Где:
– температура насыщения при давлении
Найдем средние температуры теплоносителей. При противотоке считают допустимым определять среднюю температуру теплоносителя с меньшим температурным перепадом как среднеарифметическую, а среднюю температуру другого теплоносителя по формуле
Теплоемкость воды и ее плотность определяется по средней температуре из таблиц:
Определяем тепловую мощность.
– расход нагреваемого теплоносителя, кг/с;
Число трубок в теплообменнике:
Принимаем число трубок уточняем скорость:
Общее число труб в теплообменном аппарате с учетом количества ходов:
2 хода объясняется принципиальной конструкцией аппарата с плавающей головкой.
Расположение трубок в трубной решетке.
Используем разметку трубной решетки по вершинам равностороннего треугольника (ромбический пучок). Этот способ выгоднее двух других (по вершинам прямоугольника или квадрата и по концентрическим окружностям), т.к. при размещении трубок по вершинам прямоугольника количество трубок, размещенных на единице площади трубной доски оказывается минимальным, а провести разметку по концентрическим окружностям гораздо сложнее, чем по вершинам равностороннего треугольника.
Разбивка труб на плоскости трубной решетки производится после выбора шага между центрами трубок , который принимают из условий прочности решетки и полноты ее заполнения в интервале:
При этом расстояние центров периферийных трубок от края решетки , м, должно удовлетворять условию:
Определение внутреннего диаметра корпуса.
Ориентировочно внутренний диаметр корпуса рассчитывается по общему количеству трубок , принятому шагу и способу разбивки. Для многоходового аппарата:
где: - шаг трубной решетки, м;
- число трубок;
- число разгрузочных шпилек;
- наибольшая суммарная длина перегородок в днище аппарата, м.
Ещё больше возрастает диаметр аппаратов с подвижной трубной решеткой.
Таким образом, рассчитываем диаметр трубной решетки плавающей головки и корпуса аппарата.
В первом приближении принимаем и
Практически внутренний диаметр определяется после эскизного вычерчивания трубной решетки в масштабе.
Таким образом, принимаем согласно ГОСТ 10704-91 диаметр трубной решетки и плавающую камеру из стальной трубы диаметром 377 мм и толщиной стенки 5 мм.
Корпус принимаем из стальной трубы диаметром 530 мм и толщиной стенки 6 мм.
Для насыщенного водяного пара скорость в межтрубном пространстве не проверяется.
Определение коэффициента теплопередачи.
Коэффициент теплопередачи , через стенку трубки толщиной при dср/δ≥2 можно считать по формуле для плоской стенки:
- теплопроводность материала, из которого изготовлена трубка, для латуни,
- толщина стенки трубки, м.
- коэффициент теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке,
, находится через критерий Нуссельта:
Критерий Нуссельта определяется по эмпирической формуле:
Коэффициент учитывает отношение длины трубы lк ее диаметру d. Как правило .
Теплофизические параметры пара при 0,8 МПа
Определение коэффициента теплоотдачи от пара к трубкам 1 (пленочная конденсация на горизонтальной трубе):
где
Пересчитаем температуру стенки:
Погрешность в определении температуры стенки:
Коэффициент теплопередачи:
Где – толщина стенки трубки.
Определение площади поверхности нагрева и размеров ее элементов.
Найдем длину трубок при числе ходов z.
z
| 2
| 2
| D
| 0,518
| 0,4
| L
| 2,78
| 2,78
| K
| 5,3
| 6,95
|
Определение диаметров патрубков.
- диаметр патрубка для пара:
Где
Округляем в большую сторону до стандартного значения - диаметр патрубка для нагреваемой воды:
Округляем в большую сторону до стандартного значения
wв – скорость воды в патрубке, принимаем 1,97 м/с.
- диаметр патрубка для конденсата:
wв – скорость конденсата в патрубке, принимаем 1,6 м/с. Округляем в большую сторону до стандартного значения
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
На перемещение рабочей среды через аппарат необходимо затратить определенную мощность. Эта мощность (мощность на валу насоса) определяется по формуле:
где - раcход теплоносителя кг/с;
- гидравлическое сопротивление аппарата, Н/м2;
- плотность теплоносителя, кг/м3;;
- к.п.д. насоса. Гидравлический расчет теплообменного аппарата сводится к определению потерь давления по тракту каждого теплоносителя от входа в аппарат до выхода из него.
Общее падение давления по тракту складывается из потерь давления в элементах аппарата: входных и выходных патрубках, камерах и коллекторах, в трубных пучках и т.п. Для удобства расчета все составляющие полной потери давления условно разделяют на сопротивление трения при проходе жидкости по линейным участкам тракта аппарата и местные сопротивления, обусловленные наличием в теплообменнике локальных препятствий, изменяющих направление, форму и скорость потока жидкости.
В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле:
где - сопротивление трения;
- местные сопротивления.
Расчет линейного сопротивления трения.
Сопротивление линейных участков – это, прежде всего, сопротивление входного, выходного патрубков и сопротивление, обусловленное течением в трубном пучке, для одного теплоносителя и омыванием трубного пучка для другого. Линейная длина патрубков подвода теплоносителя, как правило, несоизмеримо мала по сравнению с длиной трубного пучка, поэтому сопротивлением патрубков пренебрегают. В этом случае падение напора потока теплоносителя может быть посчитано по формуле:
где L полная длина пути жидкости в аппарате, м;
w средняя скорость движения теплоносителя, м/с;
ρ плотность теплоносителя при средней температуре, кг/м2;
эквивалентный диаметр канала, м;
коэффициент сопротивления трения.
Расчет линейного сопротивления трения для воды:
Расчет местных сопротивлений.
Местные сопротивления определяются как арифметическая сумма всех сопротивлений. К последним относятся повороты потока, участки огибания перегородок, изменение сечения для прохода жидкости и др., причем каждое местное сопротивление рассматривается отдельно друг от друга, а затем результаты суммируются:
Учесть все сопротивления очень трудно, поэтому учитываются только наиболее значимые.
Таким образом для трубного пространства:
1. – сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру;
2. - сопротивление поворота потока на 90°;
3. - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка;
4. - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в плавающую камеру;
5. - сопротивление поворота потока на 180°;
6. - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из плавающей камеры;
7. - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в распределительную камеру;
8. - сопротивление поворота потока на 90°;
9. - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в выходной патрубок из распределительной камеры.
Сопротивления поворота потока на 90° и 1800 окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь. Таким образом, сумма местных сопротивлений для рассматриваемого случая составит:
В инженерных расчетах местные сопротивления определяются по формуле:
где - коэффициент местного сопротивления. Расчет - сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру.
Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:
Расчет - Сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубную решетку: Коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока:
Расчет - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в плавающую камеру:
Расчет - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из плавающей камеры:
Расчет - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубки в сборную камеру.
Расчет - сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из сборной камеры в выходной патрубок.
Суммарное местное сопротивление воды:
Полное сопротивление нагреваемого теплоносителя:
Расчет мощности на перемещение теплоносителей через аппарат (мощность на валу насоса).
Примем КПД насосов
Гидравлические испытания аппаратов производятся после выполнения всех сварочных и сборочных работ с целью проверки прочности деталей, и плотности сварных и разъемных соединений. Испытания проводят чистой водой, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат до давления, регламентированного рабочим чертежом. Время выдержки под пробным давлением для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм должно быть равным 10 минут. После снижения давления до рабочего необходимо тщательно осмотреть все швы, прилегающие к ним участки и другие сомнительные места аппарата с целью обнаружения возможной течи и разрывов.
Аппарат считается выдержавшим гидравлическое испытание при условии, что при осмотре не было обнаружено разрывов, течи, а также видимых остаточных деформаций. II
|