ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ-ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ &ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΠΛΟΙΟ

Transcript

1 ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΜΠΟΡΙΚΟΥ ΝΑΥΤΙΚΟΥ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ-ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ &ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΠΛΟΙΟ ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗ: ΑΓΓΕΛΑΚΗΣ ΘΩΜΑΣ Α.Γ.Μ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΤΣΙΛΙΚΗ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ~ 1 ~

2 ΑΚΑΔΗΜΙΑ ΕΜΠΟΡΙΚΟΥ ΝΑΥΤΙΚΟΥ ΚΡΗΤΗΣ ΣΧΟΛΗ ΜΗXΑΝΙΚΩΝ Πτυχιακή εργασία: «ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ-ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΡΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ&ΧΡΗΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΟ ΠΛΟΙΟ» ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΤΣΙΛΙΚΗ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΣΠΟΥΔΑΣΤΗΣ : ΑΓΓΕΛΑΚΗΣ ΘΩΜΑΣ Ημερομηνία ανάθεσης: Ημερομηνία παράδοσης: Ημερομηνία εξέτασης: Βεβαιώνεται ότι η παρούσα διπλωματική είναι ολοκληρωμένη. Ο σπουδαστής Ο καθηγητής Τσιλίκη Δέσποινα ~ 2 ~

3 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα πτυχιακή έρχεται να καλύψει θέματα διαφόρων τύπων εναλλάκτων θερμότητας πάνω στα εμπορικά πλοία τα οποία υπάρχουν. Αναφέρονται πολλά είδη, ανάλογα τον σκοπό και την χρήση την προθέρμανσης και με την ακολουθία των κατάλληλων εικόνων και διαγραμμάτων. Έχει χωριστεί σε τέσσερα κεφάλαια, κάνοντας πιο κατανοητή την εικόνα για τα ψυγεία αλλά και για τους προθερμαντήρες. Ειδικότερα: Στο κεφάλαιο 1 περιγράφονται οι εναλλάκτες θερμότητας που χρησιμοποιούνται στα εμπορικά πλοία, καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Στο τέλος του κεφαλαίου περιγράφεται η μετάδοση θερμότητας στου εναλλάκτες επιφάνειας που σχεδόν έχουν κυριαρχήσει στα εμπορικά πλοία λόγω της υψηλής απόδοσης τους. Στο κεφάλαιο 2 αναλύονται διεξοδικά οι τύποι και οι κατηγορίες των ψυγείων που χρησιμοποιούνται σε εμπορικές εγκαταστάσεις. Αναφέρονται σημαντικοί παράγοντες που επηρεάζουν την λειτουργία των ψυγείων, καθώς και τα κατασκευαστικά τους στοιχεία. Επίσης περιγράφεται η λειτουργία του ψυγείου, καθώς και η συντήρηση του. Σημαντική θέση παίρνει η δοκιμή στεγανότητας, οι επισκευές που γίνονται, και οι ασφαλιστικές διατάξεις που αναφέρονται. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται περιγραφή του ψυγείου ατμομηχανών, όπως και άλλων ψυγείων βοηθητικών εγκαταστάσεων Σημαντική αναφορά γίνεται στα ψυγεία νερού μηχανών εσωτερικής καύσεως για τη σωστή λειτουργία για την καλύτερη αποδοτικότητα. Επίσης αναφέρονται διάφορα σημαντικά ψυγεία βοηθητικών χρήσεων καθώς και η αποδοτικότητα των ψυγείων. Τέλος, στο κεφάλαιο4 περιγράφονται οι προθερμαντήρες και οι χρήσεις τους, εξηγείται ο κύριος και σημαντικός σκοπός της προθέρμανσης των ρευστών στης ναυτικές εγκαταστάσεις. Περιγράφονται οι προθερμαντήρες τροφοδοτικού νερού, πετρελαίου καυσαερίων και προθερμαντήρες ελαίου. ~ 3 ~

4 Abstract This thesis covers issues of various types of heat exchangers that exist on merchant vessels. There are many types, depending on the purpose and use of the warm-up and the sequence of the appropriate icons and diagrams. It has been divided into four chapters. Specifically: Chapter 1 describes the heat exchangers used on merchant ships and their advantages and disadvantages. The end of the chapter describes the heat transfer of surface heat exchangers that have almost dominated merchant ships due to their high efficiency. Chapter 2 analyzes the types and categories of refrigerators used in commercial facilities. Important factors that influence the operation of the refrigerators and their built-in components are highlighted. Also it is described the operation of the refrigerator, as well as its maintenance, the sealing test, the repairs carried out, and the safety provisions. Chapter 3 describes the coolers for steam engine, as well as other auxiliary coolers. It is important to refer to the internal combustion engine water coolers for proper operation and better efficiency. Several important auxiliary coolers are also mentioned, as well as their efficiency. Finally, chapter 4 describes the preheater and their uses, explains the main and important purpose of preheating fluids in naval installations. Feeding and water preheater exhaust gas and oil are described. ~ 4 ~

5 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Στην ακόλουθη πτυχιακή εργασία περιλαμβάνεται θεωρητική ανάλυση για τους τρόπους μετάδοσης της θερμότητας στις ναυτικές εγκαταστάσεις και τους εναλλάκτες θερµότητας που χρησιμοποιούνται. Η ανάγκη αξιοποίησης της θερμότητας προήλθε από το γεγονός ότι υπάρχει θερμική ενέργεια στα καυσαέρια που μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί να απορριφθεί στο περιβάλλον, αυξάνοντας την απόδοση της εγκατάστασης και εξοικονομώντας χρόνο. Όπως υποδηλώνει το όνοµα, ένας εναλλάκτης θερµότητας είναι µια συσκευή που συναλλάσσει θερµότητα μεταξύ δύο ρευστών (αέρια ή υγρά) τα οποία βρίσκονται σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Για να πραγματοποιηθεί η μεταβίβαση αυτή της θερμότητας είναι απαραίτητο να υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας των δυο συναλλασσόμενων ρευστών, γιατί κατά το Β Θερμοδυναμικό νόμο η θερμότητα μεταφέρεται από τα σώματα με τις υψηλότερες θερμοκρασίες προς τα σώματα με τις χαμηλότερες θερμοκρασίες. ηλαδή, η εξίσωση των θερμοκρασιών αποτρέπει κάθε θερµική μετάδοση. Στις μηχανολογικές εγκαταστάσεις του πλοίου συναντώνται εναλλάκτες θερμότητας σε διάφορες μορφές όπως: τα ψυγεία των εξατμίσεων στις ατμομηχανές οι ψυκτήρες λαδιού λιπάνσεως, οι προθερμαντήρες τροφοδοτικού νερού, λαδιού λιπάνσεως, πετρελαίου, νερού καθαρισμού δεξαμενών, καυσιγόνου αέρα, οι οικονομητήρες τροφοδοτικού νερού, οι υπερθερμαντήρες, οι αφυπερθερμαντήρες, οι αναθερμαντήρες ατμού, αναθερμαντήρες αεροστροβίλων κ.τ.λ.. Με τους εναλλάκτες θερμότητας επιδιώκεται η μετάδοση θερμότητας ενός ρευστού από ένα άλλο με υψηλότερη θερμοκρασία (θερμαντήρες), είτε η αφαίρεση ~ 5 ~

6 θερμότητας δηλαδή η ψύξη ενός ρευστού από ένα άλλο με χαμηλότερη θερμοκρασία (ψυγεία). Οι τρόποι μετάδοσης της θερμότητας είναι: Α)Μετάδοση θερμότητας με αγωγή Αγωγή ονομάζεται η ανταλλαγή θερμικής ενέργειας, λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, ανάμεσα σε δύο περιοχές ενός στερεού, υγρού ή αερίου σώματος ή ανάμεσα σε δύο σώματα που βρίσκονται σε φυσική επαφή (θεωρητικά χωρίς μετακίνηση ύλης).η αγωγή είναι ο μοναδικός τρόπος μετάδοσης θερμότητας στο εσωτερικό ενός ομογενούς, συμπαγούς και αδιαφανούς στερεού. Ειδικότερα ισχύει: Q = λaδτ/δx Όπου, λ η θερμική αγωγιμότητα του θερμαινόμενου υλικού ( εξαρτάται από το υλικό) Α η επιφάνεια επαφής και Δx το πάχος του υλικού Όπως φαίνεται και στο σχήμα 1,σε τοίχο με αγωγιμότητα λ, με σταθερή διατομή, σε στάσιμη κατάσταση, από το νόμο Fourier προκύπτει : Qλ / Α = - θ1 θ2λ dθ Σε περιπτώσεις που κατά την εναλλαγή πραγματοποιείται εξάτμιση ή συμπύκνωση του ενός ρευστού με σταθερή θερμοκρασία τότε οι εναλλάκτες ονομάζονται εξατμιστήρες και συμπυκνωτές αντίστοιχα. ~ 6 ~

7 Σχήμα 1 :Μεταφορά θερμότητας με αγωγή Β)Μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία Ακτινοβολία είναι ο τρόπος μετάδοσης της θερμικής ενέργειας με ηλεκτρομαγνητική μορφή χωρίς φυσική επαφή. Η θερμική ακτινοβολία εκπέμπεται από όλα τα σώματα, συνέχεια, προς όλες τις κατευθύνσεις (και μέσω του κενού, με την ταχύτητα του φωτός).δύο σώματα ανταλλάσσουν θερμική ακτινοβολία. Για δύο απέναντι, παράλληλα και απέραντα μαύρα επίπεδα, η διαφορά της θερμικής ακτινοβολίας (από το θερμότερο στο ψυχρότερο) είναι: Q r = σ Α ε Τ 4 όπου ε :ο συντελεστής εκπομπής θερμικής ακτινοβολίας της γκρίζας επιφάνειας. Q r : η θερμική ακτινοβολία (θερμική ροή) σε W Σ: η σταθερά των Stefen - Boltzmann σ = 5, σε W/m 2 K 4 Α: το εμβαδόν της ακτινοβολούσας επιφάνειας σε m 2 Τ : η θερμοκρασία της επιφάνειας σε βαθμούς Kelvin ~ 7 ~

8 Στην αγωγή ανταλλάσσεται ενέργεια συναρτήσει της διαφοράς θερμοκρασίας, (ανεξάρτητα του επιπέδου θερμοκρασίας). Στην ακτινοβολία εξαρτάται και από την διαφορά και από τα απόλυτα μεγέθη των θερμοκρασιών. Γ) Μετάδοση θερμότητας με συναγωγή Συναγωγή είναι ο τρόπος μετάδοσης της θερμότητας που εμφανίζεται κατά την κίνηση ενός ρευστού (ανταλλαγές ενέργειας μεταξύ ρευστού και στερεού). Στην πραγματικότητα είναι συνδυασμός των φαινομένων της αγωγής θερμότητας και της μεταφοράς μάζας, επειδή το ρευστό τίθεται σε κίνηση. Ειδικότερα: - Στη στρωτή ροή, η ομαλή κίνηση του ρευστού παράλληλα στο τοίχωμα, χωρίς ανάδευση των στρώσεων του, περιορίζει την θερμική ανταλλαγή. Η μετάδοση της θερμότητας συνδυάζει αγωγή και μεταφορά (συναγωγή). - Σε τυρβώδη ροή, η ανώμαλη και στροβιλώδης κίνηση του ρευστού αυξάνει τη συναλλαγή ενέργειας. Στην τυρβώδη ροή, οι θερμαινόμενες στρώσεις του ρευστού απομακρύνονται και ολοένα νέες, ψυχρότερες στρώσεις εμφανίζονται σε επαφή με το τοίχωμα και η μετάδοση της θερμότητας συνδυάζει αγωγή και συναγωγή. Ισχύει η σχέση: Qc= a Α ( θ0 - θ ) όπουθ0η θερμοκρασία του τοιχώματος σε 0 C, θ η θερμοκρασία του ρευστού μακριά από το τοίχωμα, σε 0 C, Α το εμβαδόν της επιφάνειας κάθετα στη θερμική ροή, σε m2 a ο συντελεστής θερμικής συναγωγής σε W/m2K ~ 8 ~

9 Στην σκίτσο 1 που ακολουθεί φαίνεται σε απλή μορφή η μετάδοση της θερμότητας. Σκίτσο 1: μετάδοση θερμότητας ~ 9 ~

10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1o: ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΕΝΑΛΛΑΚΤΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 1.1 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Εναλλάκτες αναμίξεως ή επαφής Σ αυτόν τον τύπο των εναλλακτών θερμότητας, τα δυο ρευστά αναμιγνύονται μεταξύ τους. Χρησιμοποιούνται μόνο στα ψυγεία αναμίξεως και εγχυτήρων, επιτυγχάνοντας την ψύξη του μείγματος εξαγωγής των εγχυτήρων, που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία κενού των ψυγείων ατμού. Σ αυτόν τον τύπο η ψύξη γίνεται με το νερό που καταθλίβει η αντλία συμπυκνώματος, χωρίς δηλαδή να επέρχεται μόλυνση του τροφοδοτικού κυκλώματος με άλατα. Εναλλάκτες επιφάνειας Σ αυτούς τους εναλλάκτες τα δυο ρευστά, το θερμό και το ψυχρό, διαχωρίζονται πάντα μεταξύ τους από μεταλλικό σώμα ορισμένου πάχους. Αυτό μπορεί να είναι διαχωριστική πλάκα ή συνηθέστερα σωλήνας (αυλός), μέσα στον οποίο κυκλοφορεί το ένα ρευστό, ενώ εξωτερικά ο σωλήνας αυτός περιβάλλεται από το άλλο ρευστό. Οι επιφάνειες των εναλλάκτων κατασκευάζονται σε τρεις διαφορετικούς τύπους: 1. Τους αυλωτούς 2. Τους κυψελοειδούς μορφής 3. Με επίπεδες ψυκτικές πλάκες ή επιφάνειες. ~ 10 ~

11 Ακόμα, οι εναλλάκτες θερμότητας διαχωρίζονται σε τρεις τύπους ανάλογα με την κατεύθυνση των ρευστών: Εναλλάκτες ομορροής Στους εναλλάκτες ομορροής τα δύο ρευστά ρέουν στην ίδια διεύθυνση. Τα ρευστά εισέρχονται στον εναλλάκτη από τη ίδια πλευρά που έχουν την μεγαλύτερη θερμοκρασιακή διαφορά. Καθώς ρέουν παράλληλα μέσα σε αυτόν χρησιμοποιείται η μεταφορά της θερμότητας και στο τέλος της διαδρομής τους, καθώς πλησιάζουν στην έξοδο του εναλλάκτη, οι θερμοκρασίες τους τείνουν να εξισωθούν. Είναι απαραίτητο να σημειωθεί ότι η θερμοκρασία εξόδου του θερμού ρευστού είναι πάντοτε υψηλότερη από τη θερμοκρασία εξόδου του ρευστού με τη χαμηλότερη θερμοκρασία στης εξόδους του εναλλάκτη. Εναλλάκτες αντιρροής Στους εναλλάκτες αντιρροής δύο ρευστά εισέρχονται στον εναλλάκτη από αντίθετες πλευρές και τον διαρρέουν με αντίθετες διευθύνσεις. Στην κατηγορία αυτών των εναλλάκτων το ρευστό με την υψηλότερη θερμοκρασία εισέρχεται κοντά στην έξοδο του ρευστού με την χαμηλότερη θερμοκρασία, ενώ η εξαγωγή του ρευστού με την υψηλότερη θερμοκρασία γίνεται στην πλευρά εισαγωγής του ρευστού με την χαμηλή θερμοκρασία. Οι εναλλάκτες αυτού του τύπου ροής έχουν τη μεγαλύτερη απόδοση στη μετάδοση θερμότητας από όλους τους τύπους ροής. Εναλλάκτες σταυρωτής ροής ~ 11 ~

12 Στους εναλλάκτες σταυρωτής ροής τα δυο ρευστά διαρρέουν των εναλλάκτη με κάθετη διεύθυνση το ένα ρευστό με το άλλο. Η απαιτούμενη επιφάνεια μεταδόσεως της θερμότητας στους εναλλάκτες σταυρωτής ροής δίνεται με κατάλληλους πίνακες και είναι μεταξύ της απαιτούμενης επιφάνια μεταφοράς θερμότητας εναλλάκτη παράλληλης ροής και αντίθετης ροής για μεταφορά της ίδιας θερμότητας μεταξύ των δύο ρευστών. Τυπική απλοποιημένη μορφή αυλωτού εναλλάκτη επιφάνειας που αποτελείται από δυο αυλοφόρες πλάκες, τους αυλούς και τα δυο πώματα ή συλλέκτες απεικονίζεται στην εικόνα 1. Εικόνα 1 : Αυλωτός εναλλάκτης επιφάνειας Η αύξηση της απόδοσης επιτυγχάνεται με την εγκατάσταση διαφραγμάτων, ώστε το ρευστό να ακολουθεί πολλαπλές διαδρομές εξωτερικά των αυλών. Για τον λόγο αυτό οι εναλλάκτες αυτοί ονομάζονται πολλαπλής διαδρομής. Τα διαφράγματα αυτά στηρίζουν επίσης τους αυλούς, ώστε μαζί με τις αυλοφόρες πλάκες και τους αυλούς να δημιουργούν ένα ενιαίο σύνολο. ~ 12 ~

13 Τα πλεονεκτήματα του αυλωτού εναλλάκτη είναι: 1. Η στιβαρή κατασκευή του 2.Το μικρό μέγεθος και 3.Δεν βουλώνουν εύκολα και δεν απαιτούν συχνή συντήρηση Στα μειονεκτήματα του αυλωτού εναλλάκτη είναι ότι έχουν χαμηλότερες αποδόσεις για τον ίδιο όγκο συσκευής σε σχέση με τους άλλους εναλλάκτες. Oι κυψελωτοί εναλλάκτες αποτελούνται από ορθογώνιες κυψέλες που διαρρέονται από ένα ρευστό,ενώ το άλλο ρευστό διέρχεται μέσα από μεγάλο αριθμό αυλών κάθετων προς τις κυψέλες. Τα στοιχεία μεταδόσεως της θερμότητας συγκρατούνται από δύο καπάκια με κατάλληλα διαμορφωμένες συνδέσεις για τους σωλήνες παροχής του νερού. Οι ορθογώνιες κυψέλες συνδέονται σταθερά δημιουργώντας ένα ενιαίο κιβώτιο. Εναλλάκτης αυτού του είδους απεικονίζεται στην εικόνα 2. Η διαφορά που έχουν με τον αυλωτό εναλλάκτη είναι ότι αυτοί αποτελούνται από επίπεδες πλάκες(κυψέλες)που είναι τοποθετημένες η μία δίπλα στην άλλη σχηματίζοντας έναν ενιαίο αυλό. Έτσι το ένα ρευστό περνάει μέσα από τον ενιαίο αυλό και το άλλο ρευστό γύρω από αυτό. Τα πλεονεκτήματα του κυψελωτού εναλλάκτη είναι: 1.Μέσω της χρήσης καθοδηγητικών σητών, η ποιότητα της ροής μπορεί εύκολα να ελεγχθεί. 2. Απαιτείται λιγότερη ενέργεια για τη λειτουργία, γεγονός άκρως σημαντικό με υψηλές λειτουργικές απαιτήσεις. και 3. Λιγότερος θόρυβος κατά τη λειτουργία της συσκευής. ~ 13 ~

14 Εικόνα 2 : Κυψελωτός εναλλάκτης με ορθογώνιες κυψέλες Στην εικόνα 3 απεικονίζεται διαγραμματικά η διαμόρφωση του εναλλάκτη με πλάκες ή επίπεδα ψυκτικών επιφανειών. Αυτοί αποτελούνται από επίπεδες πλάκες που είναι τοποθετημένες η μία δίπλα στην άλλη και με τις οπές ροής που έχουν δημιουργούν μια στιβάδα σχισμών ροής μεταξύ των πλακών σχηματίζοντας έναν ενιαίο αυλό. Έτσι, το ένα ρευστό διέρχεται από τη μία πλευρά των πλακών, ενώ το άλλο διέρχεται από την άλλη πλευρά στο διάκενο που δημιουργείται μεταξύ των δύο πλακών. Παριστάνεται στη συνέχεια η ροή των δύο συναλλασσομένων ρευστών, στην προκειμένη περίπτωση λαδιού λιπάνσεως και θαλασσινού νερού. ~ 14 ~

15 Εικόνα 3 : Εναλλάκτης με πλάκες ή επίπεδα ψυκτικών επιφανειών Σήμερα οι περισσότεροι εναλλάκτες είναι αυλωτού τύπου, κυψελωτοί σε μεσαίας κυρίως ιπποδύναμης Μ.Ε.Κ και με πλάκες στις μεγαλύτερες ιπποδυνάμεις. Στους εναλλάκτες επιφάνειας οι αυλακώσεις στην επιφάνεια κάθε πλάκας εξασφαλίζουν την ανατάραξη στη ροή των ρευστών, επιτυγχάνοντας την αύξηση της απόδοσης κατά τη μεταφορά θερμότητας. Η ταχύτητα με την οποία κινείται το ρευστό ώστε όσο αυξάνεται, τόσο μικρότερο είναι το πάχος της μεμβράνης, έτσι όταν λόγω της αυξήσεως της ταχύτητας η ροή μετατρέπεται από στρωτή σε στροβιλώδη (τυρβοειδή), η μεμβράνη που σχηματίζεται στην επιφάνεια μεταδόσεως της θερμότητας διασπάται ή διαφορετικά το ρευστό υπερβαίνει την κρίσιμη ταχύτητα ροής. Η ακαμψία της πλάκας επιτρέπει τη χρήση λεπτότερων πλακών, άρα και μεγαλύτερο βαθμό απόδοσης στη μεταφορά της θερμότητας. Τα πλεονεκτήματα των πλακοειδών εναλλακτών είναι: 1. Μεγάλες ποσότητες ζεστού νερού σε κάθε ζήτηση 2. Σταθερή θερμοκρασία στο νερό χρήσης 3. Ελάχιστη απώλεια από ακτινοβολία επομένως οικονομία καυσίμων ~ 15 ~

16 4. Λειτουργία του συστήματος μόνο κατά την στιγμή ζήτησης ζεστού νερού 5. Απαιτούν ελάχιστη συντήρηση 6. Μικρός χώρος εγκατάστασης για μεγάλη παραγωγή ζεστού νερού. 7. Μέγιστη πίεση λειτουργίας 30 ή 45 bar 8. Μέγιστη θερμοκρασία λειτουργίας 225 βαθμούς Κελσίου και 10. Ελάχιστη θερμοκρασία λειτουργίας -120 βαθμούς. Τα μειονεκτήματα των πλακοειδών εναλλακτών είναι: 1. Το υψηλό κόστος 2. Η συχνή συντήρηση Η αύξηση στην απόδοση και ο μικρός χώρος που καταλαμβάνουν, τείνουν να εκτοπίσουν τη χρήση των αυλωτών. 1.2 ΑΠΟΔΟΤΙΚΟΤΗΤΑ ΕΝΑΛΛΑΚΤΩΝ Στη μελέτη σχετικά με την απόδοση των εναλλάκτων θερμότητας, η μεγαλύτερη απόδοση επιτυγχάνεται στους εναλλάκτες θερμότητας αντίθετης ροής, σε σύγκριση με τους άλλους τύπους. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μέση λογαριθμική θερμοκρασιακή διαφορά (ΔΤ)μεταξύ των δύο ρευστών κατά μήκος του εναλλάκτη θερμότητας αντίθετης ροής μεγιστοποιείται σε σχέση με τον εναλλάκτη παράλληλης ροής. Ενώ για τον εναλλάκτη σταυρωτής ροής λαμβάνει ενδιάμεση τιμή. Συνεπώς, η μέση λογαριθμική τιμή της θερμοκρασίας στον εναλλάκτη αντίθετης ροής είναι μεγαλύτερη από τη μέση λογαριθμική τιμή της θερμοκρασίας για τον ίδιο εναλλάκτη θερμότητας, όταν η ροή των ρευστών είναι παράλληλη ή σταυρωτή. Η βελτίωση στην απόδοση ενός εναλλάκτη θερμότητας, εκτός της αντιθέσεως της ροής των ρευστών, επιτυγχάνεται με τη δημιουργία κάμψεων στους αυλούς με την τοποθέτηση διαφραγμάτων, ώστε το ρευστό να ακολουθεί πολλαπλές διαδρομές σε αυτόν. Τότε οι εναλλάκτες ονομάζονται πολλαπλής διαδρομής. ~ 16 ~

17 1.3 Η ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΥΣ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ Για τη μελέτη του φαινομένου λαμβάνεται υπόψη ότι, όταν ρευστό κινείται και εφάπτεται σε στερεή επιφάνεια, τότε στην επιφάνεια αυτή σχηματίζεται πάντοτε λεπτό στρώμα ή μεμβράνη που κινείται με ελάχιστη ταχύτητα ή παραμένει σχεδόν ακίνητη(διάγραμμα 1). Η θερμότητα του ρευστού αναγκάζεται έτσι να διέλθει πρώτα μέσω της μεμβράνης αυτής και στη συνέχεια να εισέλθει στη στερεή πλάκα. Το πάχος της μεμβράνης αυτής εξαρτάται από το συντελεστή ιξώδους του ρευστού και από την ταχύτητα κινήσεώς του. Είναι δηλαδή μικρότερο όσο το ρευστό είναι πιο λεπτόρρευστο και όσο η ταχύτητα κινήσεως του είναι μεγαλύτερη. Το πάχος της μεμβράνης ελαττώνεται στο ελάχιστο, όταν η ροή του από στρωτή, όπως είναι σε μικρές ταχύτητες, μετατραπεί σε στροβιλώδη (στις μεγαλύτερες ταχύτητες ) ή διαφορετικά, όταν υπερβεί την κρίσιμη ταχύτητα ροής. Διάγραμμα 1 : Παράμετροι μετάδοσης θερμότητας Στο διάγραμμα1 εικονίζεται γραφικά η πτώση της θερμοκρασίας από το θερμό ρευστό προς το ψυχρό μέσω των δυο μεμβρανών και του σώματος της πλάκας. Παρατηρείται ότι είναι μεγαλύτερη στις μεμβράνες και μικρότερη στην πλάκα, που κατασκευάζεται κατά κανόνα από ευθερμαγωγό μέταλλο, χάλυβα, ορείχαλκο κλπ. Το φαινόμενο γίνεται περισσότερο έντονο αν, όπως συμβαίνει στην πράξη, ληφθούν υπόψη οι εναποθέσεις αλάτων που συσσωρεύονται και στις δύο επιφάνειες της ~ 17 ~

18 πλάκας και οι επικαθίσεις άλλων δυσθερμαγωγών ουσιών. Οι εναποθέσεις αυτές παρεμβάλλονται μεταξύ του υλικού της πλάκας και των μεμβρανών, και προσφέρουν αντίστοιχα πρόσθετες αντιστάσεις στη διάβαση της θερμότητας. ~ 18 ~

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο :ΤΥΠΟΙ ΨΥΓΕΙΩΝ ΚΑΙ ΟΙ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥΣ Με τον όρο ψυγεία εννοούμε τους εναλλάκτες θερμότητας, όπου επιτυγχάνεται ο υποβιβασμός της θερμοκρασίας ή η ψύξη ενός ρευστού από ένα άλλο. Το ρευστό που χρησιμοποιείται για να μειωθεί η θερμοκρασία ονομάζεται ψυκτικό μέσο και στην προκειμένη περίπτωση για τα ψυγεία ενός πλοίου είναι το θαλασσινό νερό. Σε πλοία με κλειστό κύκλωμα ψύξεως, όπου κυκλοφορεί γλυκό νερό, η ψύξη του επιτυγχάνεται με την παροχή θαλασσινού νερού σε κεντρικό ψυγείο της εγκατάστασης. Όταν το ρευστό που ψύχει είναι ατμός, με την ψύξη του πραγματοποιείται μερική ή ολική συμπύκνωση του και συνεπώς αντίστοιχα μετάβαση του σε υγρή κατάσταση. Αυτή η διεργασία συμβαίνει στα ψυγεία των ατμομηχανών και των στροβίλων, στα ψυγεία επιστροφών των αντλιών με τουρμπίνα (Cargo Oil Pump Turbine-COPT) και στα ψυγεία των ψυκτικών μηχανών, οπότε ονομάζονται ψυγεία συμπυκνωτών ή συμπυκνωτές(condensers). 2.1 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΨΥΓΕΙΩΝ Τα ψυγεία διακρίνονται σε απλής ροής, όπου το νερό πορεύεται προς μια κατεύθυνση και διπλής ροής ή αναστρεφόμενης. Για την επίτευξη της αναστροφής της ροής ο συλλέκτης χωρίζεται σε δυο μισά με τη βοήθεια διαχωριστικής πλάκας ή διαφράγματος. Έτσι το νερό κατευθύνεται δια των αυλών που βρίσκονται στο κάτω μισό προς τη μια κατεύθυνση και αναστρέφει πορεία μέσα στον οπίσθιο συλλέκτη (συλλέκτη αναστροφής) από όπου εισέρχεται στους αυλούς του επάνω μισού, πορεύεται και εξέρχεται από πάνω με τον οχετό εξαγωγής. ~ 19 ~

20 2.1.1 Παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία του ψυγείου Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη λειτουργία του ψυγείου είναι οι παρακάτω: 1. Συμπύκνωση και διαφορά θερμοκρασίας Μέσα στο ψυγείο οι εξατμίσεις τείνουν να συμπυκνωθούν σε μια πίεση, όση αντιστοιχεί από τους πίνακες ατμού στη θερμοκρασία της επιφάνειας των αυλών. Κατά τη φάση της συμπυκνώσεως, η λανθάνουσα πρέπει να πραγματοποιείται από τον ατμό προς την εξωτερική επιφάνεια των αυλών και στη συνέχεια μέσω του υλικού και της επιφάνειας μεταδόσεως θερμότητας τους προς το ψυκτικό μέσο, που είναι το θαλασσινό νερό. 2.Παρουσία ατμοσφαιρικού αέρα Η παρουσία ατμοσφαιρικού αέρα, που δημιουργεί πρόσθετη αντίσταση στη μετάδοση θερμότητας. Ο αέρας προσκολλάται στις επιφάνειες των αυλών, με αποτέλεσμα την πλημμελή συμπύκνωση, καθώς και τη μείωση του κενού στο ψυγείο. Ο αέρας μπορεί να εισέλθει στο ψυγείο διαλυμένος με το τροφοδοτικό νερό ή από τα σημεία στεγανοποιήσεως των μηχανημάτων λόγω κακής στεγανότητας των στυπειοθλιπτών των στροβίλων χαμηλής πιέσεως (Χ.Π) και υψηλής πιέσεως (Υ.Π),των ενώσεων στεγανότητας τους κ.α. Ο αέρας απομακρύνεται από εκχυτήρες αέρα, ενώ ταυτόχρονα παρασύρει τις εξατμίσεις ατμού που δεν έχουν συμπυκνωθεί. 3. Ροή του ατμού Η ροή του ατμού ακολουθεί διαδρομή από την εισαγωγή των εξατμίσεων μέσα στο ψυγείο προς τα τμήματα ψύξεως αέρα που υπάρχουν σ' αυτό και επικρατεί η μικρότερη πίεση. Κατά τη διαδρομή αυτή ο ατμός συμπυκνώνεται, με αποτέλεσμα η απαιτούμενη διατομή διελεύσεως να ελαττώνεται οδηγώντας ορισμένους κατασκευαστές στη διαμόρφωση ψυγείων με απιοειδή ή καρδιοειδή μορφή. Για την ομοιόμορφη κατανομή της ροής του ατμού σε μεγαλύτερο αριθμό αυλών και σε όλο το μήκος τους, δημιουργήθηκαν διαμήκεις αγωγοί μεταξύ των αυλών επιτυγχάνοντας την κατά μήκος διανομή του ατμού. ~ 20 ~

21 Η κυριότερη ένδειξη ικανοποιητικής ανταποκρίσεως του ψυγείου στις απαιτήσεις της εγκαταστάσεως προώσεως με ατμό είναι η τιμή του κενού, που μεγιστοποιεί την απόδοση της εγκαταστάσεως. Η μέτρηση της γίνεται με ειδικό βαθμονομημένο όργανο μόνιμα εγκατεστημένο, το κενόμετρο Τύποι ψυγείων που χρησιμοποιούνται σε εμπορικές εγκαταστάσεις α. Ψυγείο αναστρεφόμενης ροής Στην εικόνα 4 εικονίζεται ψυγείο ατμοστροβίλων αναστρεφόμενης ροής (cοntraflοw).χαρακτηριστικό τους είναι η ύπαρξη διαφραγμάτων που ελέγχεται η πορεία του ατμού. Όταν ο συλλέκτης χωρίζεται σε δύο μισά με τη βοήθεια διαχωριστικής πλάκας ή διαφράγματος, το νερό εισέρχεται στον συλλέκτη του συμπυκνωτή στην κάτω πλευρά διαρρέοντας τους μισούς αυλούς, που βρίσκονται στο κάτω μέρος προς τη μία κατεύθυνση, όπως χωρίζονται από το διάφραγμα. Στη συνέχεια, η πορεία αντιστρέφεται στο πίσω μέρος του συλλέκτη(καπάκι) διαρρέοντας τους αυλούς της κάτω πλευράς με αντίθετη κατεύθυνση. Εικόνα 4 : Ψυγείο ατμοστροβίλων αναστρεφόμενης ροής (cοntraflοw) ~ 21 ~

22 β. Ψυγείο αναθερμάνσεως Η εικόνα 5 παριστάνει ψυγείο αναθερμάνσεως τύπου Weir που χρησιμοποιείται κατά κόρον σε ναυτικές εγκαταστάσεις. Σ' αυτό διακρίνεται η εισαγωγή των εξατμίσεων και ο κεντρικός αγωγός Γ δια του οποίου ο ατμός ρέει κατευθείαν προς τον πυθμένα και ο οποίος διαιρεί την όλη ψυκτική επιφάνεια σε δυο συμμετρικές ομάδες αυλών δεξιά και αριστερά. Η κάθε ομάδα υποδιαιρείται σε δυο συγκροτήματα αυλών Α και Β μέσω των διαφραγμάτων Δ. Το νερό ψύξεως εισέρχεται από το σημείο Η κυκλοφορεί στα δυο κατώτερα συγκροτήματα, όπου αναστρέφει πορεία και μετά εξέρχεται από το πλοίο. Το Ε παριστάνει την αναρρόφηση των εκχυτήρων και το Ζ την αναρρόφηση του συμπυκνώματος. Εικόνα 5 : Ψυγείο αναθερμάνσεως τύπου Weir ~ 22 ~

23 γ)κυλινδρικό ψυγείο επιφάνειας διπλής ροής Στην εικόνα 6 εικονίζεται κυλινδρικό ψυγείο επιφάνειας διπλής ροής που χρησιμοποιείται σε παλινδρομικές ατμομηχανές. Μεγάλο τους πλεονέκτημα είναι ότι μπορούν να δουλεύουν συνέχεια για αρκετούς μήνες χωρίς να χρειάζονται ιδιαίτερη συντήρηση. Τους ξεχωρίζει η μεγάλη τους παροχή και η γρήγορη απόδοσή τους Εικόνα 6 : Κυλινδρικό ψυγείο επιφάνειας διπλής ροής (όπου :1)ατμός εξατμίσεων από κύλινδρο Χ.Π προς ψυγείο2)αναρρόφηση αεραντλίας 3)είσοδος θαλασσινού νερού 4)εξαγωγή θαλασσινού νερού έξω από το πλοίο 5)συνδέτες αυλοφόρων πλακών 6)διαχωριστικό διάφραγμα 7)θυρίδες καθαρισμού 8)πλάκα υποστηρίξεως αυλών 9)πλάκες χαλύβδινες αντιδιαβρωτικής προστασίας 10)υαλοφόρες πλάκες 11)εξαεριστικό θαλάμου νερού κυκλοφορίας) δ) Ψυγείο με θερμοδοχείο αναθερμάνσεως Η εικόνα 7 παριστάνει ψυγείο τύπου Elliot με θερμοδοχείο αναθερμάνσεως. Όταν με κατάλληλες σωληνώσεις επανακυκλοφορεί μία ποσότητα ατμού μέσα στο θερμοδοχείο, διατηρώντας έτσι τη θερμοκρασία του συμπυκνώματος υψηλή για εξοικονόμηση ενέργειας του ζεστού νερού. ~ 23 ~

24 Εικόνα 7 : Ψυγείο τύπου Elliot ε) Απιοειδές ψυγείο Στην εικόνα 8 εικονίζεται απιοειδές ψυγείο τύπου «uniflux» ή ενιαίας ροής. Χαρακτηριστικό του είναι ότι η ταχύτητα ροής του ατμού παραμένει σταθερή ή ενιαία, δεδομένου ότι η ελάττωση του όγκου του από τη συμπύκνωση αντιμετωπίζεται με αντίστοιχη ελάττωση της διατομής διελεύσεως του. Κατασκευάζονται με αυτή τη μορφή, διότι κατά τη συμπύκνωση ελαττώνεται ο όγκος του ατμού. Αντίστοιχα ελαττώνεται κατά τη διατομή διελεύσεως, ώστε να διατηρείται σταθερή η ταχύτητα ροής του ατμού που διαρρέει το ψυγείο. Πλεονέκτημα του είναι ότι η ροή του ατμού γίνεται ανεμπόδιστα, γιατί δεν υπάρχουν διαφράγματα μέσα σ' αυτό. Λόγω της σταθερής ταχύτητας ροής του ατμού έχει υψηλή ψυκτική απόδοση και γι' αυτό η ψυκτική του επιφάνεια είναι μικρότερη με μόνη απαίτηση την αύξηση της ποσότητας του νερού που κυκλοφορεί. Χρησιμοποιείται σε ατμοστρόβιλους. ~ 24 ~

25 Εικόνα 8 : Απιοειδές ψυγείο τύπου «uniflux» ή ενιαίας ροής 2.2 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Η προετοιμασία λειτουργίας της εγκαταστάσεως πρέπει να γίνεται με ιδιαίτερη προσοχή ώστε το ψυγείο να εκκινήσει σωστά. Χειρισμός ή βιαστικές ενέργειες μπορεί να προκαλέσουν παραμόρφωση των αυλών, ενώ απότομες διακυμάνσεις στη θερμοκρασία της συσκευής μπορεί να οδηγήσουν στην απώλεια της στεγανότητας των αυλών ή σε ρήγμα στο κέλυφος. Κατά τη λειτουργία της κύριας μηχανής η κυριότερη ένδειξη ικανοποιητικής ανταποκρίσεως του ψυγείου στις απαιτήσεις της μηχανολογικής εγκαταστάσεως του πλοίου είναι η τιμή του κενού, του οποίου η σημασία άλλωστε είναι μέγιστη για την απόδοση της. Το κενό το μετράμε με το κενόμετρο. ~ 25 ~

26 Οι κυριότερες αιτίες χαμηλού κενού ή πτώσεως του είναι: Η είσοδος αέρα στα μηχανήματα και στης συσκευές που βρίσκονται υπό κενό Η ανεπαρκής των εκχυτήρων απαγωγής του αέρα. Η υψηλή θερμοκρασία του νερού κυκλοφορίας. Ανεπαρκής ροή του θαλασσινού νερού κυκλοφορίας που μπορεί να οφείλεται σε μικρή ταχύτητα της αντλίας ή μερική έμφραξη των αυλών. Η υπερφόρτιση και η υπερθέρμανσή του ψυγείου. Το ακάθαρτο ψυγείο στο εσωτερικό των αυλών λόγω επικαθήσουν αλάτων, ή στο εξωτερικό τους στην πλευρά του ατμού Η διάβρωση των επιφανειών εναλλαγής θερμότητας του ψυγείου Ανάλογα με την αιτία καθορίζονται τα λαμβανόμενα μέτρα αποκαταστάσεως του κενού. Η σοβαρότερη ανωμαλία του ψυγείου είναι η διαρροή των αυλών του που συνεπάγεται και την πτώση του κενού και τη μόλυνση του τροφοδοτικού νερού λόγω εισροής θαλασσινού σ' αυτό από τις περιοχές της διαρροής. Κατά την απομόνωση της εγκαταστάσεως λαμβάνεται ανάλογη μέριμνα όπως και κατά την προετοιμασία για εκκίνηση που αποσκοπεί στην ομαλή απόψυξη του ψυγείου. 2.3 Η ΨΥΚΤΙΚΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ Ένας τρόπος υπολογισμού της ψυκτικής επιφάνειας ή και ελέγχου αυτής που προκύπτει από υπολογισμό είναι με βάση εμπειρικά δεδομένα των κατασκευαστών και την ιπποδύναμη της μηχανής. Έτσι π.χ. για ατμοστρόβιλους λαμβάνονται 1,25sq ft ψυκτικής επιφάνειας ανά ίππο μηχανής. Οι τιμές της ψυκτικής επιφάνειας που υπολογίζονται εμπεριέχουν περιθώριο ασφαλείας, γιατί πρέπει να λαμβάνεται υπόψη ο παράγοντας της ρύπανσης του ψυγείου με την πάροδο του χρόνου λειτουργίας του. Άρα σε καινούργιο ψυγείο ή ~ 26 ~

27 ψυγείο που λειτουργεί μετά από καθαρισμό, πιθανόν να απαιτείται κάθε φορά μικρότερη ταχύτητα της αντλίας κυκλοφορίας. 2.4 ΚΑΤΑΣΚΕΥΑΣΤΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΩΝ ΨΥΓΕΙΩΝ α) Το κέλυφος και τα πώματα Το κέλυφος στις σύγχρονες κατασκευές και ιδίως σε ατμοστρόβιλους, κατασκευάζεται χωριστά ή από χυτοσίδηρο ή κυρίως από σιδερένιο έλασμα ή χαλύβδινο ηλεκτροσυγκολλητή. Τα πώματα του ψυγείου κατασκευάζονται επίσης χυτά από χυτοσίδηρο, χυτοχάλυβα ή ορείχαλκο. Το κέλυφος και τα πώματα φέρουν νευρώσεις που ενισχύουν την αντοχή τους. Για την ενίσχυση των παραλλήλων τοιχωμάτων των κελυφών χρησιμοποιούνται και συvδέτες(είναι κοχλίες μεγάλου μήκους ομοιόμορφα κατανεμημένοι έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η ομαλή παραλαβή των τάσεων). Επάνω στο κέλυφος και στα πώματα υπάρχουν κατάλληλες θυρίδες επιθεωρήσεως και λαιμοί προσαρμογής των διαφόρων σωληνώσεων εξαρτημάτων και οργάνων ελέγχου της λειτουργίας του ψυγείου. β) Αυλοφόρες πλάκες-αυλοί-στυπειοθλίπτες αυλών Οι αυλοφόρες πλάκες ή καθρέπτες κατασκευάζονται από μέταλλο muntz(κράμα χαλκού 60% και ψευδαργύρου 40%) ή από ελατό ορείχαλκο. Όμοιας κατασκευής είναι και τα ενδιάμεσα διαφράγματα στηρίξεως των αυλών. Για την ενίσχυση της αντοχής των καθρεπτών χρησιμοποιούνται κατάλληλοι συνδέτες ορειχάλκινοι ή χαλύβδινοι, ανάλογα με την περίπτωση. Οι αυλοί κατασκευάζονται χωρίς ραφή από ορείχαλκο (75% χαλκός και 25% ψευδάργυρος) ή και από ειδικό κράμα χαλκού με 40% περίπου νικέλιο. Τέλος χρησιμοποιείται και κράμα χαλκού-αλουμινίου. Για την αποφυγή διαβρώσεως, λόγω ηλεκτρολυτικής ενέργειας, αυλοί, καθρέπτες, διαφράγματα, συνδέτες κατασκευάζονται κατά κανόνα από κράμα με την ίδια σύνθεση. Η τοποθέτηση των αυλών στις πλάκες γίνεται κατά κανόνα σε ρομβοειδή ~ 27 ~

28 διάταξη, μέσα στις οπές των αυλοφόρων πλακών και στα δύο άκρα, άλλοτε με εκτόνωση του ενός άκρου, οπότε το άλλο στεγανοποιείται με στυπειοθλίπτη, άλλοτε τέλος με στυπειοθλίπτες και στα δύο άκρα. γ) Αντιδιαβρωτική προστασία των ψυγείων Για την αποφυγή της φθοράς των αυλών, πλακών κλπ., λόγω διαβρώσεως τους από ηλεκτρολυτική ενέργεια, χρησιμοποιούνται μέσα στους θαλάμους κυκλοφορίας του νερού πλάκες προστασίας από ψευδάργυρο, όταν το κέλυφος και τα πώματα είναι σιδερένια ή χαλύβδινα, ενώ όταν αυτά είναι ορειχάλκινα, τοποθετούνται προστατευτικές πλάκες από μαλακό σίδηρο ή χάλυβα. δ) Τα εξαρτήματα του ψυγείου Αυτά είναι: Οι θυρίδες στα πώματα για την επιθεώρηση και το καθαρισμό των αυλών. Οι θυρίδες στο κέλυφος στο επάνω μέρος του για την επιθεώρηση του ατμοθαλάμου του. Οι ιλυοθυρίδες στο κάτω μέρος του κελύφους για τον καθαρισμό του. Ο κρουνός συγκοινωνίας του κελύφους με την τροφοδοτική δεξαμενή για την συμπλήρωση των απωλειών τροφοδοτικού νερού. Οι κρουνοί εκκενώσεως και αποστραγγίσεως. Ο υδροδείκτης της στάθμης του συμπυκνώματος. Ο εξαερωτικός κρουνός του κελύφους. Ο εξαερωτικός κρουνός του οχετού νερού κυκλοφορίας στην κατάθλιψη έξω από το πλοίο. ~ 28 ~

29 2.5 ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ Η συντήρηση του ψυγείου ως σκοπό έχει την προστασία των επιφανειών από τη διάβρωση, ενώ ο καθαρισμός του ελαχιστοποιεί την αντίσταση στη μετάδοση της θερμότητας εξασφαλίζοντας την αποδοτική λειτουργία του. Για την προστασία από τη διάβρωση λόγω της ηλεκτρολύσεως χρησιμοποιούνται προστατευτικές πλάκες ψευδαργύρου ή μαλακού χάλυβα. Η μηχανική διάβρωση που προσβάλει τις αυλοφόρες πλάκες και τους αυλούς εσωτερικά, προλαμβάνεται ρυθμίζοντας την ταχύτητα ροής του νερού ψύξεως, ενώ εξωτερικά των αυλών η πρόληψη της διαβρώσεως επιτυγχάνεται διατηρώντας σε καλή κατάσταση το διάφραγμα της εισαγωγής του ατμού. Οι επιφάνειες μεταδόσεως της θερμότητας πρέπει να διατηρούνται καθαρές, απομακρύνοντας τις επικαθήσεις αλάτων εσωτερικά των αυλών με χημικό καθαρισμό ή με ειδικές βούρτσες. Ο καθαρισμός εξωτερικών επιφανειών των αυλών από ελαιώδεις επικαθήσεις γίνεται με τον βρασμό του ψυγείου, δηλαδή την ελεγχόμενη αύξηση της θερμοκρασίας. Τα ψυγεία συμπυκνώματος, που πρόκειται να μείνουν για κάποιο χρονικό διάστημα εκτός λειτουργίας, προκειμένου να διατηρήσουν τη στεγανότητα τους και να παραμείνουν καθαρά, πρέπει να είναι είτε εντελώς γεμάτα με νερό στην πλευρά της θάλασσας είτε τελείως κενά. Αυτό εξαρτάται από τη μέθοδο στεγανοποιήσεως στα άκρα των αυλών. Μία εβδομάδα περίπου πριν τεθούν ξανά σε λειτουργία πρέπει να γεμίζονται με νερό και να διατηρούνται έτσι έως την ημέρα εκκινήσεως. ~ 29 ~

30 2.6 ΔΟΚΙΜΗ ΣΤΕΓΑΝΟΤΗΤΑΣ ΤΩΝ ΨΥΓΕΙΩΝ Η δοκιμή στεγανότητας εκτελείται κατά τους ακόλουθους τρόπους: α) Εκκενώνεται το ψυγείο και στον χώρο του ατμού και γεμίζουμε σιγά-σιγά το χώρο θάλασσας του ψυγείου με νερό τοποθετώντας ταυτόχρονα τις θυρίδες επιθεωρήσεως επάνω στα πώματα, καθώς το νερό ανέρχεται κοντά στα ανοίγματά τους. Σε περίπτωση διαρροής αυλού θα παρουσιαστούν φυσαλίδες αέρα. Για τον έλεγχο διαρροής των αυλών, που βρίσκονται πάνω από το κατώτερο άκρο της ψηλότερης θυρίδας, χρησιμοποιείται φλόγα κεριού ή επάλειψη με παχύ στρώμα διαλύσεως σαπουνιού, οπότε ο εξερχόμενος αέρας σε περίπτωση διαρροής θα διαταράξει ή θα σβήσει τη φλόγα ή θα δημιουργήσει φυσαλίδες με περίβλημα σαπουνιού. β) Για τον έλεγχο μεγάλων διαρροών που οφείλονται σε διάρρηξη αυλών αφαιρούνται οι θυρίδες επιθεωρήσεως και τίθενται σε λειτουργία οι εκχυτήρες. Προσεγγίζει φλόγα στα άκρα των αυλών, οπότε αυτή θα απορροφάται από τα διαρρέοντα. Κατά την εκτέλεση της δοκιμής η ψύξη των ψυγείων των εγχυτήρων πρέπει να εξασφαλίζεται με την λειτουργία της αντλίας συμπυκνώματος στην επανακυκλοφορία. γ) 'Ένας εύκολος τρόπος ελέγχου των διαρροών είναι αυτός που εκτελείται με τον ανιχνευτή διαρροών. Μέσα στο νερό του χώρου του ατμού του ψυγείου διαλύεται ποσότητα μη τοξικής χρωστικής ύλης που έχει ως βάση το φθόριο. Ο χώρος γεμίζει με νερό, ενώ ταυτόχρονα ρίχνεται η χρωστική ύλη και το μίγμα αναδεύεται με αέρα με τη βοήθεια κατάλληλου σωλήνα και ακροσωληνίου. Η αναλογία είναι 11b χρωστικής ουσίας ανά 1000 γαλόνια νερού. Μετά την πλήρωση του ψυγείου ελέγχεται η εξωτερική επιφάνεια των αυλοφόρων πλακών με τον ανιχνευτή διαρροών. Σε οποιαδήποτε θέση υπάρχει και η ελάχιστη διαρροή η χρωστική ύλη θα παράγει ισχυρή πράσινο-κίτρινη λάμψη. ~ 30 ~

31 2.7 ΕΠΙΣΚΕΥΕΣ ΨΥΓΕΙΩΝ Αυτές αφορούν κυρίως τις αυλοφόρες πλάκες και τους αυλούς και εκτελούνται όπως αναφέρεται παρακάτω: Σε περίπτωση πορώδους αυλοφόρας πλάκας οι πόροι αποκαθίστανται με καλαφάτισμα ή με κασσιτεροκόλληση ή τέλος με επάλειψη με εποξικών ρητινών αναμείξεως, εφόσον έχει προηγηθεί ο απαραίτητος καθαρισμός και η κατάλληλη προετοιμασίας της επιφάνειας. Σε περίπτωση ρωγμής αυλοφόρας πλάκας η αποκατάσταση γίνεται με συρραφή με ήλους και έτσι, ώστε οι ακραίοι ήλοι να υπερκαλύπτουν τα ακραία όρια της ρωγμής. Σε περίπτωση κακής στεγανότητας των αυλών αντικαθίστανται οι συσκευές στεγανότητας ή εκτονώνονται ξανά οι αυλοί, ανάλογα με το σύστημα στεγανότητας τους. Σε περίπτωση διατρήσεως αυλού πωματίζεται αυτός και από τις δύο πλευρές με μεταλλικά ή πλαστικά πώματα. Στην τελευταία περίπτωση χρησιμοποιείται και αδιάβροχη κόλλα. Σε περίπτωση μεγάλου αριθμού πωματισμένων αυλών γίνεται μερική ή ολική αντικατάστασή τους (αναύλωση ) που ακολουθείται από υδραυλική δοκιμή. ~ 31 ~

32 2.8 ΑΣΦΑΛΙΣΤΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ Σε περίπτωση μεγάλης εκτάσεως εισόδου αέρα στο ψυγείο το κενό θα ελαττωθεί σοβαρά και πρέπει να ληφθούν πολύ γρήγορα τα κατάλληλα μέτρα αποκαταστάσεως. Η ασφαλιστική βαλβίδα που υπάρχει στο συλλέκτη εισαγωγής του νερού κυκλοφορίας πρέπει να είναι ρυθμισμένη στα 15 psi. Αν παρουσιασθεί απώλεια κενού με σύγχρονη υπερθέρμανση του ψυγείου ή άνοδο της στάθμης του συμπυκνώματος, οι μονάδες που εξατμίζουν σ' αυτό πρέπει να κρατούνται ή να ελαττωθεί η ταχύτητά τους, ώσπου να αποκατασταθεί η ανωμαλία. Σταθερή φροντίδα από το προσωπικό φυλακής να καταβάλλεται για τον έλεγχο, εντοπισμό και αποκατάσταση διαφυγής αέρα στο σύστημα κενού. Σταθερός έλεγχος του νερού του συμπυκνώματος πρέπει να γίνεται κατά τη λειτουργία του ψυγείου με χημική ανάλυσή του. Το ηλεκτρικό-αλατόμετρο (σαλινόμετρο)να διατηρείται σε κατάσταση καλής λειτουργίας και να παρακολουθείται κατά τη φυλακή ανελλιπώς από το προσωπικό. Οι προφυλακτικές πλάκες ψευδαργύρου ή χάλυβα να τηρούνται καθαρές και με κανονική μεταλλική επαφή. Απαγορεύεται η προσέγγιση φλόγας ή άλλου εξαρτήματος που μπορεί να προκαλέσει σπινθήρα σε ψυγείο που μόλις ανοίχθηκε, μέχρι να αερισθεί καλά με αέρα ή ατμό, γιατί είναι πιθανή η ύπαρξη υδρογόνου ή άλλου αερίου που μπορεί να προκαλέσει έκρηξη. Ψυγεία σε ακινησία να διατηρούνται κατά κανόνα στεγνά και καθαρά, ιδίως όταν έxει προηγηθεί λειτουργία τους σε ακάθαρτα νερά. Να διατηρούνται γεμάτα νερό σε περιπτώσεις βαμβακερών κορδονιών (παρεμβυσμάτων) στεγανότητας. Πριν και κατά τη διάρκεια βρασμού να λαμβάνονται τα κατάλληλα μέτρα και να εκτελούνται οι αναγκαίες επιθεωρήσεις για την αποφυγή εγκαυμάτων ή άλλης φύσεως ατυχημάτων στο προσωπικό. ~ 32 ~

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο : ΧΡΗΣΗ ΨΥΓΕΙΩΝ ΣΤΑ ΠΛΟΙΑ 3.1 ΚΥΡΙΟ ΨΥΓΕΙΟ ΑΤΜΟΜΗΧΑΝΩΝ Κύριος σκοπός του ψυγείου αυτού είναι η δημιουργία κενού, που αποτελεί βασικό παράγοντα της αποδοτικής λειτουργίας των ατμομηχανών. Η δημιουργία του κενού μέσα στο ψυγείο επιτυγχάνεται με συμπύκνωση των εξατμίσεων της μηχανής και με αφαίρεση ή απαγωγή των υδρατμών που δεν έχουν συμπυκνωθεί και του ατμοσφαιρικού αέρα. Το κενό μέσα στα ψυγεία μετριέται σε χιλιοστά, εκατοστά ή δακτύλους στήλης υδραργύρου. Οι τιμές του τέλειου κενού είναι αντίστοιχα, 760 mm, 76 cm ή 30" στήλης Hg. Αυτό διαφορετικά λέγεται και κενό 100%. Μέσα στα ψυγεία επικρατούν ενδιάμεσες τιμές, ανάλογα με τις συνθήκες λειτουργίας, από το μηδέν μέχρι το απόλυτο κενό. Σε κάθε τιμή του κενού αντιστοιχεί και μια απόλυτη πίεση των ατμών, ενώ σε κάθε τιμή απόλυτης πίεσης αντιστοιχεί και μια θερμοκρασία που βρίσκεται από τους ειδικούς πίνακες ατμού της θερμοδυναμικής. Στις παλινδρομικές μηχανές ατμού το κενό φθάνει μέχρι 686mmHg ή 90% με αντίστοιχη θερμοκρασία ατμών τους46 C, ενώ στους στροβίλους φθάνει ως και την τιμή των 752mmHg ή 99% με αντίστοιχη θερμοκρασία 11,5 C. Στην απλή του μορφή το ψυγείο αποτελείται από κυλινδρικό κέλυφος και δύο αυλοφόρες πλάκες, τις αυλοφόρες πλάκες. Μεταξύ των δύο πλακών τοποθετούνται σωλήνες μικρής διαμέτρου που καλούνται αυλοί. Δυο πώματα ή συλλέκτες, ένα στην εισαγωγή και ένα στην εξαγωγή του νερού κυκλοφορίας, και οι απαραίτητες σωληνώσεις, εξαρτήματα ελέγχου και ενδεικτικά όργανα συμπληρώνουν την όλη κατασκευή του. Ο αγωγός των εξατμίσεων της μηχανής τις οδηγεί στο κέλυφος και εξωτερικά από τους αυλούς. Στο εσωτερικό των αυλών κυκλοφορεί το θαλασσινό νερό, που ψύχει τις εξατμίσεις. Αυτές συμπυκνώνονται σε νερό και με την συμπύκνωση αυτή δημιουργούν ~ 33 ~

34 το κενό. Η επί πλέον αφαίρεση του αέρα και των υδρατμών που έχουν συμπυκνωθεί συντελεί στην επίτευξη υψηλού κενού. Για να λειτουργήσει το ψυγείο απαιτούνται ορισμένα βοηθητικά μηχανήματα και συσκευές, αυτές είναι : - Η αντλία κυκλοφορίας, που παρέχει το θαλασσινό νερό ψύξεως - Η αντλία συμπυκνώματος, της οποίας η αναρρόφηση είναι το χαμηλότερο σημείο του συμπυκνωτή - Οι εκχυτήρες κενού για την απομάκρυνση του αέρα, που δημιουργούν το κενό. Δευτερεύων σκοπός του ψυγείου, αλλά εξίσου σημαντικός για την οικονομική λειτουργία εγκαταστάσεως, είναι η διατήρηση του τροφοδοτικού νερού που κυκλοφορεί, ώστε αυτό να κυκλοφορεί σε κλειστό κύκλωμα. Έτσι δεν απαιτείται συνεχώς μια ποσότητα νερού, όπως συνέβαινε παλαιότερα σε μηχανές χωρίς ψυγείο, και πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η δαπάνη παραγωγής του είναι πολύ υψηλή. Μικρές μόνο ποσότητες νέου τροφοδοτικού νερού πρέπει κάθε φορά να εισαχθούν στο τροφοδοτικό κύκλωμα για αναπλήρωση των αναπόφευκτων απωλειών. Εκτός από τα παραπάνω, το ψυγείο συντελεί επίσης και: Στην απαλλαγή του τροφοδοτικού νερού από μεγάλη ποσότητα του οξυγόνου που βρίσκεται διαλυμένο σε αυτό του οποίου η καταστρεπτική ενέργεια στους ατμολέβητες είναι μεγάλη. Η πλήρης απαλλαγή του τροφοδοτικού νερού από το διαλυμένο οξυγόνο γίνεται μέσα στην εξαεριστική τροφοδοτική δεξαμενή. Τη συγκέντρωση ή περισυλλογή του τροφοδοτικού νερού που προέρχεται και από άλλα δίκτυα, όπως αυτό των υγρών, ατμού, στεγανότητας των στυπειοθλιπτών κλπ. Τη συμπλήρωση του τροφοδοτικού νερού που κυκλοφορεί κάθε φορά στο σύστημα, όταν αυτό έχει ελαττωθεί. Για το σκοπό αυτό στο κέλυφος του ψυγείου προσαρμόζεται μικρός κρουνός συγκοινωνίας, με τον οποίο το κέλυφος συγκοινωνεί με σωλήνα προς την εφεδρική τροφοδοτική δεξαμενή. ~ 34 ~

35 Όταν υπάρχει ανάγκη συμπληρώσεως σε νερό, τότε ανοίγεται ο κρουνός και μέσω αυτού, λόγω του κενού του ψυγείου, αναρροφάται τροφοδοτικό νερό από τη δεξαμενή ώσπου να συμπληρωθεί η στάθμη του στο κέλυφος του ψυγείου. 3.2 ΑΛΛΑ ΨΥΓΕΙΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΣ ΑΤΜΟΜΗΧΑΝΩΝ Εκτός από το κύριο ψυγείο συμπυκνώματος, άλλα ψυγεία που χρησιμοποιούνται είναι τα βοηθητικά ψυγεία, τα ψυγεία ή ψυκτήρες υγρών και τα ψυγεία εκχυτήρων. Η λειτουργία τους βασίζεται στην αρχή της μεταδόσεως της θερμότητας μέσα στους εναλλάκτες και οι αρχές κατασκευής, χειρισμού, συντηρήσεως, επισκευών κ.λπ. ταυτίζονται με αυτές που ισχύουν και για το κύριο ψυγείο. Κατά γενικό κανόνα αυτά κατασκευάζονται με κυλινδρικό, ελλειψοειδές ή ορθογώνιο σχήμα. Α. Ψυγείο εκχυτήρων Το οποίο ψύχει την εξαγωγή του μείγματος ατμού- αέρα και μη συμπυκνωμένων εξατμίσεων που αναρροφούνται από το κύριο ψυγείο. Β. Ψυγεία λαδιού Πρόκειται για εναλλάκτες επιφάνειας και χρησιμεύουν για την ψύξη του λαδιού λιπάνσεως και του λαδιού των μειωτήρων στροφών των κύριων στροβίλων. Ως ψυκτικό μέσο χρησιμοποιείται θαλασσινό νερό παρεχόμενο από ιδιαίτερη αντλία. Από κατασκευαστική άποψη μπορούν να είναι αυλωτά, κυψελωτά ή με επίπεδες ψυκτικές πλάκες, όπως και τα αντίστοιχα που χρησιμοποιούνται σε εγκαταστάσεις Μ.Ε.Κ. Γ. Ψυγείο υγρών Στο οποίο ψύχονται οι εξατμίσεις των βοηθητικών μηχανημάτων μετά την χρήση τους στον προθερμαντήρα τροφοδοτικού νερού. Είναι ψυγείο με αυλούς και διαφράγματα που υποχρεώνουν τα υγρά να παραμείνουν περισσότερο μέσα σε αυτό, ώστε να αποβάλλεται το μεγαλύτερο μέρος της ~ 35 ~

36 θερμότητας του. Ως ψυκτικό μέσο το ρευστό που κυκλοφορεί μέσα στους αυλούς του ψυγείου είναι το νερό από την κατάθλιψη της αντλίας συμπυκνώματος του κύριου ψυγείου επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα την προθέρμανση του. Όταν τα υγρά προέρχονται από παλινδρομικά βοηθητικά μηχανήματα με πιθανότητα να περιέχουν λάδι από την λίπανση τους, πριν εισέλθουν στο ψυγείο πραγματοποιείται διεργασία απομακρύνσεως των ελαίων, προκειμένου να αποφευχθεί η μόλυνση του δικτύου. Δ. Βοηθητικό ψυγείο Το βοηθητικό ψυγείο χρησιμοποιείται σε μεγάλες εγκαταστάσεις ατμού με σκοπό την εξυπηρέτηση της λειτουργίας των στροβιλοηλεκτρικών και των βοηθητικών μηχανημάτων για να μην λειτουργεί το κύριο ψυγείο όταν το πλοίο βρίσκεται στο λιμάνι. Το βοηθητικό ψυγείο εξυπηρετείται από μικρότερη αντλία κυκλοφορίας με ανάλογες διαστάσεις ή εξυπηρετείται με μια από τις βοηθητικές αντλίες έρματος, και από ιδιαίτερη επίσης αεραντλία. Η αντλία κυκλοφορίας και η αεραντλία συνδυάζονται καμία φορά σε ένα ζεύγος από ορισμένους κατασκευαστές. 3.3 ΨΥΓΕIΑ ΜΗΧΑΝΩΝ ΕΣΩΤΕΡΙΚΗΣ ΚΑΥΣΕΩΣ (ΜΕΚ) Στις εγκαταστάσεις των πλοίων, όπου η πρόωση πραγματοποιείται από ΜΕΚ χρησιμοποιούνται εναλλάκτες θερμότητας, για τη μετάδοση της θερμότητας διαφόρων ρευστών, που διαρρέουν τα δίκτυα, εξυπηρετώντας την καλή λειτουργία της κύριας μηχανής και των βοηθητικών μηχανημάτων. Έτσι η λειτουργία των εναλλακτών θερμότητας σχετίζεται άμεσα με τη λειτουργία της κύριας μηχανής και των βοηθητικών μηχανημάτων. Οι εναλλάκτες θερμότητας είναι αυλωτοί, με πλάκες ή κυψελωτοί, και η επιλογή του τύπου που χρησιμοποιείται εξαρτάται από το είδος του ρευστού που τους διαρρέει, ενώ άλλος ένας παράγοντας στην επιλογή του τύπου του εναλλάκτη που θα εγκατασταθεί στο δίκτυο του πλοίου, είναι τα κατασκευαστικά χαρακτηριστικά που ~ 36 ~

37 τίθενται από τον σχεδιασμό του. Βασικό σκοπό έχουν την ψύξη ενός ρευστού από ένα άλλο, γι αυτό τον λόγο ονομάζονται ψυγεία ή ακριβέστερα ψυκτήρες(cooler).η ροή μεταξύ των ρευστών μέσα στα ψυγεία είναι αντίθετη, ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη απόδοση τους κατά τη μεταφορά της θερμότητας. Στα ψυγεία με αυλούς, η ροή του ψυκτικού μέσου συνήθως πραγματοποιεί δύο διαδρομές αντίθετης κατεύθυνσης και επιτυγχάνεται με κατάλληλο διάφραγμα στο πώμα (καπάκι) εισαγωγής του. Το ψυκτικό μέσο που κυκλοφορεί στο ψυγείο είναι θαλασσινό νερό ή γλυκό νερό που ψύχεται σε κεντρικό ψυγείο (central cooler) από θάλασσα και εξαρτάται από το σύστημα ψύξεως που χρησιμοποιείται στο πλοίο. Τα ψυγεία στα πλοία είναι διπλά (δηλ. δύο ψυγεία ελαίου ψύξεως της κύριας μηχανής κ.α.).σε εγκαταστάσεις με ψυγεία που κατασκευάζονται με αυλούς, το ψυχόμενο ρευστό που διαρρέει το ψυγείο πραγματοποιεί περισσότερες από μία διαδρομές με την προσθήκη διαφραγμάτων καθέτων προς τους αυλούς. Στα δίκτυα που χρησιμοποιούνται ψυγεία με πλάκες ή κυψελωτά, ο τρόπος λειτουργίας τους είναι με πολλαπλές διαδρομές μέσω των πλακών που αποτελούν το ψυγείο και τη διέλευση των ρευστών μέσω αυλών και κυψελών. Η παροχή και η ρύθμιση της ποσότητας των ρευστών που διαρρέουν τα ψυγεία επιτυγχάνεται από ρυθμιστικές βαλβίδες και επιστόμια, ενώ σε κάθε ψυγείο υπάρχει κρουνός εξαερώσεως για την απομάκρυνση τυχών εγκλωβισμένου αέρα και κρουνός εξυδατώσεως για την εκκένωση του. Οι ρυθμιστικές βαλβίδες ροής είναι αυτόματες και ελέγχονται με αέρα, ενώ παίρνουν εντολή από ελεγκτές θερμοκρασίας παρέχοντας ανάλογη ποσότητα αέρα στη βαλβίδα, ώστε να αυξάνεται ή να μειώνεται η διέλευση του ρευστού μέσα από το ψυγείο. Τέτοια ψυγεία είναι: α) Ψυγείο νερού ψύξεως της κύριας μηχανής(jacket cooler) Το ψυγείο αυτό χρησιμοποιείται για την ψύξη του αποσταγμένου νερού που κυκλοφορεί περιφερικά των χιτωνίων(jacket)στο σώμα της μηχανής και για την ψύξη των καπακιών. Η κυκλοφορία του επιτυγχάνεται με την αντλία χιτωνίων σε κλειστό κύκλωμα και τα ψυγεία που χρησιμοποιούνται είναι αυλωτά ή με πλάκες. Στα αυλωτά ~ 37 ~

38 (εικόνα 9)το ψυκτικό μέσο μπορεί να είναι θάλασσα ή γλυκό νερό αν χρησιμοποιείται ψύξη σε κεντρικό ψυγείο. Το ψυκτικό μέσο διαρρέει τους αυλούς του ψυγείου, ενώ εξωτερικά από αυτούς κυκλοφορεί το νερό ψύξεως της μηχανής σε πολλαπλές διαδρομές λόγω των διαφραγμάτων. Στο ψυγείο με πλάκες (εικόνα 10), το νερό ψύξεως εισέρχεται από το κάτω μέρος του ψυγείου και εξέρχεται από το επάνω, διαρρέοντας εναλλάξ τις διαδρομές που σχηματίζονται από τις πλάκες, ενώ το ψυχώμενο ρευστό εισέρχεται στην επάνω πλευρά και εξέρχεται από την κάτω. Εικόνα 9 : Αυλωτό ψυγείο νερού ~ 38 ~

39 Εικόνα 10 : ψυγείο με πλάκες β) Ψυγείο λαδιού Το ψυγείο λαδιού (oil cooler) χρησιμεύει στην ψύξη του ελαίου λιπάνσεως της μηχανής και είναι τύπου αυλών ή με επίπεδες πλάκες. Στην εικόνα 11 εικονίζεται ψυγείο λαδιού αυλωτού τύπου. Η ψύξη του ελαίου επιτυγχάνεται με την κυκλοφορία θαλασσινού νερού από την αντλία κυκλοφορίας θάλασσας ή με γλυκό νερό όταν στο δίκτυο ψύξεως χρησιμοποιούνται ψυγεία κεντρικής ψύξεως. Η λειτουργία τους είναι ανάλογη με αυτήν των ψυγείων νερού ψύξεως της κύριας μηχανής. ~ 39 ~

40 Εικόνα 11 : Ψυγείο λαδιού αυλωτού τύπου γ) Ψυγεία νερού ψύξεως των καυστήρων της μηχανής(fuel valve cooler) Πρόκειται για μικρά ψυγεία, συνήθως με αυλούς, που χρησιμοποιούνται όταν εσωτερικά στο σώμα των καυστήρων κυκλοφορεί γλυκό νερό για την ψύξη τους. Η εγκατάσταση τους εξαρτάται από τον τύπο της μηχανής και για αυτόν τον λόγο δεν συναντώνται σε όλα τα πλοία. δ) Ψυγεία καυσιγόνου αέρα της κύριας μηχανής (air cooler) Τα ψυγεία αυτά χρησιμοποιούνται στις μηχανές με υπερπλήρωση, ώστε ψύχοντας τον αέρα εισαγωγής να επιτυγχάνεται μεγαλύτερη απόδοση. Τοποθετούνται μεταξύ στροβιλοσυμπιεστή και οχετού σαρώσεως πάνω στο σώμα της μηχανής, με σκοπό τη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα που εισέρχεται στους θαλάμους καύσεως, διότι η θερμοκρασία του αυξάνεται από τη συμπίεση στον αεριοστρόβιλο. Ο αέρας ψύχει κατά τη φάση της σαρώσεως τους κυλίνδρους και τις θυρίδες ή τις βαλβίδες, ανάλογα με τον τύπο της μηχανής. Παράλληλα, επιτυγχάνεται μείωση του ειδικού όγκου του αέρα, λόγω συστολής του με την ψύξη και έχει ως αποτέλεσμα ~ 40 ~

41 μεγαλύτερη μάζα αέρα να εισέρχεται στους κυλίνδρους αυξάνοντας τον βαθμό αποδόσεως. Τα ψυγεία αυτά κατασκευάζονται με αυλούς, μέσα στους οποίους διέρχεται το ψυκτικό μέσο(θαλασσινό ή γλυκό νερό),ενώ εξωτερικά στην πλευρά που διέρχεται ο αέρας, πάνω στους αυλούς τοποθετώντας λεπτά πτερύγια αυξάνοντας την επιφάνεια εναλλαγής θερμότητας. ε) Ψυγεία αέρα γεννητριών Τα ψυγεία αυτά χρησιμοποιούνται για τη μείωση της θερμοκρασίας αέρα εισαγωγής σε μεγάλες ηλεκτρογεννήτριες, με παρόμοιο σκοπό τη λειτουργία με αυτήν των ψυγείων αέρα σαρώσεως. Είναι αυλωτού τύπου ή κυψελωτά. Τα ψυγεία με αυλούς έχουν πτερύγια στην εξωτερική πλευρά των αυλών, αυξάνοντας την επιφάνειες μεταδόσεως θερμότητας,ενώ σε κάποια από αυτά ο αυλός είναι διπλός, αποτελούμενος από έναν εξωτερικό που τον περιβάλλει. 3.4 ΨΥΓΕΙΑ ΑΛΛΩΝ ΒΟΗΘΗΤΙΚΩΝ ΧΡΗΣΕΩΝ Άλλα ψυγεία που συναντώνται στα πλοία είναι τα ψυγεία των βραστήρων, των αεροσυμπιεστών, των εγκαταστάσεων κλιματισμού, τα ψυγεία νερού κ.λπ.,τα οποία είναι αυλωτού τύπου ή τύπου πλακών. Στα δεξαμενόπλοια με πρόωση ΜΕΚ, όταν στην εκφόρτωση χρησιμοποιούνται αντλίες με ατμοστρόβιλο, χρησιμοποιούνται ψυγεία συμπυκνώσεως ατμού και ψυγεία εκχυτήρων για τις εξαγωγές των ατμοστροβίλων και τις επιστροφές ατμού όταν υπάρχουν βαρούλκα και εργάτες ατμού στο κατάστρωμα. Η λειτουργία τους είναι ίδια με τους συμπυκνωτές που χρησιμοποιούνται στα πλοία με ατμοστρόβιλο. ~ 41 ~

42 ΚΕΦΑΛΑΙΟ4 Ο : ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΤΗΡΕΣ ΚΑΙ ΟΙ ΧΡΗΣΕΙΣ ΤΟΥΣ Οι προθερμαντήρες είναι εναλλάκτες θερμότητας, στους οποίους επιτυγχάνετε η αύξηση της θερμοκρασίας ενός ρευστού με τη μεταφορά της θερμότητας από άλλο ρευστό που βρίσκεται σε υψηλότερη θερμοκρασία. Στις εγκαταστάσεις πλοίων οι προθερμαντήρες χρησιμοποιούνται για την προθέρμανση του νερού, πετρελαίου, λαδιού και αέρα. Ανάλογα με το ρευστό που προθερμαίνουν και τον σκοπό για τον οποίο χρησιμοποιούνται χωρίζονται σε προθερμαντήρες τροφοδοτικού νερού, προθερμαντήρες πετρελαίου, προθερμαντήρες ελαίου και προθερμαντήρες αέρα. Η μετάδοση της θερμότητας πραγματοποιείται, όπως στους εναλλάκτες θερμότητας, από το θερμό ρευστό σε αυτό με την χαμηλότερη θερμοκρασία. Η διαφορά με τη χρήση των προθερμαντήρων σε σχέση με τα ψυγεία είναι ότι το επιθυμητό αποτέλεσμα είναι η αύξηση της θερμοκρασίας ενός ψυχρού ρευστού με την απαγωγή θερμότητας από το ρευστό με την υψηλότερη θερμοκρασία. Με αυτόν τον τρόπο αξιοποιείται η θερμότητα του ατμού, για παράδειγμα για να αυξήσει τη θερμοκρασία του αργού πετρελαίου. 4.1ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΤΗΡΑΣ ΒΑΡΕΟΣ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΥ Η προθέρμανση του πετρελαίου πραγματοποιείται με σκοπό: Α) Να ελαττωθεί το ιξώδες του και να γίνει πιο λεπτόρρευστο στις δεξαμενές αποθηκεύσεως για ευκολότερη άντληση Β) Τον ταχύτερο διαχωρισμό στις δεξαμενές καθιζήσεως με βαρύτητα κατά την άντληση από τις δεξαμενές ημερήσιας κατανάλωσης Γ)Την επεξεργασία του στους φυγοκεντρικούς διαχωριστήρες με διαχωρισμό. Δ)Την άντληση του μέσω των φίλτρων και τον ικανοποιητικό ψεκασμό του από τους καυστήρες της μηχανής ή τον καυστήρα του λέβητα. Η προθέρμανση στις δεξαμενές πραγματοποιείται με τη χρήση οφιοειδών σωλήνων, από όπου διέρχεται ατμός, μεταφέροντας τη θερμότητα στο πετρέλαιο που τους ~ 42 ~

43 περιβάλλει. Οι προθερμαντήρες πετρελαίου είναι εναλλάκτες επιφάνειας οριζόντιας ή κατακόρυφης τοποθετήσεως και ο ατμός είναι το μέσο θερμάνσεως. Οι συνηθισμένοι τύποι προθερμαντήρων πετρελαίου είναι: Α)Προθερμαντήρες με αυλούς απλής διαδρομής, που είναι όμοιοι με τους εναλλάκτες θερμότητας απλής διαδρομής και στους οποίους ο ατμός διέρχεται εξωτερικά των αυλών, ενώ το πετρέλαιο εσωτερικά. Β)Προθερμαντήρες με οφιοειδείς σωλήνες, που αποτελούνται από σωλήνες μέσα από τους οποίους διέρχεται ατμός και εξωτερικά κυκλοφορεί πετρέλαιο. Οι σωλήνες είναι τοποθετημένοι σε έναν κύλινδρο που κλείνει με δύο καπάκια και περιελίσσονται σε μια ή περισσότερες σπείρες. Έτσι, οι σωλήνες είναι ελεύθεροι να διαστέλλονται με τις μεταβολές της θερμοκρασίας και λόγω κατασκευής ο καθαρισμός τους γίνεται με ευκολία, εφόσον οι αυλοί απομακρύνονται μαζί με το πώμα του προθερμαντήρα. Γ)Προθερμαντήρες με πτερύγια.στους προθερμαντήρες αυτούς, τα πτερύγια είναι συγκολλητά στο κυλινδρικό σώμα του προθερμαντήρα που διαρρέεται με ατμό και στο σώμα τοποθετείται μέσα σε ένα κυλινδρικό κέλυφος. Σκοπός των πτερυγίων είναι η αύξηση της επιφάνειας μετάδοσης της θερμότητας με μείωση των διαστάσεων του προθερμαντήρα. Για τον καθαρισμό τους, αφαιρείται όλο το κυλινδρικό σώμα από το κέλυφος από τη μία πλευρά. Στην πλευρά αυτή προσαρμόζονται και οι σωλήνες παροχής του ατμού. Ο καθαρισμός στο σώμα του προθερμαντήρα πετρελαίου πραγματοποιείται είτε με τη χρήση καταλλήλων χημικών για τη διάλυση του πετρελαίου από τα μικρά διάκενα των ελασμάτων που αυξάνουν την επιφάνεια μεταδόσεως της θερμότητας, είτε με τη χρήση καθαρού πετρελαίου. 4.2 ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΤΗΡΑΣ ΕΛΑΙΟΥ Η συσκευή αυτή προορίζεται για την προθέρμανση του ελαίου που χρησιμοποιείται στη λίπανση και στη προθέρμανση του ελαίου λιπάνσεως πριν τη διεργασία διαυγάσεως. Σε όλους τους τύπους των πλοίων, οι προθερμαντήρες ελαίου είναι επιφανειακής μεταδόσεως θερμότητας και λειτουργούν με ατμό ενώ κατασκευαστικά ~ 43 ~

44 είναι όμοιοι με τους προθερμαντήρες πετρελαίου. Οι προθερμαντήρες ελαίου μπορεί να είναι: Α) Αυλωτοί, με κυλινδρικό σώμα και ελάσματα όπως αυτοί που περιγράφονται στους προθερμαντήρες πετρελαίου. Β) Με επίπεδες πλάκες. Γ) Ηλεκτρικής θερμάνσεως, όπου η προθέρμανση του λαδιού επιτυγχάνεται με στοιχεία ηλεκτρικής αντιστάσεως. Τα στοιχεία εισέρχονται μέσα στους χαλύβδινους αυλούς του προθερμαντήρα, μεταδίδοντας τη θερμοκρασία στο λάδι που κυκλοφορεί. 4.3 ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΤΗΡΑΣ ΚΑΥΣΑΕΡΙΩΝ ΛΕΒΗΤΑ Στα πλοία με ΜΕΚ χρησιμοποιείται ένας άλλος εναλλάκτης θερμότητας, ο οποίος εκμεταλλεύεται τη θερμότητα των καυσαερίων της κύριας μηχανής. Πρόκειται για μορφή οικονομητήρα, που δεν χρησιμοποιείται για την προθέρμανση του τροφοδοτικού νερού του λέβητα, αλλά το νερό του λέβητα με την απαγωγή της θερμότητας από τα καυσαέρια της κύριας μηχανής, ατμοποιείται στους αυλούς και γι αυτό ονομάζεται λέβητας καυσαερίων(gas boiler). Το τροφοδοτικό νερό του λέβητα καυσαερίων προέρχεται από τον ατμό-υδροθάλαμο μέσω αντλίας κυκλοφορίας και επιστρέφει ξανά στον ατμό-υδροθάλαμο του λέβητα ως ατμός. Το εξωτερικό των αυλών του λέβητα καυσαερίων, όπου διέρχονται τα καυσαέρια, έχει λεπτά πτερύγια ή μικρά κυλινδρικά ελάσματα επιτυγχάνοντας την αύξηση της επιφάνειας μεταδόσεως της θερμότητας. Στον οικονομητήρα όπως και στον λέβητα καυσαερίων, πρέπει σε τακτά χρονικά διαστήματα να πραγματοποιείται εκτοπισμός, κατά τον οποίο μέσω κατάλληλης διατάξεως παρέχεται στον χώρο διελεύσεως των καυσαερίων ατμός ή αέρας, ώστε να απομακρυνθούν οι επικαθήσεις αιθάλης στις επιφάνειες που έρχονται σε επαφή με τα καυσαέρια. Η αιθάλη που επικάθεται στις επιφάνειες εναλλαγής της θερμότητας, δημιουργεί αντίσταση στη μετάδοση της θερμότητας, μειώνοντας την απόδοση του λέβητα καυσαερίων, με αποτέλεσμα απώλειας της θερμικής ενέργειας. ~ 44 ~

45 4.4 ΠΡΟΘΕΡΜΑΝΤΗΡΑΣ ΤΡΟΦΟΔΟΤΙΚΟΥ ΝΕΡΟΥ Οι προθερμαντήρες τροφοδοτικού νερού χρησιμοποιούνται για την αύξηση της θερμοκρασίας του τροφοδοτικού νερού στον λέβητα. Με αυτόν τον τρόπο επιτυγχάνεται η μείωση στη διαφορά θερμοκρασίας του νερού που εισέρχονται στον λέβητα, το οποίο όταν συγκεντρώνεται στον συμπυκνωτή έχει θερμοκρασία που κυμαίνεται στους 40º C, σε σχέση με το νερό που ατμοποιείται στον λέβητα, που έχει θερμοκρασία 250º C. Με αυτόν τον τρόπο μειώνονται η κόπωση των υλικών και οι ισχυρές παραμορφώσεις, απομακρύνοντας τον κίνδυνο πιθανής θραύσεις των αυλών ή του κελύφους του ατμόυδροθαλάμου, προλαβαίνοντας βλάβες και διαρροές. Τελικά με τους προθερμαντήρες αυξάνεται ο βαθμός αποδόσεως της εγκαταστάσεως. Οι προθερμαντήρες συμβάλλουν στη μείωση της καταναλώσεως του καυσίμου, διότι χρησιμοποιείται επωφελώς η θερμότητα στα διάφορα στάδια συμπυκνώσεως, που διαφορετικά θα χανόταν με την απαγωγή μέσω του νερού κυκλοφορίας του ψυγείου στο περιβάλλον. Επίσης, το τροφοδοτικό νερό απορροφά λιγότερη θερμότητα από αυτή που παράγεται, με την καύση του καυσίμου στον λέβητα, για την εκ νέου θέρμανση του. Οι προθερμαντήρες τροφοδοτικού νερού στις εγκαταστάσεις ατμοστροβίλων είναι τοποθετημένοι σε σειρά. Ως θερμαντικό μέσο χρησιμοποιείται ατμός, με απομάστευση, από ορισμένες διαβαθμίσεις του ατμοστροβίλου. Ανάλογα με το στάδιο κατά το οποίο πραγματοποιείται η απομάστευση, οι προθερμαντήρες ονομάζονται υψηλής, μέσης και χαμηλής πιέσεως. Η τροφοδοσία των προθερμαντήρων πραγματοποιείται από την τροφοδοτική αντλία του λέβητα, με το τροφοδοτικό νερό να διαρρέει στους αυλούς, ενώ εξωτερικά των αυλών τους κυκλοφορεί ο ατμός που προέρχεται από απομάστευση. Οι αυλοί είναι χωρίς ραφή, κατασκευασμένοι από κράμα χαλκού-νικελίου. Το κέλυφος κατασκευάζεται από μαλακό χάλυβα με κατάλληλα διαμορφωμένες συνδέσεις για τους σωλήνες του δικτύου, ενώ τα καπάκια κατασκευάζονται από μαλακό σφυρήλατο χάλυβα και διαθέτουν συνδέσεις για τους σωλήνες, καθώς και θυρίδες επιθεωρήσεως. ~ 45 ~

46 Στην προθέρμανση του τροφοδοτικού νερού σε μεγάλες εγκαταστάσεις λεβήτων των ατμοστροβίλων γίνεται απαγωγή της θερμότητας των καυσαερίων του λέβητα, διαφορετικά αυτή η θερμότητα θα χανόταν στο περιβάλλον. Η εκμετάλλευση της πραγματοποιείται μέσα σε ιδιαίτερη συσκευή, η οποία είναι ενσωματωμένη στον λέβητα και ονομάζεται οικονομητήρας (economizer). Στην εικόνα 12 εικονίζεται απλός προθερμαντήρας τροφοδοτικού νερού απλής διαδρομής και στην εικόνα 13 εικονίζεται κατακόρυφος προθερμαντήρας πολλαπλής ροής τύπου «multi-fiow» όπου διακρίνεται καθαρά η εσωτερική διαμόρφωση των διαφραγμάτων των πωμάτων προς επίτευξη των επανειλημμένων διαδρομών του νερού. Εικόνα 12 : Προθερμαντήρας τροφοδοτικού νερού απλής διαδρομής (όπου Α)είσοδος νερού Β) έξοδος νερού Γ)είσοδος ατμού που πραγματοποιεί κυματοειδή διαδρομή λόγο των διαφραγμάτων Δ)εξαγωγή συμπυκνωμάτων) ~ 46 ~

47 Εικόνα 13 : Κατακόρυφος προθερμαντήρας πολλαπλής ροής τύπου «multi-fiow» ~ 47 ~