BRODSKI POMOĆNI STROJEVI

Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnjeKatedra za strojeve i uređaje plovnih objekata

Izmjenjivači toplineIzmjenjivači topline

BRODSKI POMOĆNI BRODSKI POMOĆNI STROJEVISTROJEVI

Brodski pomoćni strojevi: Izmjenjivači topline


Izmjenjivači toplineIzmjenjivači topline

Termoenergetski uređaji u kojima se izmjenjuje toplina između Termoenergetski uređaji u kojima se izmjenjuje toplina između dvije struje tekućina. Koriste se u brodskim sustavima:dvije struje tekućina. Koriste se u brodskim sustavima: hlađenja motora,hlađenja motora, ulja za podmazivanje,ulja za podmazivanje, zraka za prednabijanje,zraka za prednabijanje, goriva,goriva, tereta.tereta.



PodjelaPodjela

rekuperatorirekuperatori regeneratoriregeneratori direktni (izravni) izmjenjivačidirektni (izravni) izmjenjivači



RekuperatoriRekuperatori

istosmjerniistosmjerni protusmjerniprotusmjerni križnikrižni

ISTOSMJERNI REKUPERATOR PROTUSMJERNI REKUPERATOR



Termodinamičke osnoveTermodinamičke osnove

Izmjena topline može biti:Izmjena topline može biti: provođenje (kondukcija),provođenje (kondukcija), konvekcija,konvekcija, zračenje (zanemarivo).zračenje (zanemarivo).

Stijenka koja odvaja dvije struje tekućina je cijevnog ili Stijenka koja odvaja dvije struje tekućina je cijevnog ili pločastog oblika.pločastog oblika.




PRIJELAZ PROVOĐENJE PRIJELAZ topline topline topline

topliji fluid toplija stijenka hladnija stijenka hladniji fluid

║ ▲╚═══════► PRIJENOS (PROLAZ) topline ══════════╝




Toplinski tok u protusmjernom pločastom rekuperatoru:Toplinski tok u protusmjernom pločastom rekuperatoru:

kk ... koeficijent prolaza topline [W/m ... koeficijent prolaza topline [W/m22K],K], AA ... površina preko koje se izmjenjuje toplina [m ... površina preko koje se izmjenjuje toplina [m22],], ΔΔmm, log , log ... srednja logaritamska razlika temperatura [K]:... srednja logaritamska razlika temperatura [K]:

,logmk A

, log( ) ( )

ln

ulaz izlaz izlaz ulazulja vode ulja vode

m ulaz izlazulja vodeizlaz ulazulja vode




1 2

1 2

1 1

1 1i

u v

ko




Toplinski tok u protusmjernom cijevnom rekuperatoru:Toplinski tok u protusmjernom cijevnom rekuperatoru:

LL ... duljina cijevi [m] ... duljina cijevi [m] kk ... koeficijent prolaza topline [W/mK] ... koeficijent prolaza topline [W/mK]

,log2 mk L




2 3 4

1 1 1 2 2 3 4

11 1 1 1 1

ln ln lnu v

kR R R

R R R R R




U inženjerskim proračunima se koristi sljedeći izraz:U inženjerskim proračunima se koristi sljedeći izraz:

pri čemu se otpori uslijed onečišćenja određuju iskustveno.pri čemu se otpori uslijed onečišćenja određuju iskustveno.

11 1 1

lnzu v zv

u u u u v v v

ko R o

R R R R R




Općenito se koeficijent prijelaza topline računa kao:Općenito se koeficijent prijelaza topline računa kao:

Nu … Nusseltova značajka,Nu … Nusseltova značajka, Pr ... Prandtlova značajka,Pr ... Prandtlova značajka, Re ... Reynoldsova značajka (bitna kod prisilnog strujanja),Re ... Reynoldsova značajka (bitna kod prisilnog strujanja), Gr ... Grashoffova značajka (bitna kod prirodnog strujanja)Gr ... Grashoffova značajka (bitna kod prirodnog strujanja)

Nu Nu(Pr, Re, Gr)d




Za dovoljno duge cijevi (Za dovoljno duge cijevi (LL>40>40dd) na unutarnjoj strani vrijedi:) na unutarnjoj strani vrijedi:

Pri čemu su:Pri čemu su:

0.75

0.125

0.0398 Pr ReNu

1 1.74 Re (Pr 1)u ud

1 4 4 4Re u

u u u

w d V V m

n d n d n d

Pr p pc c

a




S vanjske strane cijevi vrijedi prema Grimsonu:S vanjske strane cijevi vrijedi prema Grimsonu:

0.61 0.31Nu 0.32 Re PraA

df

Re e a

ulja

w d







Ako je broj redova cijevi manji od 10, koeficijent prijelaza Ako je broj redova cijevi manji od 10, koeficijent prijelaza topline se smanjuje za faktor prema tablici:topline se smanjuje za faktor prema tablici:

Koeficijent prijelaza topline za pločaste izmjenjivače nije Koeficijent prijelaza topline za pločaste izmjenjivače nije moguće jednoznačno odrediti. Određuje se toplinski tok za moguće jednoznačno odrediti. Određuje se toplinski tok za jednu ploču u ovisnosti o razlici temperatura na ulazu te jednu ploču u ovisnosti o razlici temperatura na ulazu te prema tome potreban broj ploča.prema tome potreban broj ploča.

Broj redova

10 8 6 4 2 1

fZ 1 0.98 0.95 0.88 0.79 0.7



Proračun pada tlakaProračun pada tlaka

Kroz cijevi:Kroz cijevi:

Linijski pad tlakaLinijski pad tlaka Lokalni pad tlakaLokalni pad tlaka

λλ je faktor trenja i određuje se prema Moodyevom dijagramu. je faktor trenja i određuje se prema Moodyevom dijagramu.

ξξ je faktor dodatnog otpora i određuje se prema tablicama.je faktor dodatnog otpora i određuje se prema tablicama.



Moodyev dijagramMoodyev dijagram



Lokalni gubiciLokalni gubici

utjecanje u veliki spremnik utjecanje u veliki spremnik = 1 = 1 ušće (uvaljana cijev) ušće (uvaljana cijev) = 0.5 = 0.5 zakretanje protoka u cijevi za 180 °:zakretanje protoka u cijevi za 180 °:



Pad tlaka na strani uljaPad tlaka na strani ulja

Po formuli:Po formuli:

gdje je:gdje je: … Eulerov (kavitacijski) broj… Eulerov (kavitacijski) broj



Pad tlaka na strani uljaPad tlaka na strani ulja



KonstrukcijaKonstrukcija

Cijevni izmjenjivačiCijevni izmjenjivači



Cijevi od bakra, admiralitetske mjedi, legure bakra i nikla, nehrđajućeg čelika ili titana

Plašt od mjedi ili nehrđajućeg čelika

Prirubnice velikog promjera zbog manje potrebne brzine i manjeg pada tlaka

Prirubnice napravljene prema standardima i moguće ih je rotirati za po 90°

1, 2 ili 4 prolaza Postolje je podesivo zbog lakše montaže

Cijevi su uvaljane u pregradu komore, u nekim slučajevima zavarene ili zalemljene

Komore od čeličnog lijeva, bronce ili nehrđajućeg čelika

Zazori u pregradama trebaju biti što manji kako bi se smanjilo prostrujavanje tekućine



Pločasti izmjenjivačiPločasti izmjenjivači

Sastoje se od blisko postavljenih ploča između kojih Sastoje se od blisko postavljenih ploča između kojih naizmjenice struje toplija i hladnija tekućina.naizmjenice struje toplija i hladnija tekućina.




rastavljivirastavljivi zabrtvljenizabrtvljeni

nerastavljivinerastavljivi zavareni (čelik)zavareni (čelik) zalemljeni (bakar)zalemljeni (bakar)




Konfiguracija i oblika ploča se bira kako bi se intenzivirale Konfiguracija i oblika ploča se bira kako bi se intenzivirale turbulencije i povećao koeficijent prijelaza topline.turbulencije i povećao koeficijent prijelaza topline.

H-pločaH-ploča V-ploča V-ploča



Usporedba cijevnih i pločastih izmjenjivača toplineUsporedba cijevnih i pločastih izmjenjivača topline

ekonomske značajkeekonomske značajke pogonske značajkepogonske značajke težina i dimenzijetežina i dimenzije pouzdanostpouzdanost



Hladnjak ulja za podmazivanjeHladnjak ulja za podmazivanje

Morska voda Ulje za podmazivanje SAE 30Protok [m3/h] 310 270Promjena temperature [°C] s 32 na 34.1 s 50.7 na 45Dozvoljeni pad tlaka [bar] 0.5 (0.2) 1.0 (0.5)Izmijenjena toplina [kW] 735.6

PločastiVaritherm 805 HV

CijevniH2 711/2750

Površina za izmjenu topline [m2] 74 147Koeficijent prolaza topline – čisto [W/m2K] 813 386Koeficijent prolaza topline – prljavo [W/m2K] 669 350Broj ploča/cijevi 153 1460Dimenzije ploče/cijevi 0.49 m2 12x1Pad tlaka ulje/voda [bar] 0.98/0.51 0.98/0.31Duljina/visina/širina [mm] 2052/910/1578 3576/860/970Materijal površine i debljina stjenke [mm] Titan, 0.6 CuZn21Al12, 1Težina praznog [kg] 1391 2790Duljina za izvlačenje cijevnog registra [mm] - 2750

Documents

BRODSKI POMOĆNI STROJEVI