Основы расчета теплообменных аппаратов

В большинстве применяемых в судовых системах охладителей теплота от нагретых жидкостей передается забортной воде. В главных и вспомогательных энергетических установках судов с двигателями внутреннего сгорания охлаждаются: вода из зарубашечного пространства дизелей, масло, воздух для зарядки цилиндров. На судах с паротурбинными энергетическими установками охлаждающей водой отводится теплота из конденсаторов, а также от смазочного масла после выхода его из турбины и редуктора.

В некоторых теплообменных аппаратах паром подогревают тяжелое топливо или забортную воду для промывки топливных и масляных цистерн. Пар используется в калориферах систем искусственного микроклимата, в испарителях, подогревателях питательной воды котлов и т.п. Практически во всех теплообменных аппаратах теплота передается от более нагретой жидкости к более холодной через промежуточную теплопроводную стенку (рис. 3.11). Обе жидкости называются теплоносителями.

Рис. 3.11. Температурный график теплопередачи через стенку


Рис. 3.12. Эффективность работы теплообменного аппарата при изменении расхода охлаждающей воды

Площадь охлаждающей поверхности кожухотрубного маслоохладителя, м², определяется по формуле Fмо — kзQм/(K ΔТ), где kз — 1,1÷1,08 — коэффициент запаса на глушение трубок; Qм — количество теплоты, отводимое маслом, кДж/ч; К — общий коэффициент теплопередачи от масла к воде, кДж/(м²·ч·К). Коэффициент К в зависимости от типа кожухотрубного охладителя имеет следующие значения:

	Водомасляный	Водо-водяной
Диаметр трубок охладителя, мм: 10—15 менее 10 С турбулизаторами в трубках	250—1050 1250—3400 До 4200	5 000 10 500 До 16 800

Температурный напор, К, ΔТ = 0,5 [(Т1 + Т2) — (Т'1 + Т'2)], где Т1 и Т2 — температуры охлаждающего масла на входе и выходе из охладителя; Т'1 и Т'2 — температуры охлаждающей воды (пресной или забортной, в зависимости от схемы). Температуры и разности температур ориентировочно можно принять следующими: 328—343 К (55—70 °С) — масло на входе в маслоохладитель; 181—288 К (8—15 °С) — перепад температур в маслоохладителе; 333—358 К (60—85 °С) — пресная вода на входе в водяной охладитель; 278—288 К (5—15 °С) — разность температур в водяном охладителе.

Площадь охлаждающей поверхности кожухотрубного водо-водяного охладителя определяется по той же формуле, что и для масляного. При этом значения коэффициента запаса на глушение трубок сохраняются, формула температурного напора та же, только Т1 и Т2 — температуры охлаждаемой пресной воды.

В некоторых случаях важно знать, какое влияние оказывает на эффективность работы теплообменного аппарата изменение количества охлаждающей воды.

На рис. 3.12 представлены кривые для двух типовых случаев, показывающие зависимость температуры охлаждающей воды в водо-(1) и маслоохладителе (2) от ее количества. На графике по оси ординат откладывается разность температур охлаждаемой воды и масла, с одной стороны, и охлаждающей воды — с другой, а по оси абсцисс — количество забортной воды в процентах от номинального. Поток охлаждаемой жидкости и скорость теплопередачи приняты постоянными.

При расчетах теплообменников, у которых охлаждающей средой является забортная вода, используются следующие температуры. °С. в зависимости от районов плавания:

	Лето	Зима
Неограниченный (с учетом эксплуатации в тропиках) Ограниченный (Балтийское море) Северное море, северная часть Атлантического океана Баренцево море Белое море Северный морской путь Средиземное море Моря и районы Тихого, Индийского и Атлантического океанов	30 16 16 7 12 8 26 30	0 0 0 0 0 —2 10 —