Главная страница
Навигация по странице:

  • 3.3. Конденсатор водяной горизонтальный кожухотрубный

  • 3.4. Испаритель горизонтальный кожухотрубный затопленного типа

  • Диплом до 1.06 2. Тепловой и конструктивный расчеты поршневого холодильного компрессора Классификация компрессоров


    Скачать 3 Mb.
    НазваниеТепловой и конструктивный расчеты поршневого холодильного компрессора Классификация компрессоров
    Дата06.06.2022
    Размер3 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаДиплом до 1.06 2.docx
    ТипГлава
    #572002
    страница4 из 5
    1   2   3   4   5

    3.2. Расчет подшипника на грузоподъемность, шатуна, поршневого пальца, гильзы цилиндра

    На шатунные подшипники и шатунную шейку вала действуют переменные по величине и направлению в зависимости от угла поворота силы Рt и Рr`. Для определения характера нагружения подшипника, интенсивности неравномерного по окружности изнашивания шатунной шейки и выбора места подвода смазки строится полярная диаграмма сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала (рисунок 3.2).

    Результирующая сила, действующая на шатунный подшипник:



    .

    Значения результирующей силы приведены в таблице 3.3.

    Среднее давление на шатунную шейку:

    qср = Rср/ (dш·lв) = 1768,7/(0,06·0,025) = 1,18·106 Па,

    где dш = 0,06 – диаметр шейки, м;

    Rср = 1768,7 – среднее значение нагрузки определяем по развернутой полярной диаграмме, Н;

    lв = 0,025 – рабочая длина вкладыша, м.

    Таблица 3.3 – Результаты расчета результирующей силы, действующей на шатунный подшипник

    α, °

    Pt, Н

    P'r

    R

    0

    0

    7428

    7428

    15

    –1210,92

    3694,91

    3888,3

    30

    –781,71

    911,33

    1200,7

    45

    –209,13

    –76,29

    222,6

    60

    148,34

    –310

    343,7

    75

    26,03

    –250,03

    251,4

    90

    –77

    –257,89

    269,1

    105

    –154,48

    –311,82

    348

    120

    –190,77

    –390,57

    434,7

    135

    –182,75

    –470,13

    504,4

    150

    –140,55

    –535,36

    553,5

    165

    –75,64

    –576,65

    581,6

    180

    0

    –591

    591

     

    0

    –628

    628

    195

    84,82

    –616,64

    622,4

    210

    166,03

    –586,62

    609,7

    225

    246,43

    –547,87

    600,7

    240

    334,86

    –499

    600,9

    255

    464,37

    –441,94

    641

    270

    689

    –344,42

    770,3

    285

    1137,42

    –102,74

    1142

    300

    1952,47

    583,23

    2037,7

    315

    3131,58

    2317,87

    3896,1

    330

    4187,84

    5958,45

    7282,9

    345

    2493,84

    7871,17

    8256,8



    Максимальное давление на шатунную шейку:

    qmax = Rmax/(dш·lв) = 8264/(0,06·0,025) = 5,5·106 Па,

    где Rmax = 8264 – максимальное значение нагрузки определяется по полярной диаграмме, Н;

    Для шатунных шеек вала допустимые значения:

    [qmax] = 6÷10 МПа;

    [qср] = 4÷6 МПа.

    С помощью полярной диаграммы сил, действующих на шатунную шейку, строится условная диаграмма изнашивания (рис. 3.2), считая, что износ пропорционален нагрузке и распространяется равномерно на дуге 120 ± 7,5˚ (по 60˚ в каждую сторону от точки приложения вектора равнодействующей силы к шейке вала).

    Результаты расчета суммарной нагрузки на шатунную шейку приведены в таблице 3.3.



    Рис. 3.2 – Условная диаграмма изнашивания



    Рис. 3.3 – Полярная диаграмма

    Расчет подшипника заключается в определении требуемой динамической грузоподъемности подшипника исходя из требуемой долговечности при эквивалентной динамической нагрузки:

    Р = (ХVFr + YFa)∙κд∙κт,

    где Х = 1 – коэффициент радиальной нагрузки;

    V = 1 – коэффициент вращения;

    Fr = 1200 – радиальная нагрузка, Н;

    Y = 1,78 – коэффициент осевой нагрузки;

    Fa – осевая нагрузка:

    Fa = π∙dпр2∙(рорр)/4 = 3,14∙0,0352∙(0,2 – 0,1)/4 = 96 Н,

    где dпр = 0,035 – диаметра приводного конца вала, м;

    ро = 0,2 – давление кипения, МПа;

    рр = 0,1 – наружное давление, МПа;

    κд = 2,5 – коэффициент безопасности, учитывающий влияние динамических условий работы;

    κт = 1 – температурный коэффициент.

    Р =(1∙1∙1200 + 1,78∙96)∙2,5∙1 = 1374 Н.

    Рис. 3.4 – Развернутая полярная диаграмма

    Требуемая грузоподъемность подшипника:

    с = [Lh∙60∙n/(a23∙106)]1/pP = [40000∙60∙24.(0.4∙106)]1/0,3∙1374= 20667 H,

    где n = 24 с-1 – частота вращения;

    a23 = 0,4 – коэффициент ,характеризующий совместное влияние качества металла и условий эксплуатации подшипника;

    р = 0,3 – показатель степени.

    Выбираем подшипник № 1210 ГОСТ 28428-90.

    Прочность стержня шатуна проверяется по среднему и минимальному сечениям.

    Напряжение растяжения в среднем сечении:

    σр = Pш/fср = 161,29/(5,84·10-4) = 0,28·106 Па,

    где Pш = 161,29 – наибольшая растягивающая сила, действующая на шатун, Н;

    fср = 5,84·10-4 – площадь среднего сечения, м2.

    Суммарные напряжения от сжатия и продольного изгиба в среднем сечении:

    В плоскости сечения шатуна:

    σсx = Pшс∙(1/fср + 0,000526∙l/Ix) =

    = 8507,87·(1/(584·10-4) + 0,000526·0,174/(0,02·10-6)) = 53,5·106 Па.

    где Рш.с. = 8507,87 – наибольшая сжимающая сила, действующая на шатун, Н;

    Ix – момент инерции среднего сечения шатуна относительно оси х-х:

    Ix = 2∙{b1h23/12 + b1h2 [(h1h2)/2]2} + b2∙(h1– 2∙h2)3/12 =

    = 2·{0,023·0,00743/12 + 0,023·0,0074·[(0,03 – 0,0074)/2]2} +

    + 0,014·(0,03 – 2·0,0074)3/12 = 0,02·10-6 м4,

    где b1 = 0,023 м;

    h2 = 0,0074 м;

    h1 = 0,03 м;

    b2 = 0,014 м.



    Рис. 3.5 – Схема и основные размеры шатуна.

    В перпендикулярной плоскости:

    σсy = Pшс∙(1/fср + 0,000132∙l1/Iy) =

    = 8507,87·(1/(5,84·10-4) + 0,000132·0,13/(0,0027·10-6)) = 69·106 Па,

    где l1длина стержня шатуна, м;

    l1= l – (D + d)/2 = 0,174– (0,06 + 0,03)/2 = 0,13 м,

    где D = 0,06 м;

    d = 0,03 м;

    Iy – момент инерции среднего сечения шатуна относительно оси y-y;

    Iy = [2∙h2b13 + (h1 – 2∙h2)∙b23]/12 =

    = [2·0,0074·0,0233 + (0,03 – 2·0,0074)·0,0143]/12 = 0,0027·10-6 м4.

    Напряжение сжатия в минимальном сечении:

    σс = Рш.с./fmin = 8507,87/(4,97·10-4) = 17,1·106 Па,

    где fmin = 4,97·10-4 – площадь минимального сечения, м2;

    Допускаемые напряжения для шатунов из углеродистой стали 100 МПа.

    Запас прочности стержня шатуна на выносливость:

    n = (σ-1)p/(kσ∙σaσ + ψσ∙σm),

    где (σ-1)p ≈ 0,31σв – предел выносливости материала при симметричном цикле растяжение-сжатие, Па;

    σв – временное сопротивление материала шатуна, Па;

    kσ – коэффициент концентрации напряжений (kσ =1 при обработанных поверхностях, kσ = 1,3÷1,35 при необработанных поверхностях);

    εσ = 0,81 – коэффициент влияния абсолютных размеров сечения, определенный по наибольшему размеру рассчитываемого сечения;

    ψσ = 0,05÷0,2 – коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла

    Для плоскости х-х:

    σах = (σр – σсх)/2 = (0,28 + 53,5)·106/2 = 26,89·106 Па.

    σmx = (σрсх)/2 = (0,28 – 53,5)·106/2 = –26,61·106 Па.

    Для плоскости y-y:

    σау = (σр– σсу) / 2 = (0,28 + 69)·106/2 = 34,64·106 Па.

    σmу = (σр + σсу) / 2 = (0,28–69)·106/2 = –34,36·106 Па.

    Запас прочности:

    nx = 190·106/(1,3·26,89·106/0,8 – 0,2·26,61·106) = 4.

    nу = 190·106/(1,3·34,64·106/0,8 – 0,2·34,36·106) = 3,4.

    Допускаемый запас прочности: 2÷4.

    На поршневую головку действуют переменная по величине и направлению сила Pш и постоянное давление со стороны втулки. Когда шатун растянут, нагрузка на головку почти равномерно распространяется по верхней половине, а когда шатун сжат, то по нижней половине примерно по косинусоидальному закону. В том и другом случаях опасное сечение находится в месте перехода стержня в головку.

    Напряжение в этом сечении от действия силы Pш:

    σ = Nа/S + Mа/W,

    где Nα – нормальная сила, Н;

    Mα – изгибающий момент, Н·м;

    W – момент сопротивления сечения, м3;

    При растяжении:

    Nа/Pш.р = 0,382;

    Mа/ Pш.р∙ρ = 0,081;

    Pш.р. = 161,19 Н;

    ρ = (D1 + d)/4 = (0,048 + 0,03)/4 = 0,02 м;

    Na = 0,382·161,19 = 61,6 Н.

    Mа = 0,081·161,19·0,02 = 0,26 Н·м.

    S = bh,

    где b = 0,025м;

    h = (Db)/2 = (0,048 – 0,025)/2 = 0,01 м;

    S = 0,025·0,01 = 2,5·10-4 м2;

    W = bh2/6 = 0,025·0,012 / 6 = 0,4·10-6 м2;

    σр = 61,6/(2,5·10-4) + 0,26/(0,4·10-6) = 1,9·106.

    При сжатии:

    σс = 340,3/S + Mа/W = 340,3/(2,5·10-4) + 5,1/(0,4·10-6) = 14,1·106 Па,

    где Nа/Pш.р = 0,4;

    Mа/ Pш.р∙ρ = 0,03;

    где Рш.с. = 8507,87 Н;

    Na = 0,04·8507,87 = 340,3 Н;

    Mа = 0,03·8507,87·0,02 = 5,1 Н·м.

    Напряжение от давления со стороны втулки:

    σ = p·d = 24·106·0,03/(2·0,01) = 36·106 Па,

    где p – давление между головкой и втулкой;



    где Δmax = 3,5∙10–5 – максимальный натяг между втулкой и головкой, м,

    Δt = (αвт – αг)∙dt = (1,7 – 1,1)·10-5·0,03·100 = 1,8·10-5м – разница теплового расширения втулки и головки,

    где αвт, αг – коэффициенты теплового расширения втулки (бронза) и головки (сталь),

    t ≈ 100°C – температура нагрева сопряжения,

    E1, E2 – модули упругости материала втулки и головки,

    Μ = 0,3 – коэффициент Пуассона.

    Головка нагружена ассиметричным циклом напряжений с амплитудой средним напряжением:

    σа = (σр – σс)/2 = (1,9 + 14)·106/2 = 7,95·106 Па.

    σm = (σр + σс)/2 + σ = (1,9–14)·106/2 + 36·106 = 29,95·106 Па.

    Запас прочности головки на выносливость:

    n = 190·106/(1,3·7,95·106/0,81 – 0,2·29,95·106) = 6,7.

    На кривошипную головку шатуна действует сила:

    Рр = Pш.р. + I'ш.вр. =161,19 + 316,4 = 478 Н,

    где Pш.р = 161,19 – наибольшая растягивающая шатун сила при работе компрессора на холостом ходу, Н;

    I'ш.вр. = 316,4 – сила инерции вращающейся части шатуна, расположенной до разъема кривошипной головки (без учета массы крышки кривошипной головки шатуна), Н.

    Условно считается, что крышка жестко связана с телом шатуна. Опасным считается сечение IVIV (рисунок 3.5).

    Напряжение от силы Рр в этом сечении:

    y = No/S + Mo/W ,

    где No/Рр = 0,39;

    Moр·c = 0,056;

    Nо – нормальная сила;

    Nо = 0,39·161,19 = 62,9 Н;

    Ma – нормальная сила;

    Ma = 0,056·478·0,085/2 = 1,13 Н·м.

    S = b·h,

    где b = 0,008 м,

    h = 0,025 м,

    S = 0,008·0,025 = 2·10-4 м2,

    W – момент сопротивления сечения:

    W = b·h2/6 = 0,008·0,0252/6 = 0,8·10-6 м2.

    y = 62,9/(2·10-4) + 1,13/0,8·10-6 = 1,7·106 Па.

    Допускаемые напряжения в крышке из стали 40

    [σ] = 200 МПа.

    Днище тронкового поршня рассчитывается как круглая пластина, заделанная по контуру (рис.11.).

    Наибольшие напряжения в днище (в месте заделки):

    σr = − 0,75·Δр·r22/h2= − 0,75·1,93·106·0,01352/0,0082 = −4,1·106 Па,

    где Δр = 1,93·106наибольшая разность давлений, воспринимаемых днищем, Па;

    r2 = 0,0135 – радиус контура заделки, м;

    h = 0,008 – толщина днища, м;

    σt = μ·σr = 0,26·(− 4,1·106) = −1,1·106 Па,

    где μ = 0,26 − коэффициент Пуассона для материала поршня.

    σz = −pн = −0,9·106 Па,

    где pн= 0,9·106 – максимальное давление нагнетания для R134а, при

    Тк = 308К, Па.

    Эквивалентное напряжение в алюминиевом поршне по энергетической теории прочности:

    σ = (0,5·[(σr – σt)2+(σt – σz)2 + (σz – σr)2])1/2 =

    = (0,5·[(–4,1 + 1,1)2 + (–1,1 + 0,9)2 + (–0,9 + 4,1)2])1/2 = 3,1·106Па.

    Допускается для днища алюминиевых поршней

    [σ*] = 30 МПа.

    Давление на боковую стенку поршня:

    q = pн/(D·H) = 638/(0,078·0,084) = 0,097·106 Па,

    где рн = Рmax·tgβ = 8507,87·0,075 = 638 Н.

    D = 0,078 – диаметр поршня, м;

    H = 0,084 – высота поршня без высоты поршневых и маслосъемных колец м;

    Давление на боковую стенку не должно превышать

    q = 0,15·106÷0,35·106 МПа.



    Рис. 3.6 – Поршень компрессора

    Наибольшее давление на поршневой палец в подшипнике:

    qmax = Pш/(d·a) = 8507,87/(0,035·0,033) = 7,4·106 Па,

    где Рш = Рш.с .= 8507,87 – наибольшая по абсолютному значению сила, действующая на шатун, Н;

    d = 0,035 – наружный диаметр пальца (рис. 3.7), м;

    а = 0,033 – длина подшипника (рис. 3.7), м;

    Давление на поршневой палец в подшипнике не должно превышать

    qmax = 15 ÷ 20 МПа.

    Наибольшее давление в месте соединения пальца с поршнем:

    q'max = Pш/(2·d·b) = 8507,87/(2·0,035·0,007) =17,4·106 Па,

    где b = 0,007 – длина поверхности пальца в месте посадки, м.



    Рис. 3.7 – Расчетная схема поршневого пальца

    Для алюминия давление в месте соединения пальца с поршнем не должно превышать

    q'max = 25 ÷ 35 МПа.

    Напряжение от изгиба:

    σи = Pш·(l + 2·c − 1,5·а)/[1,2·(1 − α4d3] =

    = 8507,87·(0,053 + 2·0,039 − 1,5·0,033)/[1,2·(1 − 0,574)·0,0353] = 103·106 Па,

    где l= 0,053 – длина пальца (рис. 3.7), м;

    с = 0,039 м – расстояние между местами посадки пальца в поршне;

    α = 0,57− отношение внутреннего диаметра пальца к наружному.

    Для углеродистых сталей напряжение от изгиба не должно превышать

    и] = 120 МПа.

    Напряжение на срез в сечении между бобышкой поршня и головкой шатуна:

    τ = 0,85·Рш·(1 + α + α2)/[d2·(1 − α4)] =

    =0,85·8507,87·(1 + 0,57 + 0,572)/[0,0352·(1 − 0,574)] = 12,5·106 Па.

    Напряжение на срез в сечении между бобышкой поршня и головкой шатуна не должно превышать

    τ = 100 МПа.

    Гильзу цилиндра рассчитывают на пробное гидравлическое давление

    p= 3,5 МПа.

    Нормальные напряжения в стенке гильзы:

    σt = p·(r12 + r22)/(r22r12) =

    = 3,5·106·(0,0352 + 0,042) / (0,042 − 0,0352) = 26,4·106 Па,

    где r1 = 0,035 – радиус внутренней окружности сечения гильзы, м;

    r2 = 0,04 – радиус наружной окружности сечения гильзы, м.

    σr = − p = −3,5·106 Па.

    Эквивалентное напряжение:

    σэкв= σt – υ·σr = (26,4 + 0,3·3,5)·106 = 27,5·106 Па,

    где υ = 0,3 − отношение предела прочности на растяжение к пределу прочности на сжатие для чугуна.

    Значение эквивалентных напряжений для чугуна не должны превышать

    экв] = 20÷35 МПа.
    3.3. Конденсатор водяной горизонтальный кожухотрубный

    Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор:

    tw1 = tк – Δtк= 35 – 8 = 27°C,

    где Δtк = 8°C – конечная разность температур в процессе теплообмена.

    Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора:

    tw2 = tw1 + Δtw= 27 + 5 = 32°C,

    где Δtw = 5°C – разность температур входящей и выходящей из конденсатора воды.

    Тепловой поток конденсатора:

    Qк = Ga∙(i2i3) = 0,124·(457 – 249) = 25,79 кВт.

    Средняя логарифмическая разность температур в аппарате:



    Массовый расход воды через конденсатор:

    Gw = Qк/(cw∙Δtw) = 25,79/(4,174∙5) = 1,24 кг/с,

    где сw = 4,174 – теплоемкость воды при twср, кДж/(кг·К).

    Средняя температура воды в конденсаторе:



    В качестве поверхности теплопередачи – шахматный пучок из медных труб со стандартным наружным оребрением.

    Параметры трубы фреонового конденсатора:

    Внутренний диаметр dвн, м…………………..……………….

    0,0115

    Диаметр окружности выступов dн, м…………………………

    0,0165

    Диаметр окружности впадин dо, м …………………………..

    0,0133

    Шаг ребер, м …………………………………………………

    0,00127

    Угол при вершине ребра  …………………………………..

    20

    Площадь наружной поверхности 1 м длины трубы Fн, м2

    0,14

    Площадь внутренней поверхности 1 м длины трубы Fвн, м2

    0,03

    Коэффициент оребрения ………………………………….

    4

    Скорость воды в аппарате принимается w = 1,1 м/с;

    Число труб в одном ходе:

    n1 = 4∙Gw/(π∙ρwdвн2∙ωw) = 4∙1,24/(3,14∙995,8∙0,01152∙1,1) = 11,

    где ρw= 995,8 – плотность воды при twср. = 29,5°C, кг/м3.

    Значение числа труб в одном ходе округляется до ближайшего целого числа, тогда n1 = 11.

    Уточняется скорость воды в аппарате:

    ωw = 4∙Gw/(π∙ρwdвн2n1) = 4∙1,24/(3,14∙995,8∙0,01152∙11) = 1,1 м/с.

    Число Рейнольдса:

    Re = (ωwdвн)/νw = (1,1∙0,0115)/0,815106 = 15521,

    где w = 0,815106 – кинематическая вязкость воды при twср =29,5С, м3/с;

    Число Нуссельта:

    Nu = 0,021·Re0,8·Pr0,43·пер = 0,021155210,8 5,53,431 = 98,7,

    где Pr = 5,53 – число Прандтля при twср =29,5С;

    пер – коэффициент для переходного режима (т.к. Re = 15380 > 10000 – турбулентный режим течения и пер = 1.

    Nu.

    Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

    αw = Nu∙λw/dвн = 98,7∙0,607/0,0115 = 5173 Вт/(м2К),

    где w = 0,607  теплопроводность воды при tw ср = 29,5С, Вт/(мК).

    Плотность теплового потока со стороны воды:



    где = 2,6103  суммарное термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений для R134а, (м2К)/Вт.

    Для дальнейших расчетов необходимо найти плотность теплового потока qвн. Точное значение qвн на данном этапе расчета установить невозможно, поэтому вычисляется ориентировочное значение q´, где предполагается, что

    а = 0,3m = 0,35,1 = 1,53С,

    тогда



    Число труб, расположенных по большой диагонали внешнего шестиугольника:

    m= 0,75∙(Qк/q´Sdвнl/d)1/2 =

    = 0,75∙( 25790/7899∙0,02145∙0,0115∙6)1/2 = 9,7,

    где q= 2112,7∙0,7∙5,1 = 7899 Вт/м2;

    S горизонтальный шаг труб;

    S = 1,3∙dн = 1,30,0165 = 0,02145 м.

    Округляется значение числа т до ближайшего нечетного числа т = 11.

    Коэффициент теплоотдачи со стороны холодильного агента:

    αs = 0,72∙((i2i3)∙ρ2∙λ3∙g/μ∙d0)1/4∙(m/2)-0,167∙θ-0,25∙β∙ψр =

    = 0,72∙((457 – 249)∙1169,552∙0,080053∙9,81/1,135∙0,0165)1/4∙×

    ×(11/2)-0,167∙θ -0,25∙4∙1,599 = 18148∙θ-0,25,

    где ρ = 1169,55 – плотность агента R134а при tк = 35°C, кг/см3;

    λ = 0,08005 – теплопроводность агента R134а при tк = 35°C, Вт/(мК);

    μ = 1,135∙10-4 – динамическая вязкость агента R134а при tк = 35°C, Пас;

    р  коэффициент, учитывающий различные условия конденсации на горизонтальных и вертикальных участках поверхности трубы:



    где Fв  площадь поверхности вертикальных участков ребер длиной 1 м:



    Fг – площадь поверхности горизонтальных участков трубы длиной 1 м:

    Fг = FнFв = 0,14 – 0,119 = 0,021 м2;

    hр – приведенная высота ребер:



    Плотность теплового потока со стороны холодильного агента:

    qа = αа ·θа-0,25·θа = 18148∙θ-0,75.

    Плотность теплового потока со стороны воды:

    qw = (θm–θa)/(1/αw) + ∑(δii) = (5,1–θa)/(1/5173) + 0,26·103 = 2206·(5,1 – θa).

    Система двух уравнений:

    qw = (5,1 – θa)/(1/5173) + 0,26·103 = 2206·(5,1 – θa);

    qа = αа·θа-0,25·θа = 18148∙θ-0,75.

    С помощью графоаналитического метода определяется внутренняя плотность теплового потока в установившемся режиме работы аппарата, при котором выполняется условие:

    qw = qа = qвн.

    Таблица 3.4 – Результаты расчета значений q для ряда значений а

    а, С

    0

    0,2

    0,5

    1,5

    qw, Вт/м3

    10745

    10352

    9718

    7605

    qа, Вт/м3

    0

    5428

    10790

    24598




    Рис. 3.8 – График пересечения qw и qа
    По этим данным на рисунке 3.8 приведены зависимости от а тепловых потоков со стороны воды и хладагента. Точка пересечения кривых определяет значение qвн = 9800 Вт/м2.

    Площадь внутренней поверхности теплопередачи:

    Fвн = Qк /qвн = 25790/9800 = 2,6 м2.

    Площадь наружной поверхности теплопередачи:

    Fн = Fвн = 2,64 = 10,4 м2.

    Общее число труб в аппарате:

    n =0,75∙m2 + 0,25 =0,75∙112 + 0,25 = 91.

    Число ходов в аппарате по воде:

    z = n/ n1 = 91/11 = 8.

    Принимаем z = 8, тогда

    n = n1z= 11∙8 = 88.

    Диаметр трубной решетки:

    D = ms =1∙0,02145 = 0,2 м.

    Длина одной трубы в аппарате:

    l = Fвн/(π∙dвнn) = 2,6/(3,14∙0,0115∙88) = 0,8 м.

    Δр = {0,042∙εш/[(ω∙dвн)0,25∙(tw + 40)0,35]∙(l/dвн) + 1,75}∙(z∙ωw2∙ρw/2) =

    = {0,042∙1/[(1,1∙0,0115)0,25∙(29,5+40)0,35]∙(0,8/0,0115)+1,75}∙(8∙1,12∙995,8/2) =

    = 0,041 МПа,

    где εш – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности труб. Для медных труб εш = 1.

    3.4. Испаритель горизонтальный кожухотрубный затопленного типа

    Испаритель горизонтальный кожухотрубный затопленного типа. Температура рассола на выходе из испарителя:

    ts2 = t0ts = 10 + 3 = 7С,

    где Δt = 3С – конечная разность температур в процессе теплообмена;

    Температура рассола на входе в испаритель:

    ts1 = ts2 + Δts = –7 + 5 = 2С,

    где Δts= 5С – разность температур входящего и выходящего из испарителя рассола;

    Логарифмическая разность температур в испарителе:



    Температура замерзания рассола:

    tзам = t0 10 = 10 10 = 20С.

    Выбирается рассол СаСl2 со следующими свойствами:

    Свойства рассола при средней температуре ts ср ....

    4,5 С

    Массовая концентрация раствора  ……………….

    23,8 %

    Температура замерзания tзам ……………………….

    25,7С

    Плотность рассола s………………………………

    1220 кг/м3

    Удельная теплоемкостьcs ………………………....

    2,912 кДж/(кгК)

    Коэффициент теплопроводности s……………….

    0,5308 Вт/мК

    Коэффициент динамической вязкости s………....

    4,35 103 Пас

    Коэффициент кинематической вязкости s ……....

    3,58106 м2

    Число Прандтля Рrж ………………………………..

    24,07


    В качестве поверхности теплопередачи выбирается шахматный пучок из медных труб со стандартным наружным оребрением. Параметры трубы фреонового испарителя такие же, как и у фреонового конденсатора.

    Скорость рассола в аппарате принимается s = 1,1 м/с.

    Число труб в одном ходе:



    Принимается n1 = 11, тогда действительная скорость рассола:



    Число Рейнольдса:

    Re = (ωwdвн)/νw = (0,99∙0,0115)/3,58106 = 3180,

    где w = 3,58106 – кинематическая вязкость рассола при tsср = –4,5С, м3/с.

    Число Нуссельта:

    Nuж = 0,021Reж0,8Pr0,43пер = 0,0213180 0,824,07,430,57 = 29,8,

    где пер = 0,57 – коэффициент для переходного режима при Reж = 3180.

    Коэффициент теплоотдачи со стороны рассола, отнесенный к внутренней поверхности трубы:



    Плотность теплового потока со стороны рассола:



    где = 0,5103  суммарное термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений для рассола, (м2К)/Вт.

    Плотность теплового потока со стороны рабочего вещества, отнесенная к внутренней поверхности трубы:

    qFа = 580·p00,45·пр1,82·θа1,82β = 5802,451θа1,82·4 = 3169θа1,82,

    где pо = 2 – давление кипения при tо = 10С, бар;

    пр =1 – коэффициент, учитывающий влияние числа рядов труб по высоте пучка.

    Получены уравнения для определения плотности теплового потока:



    С помощью графоаналитического метода определяется внутренняя плотность теплового потока в установившемся режиме работы аппарата, при котором выполняется условие:

    qFs = qFa= qFвн.

    Таблица 3.5 – Результаты расчета значений q для ряда значений а

    а, С

    0

    0,2

    0,5

    1

    1,5

    qFs, Вт/м3

    0

    169

    898

    3169

    8651

    qFa, Вт/м3

    4359

    4188

    3932

    3504

    3076




    Рис. 3.9 – График пересечения qs и qа
    По этим данным приведены зависимости от а тепловых потоков со стороны рассола и хладагента (рисунок 3.9). Точка пересечения кривых определяет значение

    qFвн = 3400 Вт/м2.

    Площадь внутренней теплопередающей поверхности:

    Fвн = Q0/qFвн =20000/3400 = 5,9 м2.

    Площадь наружной поверхности теплопередачи:

    Fн = Fвн = 5,94 = 23,6 м2.

    Принятое размещение труб на трубной решетке – по периметрам правильных шестиугольников.

    Шаг труб:

    S = 1,3∙dн = 1,3∙0,0165= 0,0215 м.

    Число труб, размещаемых по диагонали внешнего шестиугольника:

    m= 0,75∙(Fвн /dвнSκ)1/3= 0,75∙(5,9 /0.0115∙0,0215∙7)1/3 = 13,

    где κ= 5 – 7 – отношение длины труб в аппарате к его диаметру.

    Внутренний диаметр обечайки:

    Dвн = ms = 13∙0,0215 = 0,280 м.

    Длина труб в пучке:

    l = D∙κ = 0,280∙7 = 1,96 м.

    Принимаем l= 2 м.

    Тогда общее количество труб в пучке:

    n = Fвн/π∙dвнl = 5,9 /3,14∙0,0115∙2) = 85.

    Число заходов:

    z = n/n1 = 85/13 = 6.
    1   2   3   4   5


    написать администратору сайта