Аппарат воздушного охлаждения масла

Предварительный расчет теплообменного аппарата и определение площадей теплообмена. Выбор геометрии трубы и определение конструктивных параметров АВОМ. Поверочный тепловой и гидравлический расчет аппарата. Расчет конструктивных элементов теплообменника.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Предварительный расчет теплообменного аппарата и предварительное определение площадей теплообмена

1.1 Исходные данные

1.2 Определение массового расхода охлаждающего ТН и количества теплоты, передаваемой теплообменником

1.3 Определение суммарной поверхности теплообмена

2. Выбор геометрии трубы и определение конструктивных параметров АВОМ

2.1 Определение геометрических параметров трубы

2.2 Определение количества труб в теплообменном аппарате

2.3 Расчет геометрии каналов

2.4 Определение коэффициента оребрения

2.5 Определение габаритных размеров теплообмена

3. Поверочный тепловой расчет

3.1 Расчет площадей для прохода теплоносителей

3.2 Определение эквивалентных диаметров

3.3 Определение скоростей теплоносителей

3.4 Расчет критериальных коэффициентов

3.5 Определение коэффициентов теплоотдачи теплоносителей

3.6 Определение коэффициентов теплопередачи

3.7 Определение запаса поверхности теплообмена

4. Гидравлический расчет аппарата

4.1 Определение потери давления масла

4.2 Определение потери давления воздуха

4.3 Расчет мощности, потребляемой вентилятором

4.4 Расчет мощности, потребляемой насосом

5. Расчет других конструктивных элементов теплообменника

Выводы

Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

В теплообменных аппаратах (ТА) один теплоноситель (теплоотдающий) передает теплоту другому теплоносителю (тепловоспринимающему). Если передача теплоты происходит при изменении агрегатного состояния какого-либо теплоносителя (кипение, конденсация), то его температура остается неизменной. В остальных случаях температуры в ТА изменяются. ТА применяются как отдельные агрегаты или элементы оборудования, станков энергетических установок в различных отраслях промышленности.

ТА, применяемые в газотурбинных или парогазовых установках (ГТУ и ПГУ),- устройства, в которых происходит передача от горячего рабочего тела установки к холодному. Аппараты в составе ГТУ или ПГУ можно условно разделить на два класса: включенные и не включенные в цикл. В ГТУ к первому типу можно отнести воздухоподогреватели (регенераторы), промежуточные (между каскадами) воздухоподогреватели. Ко второму - маслоохладители, утилизационные водоподогреватели, котлы-утилизаторы, подогреватели топливного газа. В ПГУ утилизационные водоподогреватели и котлы-утилизаторы относятся к первому классу. ТА первого класса повышают КПД цикла: возвращают в цикл выхлопную теплоту, уменьшая работу сжатия и т.п. Аппараты второго класса либо обеспечивают различные нужды ГТУ, либо повышают общую экономичность (например экономичность транспорта газа).

По принципу работы ТА делятся на поверхностные (рекуперативные и регенеративные) и контактные. В рекуперативных ТА обменивающиеся теплотой среды протекают одновременно и передача теплоты происходит через разделяющую их поверхность. Рекуперативные ТА наиболее распространены, их используют в самых различных областях техники. В регенеративных ТА поверхность теплообмена по очереди омывается то горячим, то холодным теплоносителями. В контактных ТА передача теплоты происходит при непосредственном контакте теплоносителей.

В зависимости от изменения агрегатного состояния теплоносителей существуют такие ТА: без изменения агрегатного состояния, с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя, с изменением агрегатного состояния обоих теплоносителей. Так как в ТА протекают различные процесса теплообмена - нагрев, охлаждение, кипение, конденсация, вымораживание, ректификация и т.д., - то в зависимости от этих процессов ТА делятся на подогреватели, охладители, испарители, конденсаторы и т.д.

По функциональным признакам проектируемый далее ТА относится к рекуперативным, в котором - жидкость-газ. Агрегатное состояние теплоносителей в нем не изменяется.

Рекуперативные теплообменники, выпарные аппараты, испарители, конденсаторы относятся к ТА с принудительной циркуляцией. Рекуперативные ТА в основном работают в установившемся стационарном режиме, регенеративные - в нестационарном режиме.

По виду поверхности теплообмена рекуперативные ТА делятся на: кожухотрубные с прямыми гладкими трубами; кожухотрубные с U-образными трубами; секционные «труба в трубе»; змеевиковые; спиральные; пластинчатые; пластинчато-ребристые.

По способу компенсации температурных удлинений рекуперативные ТА бывают: без компенсации (жёсткая конструкция), с компенсацией упругим элементом (полужёсткая конструкция), с компенсацией в результате свободных удлинений (нежёсткая конструкция).

По виду кожуха, ограничивающего теплопередающую поверхность, рекуперативные ТА делятся на: с коробчатым кожухом; кожухотрубные; кожухотрубные к компенсатором на кожухе; не имеющие ограничивающего кожуха (оросительные аппараты).

По ориентации теплопередающей поверхности ТА бывают вертикальные, горизонтальные и наклонные.

По числу теплоносителей ТА делятся на двухпоточные, трёхпоточные и многопоточные. ТА с промежуточным теплоносителем используются в ГТУ, так как им легко придать необходимую форму.

В зависимости от направления потоков различают прямоток, противоток, перекрёстный ток, смешанный ток и т.д.

Расчёт аппарата воздушного охлаждения масла, как и любого другого, будет проводиться в четыре этапа: предварительный тепловой расчёт и определение предварительных площадей теплообмена, выбор геометрии трубы и определение конструктивных параметров АВО, тепловой расчёт, гидравлический расчёт.

Тепловой расчёт выполняется уже существующего теплообменного аппарата.

По имеющимся конструктивным характеристикам определяется расход холодного теплоносителя. В конечном счете, определяются все исходные данные для проведения всех вышеуказанных расчётов.

В данном проекте мы будем выполнять разработку нового теплообменного аппарата по предварительно заданным исходным данным.

1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ ТЕПЛООБМЕНА

Предварительный расчет выполняется с целью получения геометрических размеров для последующего поверочного расчета.

1.1 Исходные данные

Тип ТО	G1, Кг/с	°С	°С	°С	°С	Теплоноситель
						горячий	холодный
АВОМ	4,09	78	47	25	37	Масло турбинное-22	воздух

Рисунок 1.1 - Схема тока

Теплообменный аппарата данного вида принадлежит к аппаратам воздушного охлаждения с однократным перекрёстным током.

1.2 Определение массового расхода охлаждающего ТН и количества теплоты, передаваемой теплообменником

Из уравнения теплового баланса определяем массовый расход охлаждающего ТН

, (1.1)

где - расход горячего ТН (масло турбинное 22);

- расход охлаждающего ТН (воздух);

- начальная температура горячего ТН, ;

- конечная температура горячего ТН, ;

- начальная температура охлаждающего ТН, ;

- конечная температура охлаждающего ТН, .

Далее индексы «1» и «2» будут означать горячий и холодный ТН соответственно. А надстрочные символы «'» и «''» соответствуют начальному и конечному участкам соответственно.

Средняя температура горячего ТН:

Средняя температура холодного ТН:



Определяем значение плотности да теплоносителей:

- плотность горячего ТН;

- плотность холодного ТН.

Для определения массового расхода холодного ТН необходимо также определить по таблицам значения удельных теплоемкостей [1]:

1.3 Определение суммарной поверхности теплообмена

Суммарную поверхности теплообмена определяем из уравнения теплопередачи:

(1.2)

где - количество теплоты, передаваемое в процессе теплообмена;

- коэффициент теплопередачи:

- для горячего ТН,

- для охлаждающего ТН;

Выбираем и

- суммарная площадь теплообмена:

(1.3)

- среднелогарифмический температурный напор:

(1.4)

где - поправочный коэффициент, который является функцией и определяется по рисунку 1.2

Ри...