Transcript BRODSKI POMOĆNI STROJEVI - Fakultet strojarstva i brodogradnje
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata
BRODSKI POMOĆNI STROJEVI
Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Izmjenjivači topline Termoenergetski uređaji u kojima se izmjenjuje toplina između dvije struje tekućina. Koriste se u brodskim sustavima: hlađenja motora, ulja za podmazivanje, zraka za prednabijanje, goriva, tereta.
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Podjela rekuperatori regeneratori direktni (izravni) izmjenjivači Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Rekuperatori istosmjerni protusmjerni križni Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline ISTOSMJERNI REKUPERATOR PROTUSMJERNI REKUPERATOR
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove Izmjena topline može biti: provođenje (kondukcija), konvekcija, zračenje (zanemarivo).
Stijenka koja odvaja dvije struje tekućina je cijevnog ili pločastog oblika.
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove
PRIJELAZ
topline topliji fluid ║ ╚═══════ ►
PROVOĐENJE
topline toplija stijenka hladnija stijenka PRIJENOS (PROLAZ) topline
PRIJELAZ
topline hladniji fluid ▲ ══════════╝ Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove Toplinski tok u protusmjernom pločastom rekuperatoru:
k A m
,log k A Δ ... koeficijent prolaza topline [W/m 2 K], ... površina preko koje se izmjenjuje toplina [m 2 ], m , log ... srednja logaritamska razlika temperatura [K]:
m
, log (
ulaz ulja
izlaz vode
) ln
ulaz ulja
izlaz ulja izlaz ulja
izlaz vode
ulaz vode
ulaz vode
) Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove
k
1
o i
1
u
1
1 Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
1
2 2
1
v
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove Toplinski tok u protusmjernom cijevnom rekuperatoru:
k L
L k ... duljina cijevi [m] ... koeficijent prolaza topline [W/mK]
m
,log Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove
k
R
1
1
u
1
1 Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
ln
R
2
R
1
1
1
ln
R
3
R
2
1
2
ln
R
4
R
3
R
4
1
v
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove U inženjerskim proračunima se koristi sljedeći izraz:
k
R u
1
u
o zu R u
1
1
ln
R R u v
o zv R v
R v
1
v
pri čemu se otpori uslijed onečišćenja određuju iskustveno.
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove Općenito se koeficijent prijelaza topline računa kao:
Nu
d
Nu(Pr, Re, Gr)
Nu … Nusseltova značajka, Pr ... Prandtlova značajka, Re ... Reynoldsova značajka (bitna kod prisilnog strujanja), Gr ... Grashoffova značajka (bitna kod prirodnog strujanja) Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove Za dovoljno duge cijevi ( L >40 d ) na unutarnjoj strani vrijedi:
Nu
u
d u
0.125
0.75
Pri čemu su:
Pr
a
c p
c p
Re
u
4
V n d u
4
V
4
m n d u n d u
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove S vanjske strane cijevi vrijedi prema Grimsonu:
Nu
d a
0.32
f A
Re
0.61
Pr
0.31
Re
e
ulja a
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Termodinamičke osnove Ako je broj redova cijevi manji od 10, koeficijent prijelaza topline se smanjuje za faktor prema tablici: Broj redova
f Z
10 1 8 0.98
6 0.95
4 0.88
2 0.79
1 0.7
Koeficijent prijelaza topline za pločaste izmjenjivače nije moguće jednoznačno odrediti. Određuje se toplinski tok za jednu ploču u ovisnosti o razlici temperatura na ulazu te prema tome potreban broj ploča.
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Proračun pada tlaka Kroz cijevi: Linijski pad tlaka Lokalni pad tlaka λ ξ je faktor trenja i određuje se prema Moodyevom dijagramu.
je faktor dodatnog otpora i određuje se prema tablicama.
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Moodyev dijagram Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Lokalni gubici utjecanje u veliki spremnik = 1 ušće (uvaljana cijev) = 0.5
zakretanje protoka u cijevi za 180 ° : Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Pad tlaka na strani ulja Po formuli: gdje je: … Eulerov (kavitacijski) broj Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Pad tlaka na strani ulja Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Konstrukcija Cijevni izmjenjivači Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Cijevi su uvaljane u pregradu komore, u nekim slučajevima zavarene ili zalemljene Prirubnice napravljene prema standardima i moguće ih je rotirati za po 90 ° Cijevi od bakra, admiralitetske mjedi, legure bakra i nikla, nehrđajućeg čelika ili titana Komore od čeličnog lijeva, bronce ili nehrđajućeg čelika Prirubnice velikog promjera zbog manje potrebne brzine i manjeg pada tlaka Zazori u pregradama trebaju biti što manji kako bi se smanjilo prostrujavanje tekućine 1, 2 ili 4 prolaza Postolje je podesivo zbog lakše montaže Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline Plašt od mjedi ili nehrđajućeg čelika
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Pločasti izmjenjivači Sastoje se od blisko postavljenih ploča između kojih naizmjenice struje toplija i hladnija tekućina.
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Pločasti izmjenjivači rastavljivi zabrtvljeni nerastavljivi zavareni (čelik) zalemljeni (bakar) Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Pločasti izmjenjivači Konfiguracija i oblika ploča se bira kako bi se intenzivirale turbulencije i povećao koeficijent prijelaza topline.
Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline H-ploča V-ploča
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Usporedba cijevnih i pločastih izmjenjivača topline ekonomske značajke pogonske značajke težina i dimenzije pouzdanost Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline
Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje Katedra za strojeve i uređaje plovnih objekata Hladnjak ulja za podmazivanje Protok [m 3 /h] Promjena temperature [°C] Dozvoljeni pad tlaka [bar] Izmijenjena toplina [kW] Morska voda 310 s 32 na 34.1
0.5 (0.2) Površina za izmjenu topline [m 2 ] Koeficijent prolaza topline – čisto [W/m 2 K] Koeficijent prolaza topline – prljavo [W/m 2 K] Broj ploča/cijevi Dimenzije ploče/cijevi Pad tlaka ulje/voda [bar] Duljina/visina/širina [mm] Materijal površine i debljina stjenke [mm] Težina praznog [kg] Duljina za izvlačenje cijevnog registra [mm] Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline Ulje za podmazivanje SAE 30 270 s 50.7 na 45 1.0 (0.5) 735.6
Pločasti Varitherm 805 HV 74 813 669 153 0.49 m 2 0.98/0.51
2052/910/1578 Titan, 0.6
1391 Cijevni H2 711/2750 147 386 350 1460 12x1 0.98/0.31
3576/860/970 CuZn21Al12, 1 2790 2750