Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Судовые теплообменные аппараты

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

Теплообменные аппараты на судне являются важными компонентами системы охлаждения и теплопередачи. Они предназначены для эффективного перемещения тепла между различными средами, обеспечивая нормальную работу двигателей, систем кондиционирования воздуха, оборудования для поддержания теплового баланса и других систем на судне.

Наиболее распространенными типами теплообменных аппаратов, используемых на судах, являются пластинчатые теплообменники, теплообменники трубчатого типа и радиаторы. Эти аппараты обеспечивают эффективное охлаждение или нагрев жидкостей и газов, что особенно важно на судах, где управление температурными режимами играет ключевую роль в обеспечении безопасности и эффективности судовых операций. Такие системы также подвергаются строгим проверкам и обслуживанию, чтобы гарантировать их надежную работу в морских условиях.

Термосифоны и тепловые трубы относятся к специальным типам теплообменных аппаратов с промежуточным теплоносителем. Тепловые трубы относятся к классу теплопередающих устройств, общим признаком которых является функционирование по принципу испарительно-конденсатного цикла. Такие устройства, в которых возврат конденсата в зону подвода теплоты осуществляется под действием гравитационных сил, называются двухфазными термосифонами.

Впервые тепловая труба (ТТ) была изобретена в 1897 г. англичанином Дж. Перкинсом. ТТ называются устройства, выполняющие функции теплопроводов типа стержней и ребер. В отличие от теплопроводов из сплошного твердого материала, внутри ТТ осуществляется интенсивный тепломассообмен за счет процессов испарения и конденсации жидкости, находящейся внутри трубы (промежуточного теплоносителя). В результате эффективность теплопередачи (теплопроводность стержня) возрастает в несколько раз.

ТТ в простейшем виде представляет собой полый герметичный предварительно отвакуумированный корпус (рис. 1), внутренняя поверхность которого имеет капиллярную структуру, насыщенную жидким теплоносителем.

Устройство тепловой трубы
Рис. 1 Принципиальная схема тепловой трубы

Тепловой поток, подводимый от источника теплоты к зоне испарения ТТ, вызывает испарение жидкости с поверхности капиллярной структуры, обращённой в паровой котёл. Полученный пар под действием градиента давления движется по паровому каналу адиабатной зоны в зону конденсации.

ТТ позволяют эффективно решать, как правило, одновременно следующие технические задачи:

Основные Показатели и характеристики систем на суднепреимущества тепловых труб:

ТТ по конструкции аналогична термосифону, но в тепловой трубе на внутренней стенке прикреплен фитиль, выполненный, например, из нескольких слоев тонкой сетки. Конденсат возвращается в испаритель под действием капиллярных сил. Бесфитилъные ТТ (гравитационные или гладкостенные ТТ) называют двухфазными термосифонами. Труба может быть любой конструкции (рис. 2).

Виды тепловых труб
Рис. 2 Схемы различных конструкций тепловых труб:
а – бесфитильная тепловая труба; б – тепловая труба с фитилем; в – с горизонтальным испарителем; г – с горизонтальным конденсатором; д – с горизонтальным конденсатором и перегородкой или вставкой в испарителе; е – с внутренней вставкой и перепускными каналами; ж , з – открытые термосифоны

Возврат конденсата может быть осуществлен другими способами:

Конструкция бесфитильных тепловых труб – простая, она включает гладкостенный цилиндр или камеру, заполненную теплоносителем. Из трубы удаляется воздух, после чего она герметично закрывается. В фитильных конструкциях внутренние стенки трубы выложены фитилём, что является отличительной особенностью фитильных тепловых труб. С увеличением радиуса термосифона тепловой поток уменьшается. Уменьшение теплового потока наблюдается и при увеличении отношения длины охлаждаемой части Lо термосифона к нагреваемой Lн, т. е. Lо/Lн. Это подтверждается экспериментальными данными, полученными на теплоносителях в воде, этиленгликоле и глицерине.

При конструировании термосифонов следует выбирать:

Lн/r = 15,

где:

Наличие вставки между Накипеобразование в испарителях морской воды и методы его предотвращения на суднеиспарителем и конденсатором интенсифицирует теплообмен. Как показали специальные исследования, лучшие результаты были получены при применении теплоизолированной вставки с переходным каналом.

Читайте также: Судовые вспомогательные механизмы и теплообменные аппараты

Бесфитильные тепловые трубы работают под давлением, что осложняет их обслуживание и снижает надежность. Работа бесфитильных тепловых труб осуществляется следующим образом. При подводе тепла теплоноситель в двухфазных термосифонах вскипает, в конвективных – нагревается. Двухфазная смесь (жидкий теплоноситель) транспортируется за счет разности плотностей в зону теплоотвода. Сконденсированный, или «охлаждённый», жидкий теплоноситель поступает за счет сил гравитации в зону теплоотвода, и процесс повторяется.

Зона теплоотвода (нижняя часть) бесфитильных тепловых труб называется испарителем, а зона теплоотвода (верхняя часть) – конденсатором. Средняя часть труб включает адиабатическую зону. Процессы, протекающие в бесфитильных тепловых трубах, сложнее процессов протекания в конвективных термосифонах. Вода, являясь наиболее доступным и дешевым теплоносителем, имеющим значительную скрытую теплоту парообразования, употребляется наиболее часто. Температурный интервал применения также достаточно широк: 57 … 200 °С. Однако при температуре более 1 000 °С имеется недостаточно информации по исследованию бесфитильных тепловых труб для того, чтобы можно было разработать единую методику их расчета. Наиболее полно изучены бесфитильные тепловые трубы, в которых в качестве теплоносителя используется вода.

В фитильных тепловых трубах возврат конденсата происходит по капиллярам фитиля. Испарительные термосифоны могут передавать большие тепловые потоки за счет использования скрытой теплоты парообразования. Например, тепловая труба будет иметь теплопроводность в сотни раз большую, чем медь, если используется вода при температуре t = 150 °С. Если применять литий при температуре t = 150 °С, то в осевом направлении может быть передан тепловой поток 10… 20 кВт/см2. При соответствующем выборе рабочей жидкости и материала корпуса могут быть созданы тепловые трубы для работы в интервале от 4 до 2 300 К.

Тепловая труба может использоваться и как трансформатор теплового потока, т. е. подвод и отвод теплоты происходят при различных температурных уровнях (рис. 3).

Механизм трансформатора тепла
Рис. 3 Схема тепловой трубы, работающей как трансформатор тепла

Основное преимущество тепловых труб заключается в чрезвычайно высокой теплопроводности и изотермичности поверхности при низком термическом сопротивлении.

Возможное применение тепловых труб:

Такие аппараты позволяют исключить низкотемпературную коррозию при предварительном нагреве воздуха или воды уходящими газами котлов и печей. Тепловые трубы особенно перспективны для работы в агрессивных условиях. Так как коэффициенты теплоотдачи при кипении и конденсации в тепловых трубах достаточно велики, необходимо интенсифицировать внешний теплообмен от конденсаторов тепловых труб.

Автор статьи
Судовой механик
Список литературы
  1. Азаров А. Промышленные вихревые трубы: производство, применение, развитие // Техномир, промышленный журнал. – 2007. – № 1.
  2. Алмазов Г. К. [и др.]. Элементы оборудования систем / Г. К. Алмазов, B. В. Степанов, М. Г. Гуськов, 1982.
  3. Антонов Н., Карасев П. А. О применении современных инженерных решений при компенсации температурных деформаций трубопроводов тепловых сетей // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2007. – № 3-4.
  4. Артёмов Г. А. [и др.]. Системы судовых энергетических установок / Г. А. Артёмов, В. П. Волошин, А. Я. Шквар, В. П. Шостак. – СПб.: Судострое­ние, 1990.
  5. EapanefiKo А. В. [и др.]. Холодильные машины / А. В. Бараненко, Н. Н. Бухарин, В. И. Пекарев и др. – СПб.: Политехника, 2006.
  6. Баранов В. И. [и др.]. Средства борьбы с загрязнением моря отходами с судов / В. И. Баранов, Ю. М. Брусельницкий, Б. В. Подсевалов, В. Н. Яценко // Судостроение за рубежом. – 1976. – № 2 (10).
  7. Баскаков С. П. Подготовка грузовых танков на химовозах: учеб. пособие. – СПб.: ГМА им. адм. С. О. Макарова, 2001.
  8. Баскаков С. П. Системы газоотвода: учеб. пособие. – СПб., 2002.
  9. Буренин В. В. Современные конструкции центробежных насосов для нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств // Нефтепереработка и нефтехимия. – 2005. – № 4.
  10. Гор А. Ю. Качественная герметизация: основные принципы подбора и установки уплотнений // Теплоэнергоэффективные технологии. – 2007. – № 3-4.
  11. Епифанов Б. С. Судовые системы: учебник. – J1 .: Судостроение, 1980.
  12. Кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих химические вещества наливом. – London: IMO, 2000.
  13. Колесников О. Г. Судовые вспомогательные механизмы. – Л.: Транспорт.
  14. Костылев И. И., Денисенко Н. И., Петухов В. А. Безопасность эксплуатации технологического комплекса танкера: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Элмор, 2001.
  15. Костылев И. И., Петухов В. А., Подволоцкий Н. М. Безопасность и эксплуатация танкеров-химовозов: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Белл, 2006.
  16. Костылев И. И., Киязевский К. Ю., Петухов В. А. Судовая энергетическая установка атомного ледокола «Таймыр»: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Белл, 2004.
  17. Куценко В. Н., Исаев С. И., Шишлов А. Н. Судовое вспомогательное энергетическое оборудование. – СПб., 2002.
  18. Международная Конвенция МАРПОЛ 73/78: консолидир. изд. – 2002.
  19. Международная Конвенция СОЛАС 74 с поправками: консолидир. изд. – 2001.
  20. Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов. – СПб.: ЗАО ЦНИИМФ, 2002.
  21. Международное руководство по безопасности для нефтяных танкеров и терминалов. – 4-е изд. – СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 2004.
  22. Международный кодекс постройки и оборудования судов, перевозящих опасные химические грузы наливом. – СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ», 1997.
  23. Мельник B. C., Сурин С. М. Технология обработки сточных вод морских судов. – М.: В/О «Мортехинформреклама», 1986.
  24. Никитин А. М. Управление технической эксплуатацией судов: учебник. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2006.
  25. Нунунаров С. М., Бегагоен Т. Н. Грузовые и специальные системы танкеров. – М.: Транспорт, 1969.
  26. Общие и специальные правила перевозки наливных грузов. – М., 1997.
  27. Овсянников М. К., Петухов В. А. Дизель в пропульсивном комплексе морских судов: справочник. – СПб.: Судостроение, 1987.
  28. Овсянников М. К., Петухов В. А. Судовые дизельные установки: справочник. – СПб.: Судостроение, 1986.
  29. Овсянников М. К., Петухов В. А. Судовые автоматизированные энергетические установки: учебник. – М.: Транспорт, 1989.
  30. Овчинников И. Н., Овчинников Е. И. Судовые системы и трубопроводы. – Л.: Судостроение, 1983.
  31. Петров Ю. С. Вентиляция и кондиционирование воздуха: учебник. – Л.: Судостроение, 1984.
  32. Петухов В. А. Безопасность и эксплуатация газовозов: учеб.-справ. пособие. – СПб.: Элмор, 1999.
  33. Правила регистрации операций с нефтью, нефтепродуктами и другими веществами, вредными для здоровья людей или для живых ресурсов моря, и их смесями, производимыми на судах и других плавучих средствах: РД 31.04.17-97.
  34. Правила Российского морского регистра судоходства. – СПб., 2009.
  35. Применко Н. В., Заматаев М. В. Новые технологии противоаварийной защиты трубопроводов // Нефть. Газ. Промышленность. – 2007. – № 2 (30).
  36. РД 31.04.23-97. Наставление по предотвращению загрязнения с судов.
  37. Свистунов В. М., Пушняков И. К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. – 2-е изд. – СПб.: Политехника, 2006.
  38. Семена М. Г., Гершуни А. Н., Зарипов В. К. Тепловые трубы с металловолокнистыми капиллярными структурами. – Киев: Вища школа, 1984.
  39. Системы инертного газа. СПб.: ЗАО «ЦНИИМФ»,1996.
  40. Тематический каталог группы предприятий «Метран» // Уровнемеры, датчики давления. – 2008. – № 5. – Вып. 1 и 2.
  41. Хайдуков О. П., Трусов А. С., Кузнецов Е. В. Системы инертных газов на танкерах и их эксплуатация: учеб. пособие. – Новороссийск: НГМА , 2000.
  42. Харин В. М. [и др.]. Судовые вспомогательные механизмы и системы / В. М. Харин, Б. Г. Декин, О. Н. Занько, В. Т. Писклов. – М.:, Транспорт, 1992.
  43. Швецов Г. М., Ладин Н. В. Судовые холодильные установки. – М.: Транспорт, 1986.
  44. Clean seas guide for oil tankers. – London: OC1MF, 2002.
  45. Dr. Verwey. Tank Cleaning Guide, 1998.
  46. Cargo Operating Manual. LNGC Excalibur (H 2206). – EXMAR, 2003.
  47. Medical first aids guide for use in accidents involving dangerous goods. – London: IMO, 2002.
  48. Tanker safety guide (Chemical carriers & liquefied gases). – London: ICS, 2002 .
  49. Chemicals and Tank Cleaning Guide. – UNITOR, 1997.
Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Сентябрь, 18, 2023 165 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ