Preddiplomnaya_praktika (Э4 Холодильный промышленный склад)

Содержание.

Содержание . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1. Конструктивные особенности судового пластинчатого ТО . . . . . . . . 7

2. Расчёт пластинчатого ТО . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3. Результаты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4. Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

5. Приложение А. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

Введение.

Согласно проанализированной во время написания работы литературе в судостроении применяются в большинстве своём кожухотрубные и пластинчатые теплообменники, но в силу сложности производственного процесса пластинчатые аппараты практически не применяются. Большинство источников, в которых описана данная тема, были написаны более 30 лет назад, и почти все они ссылаются на ещё более старые труды. С тех времён технологические процессы, которые задействованы в производстве пластинчатых теплообменников стали более отточены и не требуют больших финансовых затрат, а именно факт простоты и дешевизны изготовления кожухотрубных теплообменников приводился как главный довод в пользу обоснованности отсутствия конкурентов у аппаратов данного типа.

Тем временем, по сравнению с кожухотрубными теплообменниками аппараты пластинчатого типа обладают рядом преимуществ. Толщина пластин, образующих теплопередающую поверхность, равняется 0,6— 0,8 мм, в то время как толщина стенок трубок кожухотрубного теплообменника достигает 1,5—3 мм. Поэтому теплопередающая поверхность аппаратов пластинчатого типа в 2—3 раза меньше. Их масса (без жидкости) в 3—4 раза меньше массы такого же по величине поверхности теплообмена кожухотрубного аппарата. Кроме того, для разборки, мойки и ремонта пластинчатого теплообменника требуется в 2—5 раз меньшая площадь. В аппарате пластинчатого типа объем жидкостей равен 2,5—5 л/м², что значительно меньше, чем в кожухотрубном аппарате. Поэтому масса пластинчатого теплообменника и в рабочем состоянии меньше массы кожухотрубного.

Так же к достоинствам следует отнести: малые массогабаритные характеристики, не требуется специальный фундамент для установки, не чувствителен к вибрации, лучшая теплопередача, возможно изменение площади поверхности теплообмена.

Таким образом, можно сказать, что пластинчатый теплообменник в наше время является более предпочтительным к установке на судовой холодильной установке, благодаря своей пониженной массе и удельному занимаемому объёму. Основываясь на этом, для расчёта

Цель: провести расчёт пластинчатого теплообменника.

Задачи:

• подобрать методику расчёта

• определить наиболее подходящую конструкцию пластинчатого ТО

- провести тепловой и гидравлический расчёты ТО

- произвести расчёт основных конструктивных элементов на прочность

Конструктивные особенности судового пластинчатого ТО.

В условиях задачи, в рамках которой рассматривается использование пластинчатого ТО, предполагается применение забортной морской воды в качестве охлаждающей среды для конденсирующегося хладагента. Данная охлаждающая среда является весьма агрессивным веществом, способствующим развитию коррозионных процессов и появлению различных отложений на теплообменной поверхности.

Для борьбы с данными негативными факторами при производстве пластин теплообменного аппарата применяются титановые сплавы. Сплавы на основе титана (марки ВТ 1-00 по АМГУ 475-1 А—6) не склонны к межкристаллитной коррозии, общей коррозии подвержены даже меньше, чем нержавеющие стали. Также для борьбы с отложениями ТО выполняют в разборном варианте для возможности осуществления механической очистки теплообменных поверхностей. К тому же, данное конструктивное исполнение даёт возможность увеличения или уменьшения поверхности теплообмена. Пластины в этих аппаратах имеют прокладки для уплотнения межпластинных каналов при сборке всей системы.

Рис. 1. Разборный пластинчатый теплообменник.

1, 2, 11, 12 - штуцера, 3 - передняя стойка, 4 - верхнее угловое отверстие,

5 - кольцевая резиновая прокладка, 6 - граничная пластина, 7 - штанга, 8 - нажимная плита, 9 - задняя стойка, 10 - винт, 13 - большая резиновая прокладка, 14 - нижнее угловое отверстие, 15 - теплообменная пластина,

Аппарат состоит из группы теплообменных пластин 15, подвешенных на верхней горизонтальной штанге 7. Қонцы верхней и нижней штанг закреплены в неподвижной плите (передней стойке) 3 и на задней стойке. При помощи нажимной плиты 8 и винта 10 пластины в собранном состоянии сжаты в один пакет. На схеме для более ясного изображения потоков рабочих сред показаны только пять пластин в раздвинутом положении. В рабочем положении пластины плотно прижаты друг к другу на резиновых прокладках 13 и 5. Группа таких пластин в рабочем положении наглядно показана на рис. 7. Қаждая пластина имеет прокладки двух назначений: а) большая резиновая кольцевая прокладка, ограничивающая на лицевой стороне пластины канал для соответствующего потока рабочей среды и охватывающая также два угловых отверстия (с одной стороны пластины или по диагонали), через которые происходит приток среды в межпластинный канал и сток из него; б) две малые резиновые прокладки, изолирующие два остальных отверстия и создающие транзитный проход для второй рабочей среды. Система уплотнительных прокладок разборного пластинчатого теплообменника построена так, что после сборки и сжатия пластин в аппарате образуются две системы герметичных каналов, изолированных одна от другой металлической стенкой и прокладками: одна для горячей рабочей среды, другая для холодной. Одна из этих систем состоит из нечетных каналов между пластинами, а другая из четных, благодаря чему потоки горячей и холодной рабочих сред чередуются. Обе системы межпластинных каналов соединяются со своими коллекторами и далее со штуцерами для входа и выхода рабочих сред, расположенными на плитах.

Расчёт пластинчатого ТО.

В данном расчёте будет рассмотрена пластина сетчато-поточного типа (ёлочка) ПР-0,5Е, получившая широкое распространение.

Стремление повысить степень турбулентности потока, влияющую на толщину пограничного слоя коэффициенты теплоотдачи, привело к разработке конструкций пластин сетчато-поточного типа. В каналах, составленных из пластин сетчато-поточного типа, поток жидкости изменяет направление своего движения в двух плоскостях. Это позволяет при равных средних скоростях движения (по сравнению с гладкостеннными и ленточно-поточнымн каналами) существенно интенсифицировать теплоотдачу и уменьшить удельную рабочую поверхность аппарата. Достигается высокая степень искусственной турбулизации и размыва пограничного слоя, поэтому аппараты с сетчато-поточным типом пластин дают наиболее высокие коэффициенты теплопередачи уже при скорости потока 0,2—0,5 м/с.

Рис. 2. Пластина сетчато-поточного типа.

Запишем геометрические характеристики рассматриваемой пластины пластины:

Габаритные размеры пластины, мм:

длина 1380

ширина 500

толщина стенки, мм 1

поверхность теплообмена, м^2 0,5

масса, кг 5,4

эквивалентный диаметр , м 0,008

площадь поперечного сечения канала, м^2 0,0018

расстояние между стенками пластины (среднее), мм 4

Шаг гофр, мм

вдоль потока 18

по нормали к гофрам 16

высота гофр, мм 4

число гофр на пластине 66

длина одного канала (приведённая), мм 1,15

площадь поперечного сечения углового отверстия, м^2 0,017

диаметр присоединяемого штуцера, мм 150

угол наклона гофр к вертикальной оси симметрии в градусах 60

В данной работе расчёты будут проводится для хладагента R134a. Тепловая нагрузка на конденсатор составляет 40,15 кВт. По правилам “Российского морского регистра судоходства” при расчёте корабельных холодильных установок температура забортной воды принимается равной 30 градусов цельсия для судов с неограниченным районом плавания. Температура конденсации хладагента в рассматриваемой задаче составляет 37 С.

Зададимся величиной перегрева воды в конденсаторе равной 3 С. Такой перепад температуры сопровождается незначительным изменением теплоёмкости, таким образом при расчёте количества тепла, отводимого от хладагента можно использовать постоянное значение теплоёмкости. Данная величина зависит от солёности воды и её температуры. При повышении солёности теплоёмкость воды понижается, таким образом при одинковых расходах вода отведёт меньшее количество тепла. Проводя данные расчёты рассмотрим случай, когда вода будет отводить меньше всего тепла.

Максимальная зафиксированная солёность воды в море составляет 41 промилле (Красное море).

Рис. 3. Зависимость теплоёмкости воды от её температуры и солёности.

Принимаем значение равным 3980 Дж/(кг*К).

Рис. 4. Диаграмма процесса охлаждения хладагента в конденсаторе.

На данной диаграмме процессу охлаждения пара хладагента в конденсаторе соответствует участок 2-3, конденсации хладагента участок 3-4 и переохлаждению жидкого хладагента 4-4`.

Согласно пункту 2.2.2 [2] расчёты на прочность конструктивных элементов проводились при давлении хладагента внутри аппарата равном 1.2 МПа.

Зададимся коэффициентом теплоотдачи со стороны теплоносителя α = 6115 Вт/(м^2*К) и коэффициентом гидравлического сопротивления единицы длины ξ = 2. Значение гидравлических потерь принимается как доля от давления на входе теплоносителя (Δp = 0.03*110 = 3.3 кПа). Плотность морской воды составляет в среднем ρ = 1035 кг/м^3.

В качестве материала для прокладки был выбран ИРП-1377, который хорошо подходит для работы с морской водой.

Далее были проведены термодинамический и конструктивный расчёт пластинчатого ТО, которые приведены в приложении A.000

Результаты.

В данной работе был произведён конструктивный расчёт пластинчатого теплообменного аппарата а также прочностной расчёт его основных элементов. В результате было принято число пластин выбранного типа равное 44, толщина неподвижной плиты 50 мм и толщина подвижной прижимной плиты 35 мм. Гидравлические потери по хладагенту составляют 4152 Па. Также были разработаны сборочный чертёж теплообменника и чертёж пластин. За основу хода расчётов была принята методика из [3].

Список литературы.

1. “Пластинчатые и спиральные теплообменники”, Н.В. Барановский, 1973

2. Правила классификации и постройки морских судов, часть XII «Холодильные установки»

3. “Тепломассообменные аппараты низкотемпературных установок”, Приданцев А.С.