Курсовая работа: Тепловой и гидравлический расчет судовой водоопреснительной установки типа Д

Оглавление

Введение

1. Опреснительная установка типа «Д»

1.1 Устройство и принцип работы

2. Тепловой расчет утилизационной опреснительной установки типа «Д» с обогревом греющей водой от ГД

2.1 Тепловой расчет утилизационной опреснительной установки типа «Д» с обогревом греющей водой от ГД

2.2 Тепловой и конструктивный расчет греющей батареи

2.3 Тепловой расчет и компоновка конденсатора

3. Гидравлический расчет утилизационной опреснительной установки типа «Д»

3.1 Определение гидравлического сопротивления полости охлаждающей воды конденсатора

3.2 Определение гидравлического сопротивления греющей воды в межтрубном пространстве нагревательной батареи

4. Поверочный расчет опреснительной установки

4.1 Исследование влияния температуры забортной воды на производительность спроектированной опреснительной установки

4.2 Исследование влияния накипи в греющей батарее на производительность спроектированной опреснительной установки

Заключение

Список литературы

Введение

Основной целью выполнения курсового проекта по дисциплине «Судовые вспомогательные механизмы, системы и устройства» для курсантов (студентов) судомеханического и заочного факультетов МГУ им. адм. Г. И. Невельского, обучающихся по специальности 180405.65 «Эксплуатация судовых энергетических установок», является:

- закрепление и систематизация теоретических и практических знаний по специальности, полученных при изучении курса;

- приобретение опыта самостоятельного выполнения расчетов.

В качестве расчетной схемы для курсового проекта принимается тепловая схема глубоковакуумной утилизационной опреснительной установки на базе отечественного опреснителя типа «Д», широко применяемой на транспортных морских судах для пополнения запасов пресной воды, используемых в дальнейшем на питьевые и хозяйственно-бытовые нужды, а также на технические цели (подпитка котлов, система охлаждения ДВС и пр.).

По заданным параметрам рабочего процесса в ходе курсового проектирования на основе расчёта:

- определяются поверхности теплообмена греющей батареи и конденсатора;

- осуществляется компоновка основных узлов опреснителя (греющей батареи, конденсатора и камеры испарения);

- определяется гидравлическое сопротивление конденсатора и нагревательной батареи;

- выполняется графическая часть проекта.

Результаты гидравлического расчёта конденсатора являются составной частью гидравлического расчета системы забортной воды, необходимого для подбора насоса забортной воды, обслуживающего установку.

В целях расширения знаний в области эксплуатации в проект входят расчёты по исследованию влияния температуры забортной воды и накипеобразования на производительность спроектированной опреснительной установки.

1. Опреснительная установка типа «Д»

Данные водоопреснительные установки относятся к установкам с испарителями кипящего типа, работающими при постоянном давлении и производительности до 25 т/сут. Такие водоопреснительные установки в судовой практике в настоящее время находят самое широкое применение на транспортных судах.

1.1 Устройство и принцип работы

Опреснитель типа «Д» (рис. 1) по конструкции аналогичен блочному вакуумному опреснителю датской фирмы «Атлас», использующему утилизационную теплоту охлаждающей системы дизелей и работающему по идентичному циклу.

Рисунок 1. Конструктивная схема и общий вид утилизационного опреснителя типа «Д»:

1- греющая батарея; 2 - отбойный конус; 3-камера испарения;

В зависимости от типа двигателя утилизационные опреснители позволяют получить от 600 до 1200 литров дистиллята в час на каждую 1000 кВт ее мощности. Для большинства типов судов в этом случае обеспечиваются все потребности в пресной воде практически без дополнительных затрат топлива. Тепловая схема утилизационной вакуумной установки типа «Д» приведена на рис.2.

Особенность работы состоит в следующем. Теплообменная часть греющей батареи включает вертикально установленные мельхиоровые трубки 12, развальцованные в латунных трубных досках, внутри которых происходит процесс кипения морской воды. Пар из этих трубок поступает в камеру испарения и далее через жалюзийный сепаратор 7 подается в верхнюю часть двухходового прямотрубного конденсатора 6, который имеет горизонтальные трубки, развальцованные также в латунных трубных досках.

Рисунок 2. Схема утилизационной вакуумной водоопреснительной установки типа «Д»:

1 - ротаметр (датчик расхода); 2 - соленомер; 3 - трубопроводы подвода и отвода греющей воды к испарителю; 4 - трубопровод для отвода конденсата; 5 - трубопровод подвода греющего пара; 6 - конденсатор; 7 -жалюзийный сепаратор; 8 -отбойный конус пароводяной смеси; 9 - воздушно-рассольный эжектор; 10 - трубопровод отвода рассола; 11-насос забортной воды; 12 - трубки греющей батареи; 13 - сборник дистиллята; 14 -насос откачки дистиллята; 15 - электромагнитный клапан; 16 - уравнительный трубопровод; 17 -трубопровод отвода паровоздушной смеси

Отбойный конусный щит 8, установленный в нижней части камеры испарения, служит для отделения крупной капельной влаги из пароводяной смеси в зоне испарения рассола. При этом сепарация капель рассола обеспечивается за счет действия центробежных сил при изменении направления движения пароводяной смеси от вертикального (вверх) до горизонтального (вбок) и далее - вверх в камеру испарения. Отсепарированные капли рассола стекают обратно в зону испарения. Данное техническое решение создает благоприятные условия для дальнейшей качественной сепарации вторичного пара в жалюзийном сепараторе 7.

Относительно большая высота парового пространства в сочетании с применением жалюзийного сепаратора позволяет получать дистиллят с солесодержанием не более 8 мг/л при солесодержании рассола 50 г/л.

Часть забортной воды, прокачиваемой через конденсатор, отводится на питание испарителя, а оставшаяся используется в качестве рабочей жидкости в водоструйном эжекторе 9, который предназначен для удаления паровоздушной смеси по трубопроводу 17 из конденсатора и продувки рассола из подогревателя за борт.

В эксплуатационном режиме рабочий вакуум в опреснителе поддерживается за счет конденсации пара в конденсаторе и определяется температурой охлаждающей воды. При этом работа водоструйного эжектора заключается в удалении паровоздушной смеси из конденсатора, составляющей 3-5 % производительности опреснительной установки.

В центре нагревательной батареи установлен кожух и центральная труба, по которой рассол сливается к эжектору. Уровень продуваемого рассола устанавливается на высоте верхнего среза сливной трубы, который расположен на половине высоты греющей батареи.

В качестве источника теплоты, поступающей в греющую батарею испарителя, чаще всего используется охлаждающая вода главного двигателя с температурой 60-80°С, может использоваться также пар от утилизационного или вспомогательного котла.

Греющая вода или пар подается в межтрубное пространство греющей батареи. При этом для улучшения теплообмена организовано многоходовое поперечно-продольное движение греющей среды. Для этого внутри корпуса греющей батареи (в межтрубном пространстве) устанавливаются 1, 3, 5 и т.д. направляющих сегментных перегородок, что позволяет организовать соответственно 2-, 4-, 6-ходовое и т.д. омывание греющих трубок.

Количество ходов греющей воды является одним из важных конструктивных факторов. С уменьшением числа ходов снижается гидравлическое сопротивление поворота потока греющей воды, соответственно можно увеличить скорость воды между трубками при заданном напоре центробежного насоса. Для утилизационных опреснителей типа «Д» количество ходов, зависящих от производительности установки и высоты греющей батареи, не превышает 8.

Дистиллят из конденсатора поступает в специальный сборник 13, необходимый уровень в котором поддерживается с помощью поплавкового регулятора. При этом уравнительный трубопровод 16 служит для уравнивания давлений в конденсаторе 6 и сборнике дистиллята 13, что необходимо для надежного стока конденсата. Дистиллят откачивается затем в цистерну с помощью дистиллятного насоса 14.

В случае превышения допустимой солености дистиллят с помощью электромагнитного клапана 15, управляемого соленомером 2, возвращается в испаритель или удаляется за борт.

Водоопреснительные установки (ВОУ) данного типа полностью автоматизированы и оснащены соответствующими средствами сигнализации.

Визуальный контроль за режимом работы водоопреснительной установки осуществляется с помощью термометров, манометров, вакуумметра и расходомеров. При этом контрольными параметрами являются: температуры греющей воды на входе в испаритель и на выходе из него; температуры охлаждающей воды на входе и на выходе из конденсатора; вакуум в конденсаторе; расход питательной воды; расход и соленость дистиллята.

ВОУ поставляются в виде агрегата на общей раме со всеми обслуживающими агрегатами и приборами.

2. Тепловой расчет утилизационной опреснительной установки типа «Д» с обогревом греющей водой от ГД

В основу теплового расчета положены рекомендации, приведенные в работах. Исходными данными для расчета являются: тип опреснительной установки, ее производительность, температура греющей воды на входе в опреснитель, температура забортной воды и коэффициент продувания.

Тепловой расчет опреснительной установки состоит из следующих этапов:

· определение параметров вторичного пара;

· тепловой расчет греющей батареи и определение её конструктивных размеров;

· тепловой расчет конденсатора и определение его конструктивных размеров; Методика расчета опреснительной установки приведена в табличной форме.

· Выбран ОУ Д- 3у из таблицы.

2.1 Тепловой расчет утилизационной опреснительной установки типа «Д» с обогревом греющей водой от ГД

Температура греющей воды на выходе из греющей батареи, оС:

где: - снижение температуры греющей воды (8 -10)°С

- Температура греющей воды,оС

Средняя температура греющей воды, оС:

(80+70)/2

75

где: - Температура греющей воды на входу в ОУ, оС

- Температура греющей воды на выходе из ОУ, оС

Температура забортной воды, выходящей из конденсатора, оС:

)

= 23+7

= 30

где: нагрев охлаждающей воды в конденсаторе (4-10) оС

Средняя температура охлаждающей воды в конденсаторе, °С:

=(23+30)/2

= 26,5

где: -

Температурный напор в конденсаторе, оC:

=

= 16,17

где: Для судовых ОУусловие получения минимальной суммарной поверхности испарителя и конденсатора.-=

Средняя температура вторичного пара, оС:

=26,5+16,17

42,67

где: - температурный напор в конденсаторе, оC

2.2 Тепловой и конструктивный расчет греющей батареи

Расход питательной воды, кг/с:

где: - коэффициент продувания.

Количество продуваемого рассола, кг/с:

Gпр = Qпв

Gпр = 0,096 3,5

Gпр = 0,34

Тепловая мощность для подогрева и испарения воды, кВт:

(-.)+

где: - теплоёмкость питательной воды.

Массовый расход пресной греющей воды, кг/с

Gгр

Gгр

Gгр=7,06

где: =0,85 коэффициент сохранения теплоты;

теплоёмкость греющей воды.

Объёмный расход греющей воды, м3/с

Wгр=Gгр/сгр

Wгр=7,06 /971,6

Wгр= 0,00727

где: плотность греющей воды.

Критерии Рейнольдса для потока пресной греющей воды

Re1

Re1 =

Re1 = 43835

где: коэффициент кинематической вязкости для греющей воды при,

- диаметр труб греющей батареи: наружный, м;

скорость греющей воды в межтрубном пространстве.

Критерий Нуссельта для потока пресной греющей воды.

Nu

Nu=0,02630,35

Nu= 179,48

Где: Pr - критерий Прандтля для греющей воды.

Коэффициент теплоотдачи от греющей воды к трубкам греющей батареи, Вт /(м2·K)

=