Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Особенности процессов ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ






Судовые ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Особенности процессов ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В СУДОВЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ

Прежде чем приступить к собственно рассмотрению теплообменных аппаратов кратко рассмотрим особенности происходящих теплообменных процессов в двигателях различных типов энергетических установок, используемых на судах.

Дизельные установки.Теплопередача в двигателях внутреннего сгорания имеет исключительно важное значение. При работе двигателя температура, давление и скорость газа в его цилиндрах изменяются в больших пределах. Если рассмотреть работу, например четырехтактного двигателя, то несколько упрощенно процесс теплообмена в цилиндре представится следующим образом. При всасывании происходит конвективный теплообмен между де­талями двигателя и воздухом, поступившим в цилиндр. В это время тепловой поток направлен от деталей двигателя к воздуху. В пе­риод сжатия тепловой поток в течение некоторого времени направ­лен от деталей к воздуху, а затем, по мере нагревания последнего, меняет свое направление на противоположное. В период выталкивания продуктов сгорания происходит аналогичный процесс.

В периоды горения и расширения продуктов сгорания теплообмен наиболее интенсивный. впрыскиваемая струя топливаи движение поршня сильно турбулизируют смесь внутри объема цилиндра. В момент воспламенения топлива и в последующие периоды в цилиндре двигателя возникает факел, являющийся мощными источниками теплового излучения.В цилиндре двигателя наблюдается взаимное влияние теплообмена излучением и конвективного теплообмена.

Весь процесс теплопередачи в цилиндре является нестационар­ным периодически изменяющимся во времени. Температура и давление газов в цилиндре двигателя изменяются в широких пределах в течение цикла. Однако, поскольку частота циклических пульсации велика, то изменение во времени температурного поля даже на поверхности втулки цилиндра незначительно и не превышают 5-15оС.

Втулки цилиндров и ряд других неподвижных элементов двигателя в судовых условиях охлаждаются пресной водой, которая в дальнейшем также охлаждается, но уже забортной водой в специальной теплообменнике. Движущиеся части двигателя охлаждаются смазывающим маслом, которое в свою очередь также охлаждается забортной водой в маслоохладителе. Суммарный отвод теплоты от двигателя достигает в среднем одной трети от общего количества подведенной теплоты с топливом.

Изложенное свидетельствует о большой сложности процессов теп­лопередачи в современных двигателях внутреннего сгорания. Нарушение теплопередачи ведет к выходу двигателя из строя.

Наибольшим дополнительным напряжениям подвергаются де­тали цилиндра во время пуска двигателей и при маневрировании, т. е. во время нестационарных процессов передачи тепла.

газотурбинные установки. В основных рабочих процессах, протекающих в газовых турбинах, теплопередача играет вспомогательную роль, но имеет решающее значение для обеспечения надежности работы турбины.

Имеются материалы, обеспечивающими длительную работу деталей турбин без искусственного охлаждения только до температур примерно 600 -700°С. Однако КПД и удельный расход топлива таких турбин существенно хуже по сравнению с дизелями. Повышение начальной температуры газа до 1100-1200°С дает возможность значительно улучшить эти показатели и сделать применительно к судам газовые турбины конкурентоспособными по отношении к дизелям. однако при этом требуется обеспечить эффективное и надежное охлаждение деталей турбины.

Наиболее нагруженными деталями тур­бины в первую очередь следует считать де­тали лопаточного аппарата (рабочие и направ­ляющие лопатки) и ротор, обеспечение эффективного охлаждения которых является довольно сложной задачей. Для этого разработаны и применяются сравнительно много различных методов. В настоящее время широко используются охлаждаемые воздухом лопатки, для чего они делаются полыми и имеют специальные отверстия как на торце, так и на поверхности самой лопатки (Рис. ). Поступающий воздух охлаждает лопатку изнутри и поступает наружу, обтекая поверхность лопатки и, тем самым охлаждая и защищая её от высокотемпературного газа.

 

 

 

Рис.. Охлаждаемая лопатка

 

Охлаждение дисков может выполняться несколькими способами. При радиальном обдуве ротора охлаждающий воздух направляется вдоль его поверхности; при струйном обдуве - перпенди­кулярно к его поверхности, и, наконец, охлаждение может осуществляться продувкой воздуха через лопаточные зазоры хво­стовиков или специальные отверстия в них.

 

Дать фото и результаты САЛОВА

 

 

Нарушение процессов охлаждения элементов газотурбинного двигателя ведет к его аварии.

паротурбинные установки. В данных установках имеются три основных элемента: парогенератор, паровая турбина и конденсатор. Парогенератор (Рис.) с точки зрения теплообмена - сложный теплообменный аппарат, так как главное его назначение - передача тепла от газового теплоносителя, образующегося при сгорании топлива в топке, к воде и пару, который является теплоносителем в судовой энергетической установке. Таким образом, теплопере­дача - основа рабочего процесса парогенератора.

 

 

Рис. Судовой парогенератор

Фото нашего котла


В парогенераторе имеются все виды теплообмена - излучение, конвекция, теплопроводность. Как известно, интенсивность каж­дого из способов передачи тепла различна. Это приводит к тому, что поверхность нагрева нагружена весьма неравномерно. Напри­мер, радиационная поверхность, расположенная в топке, во много раз работает интенсивнее, чем конвективная. Конвективная по­верхность нагрева также нагружена неодинаково. Поверхность, расположенная ближе к топке, где тепло передается излучением и конвекцией, значительно интенсивнее работает, чем, например, поверхность, расположенная в конце газового тракта, где тепло передается в основном конвекцией при сравнительно низкой тем­пературе газов. Наконец, со стороны воды и пара интенсивность теплоотдачи гораздо больше, чем со стороны газов.

Таким образом, теплопередача в парогенераторе лимитируется низкими значениями коэффициента теплоотдачи со стороны газов. Поэтому естественно стремление интенсифицировать процессы тепло­отдачи в газовом тракте судовых парогенераторов.

 

Топки судовых парогенера­торов имеют сравнительно малый объем (обычно 10—30 м3, дохо­дящий до 5 м3 и меньше) и большие (до 30-40 м/сек и больше) скорости газов в топке. При этих условиях соотношение между теплом, переданным в топке излучением и конвекцией, изменяется — возрастает доля тепла, переданного конвекцией, и снижается доля тепла, переданного излучением.

во вспомогательных огнетрубных па­рогенераторах применяются винтообразные трубки, внутри которых движется газ. В результате закручивания потока газов интенси­фицируется теплообмен.

Однако основным способом обеспечения эффективного теплообмена в судовых парогенераторах является повыше­ние скорости газов в конвективной поверхности нагрева собственно парогенератора и применение оребренных поверхностей нагрева. Вследствие этого несколько интенсифицируется процесс теплопередачи в топке и значительно - в конвективных поверхностях нагрева. При обеспечении скоростей газов порядка 150-200 м/секкоэффициент теплопередачи может достигать 250-300 ккал/м2час° С.

конденсатор обеспечивает конденсацию пара и также по своей сути является довольно сложным теплообменным аппаратом. Отвод теплоты конденсации пара осуществляется через теплопередающие поверхности в забортную охлаждающую воду. В среднем, около половины подведенной с топливом теплоты отводится в конденсаторе.

В рабочих процессах, протекающих в паровых турбинах, теплопередача играет вспомогательную роль.

Как видно, обеспечение эффективно и надежно протекающих процессов теплопередачи является важнейшим условием нормальной работы судовых энергетических установок различных типов. Значительная часть этих процессов проходит в теплообменных аппаратах.

Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты многочисленны и по своему назначению и конструктивному исполнению. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.

Рекуперативными называются такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку.

Регенеративныминазываются такие аппараты, в которых одна и та же теплообменная поверхность периодически омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячего теплоносителя теплота аккумулируется теплообменной поверхностью, а при протекании холодного теплоносителя вдоль этой поверхности накопленная теплота отдается данному теплоносителю.

В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты неразрывно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.

В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом.
Только рекуперативные теплообменники позволяют полностью исключить контакт теплоносителей. Поэтому в практике судостроения в подавляющем большинстве случаев используются именно этот тип аппаратов.

Рекуперативные аппараты в общем случае имеют много разновидностей. ус­ловную классификацию можно выполнить по следующим признакам:

— по назначению — охладители, подогреватели, испарители;

— по роду рабочих сред — пар—жидкость, жидкость—жид­кость, газ—жидкость, газ—газ;

— по числу ходов — одноходовые, многоходовые;

— по направлению потока рабочих сред — прямоточные, противоточные, смешанного и перекрестного тока;

— по жесткости конструкции — жесткие, полужесткие, не­жесткие (с U-образными трубками, с плавающей головкой и др.);

— по материалу — металлические, неметаллические, комби­нированные.

— по конфигурации поверхности теплообмена — кожухотрубчатые, пластинчатые, змеевиковые, специальные;







Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 1121. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...

Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Прием и регистрация больных Пути госпитализации больных в стационар могут быть различны. В цен­тральное приемное отделение больные могут быть доставлены: 1) машиной скорой медицинской помощи в случае возникновения остро­го или обострения хронического заболевания...

ПУНКЦИЯ И КАТЕТЕРИЗАЦИЯ ПОДКЛЮЧИЧНОЙ ВЕНЫ   Пункцию и катетеризацию подключичной вены обычно производит хирург или анестезиолог, иногда — специально обученный терапевт...

Ситуация 26. ПРОВЕРЕНО МИНЗДРАВОМ   Станислав Свердлов закончил российско-американский факультет менеджмента Томского государственного университета...

Психолого-педагогическая характеристика студенческой группы   Характеристика группы составляется по 407 группе очного отделения зооинженерного факультета, бакалавриата по направлению «Биология» РГАУ-МСХА имени К...

Общая и профессиональная культура педагога: сущность, специфика, взаимосвязь Педагогическая культура- часть общечеловеческих культуры, в которой запечатлил духовные и материальные ценности образования и воспитания, осуществляя образовательно-воспитательный процесс...

Устройство рабочих органов мясорубки Независимо от марки мясорубки и её технических характеристик, все они имеют принципиально одинаковые устройства...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.032 сек.) русская версия | украинская версия