Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Дальневосточный федеральный университет»

ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА

Кафедра судовой энергетики и автоматики

Курсовой проект по дисциплине: «Техническая термодинамика и теплопередача»

На тему: «Проектирование судовой опреснительной установки»

Выполнил студент группы С3310 Свиридов М.К.

Проверил к.т.н. доцент Клименюк И.В.

Владивосток 2019



Содержание

Введение

1. Описание тепловой схемы опреснительной установки

2. Техническая характеристика и описание конструкции опреснительной установки

3. Тепловой расчёт греющей батареи

4. Тепловой расчёт конденсатора

5. Расчёт жалюзийного сепаратора

6. Гидравлические расчёты

7. Выбор насосов

8. Прочностные расчёты

Заключение

Список используемых источников



Введение

Проблема снабжения судов пресной водой существует на протяжении всей истории морского флота. Запасы воды на судах всегда были ограничены в связи с тем, что при длительном хранении у воды ухудшалось ее качество, а также объем цистерн пресной воды ограничен. Пополнение воды с береговых станций нельзя признать экономически оправданным и по этой причине целесообразность опреснения морской воды на судне очевидна и не вызывает сомнений. Обеспечение судов пресной водой достигается использованием опреснительной установкой (ОУ). Опреснительная установка - комплекс, который позволяет удалить из воды растворенные в ней соли с целью сделать ее пригодной для питья или для выполнения определенных технических задач. В данной курсовой работе будет выполняться проектирование судовой опреснительной установки.

Цель курсовой работы - спроектировать судовую опреснительную установку так, чтобы она максимально успешно выполняла свою функцию без лишних затрат и со значительным удобством.



1. Описание тепловой схемы опреснительной установки

Забортная вода циркуляционно-питательным насосом 2 прокачивается через трубки конденсатора 1, охлаждая при этом вторичный пар. После конденсатора часть забортной воды поступает в испаритель 5, другая часть является рабочей средой рассольно-воздушного эжектора 6. Морская вода, поступившая в греющую батарею испарителя 5, доводится до кипения за счет теплоты греющей среды. Греющей средой обычно является пар или вода из системы охлаждения двигателя. Образующийся при кипении морской воды вторичный пар через сепаратор 4 поступает в конденсатор 1. Сконденсировавшийся вторичный пар (дистиллят) откачивается дистиллятным насосом 3. Сепаратор 4 предназначен для удаления капель рассола, увлекаемых вторичным паром.

Воздушно-рассольный эжектор выполняет две функции: осуществляет продувку части рассола в испарителе и поддерживает заданное значение вакуума за счет отсоса паровоздушной смеси.

Всё вышеперечисленное представлено на тепловой схеме (Рисунок 1):

Рисунок 1 - Тепловая схема ОУ типа “СКАМ”



2. Техническая характеристика и описание конструкции опреснительной установки

Опреснительная установка SCAM является установкой кипящего типа с характеристиками:

-производительностью D = 35 т/сутки.

-число ступеней z = 1

-диаметр труб d_н/d_в = 16/13 мм

- давление греющего пара P₁ = 118 кПа (t=104)

- давление вторичного пара P₂ = 34 кПа (t=70.2)

- температура забортной воды t_ЗВ = 17 ⁰С

Конструкция Опреснительной установки:

габаритные размеры, мм:

длина 2000

ширина 1080

высота 1720

Опреснительная установка вакуумная одноступенчатая с погруженным нагревательным элементом. Конструкции «моноблок», объединяющей в одном горизонтальном цилиндрическом корпусе испаритель и конденсатор.

Корпус испарителя выполнен из морской латуни. Пучок греющих трубок диаметром 16/13 мм, сепаратор, перегородки, выделяющие полость конденсатора и охлаждающие трубки конденсатора диаметром 16/14 мм расположены внутри корпуса. Передняя камера закреплена неподвижно на передней крышке. Греющие трубки прямые, развальцованы в обеих трубных досках. Пучок греющих трубок съемный, для облегчения выемки задняя камера пучка снабжена роликами, на которых она выкатывается по направляющим. Аналогично смонтирован пучок трубок конденсатора. Водяные крышки конденсатора бронзовые, снабжены цинковыми протекторами. Часть трубок, выгороженная листовым кожухом, предназначена для охлаждения воздуха, отсасываемого к эжектору. Несмотря на повышенную напряженность зеркала испарения, жалюзийный сепаратор обеспечивает эффективную сепарацию, при которой солесодержание дистиллята не превышает 0,9…1 мг/л.

Опреснительная установка эффективно работает на долевых нагрузках в широком диапазоне, начиная от 25 % от нормальной производительности, что составляет 10 т/сутки. судно пресный сепаратор насос

На корпусе испарителя смонтированы:

- смотровые стекла с лампами подсвечивания для наблюдения за уровнем рассола и интенсивностью кипения;

- горловина с крышкой для удаления отвалившейся накипи;

- водоуказательные стекла, термометры, предохранительный клапан, дренажный и воздушный краники;

- регулятор уровня рассола.

Регулятор уровня представляет собой переливную трубку, снабженную ручным приводом для установки на заданную высоту. Уровень рассола устанавливается на высоте верхнего среза трубы. Такая конструкция простейшим образом обеспечивает абсолютно надежное поддержание заданного уровня, но допустима лишь при условии, что рассольный насос выдерживает работу в кавитационном режиме.

Для осуществления холодного заполнения к нижней части корпуса подведена дополнительная труба, через которую опреснительная установка, предварительно осушенная и прогретая, быстро заполняется холодной водой.

В состав ОУ также входят:

- двухступенчатый пароструйный воздушный эжектор с охладителем, который служит одновременно подогревателем питательной воды. Трубки охладителя U-образные. Конденсат отводится в конденсатор испарителя из первой ступени через водяной затвор, а из второй ступени

- через поплавковый водоотделитель;

- однопроточный охладитель дистиллята, прокачиваемый питательной водой. Корпус охладителя латунный, покрыт оловом, что необходимо для предотвращения заноса меди в дистиллят, получаемый за счет конденсации вторичного пара. Трубки медно-никелевые прямые, развальцованы в обеих трубных досках;

- поплавковый регулятор уровня конденсата с уравновешенным клапаном. Регулятор снабжен водоуказательным стеклом, автоматическим атмосферным клапаном и обводным клапаном для ручного регулирования;

- центробежный одноступенчатый рассольный горизонтальный с самовсасыванием электронасос. Приемная полость насоса сообщена с паровым пространством испарителя газоотводной трубкой;

- дистиллятный насос, имеющий конструкцию, аналогичную рассольному насосу;

- соленомер со световым сигнализатором и автоматическим клапаном солености. Клапан трехходовой, открывает слив дистиллята в льяла при превышении солесодержания дистиллята более 3 мг/л NaCl;

- поплавковый расходомер (ротаметр), установленный на питательной магистрали;

- суммирующий счетчик-расходомер на дистиллятной магистрали. Он не только регистрирует производительность (мгновенную и суммарную), но и позволяет определить производительность питательного насоса, необходимую для обеспечения постоянного солесодержания рассола.

Рисунок 2 - Конструкция ОУ типа “СКАМ”



На трубопроводе греющего пара установлены редукционный и предохранительный клапаны и увлажнитель. Конструкция опреснительной установки представлена на (Рисунке 2):

3. Тепловой расчёт греющей батареи

1) Коэффициент подачи питательной воды, формула (3.1):

Температура забортной воды: t_зв = 17 ^оС

Температура питательной воды: t_вх = t_зв +(4…9) = 17+8 = 25 ^оС

Температура питательной воды

(на входе в греющую батарею): t_пв = 30 ^оС

Средняя температура: t_m = 50.1 ^оС

Температура греющего пара: t_{гр п} = 104 ^оС

,

где S_p = 0,05 кг/кг, S_пв = 0,035 кг/кг - солесодержание рассола и питательной воды соответственно.

2) Количество теплоты для подогрева и испарения питательной воды, формула (3.2) [1]:

,

где r₂ - удельная теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг;, кДж/(кг?°С); t_пв - температура питательной воды, поступающей в греющую батарею, °С; t2 - температура вторичного пара, °С. с_пв - удельная теплоемкость питательной воды

,

3) Расход теплоты на получение заданной производительности, формула (3.3):

,

где G₂ = D - расход вторичного пара, равный производительности ОУ, кг/с; ц - коэффициент потерь теплоты в окружающую среду.

4) Расход питательной воды, формула (3.4):

,

5) Расход рассола, формула (3.5):

,

6) Расход греющего пара, формула (3.6):

,

где h??1, h?1 - энтальпия греющего пара и его конденсата (при P=118кПа), кДж/кг.

7) Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося греющего пара к стенке внутри горизонтальной трубы, формула (3.7) [4]:

,

где w₁ - скорость греющего пара в трубе (принимается), м/с; L - длина трубы греющей батареи (принимается конструктивно), м.

Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося греющего пара к стенке внутри горизонтальной трубы можно также определить из критериальных уравнений.

8) Число Рейнольдса для греющего пара, формула (3.8):

,

Где d₁ - внутренний диаметр трубы греющей батареи, м; н₁ - коэффициент кинематической вязкости греющего пара при средней температуре t_ср, м²/с; w₁ - скорость греющего пара в межтрубном пространстве, м/с

9) Массовая скорость пара и конденсата, формула (3.9):

,

где с??1 - плотность греющего пара, кг/м3

10) Число труб греющей батареи, формула (3.10):

,

11) Критерий Нуссельта при конденсации греющего пара при R_e1 > 2*10⁴, формула (3.11):

,

где Pr?₁ - критерий Прандтля для конденсата греющего пара; м?₁ - коэффициент динамической вязкости конденсата греющего пара, Па?с; с?₁ - плотность конденсата греющего пара, кг/м3.

12) Коэффициент теплоотдачи при конденсации греющего пара, формула (3.12):

,

13) Для повышения достоверности результатов используем среднее значение коэффициента теплоотдачи греющего пара, формула (3.13):

,

14) Теплофизические характеристики морской воды при температуре t₂ =°С (температура вторичного пара):

Коэффициент теплопроводности - (л?2 = 0,586 + 0,002t - 2,21?10^-5t₂^1,8 - 0,4C_s) л?₂ = 0,666 Вт/(м?К);

Изобарная теплоемкость - (с?р2 = 4,213 - 1,35?10^-3t₂ + 1,375?10^-5t₂² - 7,8C_s) с?р₂ = 3,912 кДж/(кг·К)

Температурный коэффициент объемного расширения (принят для пресной воды) - в?₂ = 5,4?10 ^-4 К^-1;

Коэффициент кинематической вязкости н?₂ = 0,3928 10^-6 м²/с;

Плотность - (с?₂ = (0,9991?10^-3 + 8,6?10^-9t₂^1,85 - 0,78?10^-3C_s)^-1

с?₂ = 1005 кг/м3;

Коэффициент поверхностного натяжения -(у₂ = (75,5 - 0,125t₂ - 0,00264t₂^1,6 + 22,1C_s)?10^-3) у₂ = 0,0651 Н/м;

Критерий Прандтля (Принят для пресной воды) - Pr ₂ = 2,55

15) Плотность вторичного пара, формула (3.14):

,

Зависимость коэффициента теплоотдачи к выпариваемой жидкости в зависимости от величины теплового потока определяется путем решения критериальных уравнений теплоотдачи при конвекции и начала парообразования на горизонтальных трубах, формулы (3.15), (3.16), (3.17), (3.18) [6]:

,

,

,

,

где б_нп - коэффициент теплоотдачи начала пузырькового кипения, кВт/(м2К); б_ск - коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции, кВт/(м2К); у₂ - коэффициент поверхностного натяжения морской воды, Н/м; с?2 - плотность морской воды, кг/м3; с??₂ - плотность вторичного пара, кг/м3; r₂ - удельная теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг; с?р₂ - удельная изобарная теплоемкость морской воды, кДж/(кг?К); л?₂ - коэффициент теплопроводности морской воды, кВт/(м?К); в?₂ - температурный коэффициент объемного расширения морской воды, К-1; н?₂ - коэффициент кинематической вязкости, м2/с; Pr₂ - критерий Прандтля морской воды; Дt_нп - температурный напор начала пузырькового кипения; Дt_ск - температурный напор свободной конвекции.

,

,

,

Все теплофизические характеристики морской воды определяются при температуре кипения, а вторичного пара - при температуре насыщения. Совместное решение критериальных уравнений при условии Дt_нп = Дt_ск и б_нп = б_ск, позволяет определить величину температурного напора начала пузырькового кипения Дt_нп и соответствующего коэффициента теплоотдачи б_нп.

16) Коэффициент теплоотдачи начала пузырькового кипения, формула (3.19):

, (3.19)

17) Тепловой поток начала пузырькового кипения, формула (3.20):

,

Коэффициент, формула (3.21):

,

Дальнейший расчет производится для нескольких значений удельного теплового потока q. Результаты вычислений заносятся в таблицу (Таблица 1).

Коэффициент теплопроводности металла стенки трубки испарителя (в качестве металла выбран мельхиор):

,

Таблица 1 - характеристики при разных значениях теплового потока

Наименование	Формула	Тепловой поток q, кВт/м2
		120	140	160	180	220
Коэффициент теплоотдачи, кВт/(м2*К)	.	7,5	8,3	9,17	9,96	11,4
Коэффициент	B	2,13
Коэффициент	m	-0,1
Коэффициент	.	1,319	1,299	1,282	1,267	1,2
Коэффициент теплоотдачи для пучка труб, кВт/(м2*К)	.	9,89	10,78	11,75	12,61	13,68
Коэффициент теплопередачи, кВт/(м2*К)	.	3,27	3,53	3,76	3,97	4,31
Температурный напор, К		33,5
Площадь теплообмена, м2	.	10,78	9,98	9,37	8,88	8,18
Площадь теплообмена, м2	.	9,84	8,43	7,38	6,56	5,36

18) Коэффициент теплоотдачи для одиночной горизонтальной трубы, формула (3.22):

,

19) Коэффициент теплоотдачи для пучка труб, формула (3.23):

,

20) Коэффициент теплопередачи, формула (3.24):

,

Где д - толщина стенки испарительной трубы(0,003), м; л_м - коэффициент теплопроводности металла стенки трубки испарителя, кВт/(м*К)

21) Температурный напор, формула (3.25):

,

где Дtp - повышение температуры кипения морской воды за счет наличия в воде растворенных солей, °С

22) Площадь теплообмена, найденная через коэффициент теплопередачи, формула (3.26):

,

23) Площадь теплообмена, найденная через удельные тепловые потоки, формула (3.27):

,

Построив графики зависимостей F1 = f(q) и F2 = f(q) по точке пересечения кривых, можно определить действительный тепловой поток q и площадь теплообмена F (см. Рисунок 3).

24) Из графика определяем площадь нагрева греющей батареи:

Рисунок 3 - график зависимостей F1 = f(q) и F2 = f(q)

,

25) Поверхность нагрева греющей батареи с учетом накипеобразования, формула:

,

где k = 1,1 - коэффициент запаса.

26) Уточненное количество труб греющей батареи, формула (3.28):

,

27) Принимаем способ разбивки трубного пучка по равносторонним треугольникам с шагом, равным, формула (3.29):

,

4. Тепловой расчёт конденсатора

Число ходов воды в конденсаторе (принято) - z = 2.

Кратность охлаждения( принята) - m = 50.

Теплоемкость забортной воды - с_зв = 3,921 кДж/(кг?К).

Коэффициент использования теплоты в конденсаторе - з = 0,98.

Средняя скорость воды в мельхиоровых трубках - wв = 2,0 м/с

Длина трубки конденсатора - Lк = 0,75 м.

Коэффициент парового сопротивления конденсатора - м = 3.

Диаметр входного и выходного патрубков охлаждающей воды - dп = 0,125 м.

1) Температура конденсата на выходе из конденсатора, формула (4.1):

,

где t₂ - температура конденсирующегося (вторичного) пара, °С.

2) Тепловой поток, отдаваемый вторичным паром при конденсации, формула (4.2) [11]:

,

где D - расход вторичного пара (производительность испарителя), кг/с; r₂ - удельная теплота парообразования вторичного пара, кДж/кг.

3) Расход охлаждающей воды, формула (4.3):

,

где m = 50 … 120 - кратность циркуляции.

4) Повышение температуры охлаждающей воды при конденсации пара, формула (4.4):

,

где з - КПД конденсатора; с_зв - удельная изобарная теплоемкость забортной воды, кДж/(кг?К).

5) Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора, формула (4.5):

,

где t_зв - температура охлаждающей воды на входе в конденсатор, °С.

6) Средняя температура охлаждающей воды в конденсаторе, формула (4.6):

,

7) Количество охлаждающих трубок, формула (4.7):

,

где z - число ходов в конденсаторе; d₂ - внутренний диаметр трубы конденсатора, м; w_в - скорость охлаждающей воды в трубах конденсатора, м/с; с_зв - плотность охлаждающей воды(1037), кг/м3.

Принимаем способ разбивки трубного пучка конденсатора по равносторонним треугольникам с шагом, равным:

s = (1,2…1,4)?d1 = 1,25?16 = 20 мм.

8) Наружный диаметр пучка труб конденсатора, формула (4.8):

,

где з_тр - коэффициент заполнения трубной доски.

9) Средняя скорость пара в конденсаторе, формула (4.9):

,

где х₂ - удельный объем вторичного пара, м3/кг; Lк - длина трубы конденсатора, м; d₁ - наружный диаметр трубы, м; s - шаг разбивки трубного пучка, м.

10) Паровое сопротивление конденсатора, формула (4.10):

,

где м - коэффициент парового сопротивления конденсатора.

11) Давление в конденсаторе в месте отсоса паровоздушной смеси, формула (4.11):

,

где р₂ - давление вторичного пара.

12) Среднелогарифмический температурный напор в конденсаторе, °С при числе ходов z = 2, формула (4.12):

,

13) Коэффициент теплопередачи. Формула (4.13):

,

где k_d = 1 - коэффициент, учитывающий влияние на теплообмен диаметра трубки (при d1 = 16 мм); k_м = 0,83 - коэффициент, учитывающий влияние на теплообмен материала, из которого изготовлена трубка (для мельхиора).

14) Необходимая поверхность охлаждения конденсатора, формула (4.14):

,

15) Фактическая поверхность охлаждения конденсатора, формула (4.15):

,

Коэффициент запаса поверхности конденсатора, равный F/F?=1,3, должен быть не менее 1,05. Диаметры патрубков конденсатора и его гидравлическое сопротивление определяются как в предыдущем подразделе.

16) Скорость охлаждающей воды в патрубках, формула (4.16):

,

17) Критерий Рейнольдса воды при ее движении в трубках конденсатора, формула (4.17):

,

18) Коэффициент сопротивления трения при движении воды в охлаждающих трубках, формула (4.18):

,

19) Потери давления на трение при движении воды в трубках конденсатора, формула (4.19):

,

20) Потери давления при входе и выходе воды из труб, формула (4.20):

,

где о_вх = 1,2 - коэффициент местного сопротивления при входе и выходе воды из трубок.

21) Потери давления в водяных камерах, формула (4.21):

,

где о_кр = 1,0 - коэффициент местного сопротивления при входе воды в водяные камеры.

22) Гидравлическое сопротивление конденсатора, формула (4.22):

,

5. Расчёт жалюзийного сепаратора

Рекомендуемая волнообразная форма жалюзи изображена на рисунке 4. Полторы-две волны обеспечивают хорошую сепарацию. Шаг между пластинами не должен превышать амплитуду волны, оптимальное значение шага a = 10…12 мм. Значение b выбирается в зависимости от шага пластин в первом приближении b = 6a, с = 1,2а. Высота пакета и его длина зависят от размещения сепаратора. Толщина листов выбирается в зависимости от высоты пакета и обеспечения жесткости и изменяется в пределах 0,3…0,8 мм. [2]

Рисунок 4 - схема жалюзийного сепаратора

1) Допустимая влажность пара за сепаратором, формула (5.1):

,

где S_д = 0,01 г/л - солесодержание дистиллята ; Sр = 45 г/л - солесодержание рассола.

2) Влажность пара перед сепаратором, формула (5.2):

,

где з_с - КПД сепаратора.

3) Оптимальная скорость сепарации при заданном давлении, формула (5.3):

,

х₀ = 1,69 м3/кг - удельный объем пара при атмосферном давлении.

где w₀^опт = 15 м/с - оптимальная скорость сепарации пара при атмосферном давлении; х₀ - удельный объем пара при атмосферном давлении, м3/кг.

4) Количество влаги, отделяемой сепаратором, формула (5.4):

,

где D - расход вторичного пара, кг/с.

5) Площадь поперечного сечения сепаратора, формула (5.5):

,

где х??₂ - удельный объем вторичного пара, м3/кг.

6) Площадь поперечного сечения сепаратора с учетом загромождения, формула (5.6):

,

где з_з - коэффициент загромождения сепаратора.

7) Длина сепаратора, формула (5.7):

,

где L_к - длина конденсатора (0,75), м.

8) Высота сепаратора, формула (5.8):

,

9) Число жалюзи, формула (5.9):

,

10) Количество влаги, осевшей на первой полуволне жалюзи, формула (5.10) [15]:

,

11) Удельное орошение первой полуволны, формула (5.11):

,

где lс = 0,25?b - длина полуволны жалюзи сепаратора, м.

12) Критерий Галилея, формула (5.12):

,

где у₂ - коэффициент поверхностного натяжения морской воды, Н/м; с₂ - плотность морской воды, кг/м3; н??₂ - коэффициент кинематической вязкости вторичного пара, м2/с; с??₂ - плотность вторичного пара, кг/м3.

13) Критерий Рейнольдса для стекающей пленки сепаратора, формула (5.13):

,

где у₂ - коэффициент поверхностного натяжения морской воды, Н/м; с₂ - плотность морской воды, кг/м3; н??₂ - коэффициент кинематической вязкости вторичного пара, м2/с; с??₂ - плотность вторичного пара, кг/м3.

14) Критическое значение числа Рейнольдса для стекающей пленки, формула (5.14):

,

,

Число Рейнольдса стекающей пленки Re1 должно быть менее 0,8Reкр, в противном случае необходимо изменить геометрические характеристики сепаратора.

Число Рейнольдса стекающей пленки в сепараторе меньше критического числа Рейнольдса, следовательно, срыва пленки происходить не будет.

Сопротивление жалюзийного сепаратора рассчитывается по формуле (5.15):

(5.15)

Где = 0,5 - коэффициент сопротивления входа в сепаратор;

= 1,5 - коэффициент сопротивления при повороте потока на 90°;

z = 4 - число поворотов на 90°;

= 0,2 - коэффициент сопротивления при выходе пара из сепаратора.

Потери давления пара при повороте на 90° при входе пара в сепаратор рассчитывается по формуле (5.16):

(5.16)

где ж_п = 2,5 - коэффициент местного сопротивления поворота пара на 90°.

Потери давления на внезапное расширение при выходе пара из сепаратора рассчитывается по формуле (5.17):

(5.17)

Где = 0,4 - коэффициент сопротивления на внезапное расширение.

Суммарные потери давления вторичного пара рассчитывается по формуле (5.18):

(5.18)

где р_к = 19,9 Па - паровое сопротивление конденсатора.

6. Гидравлические расчёты

А) Расчет циркуляционно-питательного насоса.

1) Скорость забортной воды в трубопроводе (из теплового расчета конденсатора), формула (6.1):

,

2) Диаметр циркуляционно-питательного трубопровода (из теплового расчета конденсатора), формула (6.2):

,

3) Коэффициент кинематической вязкости морской воды в циркуляционно-питательном трубопроводе при температуре t_зв = 25 °С, формула (6.3):

,

4) Критерий Рейнольдса воды при ее движении в циркуляционнопитательном трубопроводе, формула (6.4):

,

5) Коэффициент сопротивления трения, формула (6.5):

,

6) Плотность морской воды в циркуляционно-питательном трубопроводе, формула (6.6):

,

7) Потери давления на трение при движении воды в циркуляционно питательном трубопроводе, формула (6.7):

,

где L_цп = 15 м - суммарная длина циркуляционно-питательного трубопровода (принята)

8) Суммарные потери давления в клапанах, формула (6.8):

,

где ж_кл = 6,5 - коэффициент местного сопротивления клапана, n_кл = 2 - число клапанов.

9) Суммарные потери давления в отводах, формула (6.9):

,

где ж_от = 0,3 - коэффициент местного сопротивления отводов, nот = 6 - число отводов (принято).

10) Гидравлическое сопротивление конденсатора (из теплового расчета конденсатора):

,

11) Суммарные потери циркуляционно-питательного трубопровода, формула (6.10) [14]:

,

где ?рг = 40000 Па - геометрическая высота нагнетания (принята). Подача циркуляционно-питательного насоса (из теплового расчета конденсатора)

,

Выбираем циркуляционно-питательный насос ЦПC-180/20 со следующими характеристиками:

подача W = 0,05 м3/с;

давление Р = 0,2 МПа.

Б) Расчет дистиллятного насоса.

1) Диаметр дистиллятного трубопровода (принят):

,

2) Скорость дистиллята в дистиллятном трубопроводе, формула (6.11):

,

где с_д = 977 кг/м3 - плотность дистиллята при температуре t₂ = 70,2 C.

3) Критерий Рейнольдса дистиллята, формула (6.12):

,

где н_д = 0,425?10^-6 м2/с -коэффициент кинематической вязкости дистиллята при температуре t₂ = 70,2C.

4) Коэффициент сопротивления трения, формула (6.13):

,

5) Потери давления на трение при движении воды в дистиллятном трубопроводе, формула (6.14):

,

где L_д = 8 м - суммарная длина дистиллятного трубопровода (принята).

6) Суммарные потери давления в клапанах, формула (6.15):

,

где ж_кл = 7 - коэффициент местного сопротивления клапана, n_кл = 2 - число клапанов.

7) Суммарные потери давления в отводах, формула (6.16):

,

где ж_от = 0,3 - коэффициент местного сопротивления отводов, n_от = 6 - число отводов (принято).

8) Суммарные потери дистиллятного трубопровода, формула (6.17):

,

где ?р_г = 25000 Па - геометрическая высота нагнетания (принята).

7. Выбор насосов

Центробежный насос в опреснительной установке служит для заданного для нормальной работы установки напора. С помощью разности давлении, в нём происходит перекачивание воды. После процессов, которые были начаты в насосе жидкость поступает в саму опреснительную установку. Так для требующегося напора, поданного в опреснительную установку, нужно рассчитать тот насос, который будет удовлетворять нормальной работе этой установки. Проводим расчёт и после этого совершаем подбор насоса для опреснительной установки.

Выбираем два вида насосов 1) Циркуляционный питательный 2) дистиллятный

1) По найденному давлению и подаче выбрали циркуляционный питательный насос марки “Пт 35/29”( Рисунок 5):

Рисунок 5 - чертёж циркуляционного питательного насоса марки “Пт 35/29”

Характеристика циркуляционного насоса (Таблица 2):



Таблица 2 - характеристики циркуляционного питательного насоса марки “Пт 35/29”

Название	Значения
Марка	ПТ-35/29 - 200
Производительность, м3/ч	200
Давление нагнетания, ати	45-59
Давление свежего пара, ати	29 или 35
Температура свежего пара, 0С	400 или 435
Число оборотов в минуту	4150 - 4450
Расход пара при противодавлении 0,2 ата, т/ч	5,2; 6,2
Расход пара при противодавлении 1,5 ата, т/ч	5,9; 7
Габаритные размеры, мм	3445x1554x1170
Вес, кг	3600

2) По найденному давлению и подаче выбрали дистиллятный насос марки “ЦВС - 2,5/10” (Рисунок 6):

Рисунок 6 - дистиллятный насос марки “ЦВС - 2,5/10”

Характеристика дистилятного насоса (Таблица 3):

Таблица 3 - характеристики дистиллятного насоса марки “ЦВС - 2,5/10”

Название	Значения
Марка	ЦВС - 2,5/10
Производительность, м3/ч	2,5
Напор, м	10
Давление на выходе, МПа	0,1
Высота самовысасывания насоса, м	7
Число оборотов в минуту	3000
Мощность ЭД, кВт	4
Род тока	Переменный
Габаритные размеры, мм	569x368x270
Вес, кг	70

8. Прочностные расчёты

1) Толщина стальной цилиндрической стенки конденсатора, формула (8.1):

,

где р₀ = 0,1 МПа - наружное (атмосферное) давление, у_с = 300 МПа - допустимые напряжения сжатия стали Ст45, а = 10 - коэффициент для горизонтальных цилиндров при продольном шве внахлестку, с = 0,002 - прибавка на коррозию к расчетной толщине.

Принимаем толщину стенки корпуса конденсатора равной sк = 5 мм.

2) Толщина плоского круглого днища водяной крышки, формула (8.2):

,

где D_кр = D_к = 0,532 м - диаметр крышки конденсатора,

µ = 0,162 - коэффициент для крышек жестко присоединенных на болтах к корпусу, р_кр = 0,32 МПа - давление воды в крышке конденсатора (принято по прототипу), С = 0,003 м - прибавка на коррозию, у_и = 120 МПа - напряжения изгиба для латунной крышки. [4]

Принимаем толщину крышки раной s_кр = 14 мм.

3) Коэффициент прочности трубной доски, формула (8.3):

,

4) Толщина плоской трубной доски, формула (8.4):

,

где k = 0,5 - коэффициент, зависящий от отношения толщины корпуса к толщине трубной доски; D_д = 0,62 м - диаметр трубной доски (принят).

Принимаем толщину трубной доски равной sд = 24 мм.

5) Полная сила, выдавливающая прокладку из фланца, формула (8.5):

,

где Dв = 0,535 м - внутренний диаметр прокладки, д = 0,003 м - толщина прокладки.

6) Сила трения, возникающая на поверхности фланца под воздействием давления, созданного в результате затяжки болтов, формула (8.6):

,

7) Общая сила нормального давления на прокладку, формула (8.7):

,

8) Усилие, отрывающее крышку от фланца, действующую на болты, формула (8.8):

,

9) Усилие, действующее на болт, формула (8.9):

,

где z = 16 - число болтов (принято).

10) Номинальный диаметр болта, формула (8.10):

,

где n_в = 5,5 - запас прочности, у_в = 420 МПа - предел прочности болта на растяжение.

Принимаем болты М18.

11) Толщина круглого приварного фланца, формула (8.11):

,

где в = 0,6 - коэффициент для фланцев с прокладками; r₀ = 0,296 м - радиус окружности болтовых соединений; r = 0,266 м - внутренний радиус корпуса конденсатора; d б = 0,018 м - диаметр болтового отверстия; s_б = 0,075 м - расстояние между болтами; у_из = 200 МПа - допускаемые напряжение на изгиб.

Принимаем толщину фланцев д = 15 мм.

12) Удлинение трубы конденсатора, формула (8.12):

,

где в_тр = 10-5 1/К - коэффициент линейного расширения материала трубы, t_ст = 69 С - средняя температура стенки трубы. t_к = 20 0 С - температура конденсатора во время сборки.

13) Удлинение корпуса конденсатора, формула (8.13):

,

где в_к = 1,6?10-5 1/К - коэффициент линейного расширения материала корпуса.

14) Наибольшая разность удлинений трубки и корпуса конденсатора, формула (8.14):

,

15) Площадь сечения трубы, формула (8.15):

,

16) Усилие в трубке, вызываемое удлинением корпуса, формула (8.16):

,

где Е_тр = 10¹¹ Па - модуль упругости.

17) Усилие в трубке, вызванное внутренним давлением, формула (8.17):

,

18) Суммарное усилие, возникающее в трубке конденсатора, формула (8.18):

,

19) Напряжение на разрыв в стенке трубы, формула (8.19):

,

20) Допускаемое усилие на вырывание концов трубок, формула (8.20):

,

где R_max = 4?10⁶ Па - допускаемое напряжение для развальцованных трубок, y = 0,024 м - глубина развальцовки трубок (равна толщине трубной доски).

Так как Р_т < Р_max и R_т < R_доп (R_доп = 44 МПа - допускаемые напряжения для трубки) компенсирующее устройство для компенсации температурных расширений ставить нет необходимости.



Заключение

В ходе проектирования установки выполнили расчёт греющей батареи, сепаратора, конденсатора. Так же учли прочностные, конструкционные и гидравлические расчёты. Выбрали нужные нам насосы для подачи забортной воды и откачки дистиллята по вычисленным характеристикам. В итоге по найденным характеристикам начертили опреснительную установку, которая будет работать исправно, без перебоев.



Список используемых источников

1. http://thermalinfo.ru/svojstva-zhidkostej/voda-i-rastvory/udelnaya-teploemkost-vody

2. http://refleader.ru/jgeqasqasatyrna.html

3. http://thermalinfo.ru/svojstva-zhidkostej/voda-i-rastvory/vyazkost-vody-h2o

4. http://twt.mpei.ru/MCS/Worksheets/rbtpp/tab11.xmcd

5. http://thermalinfo.ru/svojstva-gazov/gazovye-smesi/teploprovodnost-dymovyh-gazov-teplofizicheskie-svojstva-produktov-sgoraniya-topliva

6. http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/metally-i-splavy/teploprovodnost-stali-i-chuguna-teplofizicheskie-svojstva-stali

7. http://mash-xxl.info/info/524762/

8. http://www.wsp.ru/ru/test/wspCPSWT.asp?t=322

9. http://mash-xxl.info/info/146085/

10. http://chem21.info/page/083197089140140238159100175019157076050038005068/

11. http://thermalinfo.ru/svojstva-zhidkostej/voda-i-rastvory/teploprovodnost-i-plotnost-vody-teplofizicheskie-svojstva-vody-h2o

12. http://mash-xxl.info/page/066216210158161060084150200096250097160059246025/

13. https://razmery.info/razmery-bolta-M18.html

14. https://studfiles.net/preview/1190519/page:3/

15. Методическое указание: Клименюк И.В. Судовые опреснительные установки

16. Будов В.М. Судовые насосы 1988г

17. Опреснительные установки. Слесаренко В.Н. 1999

18. Водоопреснительные установки судовые, Коваленко В. Ф. и Лукин Г. Я., 1970 год

Размещено на Allbest.ru