Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 62-713.1:621.436

ТЕПЛООТДАЧА ПОГРУЖНОГО ПЛАСТИНЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭНЕРГОУСТАНОВОК МОРСКИХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Федоровский К.Ю., Лунев А.А.

В судостроении широкое распространение получили разомкнутые системы охлаждения энергетических установок. Такие схемы успешно эксплуатируются для тех типов судов, которые длительное время находятся в сравнительно чистой акватории. Суда технического флота (плавкраны, землечерпалки и др.), а так же стационарные технические средства (например, буровые платформы) часто находятся не только в загрязненной акватории, но и сами создают мощное её загрязнение. Забор в систему загрязненной воды приводит к засорению элементов системы охлаждения забортной водой и их эрозионному разрушению. Попадание в систему охлаждения механических примесей в 2 – 3 раза усиливает коррозионно-эрозионное разрушение трубопроводов. Первые язвенные поражения появляются уже через 1 – 1,5 года эксплуатации. Резко снижается надежность эксплуатации судовой энергетической установки, ресурс оборудования. Затраты на ремонт системы забортной воды могут достигать 10 – 12% общей стоимости ремонтных работ на судне. Кроме того, большинство морских технических средств находится в прибрежной, сравнительно мелководной акватории, где сосредоточены основные биоресурсы морей.

Международная экологическая экспертиза [1] показала, что примерно 50 – 70% микроорганизмов, рыбной молоди и икринок, попадающих в элементы разомкнутых систем охлаждения вместе с забортной водой, погибают. Специалистами Института биологии южных морей АН Украины были выполнены расчеты, применительно к системе охлаждения энергоустановки мощностью 5000 КВт морской буровой платформы типа «Шельф». В результате определено, что в случае её работы в течение года в районах Азовского или Каспийского морей могут иметь место потери промысловых сортов рыбы, измеряемые сотнями тонн.

Это предопределило тот факт, что при создании буровой платформы, предназначенной для эксплуатации в районе северо-восточного Каспия, в техническом задании на её проектирование было дано четкое указание на создание систем охлаждения, исключающих прием забортной охлаждающей воды. Фактически необходима замкнутая система охлаждения. Имеется определенный опыт создания таких систем для судов, технического флота [2]. Однако буровые платформы часто выполняются стационарными и, в отличие от судна, устанавливаются на фермовых основаниях. Для таких объектов стоит задача создания теплообменных аппаратов, отводящих теплоту в неподвижную морскую воду.

С точки зрения простоты изготовления и обслуживания одним из наиболее рациональных вариантов такого аппарата является набор параллельно расположенных плоских полых пластин с лабиринтными каналами внутри. По данным каналам движется охлаждаемая пресная вода (рисунок 1). Так, например, в условиях мелководья северо-восточного района Каспия имелись ограничения по высоте. Теплоотдача при движении охлаждаемой пресной воды в лабиринтном канале такого аппарата хорошо изучена [2]. Для расчета теплоотдачи забортной воде нельзя использовать хорошо известные зависимости для изотермических поверхностей, поскольку по данным [3] ошибка может достигать 50%.

Стоит задача разработать методы теплотехнического расчета таких устройств. Поскольку пластины располагаются в пакете с зазором между собой, то нельзя также использовать зависимости для теплоотдачи через судовую обшивку, полученные в [2,3]. Требуются специальные исследования.

Рис. 1 Пластинчатый погружной теплообменный аппарат

 

Для исследования процессов была создана экспериментальная установка. Экспериментальная модель состояла из двух параллельных пластин высотой 0,8 м и шириной 0,5 м с внутренним лабиринтным каналом каждая. С использованием специального устройства изменялось и фиксировалось расстояние между этими пластинами в диапазоне от 80 до 240 мм. Температура поверхности пластин измерялась с помощью термопар. Также контролировалась температура горячей воды на входе и выходе. Для предотвращения непредусмотренных теплопотерь все необходимые поверхности экспериментальной модели были тщательно теплоизолированы. Экспериментальная модель размещалась в емкости объёмом 17 м3 с неподвижной водой, имитируя условия теплоотдачи при свободной конвекции. Экспериментальная установка обеспечивала прокачивание горячей пресной воды с расходом до 0,001 м3/с и её прогрев до 90°С. Измерение расхода жидкости осуществлялось объёмным методом.

Проведенные экспериментальные исследования четко показали зависимость теплоотдачи от зазора между пластинами d (рисунок 2).

1 – температурный напор Δt = 7 °С; 2 –  27 °С; 3 – 40 °С

Рис. 2 Зависимость коэффициента теплоотдачи α от зазора между пластинами при различных температурных напорах Δt

 

При температурном напоре равном 27 °С увеличение зазора с 80 мм до 240 мм увеличивает теплоотдачу на 20%.

На рисунке 3 показана обработка экспериментальных данных в координатах lg(Nu) lg(PrGr). Из графика следует, что для всех зазоров тангенс угла наклона линий равен 0,33. Это означает, что показатель степени при (PrGr) равен 0,33. Отсюда вытекает, что процесс теплоотдачи автомоделен по отношению к высоте теплоотдающей поверхности Н. Другими словами, численное значение коэффициента теплоотдачи по высоте поверхности постоянно.

Рис. 3 Зависимость lg(Nu) от lg(PrGr).

 

На рисунке 4 представлена зависимость lg(Nu/(PrGr)0,33) от lg(δ/Н).

Рис. 4 Зависимость lg(Nu/(PrGr)0,33) от lg(δ/Н)

 

В результате уравнение подобия, описывающее теплоотдачу от поверхности этого аппарата к забортной воде в условиях свободной конвекции, выглядит следующим образом:

 

Nu = 104 ∙ (PrGr)0,33∙(δ/H)0,21                                                    (1)

 

Данное уравнение справедливо для (PrGr) = 346,5 … 3127 и (δ/Н) = 0,1 … 0,3.

На рисунке 5 показано сопоставление результатов с известными данными. Как видно теплоотдача у пластин установленных с зазором меньше теплоотдачи просто одиночной пластины [3], и тем более меньше теплоотдачи изотермической поверхности [4].

1 – одиночная пластина [3]; 2 – зазор d  = 240 мм; 3 – 180 мм; 4 – 100 мм; 5 – изотермическая поверхность [4]

Рис. 5 Сопоставление теплоотдачи в погружном пластинчатом аппарате с известными значениями [3,4].

 

Таким образом, расчет теплоотдачи забортной воде в случае использования погружного пластинчатого аппарата может и должна вестись только с использованием полученной нами зависимости (1).

 

Heat dessipation of a lamellar heat exchanger of shipped in motionless water behind a board is researched, influence of various constructive and warmly technical factors is revealed, the corresponding equation of similarity is certain.

 

1.                  Oertzen J.A. Beciflussung durch Abwarme / J.A. Oertzen // Abh. Akad., Wiss. DDR. – 1974. – P. 147–155.

2.                  Федоровский К.Ю. Особенности теплообмена в судовых замкнутых системах охлаждения / К.Ю. Федоровский // Повышение надежности энергетического обеспечения морских буровых работ // Киев: Знание. – 1980. – 12-16 с.

3.                  Федоровский К.Ю./ Свободно-конвективный теплообмен плоской неизотермической поверхности при различной её ориентации/ К.Ю. Федоровский // Инженерно-физический журнал. – 1988. – Т.55. – №2. – 186-190 с.

4.                   Исаченко В.П./ Теплопередача./ В.П. Исаченко // Учебник для ВУЗов. Изд 3-е. // М.: Энергия, – 1975. – 488 с.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Денисова А.Е., Тодорцев Ю.К., Максименко И.Н. К вопросу об автоматизации интегрированной установки теплоснабжения с возобновляемыми источниками энергии

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.