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), оС (2.1)
где tм1-температура масла на входе в маслоохладитель, оС;
tм2-температура масла на выходе из маслоохладителя оС;
tм.ср =0,5*(60+48)=54оС.
Физические свойства при tм.ср.= 54оС: [9, приложение 3]
Срmм=1,876 кДж/(кг
оС)rм=859,3кг/м3
nм=6,68*10-6 м2 /с
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.= 54оС, кг/м3 ;
Срmм –удельная теплоемкость масла при tм.ср.= 54оС, кг/м3 ;
Qм =(8,4*859,3*1,876*(60-48))/3600=44,3 кВт/с
Физические свойства воды при tв=18 оС: [9, приложение2]
Срmв=4,185 кДж/кг*оС
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)), оС
где tв1-температура воды на входе в маслоохладитель, оС;
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 оС
Средняя температура воды[9, стр.54]:
tв.ср.=0,5*( tв1+tв2), оС (2.4)
tв.ср.=0,5*(18+20)=19оС
Физические параметры воды при tв.ср.= 19 оС: [9, приложение 2]
nв=0,9394*10-6 м2 /с
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)))*eDt, оС (2.5)
eDt –поправочный коэффициент, учитывающий особенности принятой схемы движения теплоносителей. Для противоточной схемы eDt=1; [7, стр. 104]
Dtср =((60-20)-(48-18))/(ln((60-20)/(48-18)))=34 оС
Определение коэффициента теплопередачи:
Среднее значение коэффициента теплопередачи К (Вт/(м2.К) определяется по уравнению (4.29) [7,стр. 108] :
К=1/((1/aмпр)+(djdн/dвнlлат)+(jdн/dвнaв)), 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 оС
tст.м.=40 оС
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=aмhо, (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 оС, Вт/(м*К);
Prf –число Прандтля для масла при tм.ср.= 54 оС;
Prw - число Прандтля для масла при tст.м.=40 оС;
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.= 54оС, 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.= 19оС;
Prf –число Прандтля для воды при tв.ср.= 19 оС;
Prw - число Прандтля для воды при tст.в.=25 оС;
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, оС;
k – коэффициент теплопередачи, Вт/( м2*К);