ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время рост технологий приводит к появлению большого количества различных машин и различных устройств, обеспечивающих их надёжную работу. Системы и механизмы современного оборудования работают с выделением или поглощением большого количества тепловой энергии. Производителями или утилизаторами тепловой энергии в машинах служат специальные аппараты - теплообменники.
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).
Качество и работа теплообменных аппаратов (ТА) прямым образом влияет на характеристики и параметры работы машины в целом. Проектирование и расчет ТА является сложным и трудоёмким процессом инженерного труда. К таким аппаратам предъявляются очень высокие требования:
- высокий уровень надежности и экономичности работы;
- соответствие условиям снижения металлоемкости и работ обслуживания.
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. В регенеративных ТА поверхность теплообмена по очереди омывается то греющим, то нагреваемым теплоносителями. В качестве поверхности теплообмена используются теплоаккумулирующие элементы.
По роду теплоносителей различают ТА: жидкость - жидкость, пар - жидкость, пар - пар, пар - газ, газ - газ.
В зависимости от изменения агрегатного состояния теплоносителей существуют следующие ТА: без изменения агрегатного состояния, с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя, с изменением агрегатного состояния обоих теплоносителей.
По характеру движения теплоносителей относительно теплопередающей поверхности ТА делят на три типа: С естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией, с движением жидкости под действием сил гравитации.
По ориентации теплопередающей поверхности ТА бывают вертикальные, горизонтальные и наклонные.
Рассмотрим теплообменники с оребренными трубами или воздухоохлаждаемые теплообменники. В таком теплообменном аппарате из-за низкой плотности воздуха должно проходить большое количество воздуха, но поскольку осевые вентиляторы создают небольшие перепады давления, то это приводит к низкой скорости воздуха - до10 м/с, и к короткому тракту прохода воздуха. Все это обусловливает небольшие коэффициенты теплоотдачи со стороны воздуха (50…100 (Вт/М2*К)). Так как коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя (внутри трубы) в 10-200 раз больше, представляется целесообразным использовать поверхность теплообмена с высоким отношением площади, контактирующей с воздухом, к площади, омываемым другим теплоносителем. Т.е. необходимо применять трубы с высокими ребрами.
Выполнение данного курсового проекта способствует получению инженерных навыков по тепловым расчетам и проектированию, как отдельных элементов, так и теплообменного аппарата ТА в целом.
Основную часть проекта составляют тепловой и гидравлический расчеты. Тепловой расчет агрегата воздушного охлаждения масла (АВОМ) состоит из первичного и проверочного. Методика этих расчетов является общей. Различие заключается в целях расчета, искомых величинах и последовательности его выполнения.
1 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОЩАДЕЙ ТЕПЛООБМЕНА
- ВВЕДЕНИЕ
- 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 АВО
- 2.1 Определение общей длины трубы
- 2.2 Определение количества труб в теплообменном аппарате
- 2.3 Расчёт геометрии каналов
- 2.4 Определение коэффициента оребрения
- 2.5 Определение габаритных размеров теплообменного аппарата
- 2.6 Расчёт площадей теплообмена
- 3.1 Расчёт площадей для прохода теплоносителей
- 3.2 Определение эквивалентных диаметров
- 3.3 Определение скоростей теплоносителей
- 3.4 Расчёт критериальных коэффициентов
- 3.5 Определение коэффициентов теплоотдачи теплоносителей
- 3.6 Определение коэффициентов теплопередачи
- 3.7 Определение запаса поверхности теплообмена
- 4 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
- 4.1 Определение общих гидравлических потерь
- 4.2 Определение потери давления воздуха
- 4.3 Расчёт мощности, потребляемой вентилятором
- 4.4 Расчёт мощности, потребляемой насосом
- 5.1 Расчёт патрубка
- ВЫВОДЫ