Конструирование подогревателя высокого давления

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Оглавление

1. Цель курсового проекта

2. Исходные данные для выполнения проекта

3. Тепловой баланс и разбивка теплообменного аппарата на зоны с различными условиями теплообмена

3.1 Разбивка теплообменного аппарата на зоны

3.2 Тепловой баланс

4. Определение эскизной площади поверхности теплообмена

4.1 Определение эскизной площади поверхности теплообмена

4.2 Определение основных конструктивных размеров теплообменного аппарата

5. Компоновка трубного пучка и межтрубного пространства

5.1 Компоновка трубного пучка

5.2 Компоновка межтрубного пространства

6 Уточнение значений коэффициентов теплопередачи

7. Текст вычислительной программы

8. Результаты вычислений

9. Результаты программных вычислений с последней итерации

10. Гидравлический расчёт теплообменного аппарата

10.1 Расчёт гидравлического сопротивления трубного пучка

10.2 Расчёт гидравлического сопротивления межтрубного пространства

11. Расчет элементов теплообменного аппарата на прочность

11.1 Расчёт на прочность корпуса аппарата

11.2 Расчёт на прочность крышки водяной камеры

11.3 Расчёт на прочность трубных досок

11.4 Расчёт на прочность упрочнительных колец

11.5 Расчёт болтов или шпилек на прочность

11.6 Расчёт на прочность фланцевых соединений

11.7 Расчёт термических напряжений

12. Конструктивный расчёт тепловой изоляции

Заключение

Список использованной литературы

1. Цель курсового проекта

Целью курсового проекта является творческое применение полученных теоретических знаний к решению конкретных инженерных задач, возникающих при проектировании вспомогательного оборудования ТЭС или при его выборе в случае изменения условий эксплуатации, а также научиться пользоваться литературой по специальности, справочниками, каталогами, стандартами и нормами.

Задача конструирования теплообменника состоит в определении его конструкции и размеров при номинальной тепловой производительности. Проектирование теплообменных аппаратов складывается из трёх стадий: составление проектного задания, разработка технического проекта и выполнение рабочих чертежей. Проектное задание включает исходные условия и материал для проектирования, принципиальные требования и пожелания к проекту, основные технологические чертежи. В соответствии с заданием проектируемый объект должен отвечать определённым технологическим требованиям. По технологическим требованиям объект должен полностью соответствовать рабочим чертежам и техническим условиям. По экономическим требованиям сооружение объекта должно вестись с минимальными затратами труда и минимальными издержками производства. Таким образом, задача проектирования теплообменных установок характеризуется многовариантностью возможных решений. Из нескольких возможных вариантов, равноценных с позиции технических требований, выбирают наиболее эффективный и рентабельный. Исходными требованиями при проектировании теплообменных аппаратов являются: высокая тепловая производительность, экономичность в работе, обеспечение заданных технологических условий, простота конструкции, дешевизна материалов и изготовления, компактность и малый вес аппарата, надёжность в работе и длительный срок службы.

2. Исходные данные для выполнения проекта

Рисунок 2.1 — Схематичное изображение подогревателя высокого давления.

Параметры пара на входе в зону ОП:

°С — температура,

— энтальпия,

— расход,

— давление.

Параметры пара на выходе из зоны ОП:

°С — температура,

— энтальпия.

Параметры дренажа на выходе из зоны СП:

°С — температура,

— энтальпия.

Параметры воды на входе в СП:

°С — температура,

— энтальпия,

— расход,

— давление.

Параметры воды на выходе из СП:

°С — температура,

— энтальпия.

Параметры воды на выходе из ОП:

°С — температура,

— энтальпия.

3. Тепловой баланс и разбивка теплообменного аппарата на зоны с различными условиями теплообмена

3.1 Разбивка теплообменного аппарата на зоны

При выполнении конструкторского расчета подогревателя поверхностного типа необходимо понимать, что эффективность теплообмена в первую очередь лимитируется коэффициентом теплоотдачи от греющей среды к стенке трубного пучка. При этом по мере охлаждения пара в процессе теплообмена существенно изменяются теплофизические характеристики (теплопроводность, кинематическая вязкость и т. д.) греющей среды и как следствие изменяется значение соответствующего коэффициента теплоотдачи. Трансформация значений коэффициентов теплоотдачи в первую очередь связана с изменение агрегатного состояния греющего пара, в процессе теплообмена с теплообменной поверхностью.

В общем случае в любом теплообменном аппарате могут присутствовать три зоны, отличающихся друг от друга условиями теплообмена: охлаждения пара, собственно подогревателя, охлаждения дренажа. Зона С П имеется в наличии у любого теплообменного аппарата. Зона О П учитывается в том случае, если на °С. Если необходимо учитывать зону ОП, то появляется новая неизвестная величина — температура нагреваемой среды на выходе из этой зоны. Зона О Д учитывается в том случае, если выполняется следующее условие °С. Если возникает необходимость учёта зоны ОД, то необходимо найти температуру нагреваемой среды на выходе из этой зоны. Для определения неизвестных величин необходимо составить уравнение теплового баланса для каждой выделенной зоны теплообмена.

Так как °С, то есть в подогреватель заходит перегретый пар, то наличие естественной зоны охлаждения пара нужно учитывать.

Так как °С, то наличие естественной зоны охлаждения дренажа нужно учитывать.

Рисунок 3.1 — Схематичное изображение подогревателя с охладителем пара (ОП), собственно подогревателя (СП) и охладителем дренажа (ОД).

3.2 Тепловой баланс

Тепловая нагрузка по греющей среде:

Тепловая нагрузка зоны по нагреваемой среде:

Так как получились менее 0,5, то баланс сходится и исходные данные верны. Составление теплового баланса подогревателя:

Откуда находим неизвестные величины:

Находим количество теплоты переданное зонам:

4. Определение эскизной площади поверхности теплообмена

4.1 Определение эскизной площади поверхности теплообмена

Конструктивный расчет теплообменника начинается с определения значения эскизной площади поверхности теплообмена, м:

==++,

где — площадь поверхности выделенной i-й зоны теплообмена, м, где i — зоны ОП, СП и ОД.

Рисунок 4.1 — График температурных напоров при прямоточной (а) и при противоточной (б) схеме движения теплоносителей

На графике индексом 1 — обозначается температура греющего теплоносителя, 2 — нагреваемого. Штрих характеризует вход, два штриха — выход теплоносителя.

Находим:

Определяем значение безразмерных величин A, P и R:

P=

R=

A=

Коэффициент учитывающий эффективность нагрева:

Средний температурный напор:

Площадь поверхности теплообмена зоны ОП:

Находим:

Определяем значение безразмерных величин A, P и R:

P=

R=

A=

Коэффициент учитывающий эффективность нагрева:

Средний температурный напор:

Площадь поверхности теплообмена зоны СП:

Находим:

Определяем значение безразмерных величин A, P и R:

P=

R=

A=

Коэффициент учитывающий эффективность нагрева:

Средний температурный напор:

Площадь поверхности теплообмена зоны ОД:

Эскизная площадь поверхности теплообмена:

4.2 Определение основных конструктивных размеров теплообменного аппарата

Определение основных конструктивных размеров теплообменника начинают с оценки объемных секундных расходов по каждому из теплоносителей.

По греющей среде (пару):

Средняя температура пара:

°С

Удельный объём пара:

Плотность пара:

Объёмный секундный расход пара:

Скорость пара:

По нагреваемой среде (воде):

Средняя температура воды:

°С

Удельный объём воды:

Плотность воды:

Объёмный секундный расход воды:

Скорость воды:

При конструктивном расчете теплообменного аппарата, как правило, предварительно из стандартного ряда выбирают диаметр труб трубного пучка. Рекомендовано принимать трубы с наружным диаметром следующих размеров: 171; 222; 252; 322,5; 382,5; 44,53; 513,5; 573,5 мм. Исходя из рекомендаций, выбираем стальную трубу 252, где 25 — это наружный диаметр, а 2 — толщина стенки.

Внутренний диаметр трубок теплообменника:

Число труб в одном ходе:

труб

Общая длина труб теплообменного аппарата:

Если общая длина труб теплообменного аппарата получается больше 7−9 м, то теплообменник выполняют многоходовым. При этом задаются величиной числа ходов z из четного ряда 2, 4, 6, 8, 10 или 12 так, чтобы рабочая длина одного хода подогревателя из соображений компактности и технологичности находилась в пределах от 2 до 9 м. В многоходовых аппаратах число ходов z принято выбирать четным, чтобы входной и выходной патрубки находились в одной крышке аппарата. Принимаем число ходов z=8.

Общее количество труб в теплообменном аппарате:

труб

5. Компоновка трубного пучка и межтрубного пространства

кожухотрубный подогреватель теплообмен гидравлический

5.1 Компоновка трубного пучка

Компоновка трубного пучка заключается в определение способа расположения труб на трубной доске, способа их закрепления на трубной доске, организации движения воды по ходам, определение внутреннего диаметра корпуса теплообменника и уточнение числа ходов, выбор типа крышки водяной камеры и определение размера патрубков на входе и выходе по каждому теплоносителю.

Шаг между центрами труб:

Количество окружностей или шестиугольников:

Общее количество труб, которое можно расположить на m окружностях или шестиугольниках с шагом t:

Так как, то выбираю способ расположения труб на трубной доске по концентрическим окружностям:

Рисунок 5.1 — Схема разбивки трубной доски по концентрическим окружностям.

Кольцевой зазор между крайними трубами и корпусом x=0,008 м.

Расчётный внутренний диаметр теплообменника:

После выполняю проверку правильности выбора числа ходов теплообменника. За окончательное значение числа ходов подогревателя принимаю такое значение z, при котором выполняются следующие соотношения:

и

Так как, то количество ходов оставляем раннее принятым z=8. Выбираю способ организации движения воды по ходам: восьмиходовой с кольцевыми перегородками, т. к. z=8.

Способ закрепления труб на трубной доске: автоматическая сварка плотным швом без раззенковки отверстий. Тип крышки водяной камеры: выбираем эллиптическую. Находим диаметры патрубков:

Диаметр патрубка для подвода пара:

Диаметр патрубка для отвода дренажа:

Диаметр патрубков для подвода и отвода воды:

5.2 Компоновка межтрубного пространства

Завершив компоновку трубного пучка, выбирают конструкцию и находят размеры межтрубного пространства теплообменника при продольном обтекании пучка труб расположенных в цилиндрическом корпусе при отсутствии поперечных перегородок.

Площадь межтрубного пространства без учёта перегородок:

,

где — внутренний диаметр корпуса теплообменника, м, определяется по формуле; N — общее количество труб в теплообменном аппарате, шт., определяется по формуле; - наружный диаметр труб, м.

Действительная скорость греющего теплоносителя (пара), м/с, в межтрубном пространстве без учёта перегородок:

,

где — объемный секундный расход греющей среды,, определяемый по формуле:

Сравним с, где — рекомендуемое значение скорости. Так как, то необходимо установить в межтрубном пространстве теплообменника перегородки, для уменьшения площади межтрубного пространства, вследствие чего действительную скорость пара можно поднять до рекомендуемых значений, обеспечив тем самым высокую эффективность теплообмена. Рекомендуемое значение скорости принимаю. Площадь межтрубного пространства с учётом установки перегородок:

Наиболее часто для повышения скорости и организации поперечного обтекания трубного пучка используются поперечные перегородки. Они просты в изготовлении и удобны в монтаже. Выбираем поперечные перегородки кольцевого типа.

Размеры колец и дисков выбираются из расчёта получения одинаковой скорости в трёх сечениях: внутри кольца (), между кольцом и диском при поперечном обтекании труб () и в кольцевом зазоре между корпусом и диском (). Диаметр дисков должен быть такой, чтобы в нём помещался весь пучок труб. Наружный диаметр колец больше диаметра диска. Чтобы предотвратить пульсацию скорости пара в межтрубном пространстве, а, следовательно, и вибрацию трубного пучка, необходимо чтобы выполнялось следующее условие:

,

где — площадь межтрубного пространства,, с учетом установленных поперечных перегородок.

Диаметр кольца поперечной перегородки, , определяется через площадь проходного сечения внутри кольца, через которое проходит пучок труб с ромбической компоновкой:

,

где y — коэффициент заполнения решетки трубами: для восьмиходового ТА принимаем из диапазона 0,6−0,8. Принимаем y=0.7.

Диаметр диска:

,

где- внутренний диаметр корпуса теплообменника, м.

Средний диаметр:

Расстояние между поперечными перегородками:

Так как получилось меньше, следует принять меньшее значение скорости теплоносителя. Делаем перерасчет, исходя из того что:

Рисунок 5.2 — Поперечные перегородки теплообменника кольцевого типа; 1 — кольцо; 2 — диск.

6. Уточнение значений коэффициентов теплопередачи

При вычислении коэффициентов теплоотдачи необходимо знать условия теплообмена и состояние теплопередающих труб. Например, в охладителях пара и конденсата теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителя. В собственно подогревателе агрегатное состояние пара изменяется.

Определяем значение коэффициента теплоотдачи от стенки труб к нагреваемому теплоносителю ,. Принимаем что, и считаем только.

Средняя температура воды для зоны СП:

°С

Коэффициент теплопроводности воды для зоны СП (принимается по давлению и средней температуре воды):

Коэффициент кинематической вязкости воды для зоны СП:

Число Прандтля воды для зоны СП:

Число Рейнольдса для зоны СП (определяет режим движения теплоносителя):

Критерий Нуссельта для зоны СП:

Значение коэффициента теплоотдачи от стенки труб к нагреваемому теплоносителю для зоны СП:

Определяем значение коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки трубы, в условной зоне охлаждения пара (ОП).

Средняя температура пара для зоны ОП:

°С

Коэффициент теплопроводности пара для зоны ОП (принимается по давлению и средней температуре пара):

Коэффициент кинематической вязкости пара для зоны ОП:

Число Прандтля пара для зоны ОП:

Число Рейнольдса для зоны ОП (определяет режим движения теплоносителя):

Критерий Нуссельта для зоны ОП:

Значение коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки труб для зоны ОП:

Средний диаметр труб, из которых изготовлена теплообменная поверхность:

Коэффициент теплопроводности стали:. Полученные значения коэффициентов теплоотдачи для зоны ОП позволяют оценить коэффициент теплопередачи для зоны ОП:

Уточнение значения площади поверхности теплообмена зоны ОП с учётом её тепловой нагрузки и показателей эффективности теплообмена:

Определяем значение коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки труб, в условной зоне охлаждения конденсата пара (ОД). Средняя температура дренажа для зоны ОД:

°С

Коэффициент теплопроводности дренажа для зоны ОД (принимается по давлению и средней температуре дренажа):

Коэффициент кинематической вязкости дренажа для зоны ОД:

Число Прандтля дренажа для зоны ОД:

Число Рейнольдса для зоны ОД (определяет режим движения теплоносителя):

Критерий Нуссельта для зоны ОД:

Значение коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки труб для зоны ОД:

Коэффициент теплопроводности стали:. Полученные значения коэффициентов теплоотдачи для зоны ОД позволяют оценить коэффициент теплопередачи для зоны ОД:

Уточнение значения площади поверхности теплообмена зоны ОД с учётом её тепловой нагрузки и показателей эффективности теплообмена:

Определяем значение коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки труб, в зоне собственного подогрева (СП).

Эмпирический коэффициент теплообмена:

,

где — температура насыщения пара, °С.

В зоне собственного подогрева при плёночной конденсации насыщенного пара и ламинарном течении плёнки конденсата на вертикальных трубах и стенах без учёта влияния скорости пара на теплообмен коэффициент теплоотдачи определяется следующим образом:

,

где — длина одного хода теплообменника, м; - температурный напор в зоне собственного подогревателя, °С.

Полученные значения коэффициентов теплоотдачи для зоны СП позволяют оценить коэффициент теплопередачи для зоны СП:

Уточнение значения площади поверхности теплообмена зоны СП с учётом её тепловой нагрузки и показателей эффективности теплообмена:

Уточнённая общая площадь поверхности теплообмена подогревателя:

По величине расчётной площади поверхности теплообмена выполняется определение расчётной погрешности:

Так как, поэтому необходимо заново выполнить конструкторский расчёт теплообменного аппарата, начиная с момента определения общей длины труб подогревателя, при условии, что. В связи с тем, что количество итераций может быть большим, все последующие итерации выполняют на ЭВМ до тех пор, пока расчетная погрешность не будет меньше 0,5%.

7. Текст вычислительной программы

#include < stdio. h>

#include < conio. h>

#include < math. h>

#include < eheat. h>

#include < emath. h>

void main (void)

{

clrscr ();

float GB=93. 784, Dn=6. 1, Pn=35, PB=189, tn=365. 854, hn=3142. 9, g=242. 482,

Tg=1049. 5, tB=215. 2, TB=927. 4, T1B=1062. 2, nT=0. 99, t1n=252. 5, 1n=2833. 2,

t1g=225. 2, T1g=967. 987, tcn=240. 5, Tcn=1042. 3;

float Tog, tog, Ton, ton, Qon, Qcn, Qog;

float t11, t111, t112, t12, P, R, A, zt, getcp_on, getcp_cn, getcp_og, kon=75, kcn=2550, kog=550, Feck_on, Feck_cn, Feck_og, Feck;

float tcp_n_cn, ygVn_cn, Vn_cn, tcp_B_cn, ygVB_cn, VB_cn, pn_cn, pB_cn, wB_cn, wn_cn, n, ygVn_on;

float l, dH=0. 025, sigma_cm=0. 002, dBH, pi=3. 14, z=2, l1, N;

float t, m, N1, d1, x, dkopn_B, c, pn_on, dnaTp_n1, ygVg, pg, wg, dnaTp_n11, dnaTp_B;

float SmTp, wfakT, wpek, y=0. 7, SmTp1, S1, S2, S3, h, d1, d2, d0;

float alfa2, nuB, Pr, lambda_B, Nu, Re, alfa1_on, nun, lambda_n, tcp_n_on,

alfa1_og, nug, lambda_g, tcp_g_og, B1, alfa1_cn, dcp, lambda_cm=50, Re2;

float Fp_on, Fp_cn, Fp_og, Fp, sigma_F;

//Sostavlenie teplovogo balansa i razbivka podogrevatelya na estestvennie

//zoni teploobmena

tg=ts (Pn);

//Nahozdenie neizvestnih Dn, Ton, Tog

Dn=((Tcn-TB)*GB)/((T1n-T1g)*nT);

Tog=TB+(Dn*(Tg-T1g)*nT)/GB;

tog=tx (PB, Tog);

Ton=Tcn+((hn-T1n)*Dn*nT)/GB;

ton=tx (PB, Ton);

Qon=Dn*(hn-T1n)*nT;

Qcn=Dn*(T1n-Tg)*nT;

Qog=Dn*(Tg-T1g)*nT;

printf («nSostavlenie teplovogo balansa i razbivka podogrevatelya na estestvennie zoni teploobmena»);

printf («nntg=%. 1f, nDn=%. 1f, nTog=%. 1f, ntog=%. 1f, nTon=%. 1f, nton=%. 1f», tg, Dn, Tog, tog, Ton, ton);

printf («nQon=%. 1f, nQcn=%. 1f, nQog=%. 1f», Qon, Qcn, Qog);

//Opredelenie eskiznoy ploshadi teploobmena

//Dlya on

t11=tn;

t111=t1n;

t112=ton;

t12=tcn;

P=(t11-t111)/(t11-t12);

R=(t112-t12)/(t11-t111);

A=(t11-t111)/(t112-t12);

zt=sqrt (pow ((A+1), 2)-4*A);

getcp_on=(zt*(t11-t12)*P*R)/log ((2-P*R*((A+1)-zt))/(2-P*R*((A+1)+zt)));

//Dlya cn

t11=t1n;

t111=tg;

t112=tcn;

t12=tog;

P=(t11-t111)/(t11-t12);

R=(t112-t12)/(t11-t111);

A=(t11-t111)/(t112-t12);

zt=sqrt (pow ((A+1), 2)-4*A);

getcp_cn=(zt*(t11-t12)*P*R)/log ((2-P*R*((A+1)-zt))/(2-P*R*((A+1)+zt)));

//Dlya og

t11=tg;

t111=t1g;

t112=tog;

t12=tB;

P=(t11-t111)/(t11-t12);

R=(t112-t12)/(t11-t111);

A=(t11-t111)/(t112-t12);

zt=sqrt (pow ((A+1), 2)-4*A);

getcp_og=(zt*(t11-t12)*P*R)/log ((2-P*R*((A+1)-zt))/(2-P*R*((A+1)+zt)));

do

{

Feck_on=(Qon*1000)/(kon*getcp_on);

Feck_cn=(Qcn*1000)/(kcn*getcp_cn);

Feck_og=(Qog*1000)/(kog*getcp_og);

Feck=Feck_on+Feck_cn+Feck_og;

printf («nnOpredelenie eskiznoy ploshadi teploobmena»);

printf («nngetcp_on=%. 1f, ngetcp_cn=%. 1f, ngetcp_og=%. 1f, nnFeck_on=%. 1f», getcp_on, getcp_cn, getcp_og, Feck_on);

printf («nFeck_cn=%. 1f, nFeck_og=%. 1f, nFeck=%. 1f», Feck_cn, Feck_og, Feck);

//Opredelenie osnovnih konstruktivnih razmerov teploobmennogo apparata

tcp_n_cn=(t1n+tg)/2;

ygVn_cn=v (Pn, hpt (Pn, tcp_n_cn));

//pn_cn=17. 183;

pn_cn=1/ygVn_cn;

printf («nnpn_cn=%. 3f», pn_cn);

Vn_cn=Dn/pn_cn;

tcp_B_cn=(tcn+tog)/2;

ygVB_cn=v (PB, hpt (PB, tcp_B_cn));

pB_cn=1/ygVB_cn;

VB_cn=GB/pB_cn;

dBH=dH-2*sigma_cm;

wB_cn=30*sqrt (ygVB_cn);

wn_cn=80*sqrt (ygVn_cn);

n=ceil ((4*GB)/(pi*dBH*dBH*wB_cn*pB_cn));

printf («nnOpredelenie osnovnih konstruktivnih razmerov teploobmennogo apparata»);

printf («nntcp_n_cn=%. 1f, nVn_cn=%. 3f, ntcp_B_cn=%. 1f, nVB_cn=%. 3f», tcp_n_cn, Vn_cn, tcp_B_cn, VB_cn);

printf («nwB_cn=%. 3f, nwn_cn=%. 3f, nn=%. 1f», wB_cn, wn_cn, n);

l=Feck/(pi*dBH*n);

printf («nl=%. 3f», l);

if (l> 9) {

printf («nnl> 9, znachit vipolnyaem teploobmennik mnogohodovim»);

printf («nprinimaem chislo hodov — z=%. 1f», z);

}

else if (l< 9) {

printf («nnl< 9, znachit teploobmennik dvuhhodovoy — z=%. 1f», z);

}

getch ();

do

{

do

{

l1=l/z;

printf («nl1=%. 1f», l1);

if (l1< 2||l1>9) {z=z+2;

printf («nl1<2 ili l1>9 znachit prinimaem chislo hodov — z=%. 1f», z); }

else if (2< l1<9) {printf («n2< l1<9 znachit ostavlyaem chislo hodov — z=%. 1f», z); }

}

while (l1< 2||l1>9);

N=n*z;

printf («nN=%. 1f», N);

//Kompanovka trubnogo puchka

t=1. 3*dH;

m=ceil ((sqrt (12*N-3)-3)/6);

printf («nnKompanovka trubnogo puchka»);

printf («nnt=%. 3f, nm=%. 1f», t, m);

N1=1+3*m+3*m*m;

Again:

d1=2*m*t;

x=0. 008;

dkopn_B=d1+dH+2*x;

c=l1/dkopn_B;

printf («nN1=%. 1f, ndkopn_B=%. 1f, nc=%. 1f», N1, dkopn_B, c);

if (c>3. 6) {

z=z+2;

printf («nnc>3.6 prinimaem kolichestvo hodov — z+2=%. 1f», z);

}

else if (c<2. 4) {

z=z-2;

printf («nnc<2.4 prinimaem kolichestvo hodov — z-2=%. 1f», z);

}

}

while (c<2. 4||c>3. 6);

ygVn_on=v (Pn, hpt (Pn, tn));

pn_on=1/ygVn_on;

//pn_on=12. 609;

dnaTp_n1=1. 13*sqrt (Dn/(pn_on*wn_cn));

//pg=834. 361;

ygVg=v (Pn, hpt (Pn, t1g));

pg=1/ygVg;

wg=30*sqrt (ygVg);

dnaTp_n11=1. 13*sqrt (Dn/(pg*wg));

//pB_cn=841. 699;

dnaTp_B=1. 13*sqrt (GB/(pB_cn*wB_cn));

printf («nndnaTp_n1=%. 3f, nwg=%. 3f, ndnaTp_n11=%. 3f, ndnaTp_B=%. 3f»,

dnaTp_n1, wg, dnaTp_n11, dnaTp_B);

getch ();

//Kompanovka mezhtrubnogo prostranstva

SmTp=(pi/4)*(dkopn_B*dkopn_B-N*dH*dH);

wfakT=Vn_cn/SmTp;

wpek=27;

printf («nnKompanovka mezhtrubnogo prostranstva»);

printf («nSmTp=%. 3f, nwfakT=%. 3f, nwpek=%. 3f», SmTp, wfakT, wpek);

if (wfakT< wpek) {

printf («nnwfakT< wpek neobhodimo povisit skorost putem ustanovki poperechnih peregorodok»);

SmTp1=Vn_cn/wpek;

S1=SmTp1;

d1=sqrt ((4*S1)/(pi*(1−0. 91*y*pow (dH/t, 2))));

S2=SmTp1;

d2=sqrt (pow (dkopn_B, 2)-(4*S2/pi));

S3=SmTp1;

d0=(d1+d2)/2;

h=S3/(pi*d0*(1-dH/t));

printf («nnSmTp1=%. 3f, nh=%. 3f, nd0=%. 3f», SmTp1, h, d0);

if (h<0. 08) {

h=0. 08;

printf («nnh<0. 08 znachit prinimaem h=%. 3f», h);

S3=pi*d0*h*(1-(dH/t));

SmTp1=S3;

wpek=Vn_cn/SmTp1;

S1=SmTp1;

d1=sqrt ((4*S1)/(pi*(1−0. 91*y*pow (dH/t, 2))));

S2=SmTp1;

d2=sqrt (pow (dkopn_B, 2)-(4*S2/pi));

printf («nnSmTp1=%. 3f, nh=%. 3f, nwpek=%. 3f»,

SmTp1, h, wpek);

}

else if (h> =0. 08) {printf («nnh> =0. 08»);}

}

else if (wfakT==wpek) {printf («nnwfakT=wpek ne nuzno ustanavlivat poperechnie peregorodki»); }

else if (wfakT> wpek) {

printf («nnwfakT> wpek neobhodimo uvelichit shag mezdu trubami — t»);

t=t*1. 05;

goto Again;

}

//Utochnenie koefficienta teploperedachi

//Dlya vseh zon nahozdenie alfa2

nuB=Nju_wd (PB, tcp_B_cn);

Pr=Pr_wd (PB, tcp_B_cn);

lambda_B=Lambda_wd (PB, tcp_B_cn);

Re2=wB_cn*dBH/nuB;

Nu=0. 021*pow (Re2, 0. 8)*pow (Pr, 0. 43);

alfa2=Nu*lambda_B/dBH;

//Dlya on alfa1_on

tcp_n_on=(tn+(tg+10))/2;

//nun=Nju_wd (Pn, tcp_n_on);

//Pr=Pr_wd (Pn, tcp_n_on);

//lambda_n=Lambda_wd (Pn, tcp_n_on);

nun=0. 14 251;

Pr=1. 0725;

lambda_n=0. 0495;

Re=wn_cn*dH/nun;

Nu=0. 305*pow (Re, 0. 35)*pow (Pr, 0. 6)*pow (l1/dH, 0. 038);

alfa1_on=Nu*lambda_n/dH;

//Dlya og alfa1_og

tcp_g_og=(tg+t1g)/2;

nug=Nju_wd (Pn, tcp_g_og);

Pr=Pr_wd (Pn, tcp_g_og);

lambda_g=Lambda_wd (Pn, tcp_g_og);

Re=wg*dH/nug;

Nu=0. 305*pow (Re, 0. 35)*pow (Pr, 0. 6)*pow (l1/dH, 0. 038);

alfa1_og=Nu*lambda_g/dH;

//Dlya cn alfa1_cn

B1=5700+56*242. 482−0. 09*pow (242. 482, 2);

alfa1_cn=1. 34*B1/pow (getcp_cn*l1, 0. 25);

dcp=(dH+dBH)/2;

kon=1/(dcp*(1/(alfa1_on*dH)+1/(2*lambda_cm)*log (dH/dBH)+1/(alfa2*dBH)));

kcn=1/(dcp*(1/(alfa1_cn*dH)+1/(2*lambda_cm)*log (dH/dBH)+1/(alfa2*dBH)));

kog=1/(dcp*(1/(alfa1_og*dH)+1/(2*lambda_cm)*log (dH/dBH)+1/(alfa2*dBH)));

printf («nnUtochnenie koefficienta teploperedachinDlya vseh zon nahozdenie alfa2»);

printf («nalfa2=%. 3f», alfa2);

printf («nnDlya on alfa1_onntcp_n_on=%. 3f, nnun=%. 10f, nPr=%. 3f, nlambda_n=%. 4f, nRe=%. 3f, nNu=%. 3f, nalfa1_on=%. 3f», tcp_n_on, nun, Pr, lambda_n, Re, Nu, alfa1_on);

printf («nnDlya og alfa1_ogntcp_g_og=%. 3f, nnug=%. 10f, nPr=%. 3f, nlambda_g=%. 4f, nRe=%. 3f, nNu=%. 3f, nalfa1_og=%. 3f»,

tcp_g_og, nug, Pr, lambda_g, Re, Nu, alfa1_og);

printf («nnDlya cn alfa1_cnnalfa1_cn=%. 3f», alfa1_cn);

printf («nnkon=%. 3f, nkcn=%. 3f, nkog=%. 3f», kon, kcn, kog);

//Opredelenie raschetnoy ploshadi teploobmena

Fp_on=(Qon*1000)/(getcp_on*kon);

Fp_cn=(Qcn*1000)/(getcp_cn*kcn);

Fp_og=(Qog*1000)/(getcp_og*kog);

Fp=Fp_on+Fp_cn+Fp_og;

printf («nnOpredelenie raschetnoy ploshadi teploobmena»);

printf («nFp_on=%. 3f, nFp_cn=%. 3f, nFp_og=%. 3f, nFp=%. 3f»,

Fp_on, Fp_cn, Fp_og, Fp);

getch ();

//Raschet pogreshnosti

sigma_F=fabs ((Feck-Fp)/Feck)*100;

printf («nnRaschet pogreshnostinsigma_F=%. 3f», sigma_F);

if (sigma_F>0. 5) {

z=2;

printf («nnsigma_F>0.5 neobhodimo vipolnit zanovo konstruktorskiy raschet»);

}

else if (sigma_F<0. 5) {

printf («nnKonstruktorskiy raschet zakonchen»);

printf («nnZnacheniya s posledney iteraciinRe2=%. 5f, nl=%. 3f, nl1=%. 3f, nd0=%. 3f, nSmTp1=%. 3f, nN=%. 3f, ndkopn_B=%. 3f, nd1=%. 3f, nd2=%. 3f, ndnaTp_n1=%. 3f, ndnaTp_n11=%. 3f, ndnaTp_B=%. 3f», Re2, l, l1, d0, SmTp1, N, dkopn_B, d1, d2, dnaTp_n1, dnaTp_n11, dnaTp_B);

}

}

while (sigma_F>0. 5);

getch ();

}

8. Результаты вычислений

Sostavlenie teplovogo balansa i razbivka podogrevatelya na estestvenniezoni teploobmena

tg=242. 5,

Dn=5. 8,

Tog=932. 4,

tog=216. 4,

Ton=1061. 4,

ton=244. 6

Qon=1789. 2,

Qcn=10 304. 9,

Qog=470. 9

Opredelenie eskiznoy ploshadi teploobmena

getcp_on=47. 2,

getcp_cn=18. 2,

getcp_og=16. 8,

Feck_on=505. 2

Feck_cn=222. 4,

Feck_og=50. 9,

Feck=778. 5

pn_cn=17. 274

Opredelenie osnovnih konstruktivnih razmerov teploobmennogo apparata

tcp_n_cn=247. 5,

Vn_cn=0. 338,

tcp_B_cn=228. 4,

VB_cn=0. 111

wB_cn=1. 033,

wn_cn=19. 248,

n=311. 0

l=37. 962

l> 9, znachit vipolnyaem teploobmennik mnogohodovim

prinimaem chislo hodov — z=2. 0

l1=19. 0

l1<2 ili l1>9 znachit prinimaem chislo hodov — z=4. 0

l1=9. 5

l1<2 ili l1>9 znachit prinimaem chislo hodov — z=6. 0

l1=6. 3

2< l1<9 znachit ostavlyaem chislo hodov — z=6. 0

N=1866. 0

Kompanovka trubnogo puchka

t=0. 032,

m=25. 0

N1=1951. 0,

dkopn_B=1. 7,

c=3. 8

c>3.6 prinimaem kolichestvo hodov — z+2=8. 0

l1=4. 7

2< l1<9 znachit ostavlyaem chislo hodov — z=8. 0

N=2488. 0

Kompanovka trubnogo puchka

t=0. 032,

m=29. 0

N1=2611. 0,

dkopn_B=1. 9,

c=2. 5

dnaTp_n1=0. 175,

wg=1. 039,

dnaTp_n11=0. 093,

dnaTp_B=0. 371

Kompanovka mezhtrubnogo prostranstva

SmTp=1. 691,

wfakT=0. 200,

wpek=27. 000

wfakT< wpek neobhodimo povisit skorost putem ustanovki poperechnih peregorodok

SmTp1=0. 013,

h=0. 017,

d0=1. 041

h<0. 08 znachit prinimaem h=0. 080

SmTp1=0. 060,

h=0. 080,

wpek=5. 599

Utochnenie koefficienta teploperedachi

Dlya vseh zon nahozdenie alfa2

alfa2=8300. 470

Dlya on alfa1_on

tcp_n_on=309. 194,

nun=0. 14 251,

Pr=0. 534,

lambda_n=0. 0495,

Re=232 652. 078,

Nu=19. 303,

alfa1_on=66. 184

Dlya og alfa1_og

tcp_g_og=233. 867,

nug=0. 1 116,

Pr=0. 534,

lambda_g=0. 6335,

Re=232 652. 078,

Nu=19. 303,

alfa1_og=489. 153

Dlya cn alfa1_cn

alfa1_cn=6150. 564

kon=71. 059,

kcn=3109. 163,

kog=487. 127

Opredelenie raschetnoy ploshadi teploobmena

Fp_on=533. 208,

Fp_cn=182. 380,

Fp_og=57. 517,

Fp=773. 106

Raschet pogreshnosti

sigma_F=0. 694

sigma_F>0.5 neobhodimo vipolnit zanovo konstruktorskiy raschet

Opredelenie eskiznoy ploshadi teploobmena

getcp_on=47. 2,

getcp_cn=18. 2,

getcp_og=16. 8,

Feck_on=533. 2

Feck_cn=182. 4,

Feck_og=57. 5,

Feck=773. 1

pn_cn=17. 274

Opredelenie osnovnih konstruktivnih razmerov teploobmennogo apparata

tcp_n_cn=247. 5,

Vn_cn=0. 338,

tcp_B_cn=228. 4,

VB_cn=0. 111

wB_cn=1. 033,

wn_cn=19. 248,

n=311. 0

l=37. 699

l> 9, znachit vipolnyaem teploobmennik mnogohodovim

prinimaem chislo hodov — z=2. 0

l1=18. 8

l1<2 ili l1>9 znachit prinimaem chislo hodov — z=4. 0

l1=9. 4

l1<2 ili l1>9 znachit prinimaem chislo hodov — z=6. 0

l1=6. 3

2< l1<9 znachit ostavlyaem chislo hodov — z=6. 0

N=1866. 0

Kompanovka trubnogo puchka

t=0. 032,

m=25. 0

N1=1951. 0,

dkopn_B=1. 7,

c=3. 8

c>3.6 prinimaem kolichestvo hodov — z+2=8. 0

l1=4. 7

2< l1<9 znachit ostavlyaem chislo hodov — z=8. 0

N=2488. 0

Kompanovka trubnogo puchka

t=0. 032,

m=29. 0

N1=2611. 0,

dkopn_B=1. 9,

c=2. 4

dnaTp_n1=0. 175,

wg=1. 039,

dnaTp_n11=0. 093,

dnaTp_B=0. 371

Kompanovka mezhtrubnogo prostranstva

SmTp=1. 691,

wfakT=0. 200,

wpek=27. 000

wfakT< wpek neobhodimo povisit skorost putem ustanovki poperechnih peregorodok

SmTp1=0. 013,

h=0. 017,

d0=1. 041

h<0. 08 znachit prinimaem h=0. 080

SmTp1=0. 060,

h=0. 080,

wpek=5. 599

Utochnenie koefficienta teploperedachi

Dlya vseh zon nahozdenie alfa2

alfa2=8300. 470

Dlya on alfa1_on

tcp_n_on=309. 194,

nun=0. 14 251,

Pr=0. 534,

lambda_n=0. 0495,

Re=232 652. 078,

Nu=19. 298,

alfa1_on=66. 166

Dlya og alfa1_og

tcp_g_og=233. 867,

nug=0. 1 116,

Pr=0. 534,

lambda_g=0. 6335,

Re=232 652. 078,

Nu=19. 298,

alfa1_og=489. 024

Dlya cn alfa1_cn

alfa1_cn=6161. 275

kon=71. 041,

kcn=3111. 679,

kog=487. 009

Opredelenie raschetnoy ploshadi teploobmena

Fp_on=533. 348,

Fp_cn=182. 232,

Fp_og=57. 531,

Fp=773. 112

Raschet pogreshnosti

sigma_F=0. 001

Konstruktorskiy raschet zakonchen

Znacheniya s posledney iteracii

Re2=189 492. 29 688,

l=37. 699,

l1=4. 712,

d0=1. 041,

SmTp1=0. 060,

N=2488. 000,

dkopn_B=1. 926,

d1=0. 351, d2=1. 906,

dnaTp_n1=0. 175,

dnaTp_n11=0. 093,

dnaTp_B=0. 371

9. Результаты программных вычислений с последней итерации

Общая длина труб теплообменного аппарата l=37,699 м2

Число ходов z=8

Рабочая длина одного хода l'=4,731 м2

Общее количество труб в теплообменном аппарате N=2488

Количество окружностей m=29

Общее количество труб, которое можно расположить на окружностях N'=2611

Расчётный внутренний диаметр теплообменника

Шаг между центрами труб

Площадь межтрубного пространства без учёта перегородок

Действительная скорость пара

Уточненная площадь межтрубного пространства

Диаметр кольца поперечной перегородки

Диаметр диска

Расстояние между поперечными перегородками h

Рекомендуемая скорость пара

Коэффициент теплоотдачи от стенки труб к нагреваемому теплоносителю (по зоне СП)

Коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенки труб для зоны ОП

Коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенки труб для зоны ОД

Коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки труб для зоны СП

Коэффициент теплопередачи для зоны ОП

Коэффициент теплопередачи для зоны СП

Коэффициент теплопередачи для зоны ОД

Уточнённая общая площадь поверхности теплообмена

Погрешность

10. Гидравлический расчёт теплообменного аппарата

Задачей гидравлического расчёта теплообменного аппарата является определение гидравлических сопротивлений трубного пучка и межтрубного пространства, затрат мощности на привод насоса для транспорта теплоносителя вдоль теплообменной поверхности.

10.1 Расчёт гидравлического сопротивления трубного пучка

Коэффициент шероховатости (зависит от материала труб): для стальных труб

Коэффициент сопротивления трения:

Гидравлические потери, возникающие при движении нагреваемого теплоносителя за счёт трения о стенки труб:

Значения коэффициентов местных сопротивлений:

· - сопротивление на входе (выходе) из подающего патрубка в крышку водяной камеры

· - поворот на 90° при распределении воды по трубам трубного пучка

· - сопротивление входа (выхода) в трубный пучок

· - сопротивление поворота на 180° в U-образном колене

· - сопротивление поворота на 180° в крышке водяной камеры

Сумма коэффициентов местных сопротивлений, зависящих исключительно от конструкции подогревателя и его элементов:

Потеря давления на преодоление местных сопротивлений, которые

встречаются по пути движения потока воды в аппарате. Связаны с ударами, расширениями и сужениями потока при выходе и входе в водяных камерах, а также при повороте потока в гибах трубок, коленах паропроводов или через перегородки:

Гидравлическое сопротивление трубок пучка определяется потерями давления на трение и потерей давления на преодоление местных сопротивлений, которые встречаются по пути движения потока нагреваемой среды в аппарате (поворотами, сужениями, расширениями и т. д.):

КПД насоса:. Необходимая мощность для перемещения нагреваемого теплоносителя:

10.2 Расчёт гидравлического сопротивления межтрубного пространства

Число секций, последовательно омываемых паром, образованных поперечными перегородками:

секций

Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства (паровое сопротивление), т. е. разность давлений пара при входе в теплообменный аппарат и в конце траектории его движения, зависит от конструкции аппарата, компоновки трубного пучка, а также параметров и режима работы аппарата:

11. Расчёт элементов теплообменного аппарата на прочность

Задачей расчёта элементов теплообменного аппарата на прочность является определение толщины наиболее нагруженных элементов по условию обеспечения их надёжной работы. В основу действующих норм расчета на прочность сосудов и трубопроводов, находящихся под внутренним давлением, положен метод расчета прочности по предельным нагрузкам. При этом за опасную нагрузку принимается такая, которая вызывает общую пластическую деформацию всей конструкции.

Наиболее нагруженные элементы: корпус, крышка водяной камеры, трубная доска, фланцы, болтовые соединения, компенсатор температурных напряжений, упрочнительные кольца.

За расчётную температуру стенки стационарного теплообменника, при которой определяются характеристики материалов, принимают наибольшее значение температуры протекающей в нём среды. Допускаемое отклонение температуры среды от номинальной при этом не учитывается.

Расчётное давление, на которое производится расчёт аппарата на прочность, принимается равным наибольшему рабочему давлению теплоносителя. Для элементов, разделяющих пространство с разными давлениями, за расчётное принимается то, которое требует наибольшей толщины стенки.

11.1 Расчёт на прочность корпуса аппарата

Коэффициент, учитывающий ослабление прочности корпуса, при наличии поперечных сварных швов и отверстий:

Прибавка к расчётной толщине стенки:

· - прибавка, компенсирующая потери металла от коррозии и эрозии.

· - прибавка, компенсирующая минусовое отклонение толщины стенки корпуса при штамповке исходного материала.

· - технологическая прибавка, учитывающая искажение правильной геометрической формы при гибке.

Номинальное допускаемое напряжение, МПа, материала изготовления корпуса находим с таблицы:, зависит от марки стали (ст. 1Х12В2МФ) и средней температуры пара °С.

Номинальная толщина стенки корпуса, нагруженного внутренним давлением греющей среды:

11.2 Расчёт на прочность крышки водяной камеры

Одновременно с расчётом толщины крышки выполняется оценка основных конструктивных размеров её элементов.

Номинальное допускаемое напряжение, МПа, материала изготовления крышки находим с помощью таблицы:, зависит от марки стали (ст. 1Х12В2МФ) и средней температуры воды °С. Толщина стенки крышки водяной камеры:

Высота эллиптической части крышки:

Высота цилиндрической части крышки:

Рисунок 11.2 — Схематичное изображение эллиптической крышки.

11.3 Расчёт на прочность трубных досок

Задача — определение допустимой толщины трубной доски с учётом способа её крепления, массы трубного пучка, заполненного водой, и различных отверстий, ослабляющих прочность трубной решётки.

Коэффициент, учитывающий способ закрепления трубной доски: 0,9 — для трубных досок, зажимаемых между фланцами без сквозных отверстий.

Коэффициент прочности:

Расчётный диаметр трубной доски, соответствующий внутреннему диаметру корпуса теплообменника:

Номинальное допускаемое напряжение, МПа, материала изготовления трубной доски находим с помощью интерполяции:

,

зависит от марки стали (ст. 1Х12В2МФ).

Толщина трубной доски подогревателя с U-образными трубами без анкерных связей:

Так как, то не нужно устанавливать анкерные связи.

11.4 Расчёт на прочность упрочнительных колец

Любое отверстие в корпусе и крышке водяной камеры приводит к появлению концентрации напряжения и к уменьшению прочности элемента.

Для восстановления прочности стенки, ослабленной отверстием, производят укрепление отверстий с помощью накладок (упрочняющих колец). Укреплению подлежат отверстия, диаметр которых превышает либо 200 мм, либо величину. Расчет упрочнительных колец производится по принципу компенсации изъятого отверстием металла. Суть расчета сводится к определению толщины и диаметра упрочнительного кольца.

Так как патрубки подвода пара и отвода дренажа, меньше 200 мм, то необходимости в установке упрочнительных колец нет.

Патрубки подвода и отвода воды: — необходимо установить упрочнительные кольца. Толщина упрочнительных колец:

Диаметр упрочнительных колец:

Рисунок 11.4 — Схематичное изображение уплотнительного кольца.

11.5 Расчёт болтов или шпилек на прочность

Задачей расчета болтовых и шпилечных соединений является определение диаметра, шага и числа болтов или шпилек. Рабочую температуру болта или шпильки принимают равной температуре рабочей среды (средняя температура нагреваемого теплоносителя °С).

Допускаемое напряжение, МПа, для шпилек (марка стали 35Х) находим с помощью таблицы:

Коэффициент запаса прочности. Усилие от затяжки на одну шпильку, МПа, рассчитывается в зависимости от давления нагреваемой среды () и внутреннего диаметра корпуса ():

Номинальный диаметр шпильки, м:

Значение шага расположения между шпильками на фланце выбирается исходя из опыта эксплуатации и с учётом диаметра отверстия под шпильку при величине расчётного давления:

Нагрузка на шпильки в рабочих условиях должна компенсировать внутреннее давление и создавать удельное давление на прокладку, обеспечивающее герметичность фланцевого разъема в рабочих условиях. В качестве прокладочного материала принимаем паранит.

Толщина прокладки:. Расстояние от внутренней кромки фланца до внутренней кромки прокладки (для металлических прокладок):

Ширина прокладки при величине внутреннего диаметра корпуса аппарата:

Наружный диаметр прокладки, м:

Диаметр условной окружности расположения шпилек на фланце:

Расчётное количество шпилек:

11.6 Расчёт на прочность фланцевых соединений

Задача — определение необходимой толщины фланца по условию прочности.

Толщина фланца:

Рисунок 11.6 — Схематичное изображение фланцевого соединения.

11.7 Расчёт термических напряжений

В теплообменниках с жесткими соединениями между корпусом и трубными досками, какими являются, например, кожухотрубные теплообменники, возникают дополнительные термические напряжения в трубках и корпусе аппарата вследствие различной степени их удлинения при нагреве и охлаждении. Эти напряжения могут привести к нарушению плотности соединения трубок с трубной доской, деформации трубок и, как следствие, к истиранию их в промежуточных перегородках и т. д.

Сила воздействия между корпусом и трубками за счет температурных расширений определяется по формуле:

,

где — модули упругости материала корпуса и трубок, МПа, для стали., так как материал корпуса и трубок — сталь; - площадь поперечного сечения корпуса аппарата и его трубок,:

, — коэффициенты линейного расширения корпуса и трубок аппарата соответственно, принимаются в зависимости от материала:

°С — для стали

Температура окружающей среды °С. Разность между рабочей температурой корпуса и температурой окружающей среды:

°С.

Разность между рабочей температурой трубок (средней температурой нагреваемой среды) и температурой окружающей среды:

°С.

Сила воздействия между корпусом и трубками за счёт температурных расширений:

Осевое усилие, возникающее при совместном действии корпуса и трубного пучка, зависит от давлений действующих сред:

Напряжения, возникающие от совместного действия давлений сред и разности температур:

для корпуса:

для трубок:

Далее путём сравнения полученных напряжений с соответствующими допускаемыми принимается решение о необходимости установки компенсационных приспособлений. Компенсаторы устанавливаются в случае, если выполняется хотя бы одно неравенство:

,

Рассчитанные напряжения не превышают допустимые, поэтому нет необходимости устанавливать компенсирующие устройства в теплообменном аппарате.

12. Конструктивный расчёт тепловой изоляции

Основными задачами использования тепловой изоляции являются:

1) Уменьшение тепловых потерь в окружающую среду

2) Защита персонала с точки зрения техники безопасности

3) Защита корпуса от химической коррозии

К материалу изготовления тепловой изоляции предъявляются следующие требования:

1) Низкий коэффициент теплопроводности

2) Низкая стоимость

3) Высокая механическая прочность

4) Низкая гигроскопичность

5) Малый удельный вес

6) Жаростойкость

Задачей расчёта является определение минимальной толщины слоя изоляции исходя из условия обеспечения минимальных тепловых потерь в окружающую среду и безопасности оперативного персонала.

Теплоизоляционный материал: выбираем минеральную вату марки 100. Температура наружной поверхности слоя изоляции (по ПТЭ) °С, а температуру окружающей среды принимаем °С.

Теплопроводность теплоизоляционного материала:

Коэффициент теплоотдачи для изоляции, расположенной на открытом воздухе:

Удельные тепловые потери с 1 м2 изоляции:

Температура стенки корпуса теплообменного аппарата принимается в расчётах средней температуре пара °С. Толщина изоляционного слоя:

Заключение

В ходе расчета курсового проекта было выполнено конструирование кожухотрубного подогревателя высокого давления ПВ-773−189−35.

В зависимости от начальных параметров греющей среды выполнена разбивка теплообменного аппарата (ТА) на зоны с различными условиями теплообмена, в частности на зону охлаждения пара (ОП), зону собственного подогрева (СП) и зону переохлаждения конденсата (ОД).

Далее определены эскизные площади теплообмена по каждой зоне и общая площадь поверхности теплообмена равная Fэск =773м2.

Определены основные конструктивные размеры (ТА): принят трубный пучок с наружным диаметром труб — dн=0,025 м и толщиной стенки, число труб в одном ходе — n=312, общая длина труб (ТА) — l=37м, в следствии чего было принято решение о выполнении подогревателя многоходовым с числом ходов — z=8. Вычислены длина одного хода — l'=4,731 м и общее количество труб в теплообменном аппарате — N=2488. Трубы расположены по концентрическим окружностям с шагом — t=0,33 м. Выполнен расчет внутреннего диаметра (ТА) — Dвн=1,926 м, компоновки трубного пучка и межтрубного пространства. Площадь межтрубного пространства — S=1,687 м, Действительная скорость пара в межтрубном пространстве без учета перегородок -. Так как действительная скорость пара оказалась меньше рекомендуемой —, было принято решение об установке в межтрубном пространстве теплообменника поперечных перегородок кольцевого типа, площадь межтрубного пространства с учетом установки перегородок стала равной — S'=0,06 м, а скорость пара -. Диаметр кольца поперечной перегородки — D1=0,351 м, диаметр диска — D2=1,906 м, расстояние между поперечными перегородками — h=0,08 м.

Проведен расчет гидравлических сопротивлений трубного пучка —, межтрубного пространства — и необходимой мощности для перемещения нагреваемого теплоносителя — N=5344Вт.

Также выполнен расчет элементов (ТА) на прочность. Использовалась методика расчета по предельным нагрузкам. Задачей расчета на прочность является определение необходимых и достаточных размеров наиболее нагруженных элементов, обеспечивающих их надежную и длительную работу. Материалом изготовления была принята сталь 1Х12В2МФ. Толщина стенки корпуса — Sкорп=0,007 м, толщина крышки водяной камеры — Sкр=0,035 м, толщина трубной доски — Sтр=0,165 м. В результате расчета на прочность неукрепленных отверстий, принято решение установки упрочнительных колец на патрубки подвода и отвода нагреваемой среды, толщина колец — Sук=0,088 м, диаметр колец — Dук=0,724 м. Для соединения фланцев были выбраны шпильки диаметром — dшп =0,051 м, с шагом — Sшп =0,158 м.

В завершении конструирования проведен расчет тепловой изоляции, толщина слоя тепловой изоляции составила — Sиз 0,059 м.

В графической части проекта (сборочный чертеж на листе формата А1) представлена компоновка теплообменника и деталировка отдельных его элементов.

Список использованной литературы

1 Бойко, Е. А. Применение ЭВМ для решения теплоэнергетических задач / Е. А. Бойко. — Красноярск: Изд-во «Сибирский промысел», 2001. — 202 с.

2 Ривкин, С. Л. Теплофизические свойства воды и водяного пара / С. Л. Ривкин, А. А. Александров. — М.: Энергия, 1980. — 424 с.

3 Исаченко, В. П. Теплопередача: учебное пособие для вузов / В. П. Исаченко. — М.: Энергия, 1975. — 488 с

4 Бойко Е. А. Математическое моделирование теплоэнергетических задач на ЭВМ: Метод. указания по лабораторным работам и расчетно-графическому заданию для студентов специальности 100 500 — «Тепловые электрические станции» / Е. А. Бойко, Д. Г. Дидичин, П. В. Шишмарев. — Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2002. 120 с.

5 Бойко Е. А. Тепловые электрические станции. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС: учеб. Пособие / Е. А. Бойко. — Красноярск ИПЦ КГТУ, 2006. — 92 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой