Введение

Теплообменный аппарат — техническое устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя средами (теплоносителями), имеющими различные температуры[1].

Целью курсового проекта является расчет и проектирование водоводоводяного ТА для дизельного двигателя мощностью: 1000 кВт.

Начальная и конечная температуры теплоотдающего теплоносителя (ТоТн):

t₁' =79 ºС, t₁'' =71 ºС.

Начальная и конечная температуры воспринимающего теплоносителя: (ТвТн):

t₂' =19 ºС, t₂'' =27 ºС.

Тепловой конструктивный расчет теплообменных аппаратов

1. Назначение, классификация, типы и основные требования, предъявляемые к судовым теплообменным аппаратам

Целью расчетов по данному разделу является определение площади поверхности теплообмена и компоновка теплообменного аппарата [2].

Определяем теплофизические характеристики теплоносителей: горячего и холодного.

Критерии	Горячий теплоноситель	Холодный теплоноситель
Вещество	Вода	Вода
t ºС на входе	79	71
t ºС на выходе	19	27
cp, кДж/(кг К) на входе	4,195	4,187
cp, кДж/(кг К) на выходе	4,183	4,174
λ, Вт/(м К) на входе	67,4	66,8
λ, Вт/(м К) на выходе	59,9	61,8

Теплообменные аппараты используют для передачи теплоты от теплоотдающей среды к тепловоспринимающей. Движущиеся среды, отдающие и воспринимающие теплоту, называются теплоотдающими теплоносителями (ТоТн) и тепловоспринимающими теплоносителями (ТвТн).

Назначение, тип ТА, а также значения параметров теплоносителей и их расходы принимаются в соответствии с вариантом задания.

К теплообменным аппаратам предъявляются общие требования, характерные для всех судовых устройств:

• Обеспечение передачи требуемого количества теплоты с получением заданных температур теплоносителей.

• Достаточная пропускная способность для каждого из теплоносителей при заданном уровне гидравлических сопротивлений.

• При заданной тепловой нагрузке и других равных исходных параметрах теплоносителей минимальные габаритные размеры и наименьшая металлоемкость.

• Достаточный запас прочности, гарантирующий его безопасную и надежную эксплуатацию в течение заданного срока.

• Достаточная стойкость к химическому и эрозионному воздействию поверхности элементов ТА в течение заданных сроков эксплуатации.

• Возможность доступа к конструктивным частям для осмотра и чистки

• Возможность дренирования (удаления) теплоносителей перед проведением осмотров, ремонта и т.п.

Существует также ряд дополнительных требований, определяемый условиями эксплуатации, которые должны быть учтены при проектировании теплообменного аппарата.

Различают кожухотрубные теплообменные аппараты следующих типов[3]:

• ТН–с неподвижными трубными решетками (рисунок1);

В зависимости от назначения эти аппараты могут быть подогревателями, холодильниками, конденсаторами и испарителями. Для увеличения скорости движения теплоносителей, а следовательно, и повышения коэффициента теплоотдачи изготовляют двух-, четырех-, шести-и двенадцати ходовые теплообменники.

Рисунок1-Теплообменниктипа ТН

1, 12 – крышка(днище), 2 – распределительная камера, 3, 16 – штуцера для ввода и вывода теплоносителя, подаваемого в трубное пространство, 4 –перегородка, 5 – кожух, 6 – трубный пучок, 7 – седловидная опора, 8 –стяжка, 9 – сегментная перегородка, 10,14 – штуцера для ввода и вывода теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство, 11, 15 – трубная решетка, 13 – отбойник, 17, 18 – фланцы.

В следствие жесткого закрепления трубных решеток с кожухом, а труб с решетками, под действием разных температур местах крепления труб и кожуха возникают температурные напряжения[5].

Для теплообменников типа ТН допускаемая разность температур между кожухом и трубами - 30...40° С в зависимости от диаметра кожуха, давления в теплообменнике и конструкционных материалов.

• ТК–с температурным компенсатором на кожухе (рисунок 2);

Рисунок 2 -Теплообменник типа ТК

Компенсатор служит для компенсации температурных удлинений труб. При разных температурах трубного пучка и кожуха, трубки удлиняются или укорачиваются больше, чем кожух. При этом линза расширяется или сжимается и компенсирует разность удлинений. В следствие этого температурные напряжения в местах соединения трубных решеток с трубами и кожухом незначительны.

• ТП–с плавающей головкой (рисунок 3);

Рисунок2–Теплообменник типа ТП

1 – фланцевая крышка, 2,17 - штуцеры для ввода и вывода теплоносителя, подаваемого в трубное пространство;

3 – распределительная камера, 4 – кожух, 5 – трубный пучок, 6, 15 – штуцеры для ввода и вывода теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство, 7 – отбойник, 8 – крышка, 9 – крышка “плавающей головки”, 10 – подвижная трубная решетка, 11 – фланцы; 12 – роликовая опорная платформа, 13 –седловидная опора, 14 – сегментная перегородка, 16 - неподвижная трубная решетка.

При нагревании и удлинении труб плавающая головка свободно перемещается, “плавает” внутри теплообменного аппарата, что обеспечивает свободное изменение длины труб.

• ТУ–с U-образными теплообменными трубками (рисунок 4);

Рисунок3-Теплообменник типа ТУ

1 – распределительная камера, 2 – кожух, 3 – U-образные трубы, 4 –седловидная опора, 5 – трубная решетка.

Благодаря такой конструкции этот теплообменный аппарат является двух ходовым по трубному пространству и имеет свободное удлинение труб.

• ТПК–с плавающей головкой и компенсатором на ней (рисунок 5).

Рисунок 4 Теплообменник типа ТПК

1 – распределительная камера, 2, 10 – трубная решетка, 3 – кожух, 4 – трубный пучок, 5 ,9 – крышка; 6 – температурный компенсатор, 7 – кольцо, 8 – фланец, 11 – седловидная опора, 12 – платформа на роликах.

Теплообменники типа ТПК, предназначены для работы при повышенных температурах и давлении. Их применяют для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред.