Презентация к уроку по теме 1.6. Система охлаждения двигателей тракторов | Презентация к уроку на тему:

Слайд 1

Русско-Полянский аграрный техникум Презентации к уроку по теме: 1.6 «Система охлаждения двигателей тракторов» По предмету Эксплуатация и Техническое обслуживание тракторов 1 курс, специальность Тракторист-машинист сельскохозяйственного производства. Разработала преподаватель спецдисциплин Горячева Людмила Борисовна Русская-Поляна 2015

Слайд 2

Тепловой баланс дизеля При сгорании топлива в цилиндрах дизеля выделяется большое количество теплоты, но только часть ее превращается в полезную механическую работу. Часть энергии расходуется на преодоление трения, возникающего между движущимися деталями, часть – на приведение в действие различных механизмов двигателя. Большое количество теплоты уносится в атмосферу с отработавшими газами. Одновременно с этим довольно большое количество теплоты идет на нагрев деталей. Поэтому если во время работы дизеля теплоту не отводить, то работоспособность сопряжений и самих деталей будет нарушаться. Для отвода избыточной теплоты от дизеля во время работы и поддержания оптимального теплового режима прибегают к его искусственному охлаждению. Поэтому на автотракторных двигателях устанавливают систему охлаждения.

Слайд 3

Назначение системы охлаждения Система охлаждения двигателя служит для отвода теплоты от нагретых деталей и поддержания нормального температурного режима работы систем двигателя. Типы искусственного охлаждения. Первый способ – теплота от деталей двигателя отводится в жидкость, а затем через нее в окружающую среду – это жидкостное охлаждение. Второй способ – теплота передается непосредственно окружающему воздуху -это воздушное охлаждение. На автотракторных двигателях устанавливают чаще всего жидкостную систему охлаждения, так как она поддерживает наивыгоднейший тепловой режим работы двигателя (наименьший износ деталей и расход топлива) достигается при температуре охлаждающей жидкости 85…90гр.

Слайд 4

Схема системы охлаждения 1 – пробка радиатора; 2 – радиатор; 3 – водоподводящий патрубок; 4 – термостат; 5 – термометр; 6 – водяной насос; 7 – водоотводящий патрубок; 8 – вентилятор; 9 – шторка; 10 – краник слива воды из радиатора.

Слайд 5

Сборочные единицы системы охлаждения Радиатор и паровоздушный клапан

Слайд 6

Сборочные единицы системы охлаждения Паровоздушный клапан регулирует давление охлаждающей жидкости в системе охлаждения. Устройство паровоздушного клапана: 1- пароотводная трубка; 2- паровой клапан; 3- пружина парового клапана; 4- запорная пружина; 5- корпус крышки; 6- горловина радиатора; 7,8 — резиновые прокладки; 9- воздушный клапан; 10- пружина воздушного клапана; 11- седло воздушного клапана. Радиатор предназначен для охлаждения жидкости, нагревшейся в рубашке двигателя. Устройство радиатора: 1- сердцевина водяного радиатора; 2- верхний бак; 3- тяга управления жалюзи; 4- крышка заливной горловины; 5,8- неподвижные планки; 6- система рычагов; 7- подвижные планки; 9- створка; 10- краник; 11- нижний бак; 12- масляный радиатор; 13 – латунные трубки; 14 – латунные пластины.

Слайд 7

Термостат Термостат предназначен для автоматического поддержания температуры охлаждающей жидкости на нужном уровне при различных условиях работы двигателя, а также для ускорения прогрева после пуска. Термостат состоит из следящего и исполнительного устройства, установленных в корпусе. Следящее устройство делают двух типов в виде гофрированного цилиндра, частично заполненного легкоиспаряющейся жидкостью (обычно 15 процентный водный раствор этилового спирта). Исполнительное устройство состоит из двух клапанов – вспомогательного и главного.

Слайд 8

Работа термостата Термостат устанавливают в патрубке отводящем жидкость из двигателя в радиатор. Когда температура жидкости ниже 70 ° С, вспомогательный клапан закрывает верхнее отверстие и не пропускает охлаждающую жидкость в радиатор. Главный клапан постепенно открывает путь охлаждающей жидкости в радиатор, а вспомогательный клапан в это время открывает проход для жидкости в перепускную трубку, по которой она, минуя радиатор, вновь поступает в водяной насос. При повышении температуры более 70 ° С жидкость в гофрированном цилиндре закипает и ее пары давят на стенки, растягивая цилиндр. При этом главный клапан постепенно открывает путь охлаждающей жидкости в радиатор, а вспомогательный клапан уменьшает пород к водяному насосу. При достижении температуры 85 ° С клапаны занимают свои крайние положения, и весь поток жидкости, участвующий в охлаждении двигателя, проходит через радиатор. Исправно действующий термостат, ускоряя прогрев двигателя при пуске, значительно снижает износ его деталей. Установлено, что если термостат удалить из системы охлаждения, то износы, например цилиндров двигателя, увеличатся в 2…3 раза.

Слайд 9

Водяной насос Водяной насос предназначен для принудительной циркуляции охлаждающей жидкости. В дизеле А-41 водяной насос центробежного типа. Устройство насоса: 1-шкив; 2- ступица шкива; 3- масленка; 4 –валик; 5- втулка корпуса, 6 – корпус; 7 – крьльчатка; 8 – обойма сальника; 9 – манжета сальника; 10 – шайба уплотняющая; 11 – упорная пружина сальника; 12 – полость нагнетания; 13 – полость всасывания; 14 – патрубок; 15 – самоподжимные каркасные сальники.

Слайд 10

Работа водяного насоса Во время работы двигателя шкив получает вращение от коленчатого вала клиновидными ремнями. При этом начинают вращаться вал и крыльчатка. При вращении крыльчатки охлаждающая жидкость, поступающая по всасывающему патрубку, попадает на лотки крыльчатки и отбрасывается к стенкам корпуса, откуда по нагнетательному патрубку направляется в рубашку двигателя. Насосы, устанавливаемые на тракторных двигателях, потребляют от 0,5 до 1 % мощности и подают жидкость под давлением 0,04…0,08 МПа. Их подача достигает 5000…7000 л/ч.

Слайд 11

Вентилятор Вентилятор служит для создания воздушного потока, обдувающего сердцевину радиатора. У двигателей с жидкостным охлаждением вентиляторы сделаны в виде крестовины, к которой приклепаны лопасти. Число лопастей может быть два, четыре, шесть или восемь. Вращение вентилятор получает от коленчатого вала.

Слайд 12

Охлаждающие жидкости Безотказную работу дизеля в нужном температурном режиме гарантируют два фактора: количество и качество охлаждающей жидкости, которая циркулирует в системе охлаждения трактора МТЗ. То есть если просто залить жидкость в радиатор мотора, то это не будет гарантировать качественное охлаждения. Оптимальной жидкостью для дизеля является тосол . «Тосол» — торговая марка охлаждающей жидкости, которая выпускалась в советскую эпоху. Сегодня тосолом часто называют любую охлаждающую жидкость. Тосол это смесь следующих компонентов: вода, антифриз, присадки. Присадки тосола необходимы для уменьшения коррозии системы охлаждения и саму жидкость от термохимического разрушения. Антифризом в тосоле является этиленгликоль. В виде исключения можно использовать и воду. Вода должна быть мягкой (дождевая или талая). От жесткой воды на стенках системы охлаждения интенсивно осаждается накипь. Что в свою очередь приводить к сильному ухудшению качеству охлаждения. Жесткую воду в принципе можно смягчить, добавив в воду кальцинированную соду 10 г на 10 литров воды. Второй фактор — количество тосола в системе охлаждения. В верхнем бачке радиатора уровень тосола должен быть на 50 мм ниже заливной горловины. Если выше, то, нагреваясь и расширяясь в процессе работы трактора, тосол вытечет загрязняя окружающую среду и сам двигатель. Если уровень тосола ниже нормы, то охлаждающей жидкости просто не хватит для качественного охлаждения, что приведет к постоянному перегреву двигателя, даже без нагрузки.

Слайд 13

Неисправности системы охлаждения Неисправности Двигатель перегревается Причины Закрыты шторка или жалюзи радиатора Мало жидкости в системе охлаждения Слабо натянут ремень вентилятора Наличие накипи или грязи в системе охлаждения Перегрузка двигателя Заедает клапан термостата (в закрытом положении) Двигатель переохлаждается Отсутствует утеплительный чехол Открыта шторка радиатора Заедает клапан термостата (в открытом положении)

Слайд 14

Контрольные вопросы 1. Перечислите основные части системы жидкостного охлаждения двигателя. Шторка или жалюзи, радиатор, вентилятор, водяной насос, термостат, водяная рубашка, соединительные патрубки, паровоздушный клапан. 2. Каково назначение термостата? Термостат предназначен для автоматического регулирования температуры охлаждающей жидкости и для ускорения прогрева двигателя после пуска. 3. Для какой цели в крышке наливной горловины радиатора смонтирован паровоздушный клапан? С помощью паровоздушного клапана внутренняя полость радиатора сообщается с атмосферой. 4. Какой тип насоса установлен в системе охлаждения? Центробежный. 5. При достижении какой температуры клапаны термостата занимают свои крайние положения? 85 ° С. 6. Перечислите основные детали водяного насоса. Корпус, вал, шкив, крыльчатка, всасывающий и нагнетательный каналы, ремкомплект.

Слайд 15

Тест 1. При помощи какого клапана внутренняя полость радиатора сообщается с атмосферой? А) Парового; Б) Воздушного; В) Паровоздушного. 2. Из каких составляющих состоит ТОСОЛ А-40? А) Дисцилированная вода + этиленгликолевый спирт; Б) Дисцилированная вода + этиловый спирт; В) Дисцилированная вода + соляная кислота. 3. Какая деталь служит для автоматической регулировки температуры охлаждающей жидкости? А) Насос; Б) Термостат; В) Шторка. 4. Какова необходимая температура для нормальной работы двигателя? А) 90-95гр; Б) 50-80гр; В) 80-90гр. 5. Из какого материала изготавливают радиатор и термостат? А) Сталь; Б) Латунь; В) Бронза. 6. Какая деталь служит для создания воздушного потока? А) Вентилятор; Б) Шторка; В) Радиатор. 7. Какова подача водяного насоса? А) 3000-5000л/ч; Б) 7000-10000л/ч; В) 5000-7000л/ч. 8. По какой причине двигатель перегревается? А) Не утеплен; Б) Открыта шторка; В) Мало охлаждающей жидкости. 9. Какие типы насосов применяют в системе охлаждения? А) Шестеренчатые; Б) Центробежные; В) Универсальные. 10. При достижении, какой температуры клапаны термостата занимают свои крайние положения? А) 90гр; Б) 85гр; В) 95гр.

Слайд 16

Правильные варианты ответов на тест 1 – В; 2 – А; 3 – Б; 4 – В; 5 – Б; 6 – А; 7 – В; 8 – В; 9 – Б; 10 – Б.

Слайд 17

Список используемой литературы 1. Пучин, Е.А. Техническое обслуживание и ремонт тракторов: учебное пособие для нач. проф. образования/ Е.А. Пучин. – 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2010 . – 208 с. 2. Родичев, В.А. Тракторы: учебное пособие для нач. проф. образования/ В.А.Родичев. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2009 . – 228 с.

Слайд 18

Спасибо за внимание

Система охлаждения двигателя

Система охлаждения
двигателя служит для поддержания
нормального теплового режима работы
двигателей путем интенсивного отвода
тепла от горячих деталей двигателя и
передачи этого тепла окружающей среде.

Отводимое тепло
состоит из части выделяющегося в
цилиндрах двигателя тепла, не превращающейся
в работу и не уносимой с выхлопными
газами, и из тепла работы трения,
возникающего при движении деталей
двигателя.

Большая часть
тепла отводится в окружающую среду
системой охлаждения, меньшая часть –
системой смазки и непосредственно от
наружных поверхностей двигателя.

Принудительный
отвод тепла необходим потому, что при
высоких температурах газов в цилиндрах
двигателя (во время процесса горения
1800–2400 °С, средняя температура газов за
рабочий цикл при полной нагрузке 600–1000
°С) естественная отдача тепла в окружающую
среду оказывается недостаточной.

Нарушение правильного
отвода тепла вызывает ухудшение смазки
трущихся поверхностей, выгорание масла
и перегрев деталей двигателя. Последнее
приводит к резкому падению прочности
материала деталей и даже их обгоранию
(например, выпускных клапанов). При
сильном перегреве двигателя нормальные
зазоры между его деталями нарушаются,
что обычно приводит к повышенному
износу, заеданию и даже поломке. Перегрев
двигателя вреден и потому, что вызывает
уменьшение коэффициента наполнения, а
в бензиновых двигателях, кроме того, –
детонационное сгорание и самовоспламенение
рабочей смеси.

Чрезмерное
охлаждение двигателя также нежелательно,
так как оно влечет за собой конденсацию
частиц топлива на стенках цилиндров,
ухудшение смесеобразования и
воспламеняемости рабочей смеси,
уменьшение скорости ее сгорания и, как
следствие, уменьшение мощности и
экономичности двигателя.

В
автомобильных и тракторных двигателях,
в зависимости от рабочего тела, применяют
системы жидкостного и воздушного охлаждения.
Наибольшее распространение получило
жидкостное охлаждение.

При жидкостном
охлаждении циркулирующая в системе
охлаждения двигателя жидкость воспринимает
тепло от стенок цилиндров и камер
сгорания и передает затем это тепло при
помощи радиатора окружающей среде.

По
принципу отвода тепла в окружающую
среду системы охлаждения могут
быть замкнутыми и незамкнутыми
(проточными).

Жидкостные
системы охлаждения автотракторных
двигателей имеют замкнутую систему
охлаждения, т. е. постоянное количество
жидкости циркулирует в системе. В
проточной системе охлаждения нагретая
жидкость после прохождения через нее
выбрасывается в окружающую среду,
а новая забирается для подачи в двигатель.
Применение таких систем ограничивается
судовыми и стационарными двигателями.

Воздушные
системы охлаждения являются незамкнутыми.
Охлаждающий воздух после прохождения
через систему охлаждения выводится в
окружающую среду.

По способу
осуществления циркуляции жидкости
системы охлаждения могут быть:

• принудительными, в
  которых циркуляция обеспечивается
  специальным насосом, расположенным на
  двигателе (или в силовой установке),
  или давлением, под которым жидкость
  подводится в силовую установку из
  внешней среды;

• термосифонными, в
  которых циркуляция жидкости происходит
  за счет разницы гравитационных сил,
  возникающих в результате различной
  плотности жидкости, нагретой около
  поверхностей деталей двигателя и
  охлаждаемой в охладителе;

• комбинированными,
  в которых наиболее нагретые детали
  (головки блоков цилиндров, поршни)
  охлаждаются принудительно, а блоки
  цилиндров – по термосифонному принципу.

Системы жидкостного
охлаждения могут быть открытыми и
закрытыми.

Открытые
системы –
системы, сообщающиеся с окружающей
средой при помощи пароотводной трубки.

В
большинстве автомобильных и тракторных
двигателей в настоящее время
применяют закрытые
системы охлаждения,
т. е. системы, разобщенные от окружающей
среды установленным в пробке радиатора
паровоздушным клапаном.

Давление
и соответственно допустимая температура
охлаждающей жидкости (100–105 °С) в этих
системах выше, чем в открытых системах
(90–95 °С), вследствие чего разность между
температурами жидкости и просасываемого
через радиатор воздуха и теплоотдача
радиатора увеличиваются. Это позволяет
уменьшить размеры радиатора и затрату
мощности на привод вентилятора и водяного
насоса. В закрытых системах почти
отсутствует испарение воды через
пароотводный патрубок и закипание ее
при работе двигателя в высокогорных
условиях. 

Системы охлаждения | Ipieca

Последнее рассмотрение темы: Ноябрь 2022

Секторы: Downstream, Midstream, Upstream

Система охлаждения используется для отвода тепла от процесса или установки. Охлаждение обычно требуется только в сочетании с обогревом. Многие процессы, особенно процессы фракционирования/разделения, нуждаются в тепле для выполнения своих обязанностей по производству продуктов в соответствии со спецификацией.

Производительность системы и, следовательно, прибыльность системы определяются ее способностью поглощать тепло для производственных целей. Отработанное тепло должно быть удалено из процесса. Поэтому необходимы системы охлаждения. Если системы охлаждения являются узким местом, они ограничивают общий производственный процесс и, следовательно, общую прибыльность.

Существует множество типов систем охлаждения, которые используются в нефтегазовой промышленности. Чтобы наилучшим образом оптимизировать эффективность системы охлаждения, следует использовать «системный подход» для определения потенциальной экономии и повышения производительности. Этот подход рассматривает всю систему охлаждения, включая насосы, двигатели, вентиляторы, форсунки, наполнение, потери на унос, потери на испарение, продувку, скорость подпитки, химикаты, скорость потока, температуру, перепад давления, а также методы эксплуатации и технического обслуживания. Сосредоточившись на системе в целом, а не только на отдельных компонентах, систему можно сконфигурировать так, чтобы избежать неэффективности и потерь энергии. Системы охлаждения не работают в одном и том же режиме все время, а нагрузки системы меняются в зависимости от циклических требований, условий окружающей среды и изменений в технологических требованиях.

В системах охлаждения может использоваться различная охлаждающая среда (охлаждающая вода, охлажденная вода, хладагент), которые обсуждаются далее в разделе «Охлаждающая среда». Этот информационный лист в первую очередь относится к использованию охлаждающей воды, поскольку она является наиболее распространенной охлаждающей средой на нефтегазовых объектах.

Чтобы определить, можно ли добиться повышения эффективности системы охлаждения, необходимо понимать различные типы систем, их сильные и слабые стороны. Как правило, все системы охлаждения будут использовать комбинацию нескольких конструктивных особенностей, обсуждаемых в следующих нескольких разделах.

Открытая или закрытая система

Указывает, разрешен ли контакт охлаждающей жидкости с окружающей средой.

Открытые системы

Технологическая среда контактирует с окружающей средой. Открытые системы применяются только к мокрой системе, но могут быть прямоточной или рециркуляционной конструкцией.

• Наиболее распространенным примером является градирня, в которой вода охлаждается при контакте с воздухом. Изображение градирни поперечного типа показано на рис. 1. Воздух и вода вступают в контакт, и происходит теплообмен посредством испарения. Охлажденная вода затем собирается в резервуар и возвращается на установку.
• Охладительные пруды могут использоваться для естественного охлаждения теплой воды за счет испарения в атмосферу. Затем вода из пруда может повторно поступать на установку в качестве охлаждающей воды. Подпиточная вода требуется для учета потерь на испарение.
• Некоторые системы, такие как воздухоохладители с мокрой поверхностью, сочетают открытую и закрытую конструкции.

Закрытые системы

Охлаждающая среда находится внутри трубопровода и не имеет прямого контакта с воздухом. Обмен теплом с процессом осуществляется через теплообменники. Системы с замкнутым контуром могут иметь прямоточную или рециркуляционную конструкцию.

• • Теплообменники кожухотрубные или пластинчато-рамные
  • Теплообменник с воздушным охлаждением: жидкость в трубках с обдувом труб воздухом для охлаждения

Рисунок 1: Градирня с поперечным потоком

Прямоточная или рециркуляционная конструкция

Определяет, циркулирует ли первичный хладагент по системе охлаждения несколько раз (цикл вверх) или проходит через систему один раз перед выпуском (либо в источник или другое место).

Прямоточный

В прямоточном исполнении хладагент проходит через теплообменник один раз, прежде чем сбрасываться в другое место или возвращаться к своему источнику. Например, вода из реки, озера или океана может поступать в процесс, а затем сбрасываться обратно в место с более высокой температурой. Прямоточная система иногда имеет преимущество перед градирней в том, что источник воды холоднее. Есть несколько потенциальных недостатков, связанных с прямоточными системами, и они описаны в списке ниже.

• Температура нагнетания, скорость потока и предельное содержание примесей должны находиться в допустимых пределах, установленных природоохранным законодательством. вода иногда требует очистки (с энергетическими и капитальными затратами) перед возвратом в окружающую среду
• Прямоточные системы могут быть проблематичными, поскольку использование пресной воды становится предметом дальнейшего изучения, а повторное использование воды становится более приоритетным (хотя в целом они потребляют меньше воды по сравнению с градирня, которая испаряет много воды)

Рециркуляция

Теплоноситель первого контура циркулирует по всей системе. В наиболее распространенном примере охлаждающая вода обменивается теплом с технологическими потребителями в теплообменниках. Охлаждающая вода направляется в градирню, холодная вода собирается в бассейне градирни, а затем вода рециркулирует по всей установке. Некоторые недостатки и преимущества рециркуляционной системы перечислены ниже:

• Как правило, она дороже, чем прямоточная система, из-за количества оборудования (градирня и т. д.), хотя может потребоваться очистка сточных вод в зависимости от наличия химикатов. добавляются в воду для борьбы с коррозией, образованием накипи и микробиологическим обрастанием – если это так, то существуют затраты на создание, расширение или модернизацию очистных сооружений
• Не имеет некоторых недостатков прямоточной системы из предыдущего списка
• Снижает вероятность воздействия окружающей среды на водопровод (не устраняет риск, т. требуется столько же пресной воды из-за рециркуляции охлаждающей воды, подаваемой только для подпитки, чтобы восполнить потерю в результате испарения, продувки, дрейфа и любых утечек в системе
• Прямоточная система будет потреблять меньше воды в целом, если вода возвращается к своему источнику

Прямые или непрямые системы

Они также известны как первичные и вторичные системы. Этот термин указывает, отдает ли тепло первичная технологическая среда непосредственно в окружающую среду или во вторичную среду. Например, хладагент циркулирует между теплообменником(ами) и градирней. Технологическая среда охлаждается в теплообменнике.

непрямой

Непрямая система имеет два разных контура и может использоваться для сведения к минимуму возможности технологических утечек в окружающую среду, а также для потенциального снижения стоимости оборудования для систем охлаждения забортной водой (избегает затрат на модернизацию металлургии для всех технологических теплообменников ). Первичный/прямой контур может быть прямоточной системой или рециркуляционной системой охлаждающей воды с градирней. Вторичный замкнутый контур обменивается теплом с технологическими установками, и это тепло отводится в первичный контур. КПД не такой высокий, как в прямой системе из-за дополнительной ступени теплообменника. Косвенные системы распространены на атомных станциях и предприятиях, производящих опасные химические вещества.

Влажная или сухая система охлаждения

Влажная или сухая система охлаждения зависит от того, используется ли охлаждающая вода или окружающий воздух в качестве основной охлаждающей среды.

Сухая

Сухая система охлаждения использует принудительную подачу воздуха по трубам с текучей технологической средой. Характеристики системы сухого охлаждения включают:

• Применяется только в закрытых системах
• Типично для районов, где нет источника охлаждающей воды
• Трубчатые фанкойлы с ребристыми вентиляторами – жидкость в трубках, воздух обдувает трубы для охлаждения

Влажный

В системе мокрого охлаждения технологическая среда охлаждается воздухом в открытой градирне или охлаждается водой в закрытом теплообменнике.

• Градирни (испарительный теплообмен), включая противоточные и перекрестноточные градирни и гиперболические градирни – охлаждаемая жидкость находится в контакте с охлаждающим воздушным потоком и имеются некоторые потери на испарение
• Кожухотрубные или пластинчато-рамные тепловые теплообменники

Хладагенты

Существуют различные охлаждающие среды, которые обсуждаются в таблице 1.

Выбранные типы систем охлаждения могут оказывать различное воздействие на окружающую среду, хотя в разрешениях на использование воздуха и воды может быть указано, какие системы использовать. В разрешениях также могут быть указаны конструктивные особенности, такие как максимально допустимый объем отбора и температура нагнетания для прямоточных систем, скорость дрейфа градирен, безвозвратное использование воды и уровни шума.

Охладитель с ребристым вентилятором может снизить потребление воды предприятием, особенно в сухих местах (хотя он не может охлаждать технологическую жидкость, поэтому не работает во многих случаях).

При выборе систем охлаждения следует проводить оценку наилучшей доступной технологии (НДТ). Оценка НДТ включает в себя комплексное исследование тепловых потоков внутри установки, поскольку повышение эффективности установки и снижение потребности в отводе тепла напрямую снижает требования к системе охлаждения. Pinch-анализ (см. раздел Pinch-анализ) также может снизить потребность в охлаждении.

Оценка НДТ также может включать новые технологии для снижения потребления подпиточной воды. BAT также должен оценить, может ли установка быть интегрирована с другими установками, чтобы свести к минимуму отвод тепла. Возможности, в которых объединены нагрузки на охлаждение и обогрев, могут иметь значительные преимущества в плане эффективности. Например, можно рекуперировать тепло из горячего производственного потока, охлаждая его и используя рекуперированную энергию для нагрева другого потока.

Таблица 1: Охлаждающие среды

Применение технологии

Повышение эффективности возможно при любой конструкции системы охлаждения. Новые системы обладают наибольшим потенциалом для оптимизации и могут использовать новейшие технологии. Существующие системы также потенциально могут быть более энергоэффективными, но, как правило, они ограничены проблемами компоновки и конструкции. Выбранный тип системы охлаждения требует тщательной оценки на этапе разработки проекта с использованием многих проектных данных, включая стоимость, компоновку и размер, доступность воды, потребление энергии, энергоэффективность, условия окружающей среды, сезоны и погодные условия, минимизацию воздействия на окружающую среду и многие другие в зависимости от проекта.

Годовые колебания местной температуры воды и воздуха оказывают наибольшее влияние на эффективность системы охлаждения. Эффективность системы является функцией затрат энергии и ресурсов, необходимых для работы системы, по сравнению с количеством достигнутого охлаждения. Электричество используется для работы вентиляторов и насосов, а другие понесенные расходы включают затраты на подпиточную воду, а также нормативные расходы и штрафы.

Градирни

Влажные испарительные системы ограничены температурой воздуха по влажному термометру, а сухие системы ограничены температурой воздуха по сухому термометру. Оба они колеблются в течение года.

Температура по влажному термометру – это температура, считываемая термометром, покрытым пропитанной водой (водой при температуре окружающей среды) тканью (термометр по влажному термометру), над которым пропускается воздух. При 100% относительной влажности температура по влажному термометру равна температуре воздуха (температура по сухому термометру). При более низкой влажности температура по влажному термометру ниже, чем по сухому из-за охлаждения испарением.

Температура по влажному термометру имеет решающее значение для конструкции градирни. Его следует измерять/рассчитывать на входе в градирню. Кроме того, такие факторы, как рециркуляция (попадание шлейфа из градирни в воздухозаборник) или помехи (аналогично рециркуляции, за исключением того, что шлейф исходит от соседней градирни), искусственно повышают температуру по влажному термометру в градирне. и должны учитываться при проектировании. Неправильный расчет или оценка температуры по влажному термометру во время проектирования приводит к неотъемлемым проблемам с производительностью.

Как и обычные теплообменники, градирни также имеют минимальную температуру приближения между температурой по влажному термометру и температурой охлаждающей воды. Институт технологии охлаждения (CTI) указывает минимальную температуру приближения 2,8°C (5°F), и очень трудно работать ниже этой температуры. Это ограничение может привести к тому, что установка будет работать с пониженной производительностью или с более низкой эффективностью охлаждения в определенное время года.

Если объекту требуется более полное охлаждение (но не более низкая температура приближения), можно добавить дополнительные охлаждающие камеры. Если температура на подходе выше 2,8 °C (5 °F), предприятие должно сначала убедиться, что все его оборудование находится в рабочем состоянии, и проверить, не превышено ли расчетное охлаждение градирни.

Распространенной причиной плохой работы градирен является разрушение и/или загрязнение наполнителя/набивки. Наполнитель может загрязниться из-за неорганических или органических материалов, утечек в технологическом блоке, микробиологического роста и т. д. Кроме того, наполнитель имеет ограниченный срок службы и со временем начнет физически разлагаться. Осмотр и замену набивки следует рассматривать как часть долгосрочной программы профилактического обслуживания градирни. В некоторых случаях переход на более эффективный наполнитель может улучшить эффективность охлаждения; однако вероятность загрязнения может увеличиваться в зависимости от качества воды, поэтому следует провести тщательный осмотр, прежде чем переходить к изменению конструкции.

Вентиляторы и насосы

Вентиляторы, воздуходувки и насосы могут работать на холостом ходу или работать с замедлением в периоды благоприятных погодных условий или низкой нагрузки установки для снижения энергопотребления. Приводы с регулируемой скоростью (также называемые приводами с регулируемой скоростью) обычно используются в вентиляторах, воздуходувках и двигателях насосов, поскольку они значительно повышают энергоэффективность системы охлаждения при частичных нагрузках. Некоторые воздухоохладители могут быть сконструированы таким образом, что одни вентиляторы являются фиксированными, а другие — регулируемыми. Затем некоторые вентиляторы отключаются или включаются по мере необходимости, в то время как окончательная регулировка (подстройка) температуры выполняется с помощью вентилятора с регулируемой скоростью.

Законы подобия предполагают, что уменьшение вдвое скорости насоса или вентилятора снизит их потребление энергии на 7/8.

Еще одним примером повышения энергоэффективности системы и снижения «балансовых» нагрузок может быть использование двигателей с прямым приводом (например, ABB) для воздухоохладителей с ребристыми вентиляторами. Это устраняет необходимость в редукторах и помогает повысить надежность.

Автоматизация

Современные средства управления позволяют повысить эффективность за счет непрерывного мониторинга ключевых параметров системы с автоматической регулировкой насосов и вентиляторов.

Температура охлаждающей среды

Эффективность систем охлаждения зависит от температуры среды, в которую отводится тепло. Более холодная среда легче передает тепло, поэтому требуется меньший поток охлаждающей среды, что снижает потребность в энергии нагнетания/нагнетания. Во многих случаях температура источников воды ниже температуры окружающего воздуха, поэтому использование систем водяного охлаждения может быть более энергоэффективным.

Температура подвода теплообменника

Как указано в Информационном бюллетене по теплообменникам, температура приближения представляет собой разницу между охлажденной рабочей жидкостью (на выходе из охладителя) и поступающей охлаждающей средой. Системы с водяным охлаждением, как правило, имеют меньшую температуру приближения, чем системы с воздушным охлаждением, поэтому они предпочтительнее в некоторых ситуациях (например, при выгонке продукта на хранение, где требуется более низкая температура).

Морские системы охлаждения

Системы охлаждения на морских объектах часто используют морскую воду в качестве охлаждающей среды, учитывая ее обильное наличие и низкую постоянную температуру. Однако такие системы должны быть устойчивы к коррозии от этой соленой воды.

Зрелость технологии

9016 5

Ключевые показатели

Область применения	Добыча и переработка, сжатие сжиженного природного газа, обратная закачка газа, газлифт, охлаждение углеводородного газа и смазочного масла, производство, нефтепереработка, электростанции и транспортировка
Эффективность	холодная вода относительно температуры по влажному термометру. Если это та же температура (невозможно), то эффективность будет 100%. Уравнение: μ = (t i − t o ) 100 / (t i − t wb ), где μ = КПД градирни (%) t i = температура воды на входе (возврате) в градирню (°C, °F) t o = температура воды на выходе (подаче) из башня (°C, °F) t wb = температура воздуха по влажному термометру (°C, °F) Общая эффективность системы охлаждения обычно не рассчитывается. Как правило, энергоэффективные установки максимизируют передачу тепла между технологическими потоками и минимизируют передачу тепла воде или воздуху. Это также снижает затраты на системы охлаждения.
Ключевые показатели энергоэффективности	Температура охлаждающей жидкости на подаче Температура обратки Δ температура (обратка минус подача) Скорость циркуляции хладагента Температура на подходе к градирне
Ориентировочные капитальные затраты	Системы охлаждения могут быть очень дорогими для крупных приложений, поскольку они включают значительное количество оборудования: теплообменники, градирни, элементы управления, соединения, элементы управления, впускные и выпускные трубопроводы, впускные фильтры, приборы, клапаны, вентиляторы, насосы, резервуары, химикаты. . Есть несколько модульных блоков для небольших услуг, таких как охлаждение больниц, которые намного дешевле.
Ориентировочные эксплуатационные расходы	Эксплуатационные расходы включают электроэнергию для насосов, вентиляторов и средств управления, затраты на химикаты для обработки воды и текущее обслуживание. Время от времени градирню необходимо отключать для технического обслуживания (каждые 12–18 лет), поэтому во время ее простоя может быть потерян доход. Другой вариант — арендовать градирни на период обслуживания.
Потенциал сокращения выбросов парниковых газов (ПГ)	Повышение эффективности систем охлаждения снижает количество потребляемой энергии, что приводит к сокращению выбросов ПГ.
Время на проектирование и монтаж	1–24 месяца
Описание типового объема работ	Системы охлаждения используются в самых разных областях и местах. Типичный проект будет учитывать использование систем охлаждения во время первоначального планирования проекта, определять условия эксплуатации и оценивать условия площадки, окружающую среду, планировку, доступную воду, энергопотребление, эксплуатацию и применимые нормы, в дополнение к энергоэффективности перед выбором типа. системы охлаждения. После выполнения полной оценки системы существующие системы с изношенным или устаревшим оборудованием могут быть улучшены путем изучения новой технологии, которая работает более эффективно.

Принятие решений

Альтернативные технологии

На самом деле альтернативной технологии не существует. Уменьшение количества неутилизируемого тепла, отводимого в окружающую среду, может позволить предприятию снизить потребность в системах охлаждения и повысить общую энергоэффективность предприятия. Добавление вентиляторов и насосов с переменным расходом позволит масштабировать работу и повысить эффективность системы охлаждения.

Эксплуатационные проблемы/риски

Системы охлаждения требуют регулярной очистки, технического обслуживания и плановых капитальных ремонтов для обеспечения высокой эффективности работы. Это может варьироваться от простого профилактического обслуживания (промывки) до ремонта, требующего снятия пучка труб с кожуха теплообменника для очистки или даже замены целых градирен по мере их износа.

Структурная целостность может быть проблемой в градирнях, особенно в деревянных градирнях, поскольку качество доступной древесины со временем снижается. Качество воды/водоподготовка имеют особое значение, чтобы избежать загрязнения, образования накипи, коррозии, микробиологического роста, а также износа элементов конструкции (как дерева, так и армированного волокном пластика).

Важно обрабатывать градирни биоцидом, чтобы избежать микробиологического роста не только для предотвращения загрязнения, но и для охраны труда (болезнь легионеров). Очистка резервуара также важна, чтобы избежать проблем с всасыванием насоса, а также для предотвращения роста легионеллы в градирнях. Состояние каплеуловителя также очень важно для минимизации риска легионеллезной болезни, а также для сведения к минимуму уноса капель, который может вызвать коррозию соседнего оборудования/трубопровода, а также может вызвать проблемы с наружными электрическими распределительными станциями.

Некоторые системы охлаждения, такие как градирни, имеют узкий диапазон рабочей точки максимальной эффективности и могут работать менее эффективно при более высоких и более низких расходах по сравнению с номинальным расходом.

Изучение распределения потока системы на стороне потребления может привести к оптимизации потока.

В градирнях регулирование скорости вращения вентилятора позволяет оптимизировать потребление электроэнергии. В некоторых случаях один или несколько вентиляторов могут быть остановлены в зимнее время.

Насосную систему можно оптимизировать, приспосабливая ее к системным требованиям с помощью приводов с регулируемой скоростью или принципа запуска/остановки насосов.

Возможности/экономическое обоснование

Доступно множество конструкций систем охлаждения – некоторые из них могут быть адаптированы для конкретных приложений, а также стандартные конструкции, которые доступны с минимальным временем выполнения заказа по более низкой цене. Некоторые причины для модернизации или добавления систем охлаждения включают:

• Для модернизации существующего оборудования до более новых, более эффективных конструкций
• Для обеспечения правильного размера оборудования в связи с первоначальным перепроектированием или недостатком
• Для предоставления новых систем, необходимых в связи с нормативными изменениями , использование воды и температура сточных вод
• Для снижения энергопотребления, подпиточной воды, парниковых газов и выбросов
• Для замены существующего оборудования из-за износа и снижения эффективности
• Для увеличения разделения и извлечения дополнительных ценных продуктов (например, сжиженного нефтяного газа, сжиженного природного газа) )
• Для обеспечения дополнительной холодопроизводительности в связи с увеличением производительности установки

Пример из практики

Институт технологий охлаждения (CTI)

В CTI имеется множество документов о передовом опыте и рекомендуемых стандартах проектирования. Многие компании по всему миру используют стандарты проектирования CTI для проектирования своих систем.

Автоматический дисковый фильтр обеспечивает чистоту университетской охлаждающей воды

Один университет в США установил автоматическую систему фильтрации на градирне с поперечным потоком для удаления твердых частиц и контроля уровня загрязнения. Большинство градирен должны иметь какую-либо систему очистки воды для регулирования pH и добавления в охлаждающую воду ингибиторов коррозии и средств против обрастания, а также систему продувки воды. Но, несмотря на эти меры, градирни будут улавливать частицы из воздуха, которые попадают в бассейн градирни и приводят к проблемам с коррозией, снижению эффективности охлаждения и простоям. Накопление частиц создает возможность для роста водорослей и других биологических факторов.

В систему был добавлен ряд дисковых фильтров для забора воды из бассейнов градирен, ее фильтрации и возврата в систему. В системе реализована функция автоматической обратной промывки, позволяющая поддерживать чистоту фильтров и сокращать объем технического обслуживания. Система фильтрации снижает потребление воды заводом из-за продувки бассейнов и уменьшает использование химикатов для обработки воды. Этот тип градирен широко используется в системах охлаждения электростанций и во многих других областях, а фильтрация воды в бассейне часто упускается из виду при проектировании систем охлаждения. Хотя дополнительное оборудование добавляет некоторые новые затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание (ЭиТО), система фильтрации снижает риск снижения теплопередающей способности и сокращает объем технического обслуживания, связанного с очисткой загрязненных теплообменников, повышает эффективность установки и снижает общие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание системы охлаждения.

Различные типы систем охлаждения в автомобилях

Когда автомобильный двигатель нагревается во время работы, задачей системы охлаждения является снижение температуры и защита двигателя от перегрева. Независимо от температуры наружного воздуха система охлаждения должна поддерживать оптимальную температуру двигателя, не слишком низкую или высокую, а в умеренном постоянном соотношении. Чрезмерное охлаждение снижает эффективность использования топлива автомобилем, тогда как перегрев повреждает двигатель. Как правило, система охлаждения отвечает за отвод избыточного тепла в воздух и поддержание работы двигателя при наиболее эффективной температуре. В автомобилях используются два типа систем охлаждения: воздушное охлаждение и жидкостное охлаждение.

Системы воздушного охлаждения

В системах воздушного охлаждения обычно используются алюминиевые ребра на головке и блоке цилиндров для отвода тепла от двигателей. На ребрах проходит воздуховод, и мощный вентилятор используется для обдува этих ребер воздухом через воздуховод для рассеивания тепла в воздухе. Поскольку для охлаждения не используются какие-либо жидкости, проблем с замерзанием или утечкой охлаждающей жидкости не будет. Скорость охлаждения двигателя зависит от площади охлаждающей поверхности, контактирующей с воздухом, и от разницы температур между цилиндром и воздухом. Часто поток воздуха контролируется датчиками температуры, поскольку в систему подается только необходимое количество воздуха, чтобы поддерживать постоянную температуру даже в холодную погоду. Двигатели с воздушным охлаждением обычно используются в нескольких старых автомобилях и в очень немногих современных автомобилях.

Системы жидкостного охлаждения

В системах жидкостного охлаждения охлаждающая жидкость, такая как вода, циркулирует по каналам блоков цилиндров и головок цилиндров, где она поглощает тепло для поддержания охлаждения двигателя. Как только тепло поглощается, горячая жидкость покидает двигатель и направляется к радиатору. Он проходит через термостат, затем в верхний патрубок радиатора и в сердцевину радиатора. Здесь нежелательное тепло рассеивается в воздушном потоке, а охлажденная жидкость выходит из радиатора и возвращается обратно в двигатель, чтобы повторить процесс.

В автомобилях требуется постоянный поток воздуха для поддержания нормальной температуры радиатора двигателя. Когда автомобиль работает, радиаторы автоматически получают воздух снаружи для охлаждения жидкости, но когда он стоит, вентилятор необходим для подачи необходимого воздуха для поддержания постоянной температуры.