Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 52
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Южно-Уральский государственный университет Кафедра промышленной теплоэнергетики Пояснительная записка
к курсовому проекту по дисциплине “Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий” Э - 330. 0000. 000. 00. ПЗ Нормоконтролер: Руководитель: Шашкин В. Ю. Шашкин В. Ю. “____” __________2009 г. “____” _________2009 г. Выполнил: Студент группы Э-330 ___________ Нафтолин А.Ю. “____” __________2009 г. Челябинск 2009 Ложкина Э.А. Проектирование теплообменного аппарата.- Челябинск: ЮУрГУ, Э, 2009, ??с. Библиография литературы – 3 наименования. 1 лист чертежа ф. А1. Данный проект содержит тепловой конструктивный, компоновочный, гидравлический и прочностной расчёты горизонтального кожухотрубного теплообменного аппарата типа ОГ. В результате расчетов были определены тепловые и основные конструктивные характеристики теплообменного аппарата, гидравлические потери по ходу водяного тракта СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Тепловой конструктивный и компоновочный расчёты 2. Гидравлический расчёт 3. Прочностной расчёт Заключение Литература Введение
Горизонтальный охладитель ОГ сварной четырёхкорпусной с диаметром трубок 22/26 мм предназначен для охлаждения конденсата и подогрева химически очищенной воды. Данный тип охладителей может быть установлен для турбин типа ВК-50-1, ВК-50-4. Горизонтальный охладитель представляет собой теплообменный аппарат, состоящий из четырёх корпусов, каждый из которых является кожухотрубчатой системой. В трубной системе теплоноситель делает один ход, а в межтрубном пространстве второй теплоноситель совершает два хода, для этого между трубками установлена перегородка, которая делит полость межтрубного пространства на две равные камеры. Теплоносители в системе аппарата протекают по принципу противотока. Теплоносители составляют систему «жидкость-жидкость» Данный теплообменный аппарат устанавливается на двух опорах. 1
. Тепловой
и компоновочный расчёты
1)
Определим конечную температуру охлаждаемой среды:
Уравнение теплового баланса: Q1
·η=Q2
=Q; (1-1) Q1
=G1
·c1
· (t Q2
=G2
·c2
· (t Решая данные уравнения, совместно определяем конечную температуру охлаждаемой среды: t Средние температуры обоих теплоносителей: t2ср
= Принимаем температуру горячего теплоносителя равной 52˚С, t1ср
= КПД теплообменника:η=0,98 t Теплопередача в теплообменнике: Q=(90·1000/3600) ·4,177· (70-40)=3133 кВт; 2)
Параметры сред:
Вода при температуре t Ρ=987,12 λ=0,65 υ=0,540·10-6 Pr=3,4 – критерий Прандтля; Вода при температуре ρ=977,8 λ=0,668 υ=0,415·10-6 Pr=2,58 – критерий Прандтля; 3)
Определение скоростей:
Для начала определим число трубок в первом ходе, для этого зададимся скоростью охлаждающей воды в трубках. По п.1.3 (Рекомендуемые скорости теплоносителей) [1] ω2
=1-3 м/с. Принимаем ω2
=2 м/с.: Т.к. наш теплообменный аппарат 4-х секционный => общее число труб во всех секциях равно: Расстояние между осями труб выбираем по наружному диаметру трубы: Внутренний диаметр корпуса многоходового аппарата равен: η=0,6-0,8. Принимаем η=0,6=> Определим скорость теплоносителя протекающего в межтрубном пространстве. Для этого воспользуемся уравнением неразрывности: Для начала найдем Таким образом, из уравнения неразрывности => Что 4) Определение коэффициента теплоотдачи при течении жидкости в трубах:
Reж2
= Reж2
= Nu2
=0,021· (Reж
)0,8
· (Prж
)0,43
Prс=5,02; Nu2
=0,021· (81482)0,8
· (3,4)0,43
· α2
= 5) Определение коэффициента теплоотдачи в межтрубном пространстве:
При продольном омывании пучков труб в межтрубном пространстве кожухотрубчатых аппаратов за определяющий размер принимают эквивалентный диаметр, который с учетом периметра корпуса аппарата равен: где Dвн - внутренний диаметр кожуха; m - количество труб в одном пучке; dн - наружный диаметр труб; Reж1
= Reж1
= Nu1=Nuтр
·1,1· ( Nuтр=0,021· (Reж
)0,8
· (Prж
)0,43
Prс=5,02; Nuтр
=0,021· (67663)0,8
· (2,58)0,43 Nu1
=196·1,1· α1
= α1
= 6) Определение коэффициента теплопередачи:
К = Rз
=0,00017 Материал трубок ст20 λс
=57 К = 7) Температурный напор:
Схема течения теплоносителей в теплообменнике - противоток. Δtпрт
= Δtпрт
= 8) Тепловой напор:
q=k· Δt, (1-18) q=1753,5 9) Площадь поверхности нагрева:
F= F= 10) Длина труб в одной секции:
l= l= 2. Гидравлический расчёт
Полные гидравлические потери теплообменника: ΔР=ΣΔРтр +ΣΔРм+ΣΔРус+ΣΔРс, (2-1) Так как вода – капельная жидкость, то ΣΔРус<<ΣΔРтр +ΣΔРм, поэтому ΣΔРус не учитываем, так же теплообменник не сообщается с атмосферой, поэтому ΣΔРс=0. В итоге полные гидравлические потери: ΔР=ΣΔРтр +ΣΔРм. (2-2) 1) Гидравлические потери по ходу ХОВ: а) потери на трение: ΣΔРтр1 =(ζ Dэ
=dвн
=0.022 м, Поправка ζ 15 ζ1=0.11· ζ1=0.11· ΣΔРтр1 =0.0299· б) местные потери: ΣΔРм=Σζм· Значения коэффициентов местных сопротивлений имеющих место в данном теплообменнике указаны в таблице 2.3 [1]. В данном случае в трубной системе теплоноситель, попадая во входную камеру теплообменника, далее входит в трубки первой секции, потом выходит из трубок первой секции и с поворотом на 180º перемещается во вторую секции, где происходят те же процессы, потом также третья и четвёртая секции, потом идёт выходная камера и теплоноситель выходит из теплообменника. В итоге: Σζм=2·1,5+4·1+4·1+3·2,5=18.5, ΣΔРм= В итоге полные потери по ХОВ: ΔР1
=15.35+36.7=52.05 кПа. 2) Гидравлические потери по ходу конденсата: а) потери на трение: ΣΔРтр2
=(ζ2
Площадь сечения межтрубного пространства, где протекает теплоноситель F= F= Рсм
= Рсм
= dэ
= Поправка ζ Так как трубки выполнены из материала Ст20, то шероховатость труб Δ=0.1мм. Reж2
=47711– турбулентный режим течения, 15 Ζ2
=0.11· ( ζ2
=0.11· ( ΣΔРтр2
=0.029· б) местные потери: ΣΔРм=Σζм· Значения коэффициентов местных сопротивлений имеющих место в данном теплообменнике указаны в таблице 2.3 [1]. Теплоноситель поступает в межтрубное пространство в первую секцию, где совершает два хода с поворотом на 180º, далее переходит во вторую секцию, где совершает аналогичные операции, так же в третьей и четвёртой секциях, потом выходит из теплообменника. Σζм=8·2+4·1.5+4·1=26, ΣΔРм= В итоге полные потери по конденсату: ΔР 3.
Прочностной расчёт
Материал кожуха, труб, трубной решётки и других элементов аппарата выполнены из Ст20. Для данного диапазона температур: s*доп
=100МПа- номинальное допускаемое напряжение [s]=s*доп
*hк
; (3-1) hк
=1-поправочный коэффициент; [s]=110МПа; 1) Цилиндрический кожух. Определение толщины стенки в местах нагруженным давлением 11 ата, то есть от выхода из трубной решётки одного корпуса до входа в трубную решётку другого корпуса: На данном участке водяного тракта внутренний диаметр принимаем, равным: Dв1
=Dв
мин
+5, мм; Dв
мин
=200 мм Dв1
=200мм+5мм=205мм; Расчётная толщина стенки: dр1
= jсв
=1-коэффициент прочности, учитывающий ослабление цилиндра сварным швом по табл. 3.2 [1]; dр1
= Конструктивная толщина стенки, принимается из условия: dк1
³dр1
+С, С=2мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем: dк1
=13мм. Определение толщины стенки кожуха в межтрубном пространстве при давлении 3.5ата: Dв2
=220 мм - внутренний диаметр кожуха; dр2
= jсв
=1-коэффициент прочности, учитывающий ослабление цилиндра сварным швом по табл. 3.2 [1]; dр2
= Конструктивная толщина стенки, принимается из условия: dк2
³dр2
+С; С=3 мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем dк2
=7 мм. 2) Плоские днища и крышки. а) Толщина днища или крышки, нагруженные давлением 11 ата, определяется по формуле: Где значения К и расчетного диаметра DR
1
в зависимости от конструкции днищ и крышек принимаются по табл. 3.3 [1] K=0.45 и DR
1
=DB
1
=205 мм (тип 4). Коэффициент ослабления К0
днища или крышки отверстиями в зависимости от характера расположения отверстий в днище (крышке): без отверстий К0
=1 Конструктивная толщина днища или крышки принимается из условия: d1
³d1р
+С; С=1 мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем d1
=30 мм. Допускаемое давление на плоское днище или крышку определяется по формуле: Где Кр
– поправочный коэффициент б) Толщина днища или крышки, нагруженные давлением 3,5 ата, определяется по формуле: Где значения К и расчетного диаметра DR
2
в зависимости от конструкции днищ и крышек принимаются по табл. 3.3 [1] K=0.45 и DR
2
=DB
2
=220 мм (тип 4). Коэффициент ослабления К0
днища или крышки отверстиями в зависимости от характера расположения отверстий в днище (крышке): без отверстий К0
=1 Конструктивная толщина днища или крышки принимается из условия: d2
³d2р
+С; С=1 мм-поправка на коррозию стенки под действием среды омывающей её, принимаем d2
=18,6 мм. Допускаемое давление на плоское днище или крышку определяется по формуле: 3) Расчет трубных решеток. Для теплообменных аппаратов с плавающей головкой толщина неподвижной трубной решетки определяется по формуле где Dс.п.
– средний диаметр прокладки фланцевого соединения, м; Р = max{|Pм
|; |Pт
|; |Pм
– Pм
|}, то есть Р = 11×106
Па. Величину Dс.п.
принимаю 0,22 м. Тогда кожухотрубный теплообменный аппарат
В данной курсовой работе мы ознакомились с основой расчёта тепломассобменного оборудования. В ходе расчёта определены конструктивные размеры и параметры. В итоге мы получили: число трубок в каждом из корпусов-132 шт., длина каждой трубки – 5,7 м, толщина стенки кожуха – 7 мм, толщина днища – 18,6 мм, толщина трубных решеток – 20 мм, площадь поверхности нагрева – 64 м2
Общие потери давления, обусловленные гидравлическими сопротивлениями водяного тракта, составляют для конденсата 51,4 кПа, а для химически очищенной воды 42,55 кПа. Литература 1. Степанцова Л.Г. Расчет и проектирование теплообменных аппаратов: учебное пособие по курсу «Промышленные тепломассообменные процессы и установки». – Челябинск: ЮУрГУ, 1985 2. Краснощёков Е.А. Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. – М.: Энергия, 1980
|