管壳式换热器的优化设计.pdf

学术 处 罚。 2 3 煤矿企业要认真贯彻执行 “ 采、掘、 运并举， 综合治理， 系统配套 ” 的方针。 因地制宜， 实事求是 ，推广应用轨道运输新技术、新装备、 新工艺，逐步改善落后的运输方式和装备，向 运输机械化、控制 自动化、管理科学化、本质 安全化方向发展。 2 4 建立和完善运输管理体系 ， 形成纵向 到底 ，横向到边 的管理网络。煤矿企业根据实 际情况配足专业管理人员，负责管理矿井提升 运输工作 。 2 5 工作人员要严格遵守法律规定，严禁 扒车、蹬车、跳车。违者除给本人以罚款 以至 除名的处分外，还要追究其直接领导者的责任。 轨道运输列车 ( 包括人车)要按规定的速度行 驶，严禁超载超速运行。人车要按规定的车站 、 时间停车。凡用矿车代替人车 的，要在终点车 站设置 声光信号，并设专人检查矿车。待所有 乘车人员确已下车后才能将车辆开 出。 2 6 定时对矿井轨道运输管理制度和设备、 设施状况进行全面检查。对严重危及安全 的运 输设备，要立即停止使用。所有运用 的运输设 备要保持完好状态 。 2 7 煤矿企业要尽快制订出直接影响运输 安全的关键设备和零部件的定期检查、更换、 测试制度，并配备必要的测试手段。培养工作 人员对设备的维修保养认识，以及机 电维修人 员对设备的结构、性能、 原理、 维护的基础知识、 常见设备故障、诊断方法、设备事故处理措施 的熟悉 了解 。煤矿企业要采取严格 的维修保养 制度， 及时更换、 修理己损坏或磨损严重的配件， 做好各种备件 的存储工作，从而降低 了开机 率 及使用率，充分发挥每一台设备的机械效能。 3 煤矿井下轨道运输发展方向 为切实加强轨道运输基础工作 ，提高运输 装备和管理水平，保障矿井运输安全、优质、 高效运转，需要不断引进国外先进机械化运输 设备，借鉴 国外先进技术经验，综合我国 自然 环境条件，因地制宜，实事求是 积极改善轨 道运输系统的现状。 3 1 加强与国外的先进轨道运输技术的交 流与合作，把其引进 国内加快研制 ，加大技术 创新，有计划地解决轨道运输的安全 问题 。 3 2 发展运输设备形式多样化转换，及系 统化和标准化有效结合， 我国媒矿井多， 分布广， 处于的地理环境千差万别，采用不 同的轨道运 输行式和轨道运输设备有利于避免安全事故发 生、财产损失以及提高经济效益。 3 3 从局部开始扩大到整个矿井，从煤矿 的现有轨道运输系统逐步改善，采用先进的轨 道运输方式，采用高档机械化作业线，即打眼、 装岩、转载、运输等主要环节实现机械化配套， 使工人从繁重 的体力劳动中彻底解放 出来，实 现高速高效运转。 管壳式换热器的优化设计 1 3 6 0 0 1 吉林省四平地质工程勘察院 一 张海燕 摘要 ： 3 4 加长轨道运输距离，减少转运搬卸， 转载的程序及时间，提高工作效率以及重型机 械运作可靠性与安全性，避免生产秩序带来的 不 良影响。 3 5 提供机械化技术支持及服务专业化， 组建机械运输设备专业化 队伍，为矿井生产和 建设提供技术支持和专业化服务。 3 6 促进矿井生产管理制度完善与健全、 加强科学的管理制度和保障力度，工作分配明 确、责任划分清楚，鼓励工作人员相互协调合 作。充分调动职工工作积极性为了充分调动工 人积极性， 严格按照按劳取酬的工资奖励制度， 实行科学合理的计分模式及验收标准。 4 结语 目前我国采用的煤矿井下运输方式安全问 题还是难 以避免，这一点足以引起重视，选择 合理的矿井轨道运输方式，提高轨道运输的机 械化设备水平及技术，促进矿井采掘及运输安 全，高效，健康长远可持续发展。 参考文献： 1 陈雷苏吉佩 煤矿井下辅助运输 的 现状分析与发展方 向 J 淮北职业技术学院 2 0 0 9 2 王启峰 煤矿井下轨道斜巷运输安全 闭锁系统研究 D 山东科技大学 2 0 0 8 3 杨健康 浅谈煤矿井下无轨运输现状与 发展趋势 J 2 0 0 9 本研究从最佳经济效益的角度出发 ， 首先考虑了管壳式换热器的现状 ， 然后依据这些现状 ， 提出了可行性的优化设计流程 ， 最后结合具体 应用实例 ， 分析设计与优化结果。 管壳式换热器仍然是 目前各行业最受亲睐 的一种换热器，特别是在高温、高压和大型换 热设备 中其 占有绝对的优势，原因是，该类换 热器具有操作简单、可塑性强、结构牢固、应 用范围广、材料 的选择空间大等优势。在换热 器的设计优化过程 中需要首先确定 目标函数， 本研究的目标函数是 以操作费用最小为约束条 件的。概括地 说，本研 究主要遵循一般 的优化 设计原理和方法 ，探讨冷热流体的热容量和它 们的进 口温度确定时，管壳式换热器的优化设 计问题 ，并结合具体的应用实例，分析 了管壳 式换热器优化设计的结果。 1 优化设计的依据 L1 目标函数的确定 常用的管壳式冷却器都是 以水为冷却介质 的，当进 口水温保持恒定时，从传热学的基本 I O6 M a c h in e C h in a 中国机械 原理 的角度来看，换热器的传热面积和投资费 用受传热温差 的影响较为显著，而传热温差又 与冷却水的出口费用密切相关。即在一定的程 度上，换热器 的投资费用与冷却水 出口温度成 正比，后者越低，前者 也就越少，因为后者的 降低会 引起所需的传热面积减小；然而，值得 一 提 的是：温度的降低也将在一定程度上增加 操作 费用，因为冷却水的用量与温度负相关， 因此，只有 当冷却水的出口温度处于最优时， 经济效益才有可能最高，即设备费用与操作费 用之和最低。假定换热器 的年固定费用可用如 下公式来表示： =K ， C 上 式中，F A的单位 是元，表示 的是换 热 器的年 固定 费用；K F等于 1 y ，表示 的是换热 器的年折 旧率；c A的单位 是元 m 2 ，表示的是 换热器单位传热面积 的投 资费用；A的单位是 m 2 ，表示的是换热器的传热面积 。 与此 同时，换热器的年操作费用可用如下 公式来表示： = c 上式 中，F B的单位是元，表示 的是换热器 的年操作费用；c u的单位是元 吨，表示 的是 单位质量冷却水费用；w u的单位是 k g h ，表示 的是换热器冷却水用量；H y的单位是小时 ( h )， 表示的是换热器每年运行时间。而 目标函数则 是表示换热器年总费用的函数，其可以用如下 公式 来表 示：， + q c 蔷 1 2 管壳式换热器现状及优化分析 概括地说，采用换热器回收利用热能或进 行工艺过程的加热 ( 冷却 )时，换热器的换热 量和年运行时间直接决定其年经济收益。两者 之间的关系可表示为：P= 3 6 0 o 伽 而换热器的年总费用 日 = 蝎 瑚 x l O “ 3 + V j 所以每年净收益 ( 采用换热器后)可用如 下公式来表示：Z =PF 就一些常用的弓形挡板管壳式换热器来说 ， 其 ( P i V i ) 、( P O V O )的计算过程如下所示： = ( 6 P L + 6 户r ) ， 其中， P L =暑 L l i 2 J P， ；争 l 2 一 般而言，上式中 l L 、 l r 可作出如下定 义 ： l L ：i d i ， l r = l e d i = ( i d i ) ( 1 e 1 ) ， 由此可以得出：P L + p r = ( i d i ) ( 1 + l e 1 )P i u i 2 2 。当流体处于完全湍流时，相对于 一 般的换热器而言， ； r唯一确定，为 1 5 ，且 = 0 1 ( e d i ) 0 2 3 ， 即有：0 1 ( e d i ) 0 2 3 ( i d i ) ( 1 e 1 ) = 1 5 。同时换热器常用的换热管 的型 号为 中2 5 m m X 2 5 m m ， 对于该型号的换热管而言， e的值等于 0 2 1 0 3 m ，由此可以计算出 等 于 0 0 3 4 7 。通常情况下，换热器换热管的最大 长度为 6 m ，最小长度为 3 m ，因此，l e 1 的值处 于 0 1 4 0 2 9之 间，该值 的物理意义为：在 流体通过管子造成的阻力损失中，其通过换热 器两端管箱造成的阻力损失所 占据的百分含量 。 =( 5 8 ) ( | ， d i ) I l i N p 若取 l e 1 0 2 5 ，那么有： Vi =( 4 ) 西 l m N J f P 又因为 由此可以得出： Pi V i =( 3 2 ) A d ) l i 同时，通过计算又可以得出： A P I ， - t( 1 2 r I I A， ( 1 一日 f 1 ) F 。 通过进一步计算可以确定， Z =3 c o o ( I J G口 一F，而 = c + 1 ( 5 n 4 ， + ( I ， ) M ， ( i - 氐| n p C s Hx l O - I I =0 1 【 e ， 五一 I 7 2 ( d ， ) 且Qt - 栅，岫 若 K取某一具体数值， B 么 霉 r- ， 由此可计算出 ： Z：3 6 O O ( 1 一 J 1 D E - A 扎一层 j v 一 因为 E 的值仅取决于流速、流体的物性参 数以及换热器的结构参数，而N只与 e相关， 所以， 当E 一定时， 可认为z 的值仅仅取决于 e， 即当 e最佳时，换热器的经济效益最优。因此， 本研究重点讨论冷热流体 的热容量和它们的进 口温度确定时，管壳式换热器的优化设计问题 2 设计流程分析 管壳式换热器设计过程十分复杂，在设计 的过程 中既要考虑多个因素之 间的关系，又要 考虑多个参数之间的相互影响机制。管壳式换 热器能将管程内的湿空气加热到指定温度是通 过其在热交换过程 中壳程流体放热来实现 的。 在设计 的过程中，壳程流体传热膜系数 以及壳 程压降对换热器 的影响也可 以不纳入考虑 的范 畴，然而具体情况需要依据实际的工况环境 以 及优化过程的分析而定。 3 应用实例分析 本研究在对换 热器结构参数进行设计时， 主要 以管程湿 空气 经壳程水 加热为例加 以说 Ac a d e m i c 学术 明。若进出口对数平均温差为 3 1 7 K ，热负荷为 8 6 3 W ，湿空气体积流量为 6 6 7 L s ：且设计的最 大压 降低 于 5 ( 1 5 P a ) ，最小压强保持在 3 0 0 P a 左右。那么，当结构设计参数 ( d i )保持恒定 时，通过热力计算与结构计算得出的各项参数 值随 p i 的变化情况如表 1 所示。从表 l 可 以 看出：当 d i = O 0 2 m时，换热器的体积 以及每程 管数将随着压损 的增大而减小，而压损 的换热 率将 随着压损的增大而降低，但从换热器的强 度与制造工艺的方便性的角度来看，取得这种 效果是较为理想的。当V s = 0 0 7 4 1 m 3( 最小 )时， Pi值 = 1 5 P a 。 表 l d i 恒定对，结构参数和计算数据随 p i 的 变化 4 结 语 本研究主要遵循一般的优化设计原理和方 法，探讨冷热流体的热容量和它们的进 口温度 确定时，管壳式换热器的优化设计问题 ，并结 合具体的应用实例，分析 了管壳式换热器优化 设计的结果。 参考文献 ： 1 邓爱民，陈循，张春华，等 基于性能 退化数据的可靠性评估 J 宇航学报，2 0 0 6 ， 2 7 ( 3 ) ： 5 4 5 5 2 陶庄，金水高 时间序列分析简明攻 略 J 中国卫生统计，2 0 0 3 ，2 0 ( 3 ) ：1 5 机械制图与 A u t o C AD课程教学 融合策略探究 2 1 3 0 0 2 常州工学院 一 谢阳 摘要 ： 机械制图与 A u t o C A D课程教学的融合有助于提高学生识图、读图、绘图以及空间思维想象能力 ， 增强机械图样的立体感。本文中 ， 对 机械制图与 A u t o C A D课程教学融合的具体策略进行了简要的分析 ， 首先介绍了机械制图与 A u t o C A D课程教学的现状 然后重点从以 实训教学模块为载体促进机械制图与 A u t o C A D的融合、深化课程改革、注重培养学生的创新能力、运用立体化豹教学模式以及 穿插融合” 教学等五个方面阐述了 机械制图与 A u t o C AD课程教学融合的策略 ， 以期对提高机械绘图教学质量、教学效果有所借鉴。 机械制图教学与 A u t o C A D课程教学的融合 有助于实现理论教学与实践教学的结合，让学 生更加直观、清晰的理解、掌握机械制图知识。 传统的教学模式，将机械制图教学与计算机辅 助设计教学 内容分开，不利于学生思维想象能 力的发挥 ，教学效果不够理想。本文中，探索 机械制图与 A u t o C A D课程教学的融合，对于提 高学生的机械绘图技能具有一定的参考意义 l J 机械制图与 A u t o C A D课程教学现状分析 机械 制图是高等教 育院校机械类专业一门 重要的基础性学科，通过学习这 门学科知识， 广大的学生能够具备基本的绘制机械零配件 图、 装配图的能力。A u t o C A D是计算机 辅助 设计的 简称，是一种绘 图设计软件，在机械制图、建 筑设计等领域得 到了广泛的应用。从机械制图 方面的应用来看，A u t o C A D能够提高机械零件的 设计精度，在绘制机械平面图形、装配 图以及 零部件 图方面具有 明显的优势 ，大幅提升 了机 械制图的绘图质量与绘 图效率。传统的教学模 式下，机械制图课程 教学与 k