м/с
Маловязкая жидкость (вода. бензин, керосин)	Нагнетательная линия	1…3
	Всасывающая линия	0,8…1,2
Вязкая жидкость (легкие и тяжелые масла, растворы солей и т.п.)	Нагнетательная линия	0,5…1,0
	Всасывающая линия	0,2…0,8
Маловязкая и вязкая жидкости	Самотек	0,1…0,5

 

В процессе работы в ТОА возникают термические напряжения, обусловленные различными удлинениями трубок и корпуса ТОА под действием различных температур или вследствие неодинаковых коэффициентов удлинений. Если возникающие термические напряжения невелики, то они компенсируются упругими деформациями, но если эти напряжения превышают предел прочности трубок, то их нужно каким-либо образом компенсировать.

В зависимости от способа компенсации температурных удлинений выделяют:

1) ТОА жёсткой конструкции – без компенсации температурных удлинений, такой аппарат изображён на рис. 2. Расчётами и опытом эксплуатации подтверждается применимость аппаратов жёсткой конструкции при разности теплоносителей до 50 ⁰С.

2) ТОА полужёсткой конструкции – с компенсацией упругим элементом, например линзовым (рис. 5, а) или сильфонным компенсатором на корпусе.

3) ТОА нежёсткой конструкции – с компенсацией в результате свободных удлинений. К этому типу относятся ТОА с U-образными трубками (рис. 5, б) – их недостаток в том, что очистка таких трубок затруднительна; а так же ТОА с плавающей головкой (рис. 5, в) и ТОА с трубками Фильда (рис. 5, г).

     а)                     б)           в)                     г)

Рис. 5

3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЖИДКИХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

 

Выбор теплоносителей определяется назначением ТОА, условиями его эксплуатации, а также теплофизическими свойствами теплоносителей, их дос­тупностью, стабильностью в процессе длительной эксплуатации и др.

Ниже приводятся характеристики основных жидких теплоносителей.

Таблица 4

Теплофизические свойства пресной воды на линии насыщения

							Pr
0	0,1013	999.9	4,212	55,1	1,789	1789	13,67
20	0,1013	998,2	4,183	60,0	1,006	1006	7,02
40	0,1013	999,2	4,174	63,5	0,659	659	4,31
60	0,1013	983,2	4,178	66,0	0,478	478	2,98
80	0,1013	971,8	4,195	67,6	0,366	366	2,21
100	0,1013	968,4	4,220	68,3	0,291	291	1,75
120	0,1985	943,1	4,250	68,7	0,252	252	1,47
140	0,3614	926,1	4,287	68,6	0,216	216	1,25
160	0,6180	907,4	4,346	68,4	0,191	191	1,11
180	1,003	886,9	4,417	67,6	0,173	173	1,00
220	2,320	840,3	4,614	64,6	0,148	148	0,89

 

Таблица 5

Таблица 7

ПРИЛОЖЕНИЕ I

Образец оформления задания на курсовую работу

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Баев С.Ф. Судовые компактные теплообменные аппараты. Л.: Судостроение, 1965г.

2. Золотев С.С. Гидравлика судовых систем. Л: Судостроение, 1970г.

3. Исаченко В.П., Осипова В.А.,Сукомел А. С. Теплопередача. М.: Энергия, 1969г.

4. Цыганков А.С. Расчеты судовых теплообменных аппаратов. Справочное пособие. Л.: Судпромгиз, 1956г.

5. Михеев М.А. Основы теплопередачи. М.: Госэнергоиздат,1956г.

6. Бажан П.И. Справочник по теплообменным аппаратам. М.: Машиностроение, 1989г.

7. СТО САФУ 89-03.05-2013 Общие требования к оформлению и изложению документов учебной деятельности обучающихся.

 

 

 

Институт судостроения и морской арктической техники (Севмашвтуз)

 

 

Кафедра океанотехники и энергетических установок

 

 

А.М. Воронин

 

 

Теплообменное оборудование.