Delovanje toplotnega izmenjevalnika za ladijski motor

Toplotni izmenjevalnik je naprava, v kateri se toplota neprekinjeno prenaša iz enega medija v drugega. V direktnem toplotnem izmenjevalniku sta medija v neposrednem stiku. Predpostavlja se, da se medija ne mešata. Ta članek obravnava predvsem direktne toplotne izmenjevalnike, tj. tiste, pri katerih se mediji ne mešajo in izmenjava toplote poteka prek površine za prenos toplote. To je naprava, ki omogoča toploti iz tekočine (tekoče ali plinske) preiti na drugo tekočino (druga tekočina ali plin), ne da bi se ti dve tekočini mešali ali prišli v neposredni stik. Vsi toplotni izmenjevalniki delujejo po istem principu - pomagajo pri prehodu toplote iz ene tekočine v drugo, vendar delajo na veliko različnih načinov.

Vrste toplotnih izmenjevalnikov

Obstaja več glavnih vrst direktnih toplotnih izmenjevalnikov, kot so ploščni, cevni (ali školjke in cevi) ali spiralni. Dve najpogostejši vrsti toplotnega izmenjevalnika sta školjke in cevi ter plošče/plavuti.

Ploščni toplotni izmenjevalniki

Pri ploščnem toplotnem izmenjevalniku je površina za prenos toplote sestavljena iz niza kovinskih plošč. Izdelani so lahko iz različnih materialov, odvisno od medija, ki ga je treba ogrevati ali hladiti. V ploščnem toplotnem izmenjevalniku s tesnili tekočine tečejo po kanalih, ki jih tvorijo plošče in gumijasta tesnila. Na vogalih plošč so vhodne/izhodne odprtine, skozi katere lahko v vsak kanal pritečeta dve različni tekočini, ena hladna in ena vroča. Medija vodijo tesnila med ploščami. Vrzel med dvema ploščama se imenuje kanal.

Toplotni izmenjevalniki s školjkami in cevmi

Pri toplotnih izmenjevalnikih v obliki školjke in cevi, ena tekočina teče skozi sklop kovinskih cevi, medtem ko druga tekočina potuje skozi zaprti del školjke, ki jo obdaja.

Toplotni izmenjevalniki z lamelnimi ploščami

Toplotni izmenjevalniki z lamelnimi ploščami uporabljajo kot ploščo in platišče kot prenosnik toplote elemente za prenos toplote. V glavnem je sestavljen iz snopa plošč in glave. V svežnju je več kanalov. Plošče so nameščene med dvema ploščama vsakega kanala in zapečatene s tesnili na obeh straneh. Glede na to, kako tekočina teče, so hladni in vroči tekočinski prehodi zloženi, poravnani in spajkani v en kos. Običajno uporabljene plavuti so na voljo v obliki ravnih, poroznih, nazobčanih in valovitih.

Načela delovanja in prenosa toplote

Fizikalni zakoni dovoljujejo, da se energija v sistemu pretaka, dokler ni doseženo ravnovesje. Toplotni izmenjevalnik deluje po zgoraj omenjenem načelu temperaturnega ravnotežja. Kadar imata dve telesi ali medija različni temperaturi, se toplota prenaša s telesa ali medija z višjo temperaturo na telo ali medij z nižjo temperaturo. Toplota, ki jo odda topla tekočina, je enaka toploti, ki jo absorbira hladna tekočina.

Vrste pretoka

Načina pretoka tekočine vključujejo protitočni, pretočni in napačen protitok. Dve tekočini lahko tečeta v isti smeri (znano kot vzporedni tok), v nasprotnih smereh (protitočno ali v nasprotni tok) ali pravokotno (cross flow). Pri ploščnih toplotnih izmenjevalnikih je najpogostejša povezava s protismernim tokom.

• Laminarni tok se pojavi, ko se delci tekočine gibljejo po različnih vzporednih konturah skozi krožno cev. Zanj je značilen parabolični hitrostni profil z najvišjo hitrostjo v središču in skoraj ničelno hitrostjo na robovih.
• Turbulentni tok se pojavi, kadar tok tekočine ni enakomeren, temveč naključen in turbulenten, zato pride do mešanja. Pri turbulentnem toku v cevi hitrostni profil ni paraboličen, temveč skoraj konstanten. Z vidika prenosa toplote gre za toplotni tok.

Karakteristike prenosa toplote

V ploščnem toplotnem izmenjevalniku toplota zlahka prehaja skozi tanko steno, ki ločuje vročo in hladno stran. Koeficient specifične toplote (cp) je količina energije, ki je potrebna za dvig temperature 1 kg materiala za 1 °C. Pretok lahko izrazimo v dveh različnih enotah, masi ali prostornini. Če je uporabljena masa, je pretok izražen v kg/s ali kg/h, če pa je uporabljena prostornina, je pretok izražen v m³/h ali l/min.

• Logaritemska povprečna temperaturna razlika (LMTD) je gonilna sila za prenos toplote v toplotnem izmenjevalniku.
• Vrednost NTU, znana tudi kot vrednost theta - θ, je uporabna vrednost, ki izraža, kako intenziven je prenos toplote. Včasih se ta vrednost imenuje tudi toplotna dolžina. Nižja je vrednost LMTD in večja je temperaturna razlika med vhodom in izhodom na eni strani, višja je vrednost NTU ali vrednost theta. Toplotna dolžina opisuje, kako obremenjen je sistem zaradi temperature. Na voljo sta dve vrsti plošč - nizka in visoka theta. Kanali imajo nizko, srednjo ali visoko vrednost theta.
• Izguba tlaka (Δp) je neposredno povezana z velikostjo toplotnega izmenjevalnika in obratno.
• Strižna napetost je sila toka vzdolž stene ploščnega toplotnega izmenjevalnika, ki je merilo turbulence v toplotnem izmenjevalniku.

Uporaba toplotnih izmenjevalnikov v ladijskih motorjih

Hladilnik polnilnega zraka za glavni ladijski motor

Namen hladilnika polnilnega zraka za glavni ladijski motor, ki se pogosto imenuje tudi ladijski hladilnik polnilnega zraka ali vmesni hladilnik, je izboljšanje splošne zmogljivosti in učinkovitosti motorja s hlajenjem vsesanega zraka, preden ta vstopi v zgorevalno komoro motorja.

• Povečana gostota zraka: Hlajenje vsesanega zraka poveča njegovo gostoto. Gostejši zrak vsebuje več molekul kisika, kar je nujno za učinkovito izgorevanje.
• Preprečevanje udarcev motorja: Znižanje temperature vsesanega zraka zmanjša tveganje udarcev motorja ali detonacije, ki lahko poškoduje motor in skrajša njegovo življenjsko dobo.
• Izboljšana poraba goriva: Hladilnik polnilnega zraka lahko izboljša učinkovitost porabe goriva motorja.
• Izboljšana življenjska doba motorja: Nižje temperature vsesanega zraka lahko pomagajo podaljšati življenjsko dobo komponent motorja.

Hladilnik polnilnega zraka za glavni ladijski motor ima ključno vlogo pri optimizaciji delovanja motorja, učinkovitosti goriva, nadzoru emisij in splošni vzdržljivosti motorja.

Pomorski toplotni izmenjevalec za hlajenje motorja

Pomorski izmenjevalnik toplote je ključna komponenta v hladilnem sistemu čolna, ki se običajno uporablja za uravnavanje temperature motorja. Deluje tako, da prenaša toploto iz ene tekočine v drugo brez neposrednega stika med njima.

1. Cevi za prenos toplote: Ladijski izmenjevalnik toplote je sestavljen iz snopa cevi, ki so pogosto izdelane iz bakra ali drugih toplotno prevodnih materialov.
2. Pretok surove vode: Morska voda ali surova voda se črpa izven čolna v izmenjevalnik toplote.
3. Izmenjava toplote: Ko surova voda teče skozi cevi izmenjevalnika toplote, absorbira toploto iz vroče hladilne tekočine motorja skozi stene cevi.
4. Hlajenje: Sedaj segreta surova voda se izloči iz toplotnega izmenjevalnika in izpusti nazaj v morje.
5. Regulacija temperature: Termostat v hladilnem sistemu motorja pomaga uravnavati pretok hladilne tekočine za vzdrževanje želene delovne temperature.

Ladijski ploščni toplotni izmenjevalniki

Ladijski ploščni izmenjevalniki toplote se uporabljajo predvsem na križarkah, ladjah za prevoz utekočinjenega zemeljskega plina, kontejnerskih ladjah in posebnih ladjah za prevoz avtomobilov. Nekateri se uporabljajo tudi za luksuzne turistične ladje. Lahko rečemo, da je njihova uporaba precej obsežna. Glavni delovni pogoji ladijskega ploščnega izmenjevalnika toplote na ladji vključujejo hlajenje mazalnega olja, ki ga uporablja glavni ladijski motor, imenovano hladilnik mazalnega olja; in hlajenje ladijskega glavnega generatorja, glavnega motorja in pomožnih strojev, imenovano centralni hladilnik; in nato razsoljevanje; ima široko paleto aplikacij v teh razmerah.

Struktura ploščnega toplotnega izmenjevalnika za ladje je enaka kot pri drugi opremi za toplotni izmenjevalnik. Korozijsko odporna pločevina, kot je nerjavno jeklo, titan itd., je sploščena s stiskalnim strojem in ima oblikovane valove. Okoli njega se uporablja sintetična guma. Tesnilo je zatesnjeno, da tvori "ploščo za prenos toplote". Zahtevano število plošč za prenos toplote je obešenih na vodilnih palicah, prekritih med fiksnim okvirjem iz jeklene plošče in premičnim okvirjem ter pritrjenih z vijaki. Visokotemperaturni tekoči medij in nizkotemperaturni tekoči medij izmenično tečeta skozi pretočno pot, oblikovano med ploščama, za izmenjavo toplote.

Ladijski ploščni izmenjevalnik toplote uporablja predvsem titanove plošče, razlog je v tem, da morska voda vsebuje veliko kloridnih ionov. Ker gre za oceansko operacijo, mora biti vsa oprema stabilna, ploščni izmenjevalnik toplote za ladje pa ima stabilno delovanje, dolgo življenjsko dobo in enostavno namestitev. Poleg tega lahko uporaba posebnih titanovih plošč prepreči, da bi morska voda razjedala plošče, in podaljša njihovo uporabo. Cikel dolgoročno prihrani stroške.

Parameter izdelka tesnilnega ploščnega izmenjevalnika toplote

Za pravilno dimenzioniranje ploščnega toplotnega izmenjevalnika morate poznati več parametrov. Ti so lahko osnova za določitev dodatnih podatkov.

Delovni parametri izdelka za izračune

Poznati moramo vsaj 5 parametrov, da lahko programsko izračunamo. Kakšen vroč vir?

1. Vhodna temperatura vročega vira
2. Hitrost pretoka vročega vira
3. Za koliko stopinj naj se segreje voda v bazenu
4. Koliko časa se voda v bazenu segreje na zahtevano temperaturo
5. Začetna temperatura vode v bazenu
6. Količina vode v bazenu
7. Pretok vode v bazenu
8. Obtočni časi

Prednosti in slabosti ploščnih toplotnih izmenjevalnikov

Glavne prednosti:

1. Visoka učinkovitost: Zaradi motenj tekočine pri plavutih se mejna plast, ki predstavlja toplotni upor, stalno posodablja in koeficient toplotne prehodnosti je običajno trikrat večji od toplotnega izmenjevalca lupine in cevi; in pri majhni temperaturni razliki (1,5 do 2 ° C) je toplotna (hladna) količina Dober učinek recikliranja. Deluje najbolje za izmenjavo toplote s plinom in plinom.
2. Kompaktna zasnova: Ker se večina toplote prenaša skozi plavuti skozi plosko ploščo, lahko območje prenosa toplote na enoto prostornine opreme doseže 1500 m²/m³.
3. Majhna teža: Ko je območje za prenos toplote enako, je teža blizu 1/5 izmenjevalca toplote iz lupine in cevi.
4. Čvrstost: Ker je snop enodelni in opora plavuti med dvema ploščama, lahko prenesejo višje delovne tlake. Hkrati se lahko v isti napravi doseže hkratni prenos toplote več tekočin.

Slabosti:

Toplotni izmenjevalnik ploščat plavut ima ozek prehod in ga je lahko blokirati, kar je težko očistiti in popraviti, proizvodni proces pa je zapleten. Večinoma je izdelan iz aluminijeve zlitine in je lahko izdelan tudi iz bakra, nerjavečega jekla in titana. Ker ima aluminij dobre lastnosti pri nizkih temperaturah in majhno težo, so aluminijasti izmenjevalniki toplote s ploščami še posebej primerni za globoko kriogeno opremo, kot je kisik, etilen in utekočinjenje helija, in se lahko uporablja tudi v elektrarnah. Toplotni izmenjevalci iz aluminijeve plošče se običajno uporabljajo tam, kjer je konstrukcijski tlak manjši od 6,3 MPa in je konstrukcijska temperatura +200 do -270 °C. Kitajska, Združene države Amerike, Združeno kraljestvo in Japonska so izdelale vse toplotne izmenjevalnike s ploščatimi ploščami. Trend razvoja izmenjevalnikov toplote s ploščatimi plavutmi je izboljšati natančnost plavuti in kakovost spajkanja, povečati sorte in specifikacije ter okrepiti raziskave na področju učinkovitosti plavuti, večplastnega pretoka in mehanizma prenosa toplote v pogojih fazne spremembe.

Opozorilni znaki težav s toplotnim izmenjevalnikom

Na težave s toplotnim izmenjevalnikom vas lahko opozori več znakov, npr. pregrevanje motorja. Običajno se bo prižgala lučka za motor ali opozorilo za nizek nivo hladilne tekočine. Ker je toplotni izmenjevalnik ključnega pomena za dobro delovanje jeklenega konjička, morate ob vsakem znaku težav takoj poiskati način za njihovo odpravljanje. Običajno se to zgodi z zamenjavo radiatorja, ker je vsako popravljanje luknjic na sistemu, ki deluje pod velikim tlakom in visokimi temperaturami, običajno le premikanje neizbežnega - dokončne zamenjave radiatorja.

tags: #tolplotni #izmenjevac #za #mariniran #motor

• Okusni recepti za gostilniške juhe
• Kulinarična ponudba Šiške
• Odkrijte Pizzerijo-Bar "Extra"
• Kotli za golaž: Savinjski kotel za popoln golaž
• kako izbrati stojalo za pršut