Охлаждение, компрессионная машина

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)

м=859,3кг/м3

м=6,68*10-6 м2 /с

Prм=101

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

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

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

м – 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

в=998,5кг/м3

Температура охлаждающей воды при выходе из маслоохладителя:

Qм= Qв

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

tв2=tв1+(Qв*3600/ (Срmв* Gв*в)), 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]

в=0,9394*10-6 м2 /с

Prв=6,5996

в=0,604 Вт/(м*К)

в=997,45 кг/м3

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

tср=((tм1-tв2)-(tм2-tв1))/(ln((tм1-tв2)/(tм2-tв1)))*t, оС (2.5)

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

tср =((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/мпр)+(dн/dвнлат)+(dн/dвнв)), Вт/(м2*К) (2.6)

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

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

dн –наружный диаметр трубки,м;

dвн-внутренний диаметр трубки,м;

 -толщина стенки трубки, м;

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

- коэффициент оребрения (=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 м пр [Вт/(м2*К)] от масла в пучке трубок с поперечным или близким к нему характером омывания определяется соотношением [7,стр.109]:

м пр=мо, (2.7)

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

о-поправочный коэффициент (о=0,95-0,98)

Для