BRODSKI POMOĆNI STROJEVI Izmjenjivači topline
Izmjenjivači topline Termoenergetski uređaji u kojima se izmjenjuje toplina između dvije struje tekućina. Koriste se u brodskim sustavima: hlađenja motora, ulja za podmazivanje, zraka za prednabijanje, goriva, tereta.
Podjela rekuperatori regeneratori direktni (izravni) izmjenjivači
Rekuperatori istosmjerni protusmjerni križni
Termodinamičke osnove Izmjena topline može biti: provođenje (kondukcija), konvekcija, zračenje (zanemarivo). Stijenka koja odvaja dvije struje tekućina je cijevnog ili pločastog oblika.
Termodinamičke osnove PRIJELAZ PROVOĐENJE PRIJELAZ topline topline topline topliji fluid toplija stijenka hladnija stijenka hladniji fluid ║ ▲ ╚═══════► PRIJENOS (PROLAZ) topline ══════════╝
Termodinamičke osnove Toplinski tok u protusmjernom pločastom rekuperatoru: k ... koeficijent prolaza topline [W/m2K], A ... površina preko koje se izmjenjuje toplina [m2], Δm, log ... srednja logaritamska razlika temperatura [K]:
Termodinamičke osnove
Termodinamičke osnove Toplinski tok u protusmjernom cijevnom rekuperatoru: L ... duljina cijevi [m] k ... koeficijent prolaza topline [W/mK]
Termodinamičke osnove
Termodinamičke osnove U inženjerskim proračunima se koristi sljedeći izraz: pri čemu se otpori uslijed onečišćenja određuju iskustveno.
Termodinamičke osnove Općenito se koeficijent prijelaza topline računa kao: Nu … Nusseltova značajka, Pr ... Prandtlova značajka, Re ... Reynoldsova značajka (bitna kod prisilnog strujanja), Gr ... Grashoffova značajka (bitna kod prirodnog strujanja)
Termodinamičke osnove Za dovoljno duge cijevi (L>40d) na unutarnjoj strani vrijedi: Pri čemu su:
Termodinamičke osnove S vanjske strane cijevi vrijedi prema Grimsonu:
Termodinamičke osnove
Termodinamičke osnove Ako je broj redova cijevi manji od 10, koeficijent prijelaza topline se smanjuje za faktor prema tablici: Koeficijent prijelaza topline za pločaste izmjenjivače nije moguće jednoznačno odrediti. Određuje se toplinski tok za jednu ploču u ovisnosti o razlici temperatura na ulazu te prema tome potreban broj ploča. Broj redova 10 8 6 4 2 1 fZ 0.98 0.95 0.88 0.79 0.7
Proračun pada tlaka Kroz cijevi: Linijski pad tlaka Lokalni pad tlaka λ je faktor trenja i određuje se prema Moodyevom dijagramu. ξ je faktor dodatnog otpora i određuje se prema tablicama.
Moodyev dijagram
Lokalni gubici utjecanje u veliki spremnik = 1 ušće (uvaljana cijev) = 0.5 zakretanje protoka u cijevi za 180 °:
Pad tlaka na strani ulja Po formuli: gdje je: … Eulerov (kavitacijski) broj
Pad tlaka na strani ulja
Konstrukcija Cijevni izmjenjivači
Cijevi su uvaljane u pregradu komore, u nekim slučajevima zavarene ili zalemljene Prirubnice napravljene prema standardima i moguće ih je rotirati za po 90° Prirubnice velikog promjera zbog manje potrebne brzine i manjeg pada tlaka Cijevi od bakra, admiralitetske mjedi, legure bakra i nikla, nehrđajućeg čelika ili titana Komore od čeličnog lijeva, bronce ili nehrđajućeg čelika Plašt od mjedi ili nehrđajućeg čelika Zazori u pregradama trebaju biti što manji kako bi se smanjilo prostrujavanje tekućine 1, 2 ili 4 prolaza Postolje je podesivo zbog lakše montaže
Pločasti izmjenjivači Sastoje se od blisko postavljenih ploča između kojih naizmjenice struje toplija i hladnija tekućina.
Pločasti izmjenjivači rastavljivi zabrtvljeni nerastavljivi zavareni (čelik) zalemljeni (bakar)
Pločasti izmjenjivači Konfiguracija i oblika ploča se bira kako bi se intenzivirale turbulencije i povećao koeficijent prijelaza topline. H-ploča V-ploča
Usporedba cijevnih i pločastih izmjenjivača topline ekonomske značajke pogonske značajke težina i dimenzije pouzdanost
Hladnjak ulja za podmazivanje Morska voda Ulje za podmazivanje SAE 30 Protok [m3/h] 310 270 Promjena temperature [°C] s 32 na 34.1 s 50.7 na 45 Dozvoljeni pad tlaka [bar] 0.5 (0.2) 1.0 (0.5) Izmijenjena toplina [kW] 735.6 Pločasti Varitherm 805 HV Cijevni H2 711/2750 Površina za izmjenu topline [m2] 74 147 Koeficijent prolaza topline – čisto [W/m2K] 813 386 Koeficijent prolaza topline – prljavo [W/m2K] 669 350 Broj ploča/cijevi 153 1460 Dimenzije ploče/cijevi 0.49 m2 12x1 Pad tlaka ulje/voda [bar] 0.98/0.51 0.98/0.31 Duljina/visina/širina [mm] 2052/910/1578 3576/860/970 Materijal površine i debljina stjenke [mm] Titan, 0.6 CuZn21Al12, 1 Težina praznog [kg] 1391 2790 Duljina za izvlačenje cijevnog registra [mm] - 2750