Проверочный расчет подогревателя топлива для топлива IFO100

 

Исходными данными для расчета являются

-температура топлива на входе =60 °С

-температура топлива на выходе =125 °С

-расход топлива =1440 кг/ч

-внутренний диаметр трубок =0,013м

-наружный диаметр трубок =0,016м

-диаметр кожуха =0,156м

-число трубок n=24

-давление пара Р=1,6 МПа

В паровых подогревателях температура греющей среды постоянна = = =210°С

3.6.1Средняя температура топлива

3.6.2 Физические константы топлива IFO100 для температуры 92,5

- плотность =956,9 кг/

- теплоемкость =2,071 кДж/кг*К

-теплопроводность =0,1198 Вт/м*К

-кинематическая вязкость

 

-коэффициент объемного расширения =8,33 1/К

-число Прандтля =224

3.6.3 Количество тепла, передаваемого от пара к топливу

=1440*2,071*(125-60)=158953 кДж/ч

3.6.4 Тепловой поток к топливу

3.6.5 Среднелогарифмический температурный напор

где =210-температура насыщения пара для Р=1,6 Мпа

3.6.6 Задаемся значениями коэффициентов теплоотдачи стенки к мазуту =80Вт/ и пара к стенке =10700 Вт/

3.6.7 Теплопроводность стали =50,2 Вт/

3.6.8 Толщина стенки трубы

3.6.9 Коэффициент теплопередачи

3.6.10 Плотность теплового потока

Вт/

3.6.11 Температура стенки со стороны топлива

3.6.12 Температура стенки со стороны пара

3.6.13 Среднерасходная скорость топлива в трубках

3.6.14 Число Рейнольдса для топлива

Режим ламинарный т.к.

3.6.15 Число Прандтля

 

3.6.16 Число Нуссельта для топлива

3.6.17 Коэффициент теплоотдачи стенки топливу

Погрешность вычисления коэффициента теплоотдачи менее допустимой.

3.6.18 Средняя температура пара

3.6.19 Физические константы пара для температуры

- плотность

-теплоемкость

-теплопроводность =0,0387 Вт/м*К

-кинематическая вязкость

-число Прандтля =1,401

3.6.20 Расход пара

где i=2792 кДж/кг-энтальпия пара при

– энтальпия воды при Р=1,6 МПа

=0,99 – коэффициент учитывающий потери тепла в окружающую среду.

3.6.21 Площадь поперечного сечения межтрубного пространства

Эквивалентный диаметр

где =3.14*0.016*24=1,2058 м периметр смоченной поверхности.

3.5.23Скорость пара в межтрубном пространстве

3.6.24 Коэффициент теплоотдачи пара к стене

где =0,6 – поправочный коэфициэнт.

3.6.25 Коэффициент теплопередачи

Погрешность вычисления коэффициента теплопередачи

Погрешность вычисления коэффициента теплопередачи менее допустимой.

3.6.26 Площадь поверхности теплообмена

Расчетная площадь поверхности теплообмена больше действительной площади установленного на судне парового подогревателя топлива, следовательно, для топлива IPO100, в данных условиях эксплуатации теплообменный аппарат должен быть заменен на подогреватель типа I ГП< 58с площадью поверхности

теплообмена 5 м².

3.7 Установка и автоматизация регулятора вязкости VAF “Вискотерм”

 

С целью снижения неравномерности регулирования вязкости топлива перед подачей к форсункам в топливоподающую систему двигателей устанавливаем автоматическую систему регулирования вязкости с регулятором VAF “Вискотерм”. Расчеты, приведенные в предыдущих пунктах, позволяют сделать вывод, что при установке данной системы регулирования вязкости установленные ранее насосы, трубопроводы, арматура не требует изменений.

Однако, при переводе главных и вспомогательных двигателей на работу с топливом IFO100 подогреватель топлива типа AEL 522.05139 с площадью поверхности теплообмена 3,8м требует замены на подогреватель с большей площадью поверхности теплообмена типа ПТК 58. Для обеспечения неравномерности регулирования вязкости пред форсунками не превышающей 4 сСт, регулятор оснащен автоматической системой регулирования.

 

3.7.1 Система с капиллярным измерителем вязкости

Капиллярный измеритель вязкости топлива представляет собой капиллярную трубку 23, через которую шестеренчатым насосом 24 прокачивается небольшое постоянное количество топлива из общего потока к двигателю. При этом на концах капиллярной трубки возникает разность давлений Ар, прямо пропорциональная вязкости топлива. В соответствии с уравнением Пуазейля, когда краевые эффекты в жидкости незначительны, ее вязкость г| связана этой разностью соотношением

η= (πr⁴/81w) p

где г| - коэффициент динамической вязкости, Пас; Ар — разность давлений, Па;

1 и r— длина и радиус капилляра, м; W — объемный расход жидкости, м³/с.

При диаметре капилляра г = 2,5 мм = 0,002 5 м, длине 1 = 0,35 м и объемном расходе топлива через капилляр W = 5 см³/с = 5-10~⁶ м³/с изменению разности

 

давлений на трубке Ар = 10 мм вод. ст. = 100 Па соответствует изменение вязкости г|= 0,876 сП, или, если массовая плотность жидкости р =950 кг/м³, v = 0,973 сСт.

Схема пневматической системы регулирования вязкости топлива приведена на чертеже ДП98 КСМ297.1160ВО №1

К двигателю 1 топливо подается из расходной цистерны 8 тяжелого топлива одним из насосов 11 через паровой подогреватель 14 фильтры тонкой очистки 17 и измеритель вязкости 20. Количество греющего пара, подаваемого в подогреватель, определяется степенью открытия регулирующего клапана 13 с мембранным приводом; конденсат греющего пара отводится из подогревателя через отводчик конденсата 15. Разность давлений, образующаяся на концах капиллярной трубки измерителя 20, через клапаны 4 и 5 подается в полости преобразователя 16, на выходе которого устанавливается пневматический сигнал, пропорциональный текущему значению вязкости. Этот сигнал поступает к регулятору 12, где перерабатывается по пропорционально-интегральному закону

 

в управляющий сигнал для регулирующего клапана 13.

Запуск и остановка двигателя производятся на дизельном топ лив е из расходной цистерны 10. С дизельного топлива на тяжелое насосы переключают посредством клапана 7. Для контроля предусмотрены указатель 2 температуры топлива перед двигателем и сигнализатор 3 высокой температуры; 6 — привод объемного шестеренчатого насоса измерителя.

Преобразователь разности давлений 16 работает следующим образом ДП98 КСМ297.11ЮВО №2. Диафрагма 26 находится под разностью давлений, устанавливающейся у концов капиллярной трубки. Полости диафрагмы заполнены глицерином, так что топливо в прибор не попадает. Заполнение осуществляется снизу через клапаны 36, чтобы в полостях не оставалось воздушных мешков. Сильфоны 27 играют роль уплотнений. Усилие, развивающееся на диафрагме, передается на балансирный рычаг 29 пневмопреобразователя, заключенного в коробке 28. Оно уравновешивается усилием со стороны сильфона 33 обратной связи, внутренняя полость которого находится под давлением сжатого воздуха на выходе преобразователя. Балансирный рычаг подвешен на пластинчатой пружине 29, играющей роль его точки опоры. Винт 30 служит для изменения натяжения пружины рычага при регулировке нулевой точки, а винт 34 — для изменения диапазона измерения.

Заслонка пневмоусилителя прикреплена к донышку сильфона; она управляет истечением воздуха через пару сопел 32 (впускное) и 31 (атмосферное). Например, при увеличении вязкости возрастает перепад давлений в направлении от плюсовой к минусовой камерам диафрагмы 26. Диафрагма перемещается влево, что приводит к повышению давления сжатого воздуха на выходе 35 прибора, увеличению усилия со стороны сильфона и восстановлению равновесия сил на балансирном рычаге при его горизонтальном положении. Выходной сигнал преобразователя пропорционален по величине и совпадает по знаку с разностью давлений на диафрагме, т. е. изменяется пропорционально вязкости топлива. Поскольку здесь использован принцип выравнивания усилий на рычаге, точность

 

прибора высока, а его характеристика линейна. Диапазон изменяемой разности давлений может быть отрегулирован в пределах от 0-10 кПа (0-1 м вод. ст.) до 0-60 кПа(0-6 м вод. ст.). Питание прибора осуществляется сжатым воздухом давлением 140 кПа, рабочий диапазон выходного давления 20-100 кПа (3-15 фунтов

на квадратный дюйм).

Схема пропорционально-интегрального регулятора приведена на чертеже ДП98 KCM297.il ЮВО №2.Пневматический выходной сигнал преобразователя разности давлений поступает на вход регулятора — в полость сильфона 41. При перемещениях донышка сильфона, вызванных изменениями этого сигнала, поворачивается сектор, свзаный со стрелкой 42, которая показывает текущее значение вязкости топлива по шкале 43; шкала тарирована от 0 до 200 cRed 1. Сектор передает движение также тяге 44 и рычагу 57, несущему две заслонки 45 пневмоусилителя с соплом 46. При таком расположении заслонок, как показано на схеме, рабочей является верхняя. Сопло 46 может быть развер­нуто так, чтобы рабочей оказалась нижняя заслонка. Эти операции выполняются, когда изменяется направление действия регулятора; при этом разворачивается также сектор со шкалами А и В механизма 54 изменения ширины зоны пропорциональности. Верхняя рабочая заслонка соответствует шкале В, действие регулятора при этом обратное, т. е. увеличение давления в полости сильфона 41 вызывает уменьшение выходного (управляющего) давления регулятора. Прямое или обратное действие регулятора выбирают при первоначальной установке системы в зависимости от схемы, по которой работает сервомотор — «воздух закрывает» или «воздух открывает».

На линии питания сопла 46 расположено предвключенное пневмосопротивление 37. Для его периодической прочистки предусмотрена игла с выведенной на лицевую панель регулятора подпружиненной кнопкой. Уставка значения вязкости топлива осуществляется маховичком 38, воздействующим на положение сопла 46 и на указывающую стрелку 39 задания по той же шкале 43 регулятора. Для удобства обслуживания указывающая стрелка 42 окрашена в черный, а стрелка уставки 39 в красный цвет. На магистрали от сопла установлен усилитель 56 мощности управляющего сигнала.

Система обратной связи регулятора образована сильфоном 50 и рычажной системой 51-52-48, передающей перемещения его донышка на опору 47 рычага 57 пневмоусилителя. Передаточное отношение этой системы можно изменить как по величине, так и по знаку, вращая диск со шкалами с помощью винта 55, оно зависит от угла ср между кривошипом 52 и шатуном 51. Шкалы А и В зоны пропорциональности тарированы от 0 до 200 %.

Ширину зоны пропорциональности устанавливают винтом 55 относительно неподвижного индекса 53, постоянную времени интегрирования — калиброванным дросселем 49 со шкалой от 0,05 до 8 мин. Через этот дроссель выравнивается разность давлений между внутренней (отрицательная составляющая обратной связи) и наружной (положительная составляющая) полостями сильфона 50.

Определение оптимальных значений настроечных параметров ПИ-регулятора вязкости топлива может быть выполнено несколькими способами.

 

Переходная функция рассматриваемой разомкнутой системы при небольших (до

10 %) возмущениях по регулирующему воздействию - расходу пара на подогре-

имеет вид кривой, достигающей асимптоты, и параметры настройки регулятора могут быть определены по локальным элементам этой кривой.

При использовании метода незатухающих колебаний в силу инерционности колебательные процессы можно регистрировать по визуальным наблюдениям с интервалами 20—30 с.

Уход и обслуживание. После монтажа или переборок системы при пуске следует выполнить операции смотри ДП98 КСМ297.11ЮВО №2.

1 Открыть клапаны 18 и 21 и закрыть байпас 19, направив поток топлива к двигателю через измеритель вязкости.

2 Открыть уравнительный клапан 7 на входе преобразователя 16 разности давлений и закрыть клапаны 4 и 5 на измерителе.

3 Отсоединить штуцер плюсового клапана 5, чтобы выпустить воздух из импульсных трубопроводов между измерителем вязкости и преобразователем 16. Медленно приоткрывать клапан 4,пока из штуцера не потечет топливо без воздуха. Установить штуцер на место, убрать протечки.

4 Проверить положение показывающей (черной) стрелки на регуляторе. Если она не находится на нуле, следует откорректировать винт регулировки нуля на преобразователе разности давлений, как это описано ниже.

5 Включить привод 6 шестеренчатого насоса измерителя. Открыть клапаны 4 и 5,

закрыть уравнительный клапан 7.В этом положении черная стрелка на шкале регулятора должна указывать текущее значение вязкости. Следует помнить, что мотор 6 измерителя можно включать только тогда, когда вязкость топлива примерно соответствует требуемой.

6 Переключатель на панели управления перевести в положение «Автоматическое» и установить стрелку задания (красную) регулятора на значение желаемой вязкости.

Если при пуске системы использовалось легкое дизельное топливо, то до перехода тяжелое топливо следует подогреть приблизительно до температуры, соответствующей требуемой вязкости. Подача пара в подогреватель при этом

регулируется дистанционно или вручную. Когда будет достигнута рабочая температура, может быть включен привод насоса измерителя вязкости.

Если двигатели запускаются также на тяжелом топливе,-перечисленные выше операции выполняют до пуска. Иногда работа топливных насосов сопровождается сильной пульсацией давления в топливном трубопроводе.