Рабочая программа и задание на курсовой проект с методическими указаниями для студентов 6 курса

Вид материала

Содержание

1. Цель и задачи дисциплины
2. Содержание дисциплины
3. Виды работ с распределением времени
4. Перечень тем лекционных занятий
7. Информационно - методическое обеспечение дисциплины
Задание на курсовой проект
Методические указания

Подобный материал:

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

________________________________________________________________

Одобрено кафедрой УТВЕРЖДАЮ:

Теплоэнергетика и водоснабжение Декан факультета

на железнодорожном тран- “Транспортные сооружения

спорте и здания”

ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Рабочая программа

и задание на курсовой проект

с методическими указаниями

для студентов 6 курса

специальности 140104. ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Москва

2007

Разработана на основании примерной учебной программы данной дисциплины, составленной в соответствии с государственными требованиями к минимуму содержания и уровню подготовки инженера по специальности 140104 ПТ

Составитель программы: канд. техн. наук, профессор Драбкин Л..М.

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Основной целью изучения дисциплины является овладение знаниями в области математического моделирования и алгоритмизации инженерного проектирования теплоэнергетических систем, что необходимо для дальнейшего обучения и подготовки к профессиональной деятельности по специальности “Промышленная теплоэнергетика”.

Изучив дисциплину, студент должен знать

- структуру проектных служб и организацию процесса проектирования теплоэнергетических систем и теплоиспользующих установок ;

- основные этапы проектирования теплоэнергетических систем и устройств;

- маркетинговые методы в области теплоэнергетики;

- порядок проведения патентных исследований по тематике проектирования

- общие принципы проектирования и конструирования теплообменной аппаратуры ;

- программно- технические средства автоматизации проектирования ;

- принципы построения САПР в теплоэнергетике.

Успешное усвоение материала данного курса базируется на знаниях, полученных студентом при изучении следующих основных теоретических и общетехнических дисциплин:

- высшая математика (математический анализ);

- вычислительная техника;

- инженерная графика;

- термодинамика;

- основы тепло- и массообмена;

- детали машин и механизмов;

2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

2.1. Введение

Роль и место дисциплины “Основы инженерного проектирования” в системе высшего технического образования по специальности 140104. Связь проектирования и конструирования с другими видами творческой деятельности. Психология технического творчества.

РАЗДЕЛ 1

2.1. Организация служб по проектированию теплоэнергетических систем и установок. Законодательство и нормативные документы в области проектирования теплоэнергетических систем и установок [3,4]. Лицензирование проектной деятельности. Арбитраж. Согласование проектной документации.

РАЗДЕЛ 2

2.2 Этапы и методы проектирования теплоэнергетических систем и установок.

2.21.Предпроектные исследования. Методы выбора принципиальных решений при проектировании сложных полииерархических систем в теплоэнергетике. Основные этапы создания теплоэнергетических систем. Требования, предъявляемые к проектам теплоэнергетических систем и установок. Многовариантность проектных решений. Системный подход в проектировании. Роль и место маркетинговых исследований на предпроектной стадии. Роль патентных исследований в принятии принципиальных решений. Оценка конкурентоспособности проектируемого изделия . Использование средств вычислительной техники на стадии предпроектного проектирования и конструирования. Базы данных.[1,3,17] .

2.2.2. Проектное задание.

Содержание проектного задания. Стадийность проектирования. Исходные данные и материалы. Многовариантность возможных технических решений . Вопросы экономики, экологии, энергоэффективности при разработке технического задания.[1,3]

Принципиальные схемы технологического процесса . Основные исходные технологические и энергетические параметры. Схемы управления , контроля и автоматизации теплоэнергетической системы. Компоновочные и архитектурно-строительные чертежи, генеральный план. Чертежи общих видов основных технологических и теплоэнергетических агрегатов, нестандартного оборудования. Решения по энерго-, водо- и топлтвоснабжению. Спецификации на основное технологическое оборудование, средства контроля, автоматизации, защиты и блокировки.

Перечень требований по охране труда, технике безопасности, ГоиЧС (гражданской обороне и по защите от чрезвычайных ситуаций) [3,4].

Сметная документация.

2.2.4. Технико-экономические показатели, охрана окружающей Среды, организация строительства.

Рабочие чертежи: Монтажные схемы трубопроводов. Строительные чертежи. Сборочные чертежи основного оборудования . Монтажные схемы щитов и пультов управления, схемы внешних соединений . Чертежи нестандартного оборудования. Использование типовых проектов, нормалей и серий на стадии рабочего проектирования.[1, 2, 3, 9]

РАЗДЕЛ 3

2.3. Системы автоматизированного проектирования в теплоэнергетике.

2.3.1. Программно-технические средства автоматизации проектирования.

Режимы работы ЭВМ: пакетный и диалоговый режимы. Терминальные устройства ПЭВМ. Структура технических средств САПР. [5, 6, 7, 2]

2.3.2. Методика решения проектных задач с помощью средств вычислительной техники .

Порядок решения проектно-конструкторских задач с помощью средств вычислительной техники. Разбиение задачи проектирования на части. Алгоритмизация решения поставленной задачи. Общий подход к решению оптимизационных задач в теплоэнергетике. Использование ЭВМ на различных стадиях технического проектирования.[2, 6, 7, 17]

2.3.3. Программное обеспечение ПЭВМ.

Программное обеспечение расчетных работ. Программное обеспечение машинной графики. Информационное обеспечение. Системы управления базами данных.[2, 17]

2.3.4. САПР в теплоэнергетике.

Цель создания САПР в промтеплоэнергетике. Состав САПР. Основные принципы построения САПР в теплоэнергетике. Отображение процесса проектирования. Круг задач, решаемых при проектировании с помощью САПР : расчетные задачи, изготовление чертежей, спецификаций, текстовых документов. Программное и информационное обеспечение САПР. Взаимодействие проектировщика и ПЭВМ в САПР. [2, 6, 7, 17]

РАЗДЕЛ 4

2.4. Тепломеханические расчеты теплообменного оборудования

2.4.1. Общие принципы проектирования рекуперативных теплообменных аппаратов с применением средств вычислительной техники. Алгоритмизация расчета процессов теплообмена при крнструировании рекуперативных теплообменников. Оптимизация расчета теплообменного аппарата на ЭВМ. Учет показателей качества теплообменного оборудования его технического уровня, ресурса, надежности. Эргономические и эстетические критерии. Методика определения технического уровня энергетического устройства. Оценка затрат на изготовление и монтаж. [1, 8-14]

2.4.2. Гидравлические и механические расчеты теплообменных аппаратов на ЭВМ. Алгоритмизация гидравлических расчетов теплообменников. Расчет на прочность сосудов, работающих под избыточным давлением. [8, 9, 13, 15] Нормативная база прочностных расчетов теплообменного оборудования. Зависимость прочностных характеристик материалов от температуры [1, 8]. Расчет на прочность корпусов цилиндрических сосудов. Расчет на прочность крышек и днищ. Проектирование трубных решеток рекуперативных теплообменников [1, 9]. Расчет фланцевых соединений [1,8].

3. ВИДЫ РАБОТ С РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ВРЕМЕНИ

Курс VI Семестр I

Всего часов 130

Лекционные занятия - 20 час.

Практические занятия - 16 час.

Курсовой проект VI курс

Самостоятельная работа 34

Зачет -

Экзамен VI курс

4. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

- организация служб по проектированию теплоэнергетических сис-

тем и установок - 4 часа

- этапы и методы проектирования теплоэнергетических систем и ус-

тановок - 4 часа

- автоматизация проектирования теплоэнергетических систем - 4 часа

- тепломеханический расчет теплообменных аппаратов с использованием ЭВМ - 6 часов

Перечень тем, которые студент должен проработать

самостоятельно

1. Выполнение расчетов теплоэнергетических систем и установок с использованием средств вычислительной техники[2,5].

2. Выполнение расчетов в среде Mаthсad. [7] 3. Разработка чертежей в системе Aсad.[6]

4. Составление и отладка прикладных программ расчета теплообменного оборудования и процессов на ПЭВМ.[5]

5. Взаимодействие проектировщика и ПЭВМ в САПР. [2]

5. Перечень тем практических занятий

5.1. Тепломеханический расчет на ПЭВМ вертикального пароводяного подогревателя [14]

6. Перечень курсовых проектов

Курсовой проект: “ Прочностной расчет теплообменного аппарата “

7. ИНФОРМАЦИОННО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Обязательная литература

Драбкин Л.М. Основы и инженерного проектирования. Электронный курс лекций для студентов – энергетиков. М:, РГОТУПС, 2007
Романычева Э.Т. и др. Инженерная и компьютерная графика. Учебник для ВУЗОВ с дистанционным обучением М:, ДМК, 2003, 585 с.3.
Федоренков А.П. и др. Выполнение чертежей в системе АВТОКАД. Изд-во ДИАС, М., 2004, 204 с

Дополнительная литература

1. Бакластов А.М. и др. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. Уч. пособие для ВУЗов. М.: Энергоиздат, 1981 . 336 с.

2. Прохоров А.Ф. Конструктор и ЭВМ. М., Машиностроение, 1987, 265 с.

3. Инструкция о порядке разработки, согласования, утверждении и составе проектной документации на строительство предприятий, зданий и сооружений. СНиП 11-01-95. Минстрой России 1995 г.

4. Положение о едином порядке предпроектной и проектной подготовки строительства. Правительство Москвы, 1995г.

5. Вашкевич Ю.Ф. и др. Справочник по программированию на языке БЭЙСИК для профессиональных ЭВМ. М., Машиностроение. 1992, 269 с

6. Федоренков А.П. и др. Выполнение чертежей в системе АВТОКАД. Изд-во ДИАС, М., 1991, 204 с

7. Очков В.Ф. Маткад7 Рrо для студентов и инженеров. М., “ Компьютер Пресс” , 1998, 379 с.

8. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. Учебник для вузов. М.: Энергия, 1972. с.с. 230-247, 37-42, 46-48.

9. Домашнев А.Д. Конструирование и расчет химических аппаратов. М.: Машгиз, 1961, с.с. 17-54, 149-198, 368-440.

10.Калафати Д.Д., Попалов В.В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена . М.: Энергоиздат, 1986. 156 с.

11. Каневец Г.Е. и др. Комплексная оптимизация теплообменных аппаратов. Киев, 1972. 259 с.

12. Нестеров В.И. Конструирование реакционных и теплообменных устройств. Основы конструирования. Учебное пособие по курсу. М.: МЭИ, 1985.

13. Иванов И.Т. Расчет на прочность элементов теплообменных аппаратов. Методическое пособие. М.: МИИТ, 1969. 56 С.

14. Ершов Ю.Г. Проектирование тепломассообменных установок. Учебное пособие. Иваново, 1986. 83 с.

15. Сборник правил и нормативно-технических документов по котлонадзору. М.: Машиностроение, 1993.

Компьютерные программы

16. Драбкин Л.М. Расчет тепломеханического оборудования на ПЭВМ. Программа расчета. РГОТУПС, 1996 г.

17. Драбкин Л.М. Климат База данных М.,РГОТУПС, 1995

18. Драбкин Л.М. Реки России База данных М., РГОТУПС, 1996

Методические рекомендации по самостоятельной

работе над дисциплиной

Данная дисциплина, особенно в части применения вычислительной техники и САПР при проектировании, является одной из самых динамичных дисциплин инженерного цикла. Наиболее оперативное представление о последних достижениях в этой области студент может получить, например, из журнала “ САПР и графика “. В процессе же изучения данной дисциплины учащийся должен приобрести практические навыки применения ПЭВМ в своей профессиональной деятельности. Для этого необходимо самостоятельно изучить литературу , приведенную в списке основной литературы [1-7] и выполнять курсовой проект, используя [1] или один из литературных источников из списка дополнительной литературы.

Задание на курсовой проект

Спроектировать вертикальный подогреватель сетевой воды при следующих исходный данных :

абсолютное давление греющего пара в паровом

пространстве - 1,4 МПа ;

степень сухости пара - 1,0 ;

абсолютное давление сетевой воды

внутри трубок - 0,3 МПа ;

температура воды на входе - 100 ⁰ С ;

температура воды на выходе - 150 ⁰ С .

Теплопроизводительность подогревателя принять по табл. 1 в соответствии с вариантом.

Таблица 1

Вариант по последней цифре шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Теплопроизводительность, МВт	5,0	7,0	6,0	7,0	8,0	7,0	9,0	10,0	5,0	3,0

Потери теплоты через теплоизоляцию корпуса принять в размере 5% от теплопроизводительности подогревателя.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Курсовой проект посвящен разработке рекуперативного пароводяного вертикального подогревателя, предназначенного для нагрева сетевой воды.

Студент выполняет тепловой расчет аппарата согласно исходным данным, приведенным в табл. 1, используя литературу, указанную в списке, а также методические указания.

Результаты расчета приводятся в пояснительной записке. Если студент не имеет возможности выполнить расчеты на ЭВМ по месту жительства, он выполняет их в институте.

При этом “ручной” расчет аппарата выполняется в первом приближении, что экономит время студента, а его уточнение производится при расчете на ЭВМ. В то же время результаты ручного расчета являются “контрольным примером” для машинного расчета .

Поскольку данный расчет приходится часто выполнять инженер-промтеплоэнергетику, программа может быть записана на дискету и храниться в библиотеке личных программ

Графическая часть проекта включает сборочный чертеж аппарата, выполненный на листе формата А1, рабочие чертежи и спецификации, выполненные на листах формата А4.

Тепломеханический расчет аппарата (при ручном счете) выполняется в такой последовательности :

1. Из уравнения теплового баланса определить массовые расходы теплоносителей : воды в трубках и пара в межтрубном пространстве.

2. Выбрать схему движения теплоносителей.

3. В зависимости от выбранной схемы движения теплоносителей рассчитать средний температурный напор.

4. Задаться скоростью движения воды в трубках. Рекомендуется принимать ее в пределах 0,5 - 3 м/с.

5. Задаться диаметром трубки. Не рекомендуется выбирать внутренний диаметр меньше 12 мм для облегчения очистки от накипи и более 38 - 57 мм во избежание громоздких конструкций. Сортамент труб приведен в справочниках. Толщину стенок трубок принимать 0,5 - 2,5 мм. Задаться длиной трубки в теплообменнике. Для вертикальных пароводяных подогревателей не рекомендуется принимать длину трубки более 6 м.

6. Рассчитать количество трубок в теплообменнике.

7. Рассчитать число Рейнольдса для воды, протекающей внутри трубок.

8. В зависимости от числа Рейнольдса по приведенным или имеющимся в литературе критериальным зависимостям рассчитать коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде .

При 10⁴ < Re_f < 2 ^. 10⁶ ; 0.7 < Pr_f < 700 ; H/d > 50 ;

Nu_df =0,021 Re^0.8_d,f Pr_f^0.43(Pr_f / Pr_w)^0.25 ;

t_f = (t’₂ + t’’₂) / 2 .

При Re_f  2300 режим течения ламинарный . При H/d> 10 :

Nu_f = 0,17 Re_f^0.33 Pr_f^0.43 Gr_f^0.1 (Pr_f / Pr_w)^0.25 .

В переходной области течения [13] при

Pr_f  0.5 ; 2300  Re_f  5000 ; H/d> 30 ;

а) Re_f Pr_f d/H >12 ;

Nu_f  21 ( Pr_f d/H ) ^0.33 (Re_f / 2300 )^lgH/d ;

б) Re_f Pr_f d/H <12 ;

Nu_f 3,66 ( Re_f / 2300 )^{2.3 + lg Pr} .

Физические характеристики следует относить к средней температуре t_ср

t_ср= ( t_f + t_w ) / 2 .

В первом приближении принять

t_w = t_f + t , t = 5  7⁰ C .

9. Рассчитать коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося насыщенного пара к стенке.

Расчет коэффициентов теплоотдачи от насыщенного пара к стенке в вертикальных теплообменниках производится по следующим формулам :

при ламинарном течении пленки

₂ = 1,334 А / ( Н t) ^0.25 Вт / м² К :

при турбулентном

₂ = 1,16 ( 0,16 В + С / Нt) Вт / м² К .

В приведенных формулах : Н- длина трубок , по которым непрерывно стекает конденсат ; t- разность температур между паром ( температура насыщения t_Н ) и стенкой трубы , t= 2  5⁰С ; А, В, С - коэффициенты , выражающие значения комплекса величин , зависящих только от температуры пленки конденсата t_пл  t_Н и определяемых по табл. 2.

Характер течения пленки конденсата определяется по величине t. При t < t_кр - течение ламинарное , при t > t _кр - турбулентное

t_кр = (395 / Н) ^. D, ⁰ С.

Таблица 2 .

t_пл , ⁰С	А	В	С	D
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130	5952 6625 7245 7928 8387 8864 9294 9678 10020 10340 10570 10760 10940 11090	16470 18740 21070 23100 25100 26880 28670 30200 31600 33000 34200 35100 35950 36950	--- --- --- --- --- 5262 8845 11320 12500 13150 13200 13075 12780 12300	0.5578 0.3140 0.1925 0.1273 0.0879 0.0639 0.0478 0.0369 0.0200 0.0234 0.0194 0.0165 0.0142 0.0122

10. Рассчитать коэффициент теплопередачи .

11. Рассчитать поверхность теплообмена .

12. Рассчитать число ходов по воде , которое должно быть целым. В противном случае уточнить длину трубки .

13. Рассчитать температуру стенки со стороны воды и , если она отличается от принятой более чем на 5% , внеси уточнения в выбор параметров потока.

14. Определить размеры трубной решетки . При размещении труб трубной решетки следует руководствоваться имеющимися в литературе рекомендациями ( например , [ 2 стр . 28 ] ). Привести в пояснительной записке эскиз трубной доски.

15. Определить внутренний диаметр корпуса теплообменника .

16. Определить проходное сечение межтрубного пространства.

17. Определить скорость пара в межтрубном пространстве.

18. Определить проходные сечения штуцеров со стороны пара и воды.

19. Выбрать тип крышки.

20. Определить прочностные размеры корпуса и крышек.

21. Для кожухотрубных теплообменников жесткой конструкции или снабженных линзовыми компенсаторами определить средние температуры стенок трубок и кожуха и определить напряжения в трубках и кожухе, учитывая влияние давления среды в теплообменнике.

22. Проверить толщину трубной доски, учитывая ее прочность ,необходимость надежного крепления труб , возможность развальцовки без коробления доски.

23. Проверить прочность закрепления труб , т.е. усилие , приходящееся на 1 см периметра закрепления.

24. Рассчитать фланцы , усиливающие кольца , лапы и тому подобные элементы конструкции. Пользуясь эскизами , окончательно решить все конструктивные вопросы.

25. Вычертить сборочный и рабочие чертежи теплообменника, составить спецификацию.

Приложение.

Номинальные допускаемые напряжения

для некоторых углеродистых и теплостойких легированных сталей ,

кгс / мм²

Расчетная темпера-тура стенки, t⁰ С	Ст. 2	Ст. 3	22 К	10Г2С1	15Х1М1Ф
20 250 275 300	13.0 10.9 10.3 9.8	14.0 12.0 11.4 10.8	17.0 15.0 14.6 14.0	17.7 16.4 16.0 15.3	19.2 18.6 18.2 18.0

Blog

Рабочая программа и задание на курсовой проект с методическими указаниями для студентов 6 курса

Содержание