Расчет теплообенного аппарата
 Скачать 95.98 Kb.
|
|
М  инистерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ) Институт Уральский энергетический (УралЭНИН)_______________________ Кафедра/департамент Теплоэнергетика и теплотехника (ТиТ)___________ Оценка Руководитель курсового проекта Член комиссии Дата защиты ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовому проекту по теме: Расчет теплообенного аппарата _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ Студент: Галиев Алексей Васильевич ___________________ (ФИО) (подпись) Группа: ЭН-380011 Екатеринбург 2020 М инистерство образования и науки Российской ФедерацииФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ) Институт Уральский энергетический (УралЭНИН)_______________________ Кафедра/департамент Теплоэнергетика и теплотехника (ТиТ)___________ Задание на курсовой проект/работу Студент _____Галиев Алексей Васильевич_____________________ группа_ЭН-380011_______ специальность/направление подготовки 13.03.01 – Теплоэнергетика и теплотехника Тема курсового проекта/работы Расчет теплообменного аппарата Содержание проекта/работы, в том числе состав графических работ и расчетов Пояснительная записка: 1. Описание теплообменного аппарата 2. Тепловой конструктивный расчет. 3. Гидравлический расчет 4. Механический расчет 5. Расчет тепловой изоляции Графическая часть:Чертеж общего вида теплообменного аппарата – 1лист, формат А1, ____________ Дополнительные сведения См. Варианты заданий План выполнения курсового проекта/работы
Руководитель _____________________________________ ( Тупоногов В.Г. ) Министерство образования и науки Российской Федерации ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» РЕЦЕНЗИЯ на курсовой проект СтудентаГалиева Алексея Васильевича группы ЭН-380011 (фамилия имя отчество) Тема курсового (проекта) ______Расчет теплообменного аппарата_____________________ _____________________________________________________________________________Дисциплина__Тепломассообменое оборудование промышленных предприятий_________ 1 Соответствие результатов выполнения работы целям и задачам курсового проектирования результатам обучения по дисциплине: Результаты выполнения курсового проекта соответствуют результатам обучения по дисциплине, а именно, приобретаются навыки проектирования элементов тепломассообменного оборудования с использованием стандартных средств автоматизации проектирования в соответствии с техническим заданием 2 Оригинальность и самостоятельность выполнения работы: Курсовой проект содержит оригинальные расчеты теплообменного аппарата в соответствии с заданием на проектирование. Расчеты и графические материалы выполнены студентом самостоятельно. 3. Полнота и глубина проработки разделов: полнота и глубина проработки разделов достаточны для учебного проекта. 4. Общая грамотность и качество оформления текстового документа и графических материалов: соответствуют нормативным требованиям к оформлению пояснительных записок и графических материалов. 5. Вопросы и замечания: __________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 6. Общая оценка работы ___________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Сведения о рецензенте: Ф.И.О. _Тупоногов Владимир Геннадьевич______________________________ Должность: __профессор___________________________________________________ Место работы: кафедра Теплоэнергетики и теплотехники УралЭНИН_________________ Уч. звание __доцент______________ Уч. сепень __доктор техн. наук_______________ Подпись ______________ Дата__________________Задание: выполнить тепловой конструктивный расчет бойлера-аккумулятора. Дано: Греющий теплоноситель: насыщенный водяной пар с избыточным давлением P1изб = 6 бар. Нагреваемый теплоноситель: вода с давлением P2=6 бар; начальная температура t2/=50 0C, конечная температура t2//=90 0C; время нагрева τ=6 часов, объем V=6 м3. Теплопроводность материала трубок λ=100  Найти: расход пара на подогрев воды D и поверхность теплообмена F. Решение: Поверхность теплообмена F можно найти, определив удельную тепловую производительность бойлера-аккумулятора kF и коэффициент теплопередачи k.  Температура насыщения при P1=P1изб + 1=7 бар ts=164,96 0С. Масса воды G2=Vρ2 . С2 и ρ2-соответственно теплоемкость и плотность воды при средней температуре t2  ts ∆t t2// t2 t2/ По рисунку видно t2 =ts-∆t, где ∆t средний интегральный температурный напор.  t2 = 164,96-93,54 = 71,42 0С Методом линейной интерполяции находим ρ2=976,98  и С2=4,188  .G2=6*976,98=5861,88 кг.  Коэффициент теплоотдачи считаем по формуле для плоской стенки  α1 находится по формуле конденсации пара в горизонтальной трубе, а α2- по формуле свободной конвекции воды в большом объеме.  λж, ρж и μж- соответственно теплопроводность, плотность и коэффициент динамической вязкости конденсирующейся в трубах воды, которые определяются из таблицы методом линейной интерполяции по средней температуре жидкости(конденсата на стенке), в первом приближении равной: r - берется по температуре насыщения    λж = 68,5*10-2 ρж = 924,87 μж = 199*10-6 Па*с Для пара: r = 2066   Внутренний диаметр труб обычно находится в пределах от 30 до 50 мм. Примем dвн = 40 мм и толщину стенки δ=2 мм.  α2 можно найти из формулы безразмерного числа Нуссельта:  dн= 40+2δ = 40+2*2 = 44 мм  Коэффициенты С и n определяются по таблице в зависимости от Gr*Pr.
 Температура пограничного слоя:  По температуре tж из таблиц методом линейной интерполяции определяем: β = 7,22*10-4  λ = 68,1*10-2 ν = 0,313*10-6  Prж=1,85 По температуре tст: Prст=1,49  Gr*Pr =14,4047*107*1,85=2,66*108 Отсюда число Нуссельта равно:  = 91,65  Проверка температуры стенки:    принимаем  150,94 и повторяем расчет  и   Поверхность теплообмена:  Расход пара D и температура воды на выходе из бойлера-аккумулятора t2// меняются с течением времени:      Конструктивный расчет 1) Определяем поверхность теплообмена: 2) Рассчитываем геометрические размеры  =  = 1,62 м  = 2,916 м = 1,296 м3) Количество трубок    =   Принимаем N= 1  4) Определяем число ходов  = 2,299Принимаем Z= 2 4) Определение диаметров патрубков: Теперь необходимо пересчитать скорость пара:  Примерное время истечения воды из бойлера  =20-30 минут, беру =30 мин.Массовый расход воды:   Объёмный расход воды из патрубка:  Площадь патрубка:  Где  — скорость водыДиаметры патрубков. Диаметр патрубка для воды:  Задаемся скоростью движения насыщенного пара в трубках: ω1 = 50 м/с Определяем размеры патрубка для греющего теплоносителя (dВ):   Патрубки выбраны по гост 12820-80. Высота патрубка как для пара, так и для воды 150мм Механический расчет Конструктивный механический расчет обеспечивает прочность элементов в процессе эксплуатации. Для цилиндрических теплообменных аппаратов производится расчет следующих элементов конструкции: толщины стенок корпуса, крышек и днищ; трубных досок; фланцевых соединений. В качестве материала корпуса используем сталь марки Ст20. При  164,96 ºC 𝜎∗=138 МПА 3.1 Расчет корпуса аппарата. Толщина стенки корпуса S цилиндрического аппарата, работающего с избыточным давлением P, определяется выражением:  , м Величину прибавки С суммируют из трех поправок: С = С1 +С2 +С3 С1 – прибавка на коррозию, исходя из условий разъединения материала стенки и срока службы аппарата, м; С2 – прибавка на эрозию, если таковая имеет место при работе аппарата, м; С3 - прибавка на минусовый допуск по толщине листа, из которого изготовлен корпус, м. Величина прибавки С принимаю 3,7 мм;  - коэффициент прочности сварного шва, =0,7 ;Dвн= 1600 мм – внутренний диаметр корпуса; Pизб = 0,6 МПа;  м.Принимаем стандартную толщину стенки S= 8 мм. Во всех случаях принятая толщина стенки подлежит контрольной поверке на напряжение в ней σи при гидравлическом испытании аппарата:   3.2 Расчет днищ и крышек. Днища и крышки изготавливаются из того же металла, что и корпус аппарата. В теплообменных аппаратах чаще всего применяются эллиптические или сферические днища с отбортовкой для обеспечения качественной сварки с цилиндрической части корпуса или крышки. Расчетная толщина стенки крышки, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле:  7 мhв =0,25·1,6=0,4 м - высота выпуклой части крышки, м; k – коэффициент,  , d – наибольший диаметр неукрепленного отверстия в крышке; - коэффициент прочности сварного шва,  ;С – прибавка на коррозию, м. Принятая толщина S = 8 мм стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:   3.3 Расчет трубных решеток. Для теплообменных аппаратов жесткой конструкции толщина решетки, м, определяется по выражению  где К = 0,162 – конструктивный коэффициент; р – разница давлений по сторонам доски, Па, принимается равному наибольшему из избыточных давлений теплоносителей: p = 0,6 МПа; Коэффициент ослабления доски отверстиями φ определяется по формуле:   - минимальный шаг между отверстиями.  мполученная величина проверяется на допустимые напряжения от изгиба:  Условие выполняется.3.4 Расчет фланцевых соединений. В данном курсовом проекте рассчитывается плоский приварной фланец. Нагрузка на болты в рабочих условиях складывается из силы,  силу внутреннего давления, и силы R, Н, создающей давление на прокладку, обеспечивающее герметичность соединения, которые определяют по формулам:   - предварительное удельное давление на прокладку, МПа;для прокладок из паронита q=15 МПа; P- расчетное давление, Па. Допустимая нагрузка на один болт:   - допускаемое напряжение материала болта при температуре рабочей среды. Выбираю по ГОСТ 52857,4-2007 для марки стали 20: = МПаТолщина тарелки плоского приварного фланца:  , - толщина стенки обечайки, 0,01 м; наружный диаметр фланца, 0,280 м; - внутренний диаметр фланца, м; - модуль упругости материала фланца,  МПа; - допустимый угол искривления фланца. =4·10-4 – для паронитовых прокладок; плечи моментов сил, действующих на фланец, м;Для паронитовых прокладок:  = 261мм;b-ширина прокладки  Р =Ризб1= 0,6 МПа  средний диаметр прокладки:       предварительное удельное давление на прокладку, МПа (для прокладок из паронита q = 15 МПа)  Выбираем болты М18 в количестве 4 штук.  Количество болтов удовлетворяет условиям прочности. Толщина тарелки плоского приварного фланца:  По ГОСТ 12820-80 принимаю h=25мм Расчет толщины тепловой изоляции Определяем среднюю температуру изоляции:  Температура поверхности изоляции по требованиям санитарных норм берется  = 450С.Толщина слоя изоляции:  миз=8 Вт/(м2К) – коэффициент теплоотдачи; λиз=0,0672 Вт/(м·К) – коэффициент теплопроводности. Принимаем стандартный размер изоляции  .После определения толщины изоляции  проведем проверку полученной величины по допустимому тепловому потоку [ ]. Для этого рассчитаем тепловой поток с изолированной поверхности аппарата по формуле  Полученный результат удовлетворяет условию  , qдоп=140Вт/м2, расчет закончен.Список литературы: П.Д. Лебедев «Теплообменные, сушильные и холодильные установки», М.-Л., 1966г. В.А. Григорьев «Краткий справочник по теплообменным аппаратам», М.-Л., 1962г. А.М. Бакластов «Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок», М., 1981г. А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский «Основы конструирования» П.Д. Лебедев, А.А. Щукин «теплоиспользующие установки промышленных предприятий», М., 1970г. |