Охлаждение, компрессионная машина (стр. 1 из 2)

Пояснительная записка к комплексному курсовому проекту

«»

Исполнитель

Руководитель

Минск
2000

ВВЕДЕНИЕ

В газотурбинных установках и компрессионных машинах маслоохладители обеспечивают отвод тепла , полученного маслом в подшипниках , редукторных передачах и других элементах . Охлаждение масла производится водой , охлаждаемой в градирнях . В некоторых случаях охлаждение производится проточной водой . Теплообмен между маслом и водой осуществляется в кожухотрубных многоходовых маслоохладителях с кольцевыми или сегментными перегородками между ходами .

В этих аппаратах осуществляется веерное или зигзагообразное течение масла с поперечным обтеканием труб , близким по характеру к обтеканию труб в шахматном пучке . Веерное течение масла осуществляется в маслоохладителях с кольцевыми перегородками , а зигзагообразное – с сегментными . Требуемое число ходов со стороны масла обеспечивается изменением количества перегородок , установленных на пучке труб между трубными досками . В результате значительно уменьшается число креплений труб в трубных досках и снижается трудоемкость изготовления аппарата по сравнению с одноходовой конструкцией . Одновременно с этим снижается эффективность теплообмена в результате перетекания масла из входа в ход через технологические зазоры между перегородками и корпусом и через зазоры около труб пучка .

Со стороны воды маслоохладители выполняются обычно также многоходовыми за счет изменения числа перегородок в крышках , что позволяет регулировать подогрев воды и ее расход без существенного снижения коэффициентов теплоотдачи со стороны воды .[8]

Для охлаждения масла , используемого в подшипниках , редукторных передачах и других элементах компрессорных машин , заводом « Энергомаш « выпускается серия аппаратов типа МА с поверхностью 2;3;5;6;8;16 и 35 м2 . Все охладители имеют вертикальное исполнение и состоят из следующих основных узлов : верхней съемной крышки 1 , трубной системы 2 и корпуса 3 . Вода движется внутри труб и камер , масло – в межтрубном пространстве . Направление движения масла в этих аппаратах создается системой сегментных перегородок или перегородок типа диск-кольцо .[7,стр.32]


1. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ МАСЛА

В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ

На рис. 1 показана принципиальная схема системы маслоснабжения газоперекачивающего турбокомпрессорного агрегата НЗЛ типа ГТК – 10 , предназначенного для установки на перекачивающих станциях газопроводов . Общая вместимость маслосистемы – 13 м3 . В данном агрегате маслобак совмещен с рамой газотурбокомпрессора . Заливка масла в него осуществляется по специальной линии через фильтр тонкой очистки 1 . Из нижней части ( картера ) бака 2 масло пусковым 4 или главным 6 масляным насосом через систему обратных клапанов 5 подается к охладителю 8 и далее через фильтр 3 по напорным линиям на смазывание и охлаждение подшипников турбины и компрессора . Из подшипников масло вновь сливается в нижнюю часть маслобака 2 .

Охлаждение масла в аппарате 8 осуществляется антифризом , не замерзающим при понижении температуры наружного воздуха до –40 0 С . Охлаждение антифриза производится в параллельно включенных аппаратах 10 , имеющих систему воздушного охлаждения . Воздух через эти охладители продувается вентиляторами 11 , приводимыми от электродвигателей . Циркуляция антифриза в системе осуществляется с помощью главного насоса 13 . Насос 14 является резервным . Бачок 12 служит демпфером . В баках 15 и 17 вместимостью по 10 м3 каждый содержатся соответственно антифриз и дистиллят . Насос 16 является вспомогательным и служит для заполнения системы охлаждения антифризом или дистиллятом . В летнее время рабочим телом в системе охлаждения служит дистиллят . В этом случае для обеспечения работоспособности схемы в зимних условиях в ней предусмотрен дополнительный подогреватель 9 .

Охлаждение масла в данном агрегате осуществляется , таким образом , по двухконтурной схеме : в аппарате 8 теплота от масла передается антифризу ( дистилляту ) , от которого она в свою очередь отводится воздухом в охладителях 10 . Применение этой двухконтурной схемы охлаждения масла в данном случае продиктовано двумя причинами : отсутствием в месте установки газотурбокомпрессоров необходимого количества охлаждающей воды ; необходимостью обеспечения ее надежной работы при температурах наружного воздуха ниже 0 0 С , так как с целью снижения стоимости сооружения газоперекачивающих станций часть их оборудования располагается на открытых площадках .[7,стр.14]


2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКА.

Принимаем схему вертикального маслоохладителя с прямыми трубками и перегородками типа диск-кольцо. Внутри трубок течет охлаждающая вода (пресная), в межтрубном пространстве – трансформаторное масло, омывая трубки снаружи.

Средняя температура масла в маслоохладителе[9, стр.54]:

tм.ср.=0,5*(tм1+tм2), о С (2.1)

где tм1-температура масла на входе в маслоохладитель, о С;

tм2-температура масла на выходе из маслоохладителя о С;

tм.ср =0,5*(60+48)=54о С.

Физические свойства при tм.ср.= 54о С: [9, приложение 3]

Ср m м =1,876 кДж/(кг

о С)

rм =859,3кг/м3

nм =6,68*10-6 м2

Prм =101

Количество тепла, которое необходимо отвести охлаждающей водой от масла[9, стр.54]:

Qм=(Gм*rм* Срmм*(tм1 -tм2 ))/3600, кВт/с (2.2)

где Gм - номинальный расход масла через аппарат, м3 /ч;

rм – плотность масла при tм.ср.= 54о С, кг/м3 ;

Ср m м –удельная теплоемкость масла при tм.ср.= 54о С, кг/м3 ;

Qм =(8,4*859,3*1,876*(60-48))/3600=44,3 кВт/с

Физические свойства воды при tв=18 о С: [9, приложение2]

Ср m в =4,185 кДж/кг*о С

rв=998,5кг/м3

Температура охлаждающей воды при выходе из маслоохладителя:

Qм= Qв

Gм*rм* Срmм*(tм1-tм2)= Gв*rв* Срmв*(tв2-tв1) [9, стр.54] (2.3)

tв2=tв1+(Qв*3600/ (Срmв* Gв*rв)), о С

где tв1-температура воды на входе в маслоохладитель, о С;

Qв – тепловой поток, воспринимаемый охлаждающей водой, кВт/с;

Gв -номинальный расход воды через аппарат, м3 /ч;

tв2=18+(44,3*3600/(4,185*22*998,5))=20 о С

Средняя температура воды[9, стр.54]:

tв.ср.=0,5*( tв1+tв2), о С (2.4)

tв.ср.=0,5*(18+20)=19о С

Физические параметры воды при tв.ср.= 19 о С: [9, приложение 2]

nв=0,9394*10-6 м2

Prв=6,5996

lв=0,604 Вт/(м*К)

rв=997,45 кг/м3

Среднелогарифмический температурный напор (для противоточной схемы) [7, стр. 104]:

Dtср=((tм1-tв2)-(tм2-tв1))/(ln((tм1-tв2)/(tм2-tв1)))*eD t , о С (2.5)

eD t –поправочный коэффициент, учитывающий особенности принятой схемы движения теплоносителей. Для противоточной схемы eD t =1; [7, стр. 104]

Dtср =((60-20)-(48-18))/(ln((60-20)/(48-18)))=34 о С

Определение коэффициента теплопередачи:

Среднее значение коэффициента теплопередачи К (Вт/(м2. К) определяется по уравнению (4.29) [7,стр. 108] :

К=1/((1/aмпр )+(djdн /dвн lлат )+(jdн /dвн aв )), Вт/(м2 *К) (2.6)

где aм пр -приведенный коэффициент теплоотдачи масла, Вт/(м2 *К);

aв - коэффициент теплоотдачи воды, Вт/(м2 *К);

dн –наружный диаметр трубки,м;

dвн -внутренний диаметр трубки,м;

d -толщина стенки трубки, м;

lлат.- коэффициент теплопроводности латуни, Вт/(м*К);

j- коэффициент оребрения (j=2,26)

Задаемся температурами стенок со стороны воды и со стороны масла:

tст.в.=25 о С

tст.м.=40 о С

Задаемся скоростями воды и масла:

wв=1 м/с

wм=0,5 м/с

Значение приведенного коэффициента теплоотдачи aм пр [Вт/(м2 *К)] от масла в пучке трубок с поперечным или близким к нему характером омывания определяется соотношением [7,стр.109]:

aм пр =aм hо , (2.7)

где aм -среднее значение коэффициента теплоотдачи, Вт/(м2 *К);

hо -поправочный коэффициент (hо =0,95-0,98)

Для вычисления aм воспользуемся формулой (4.31) [7,стр. 109]:

aм=0,354(lм /d)*Re0,6 *Prм0,33 *(Prм/Prw)0,18 , Вт/( м2 *К)(2.8)

где lм - коэффициент теплопроводности масла при tм.ср.= 54 о С, Вт/(м*К);

Prf –число Прандтля для масла при tм.ср.= 54 о С;

Prw - число Прандтля для масла при tст.м.=40 о С;

d-расстояние между внешними образующими трубок,м;

Reм- критерий Рейнольдса для масла. Он определяется следующим образом:

Reм=(wм *d/nм ) (2.9)

где wм –скорость масла, м/с;

nм –вязкость масла tм.ср.= 54о С, м2 /с;

Reм=(0,5*0,003/6,68*10-6 )=224

aм=0,354(0,107/0,003)*2240,5 *101,720,33 *(101,72/143,56)0,18 =673,2 Вт/( м2 *К)

aм пр =673,2*0,95=639,5 Вт/( м2 *К)

Определяем режим движения воды в трубках. Критерий Рейнольдса для охлаждающей воды [9,стр.55]:

Reв=(wв*dвн/nв) (2.10)

где wв –скорость воды,м/с;

dвн –внутренний диаметр трубки,м;

nв –коэффициент кинематической вязкости, м2 /с;

Reв=(1*0,011/(1,006*10-6 ))=11000

У нас турбулентный режим течения жидкости, т.к. Reв= 11000>5*103 . При таком режиме среднее значение aв определяется по формуле[7,стр 114]:

aв=0,021*(lв/ dвн)* Reв0,8 * Prf0,43 *( Prf/ Prw)0,25 , Вт/( м2 *К) (2.11)

lв –коэффициент теплопроводности воды при tв.ср.= 19о С;

Prf –число Прандтля для воды при tв.ср.= 19 о С;

Prw - число Прандтля для воды при tст.в.=25 о С;

aв=0,021*(0,58/0,011)* 110000,8 * 7,020,43 *( 7,02/ 6,32)0,25 =4460 Вт/( м2 *К)

Плотность теплового потока внутри трубок qв[9,стр. 56]:

qв=aв*( tст.в.- tв.ср), Вт/м2 (2.12)

qв=4460 *( 25- 19)=13380 Вт/м2

к=1/((1/639,5)+(0,0015*2,26*0,014/104,5*0,011)+(2,26*0,014/4460*0,011))==420 Вт/( м2 *К)

Поверхность охлаждения маслоохладителя расчитывается [9,стр. 56]:

F¢=Q/(k*DTср), м2 (2.13)

Q - количество охлаждаемого водой тепла, Вт;

DTср - среднелогарифмический температурный напор, о С;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/( м2 *К);


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.