Применение теплообменников (стр. 3 из 4)

При значениях Re>10⁴ имеет место устойчивый турбулентный режим движения воды. В этом случае критериальное уравнение имеет вид:

Nu = 0.023

Re^0.8 Pr^0.43 (12)

Критерий Нуссельта характеризует теплоотдачу и связан с коэффициентом а₂ выражением:

Nu =

. а₂ = , Вт/(м² К) (13)

3.5 Определение коэффициента теплопередачи К от пара к воде

С учетом знаний а₁ и а₂, толщины стенки трубки б = 0,002 м и ее теплопроводности λ_ср = 4605 Вт/(м К), определяем коэффициент К по выражению (3):

К =

, Вт/(м² К)

, Вт/(м² К)

3.6 Определение поверхности теплообменника F

Поверхность теплообменника определяем из основного уравнения теплопередачи по выражению (2)

F=

м²

4. Конструктивный расчет теплообменника

4.1 Определение общего количества трубок в теплообменнике

n =

,

Где F – поверхность теплообменника, м²;

- боковая поверхность одной нагревательной трубки, м²;

= 0,025 м – наружный диаметр трубки;

Н – высота трубки, м .

4.2 Определение количества трубок n₁ на один ход теплообменника

Количество трубок на 1 ход теплообменника определял из уравнения неразрывности потока, если задана скорость воды на один ход (υ=1м/с) и внутренний диаметр трубки (d_вн= 0,021 м) а именно:

V=υ

S (14)

Где V =

- объемный расход воды, м³/с;

G – весовой расход воды,100 кг/с ;

Ρ – плотность воды, кг/м³ при t_ср;

υ = 1 м/с – средняя скорость воды на 1 ход (задана);

S =

- площадь живого сечения трубного пространства на 1 ход, м²

n₁ = число трубок на один ход, шт.

Таким образом, при υ = 1 м/с имеем V=S или

V = =

, откуда

n₁ =

(15)

4.3 Определение числа ходов теплообменника Z и уточнение числа трубок n

Предварительное число ходов определял отношением общего количества трубок n к количеству трубок на один ход n₁, т.е.

Z =

=

Реальное число ходов в теплообменнике должно быть четным, т.е. Z = 2, 4 и т.д.

Принял Z = 8 и пересчитываем на реальное число труб, взяв за основу n₁ и Z = 8.

N = Z

n₁ (16)

N=8∙69=552

В последующих расчетах использую число трубок nпо формуле (16).

4.4 Определение внутреннего диаметра корпуса теплообменника Д_в

Д_в определял по формуле:

Д_в = 1,1

t , (17)

Где t = (1,2-1,4)

d_H, но не менее, чем t= d_H= 25 мм равен 32 мм.

Принимаем t = 32 мм.

n – число трубок по формуле (16);

= 0,6-0,8 – коэффициент заполнения трубной решетки.

Принял

= 0,7.

После расчета Д_в по формуле (17) принимаем ближайшее большее значение Д_в трубы по ГоСТу. Д_в =1000мм

5. Прочностной расчет теплообменника

5.1 Определение толщины стенки корпуса теплообменника б_к

Толщину стенки корпуса теплообменника б_к определял с учетом давления греющего пара Р ( кгс/см²), величины Д_в(см), допускаемого напряжения для стали σ_доп = 890-950 кг/см² по формуле:

δ_{к =}

+С(18)

где

= 0,9 – коэффициент прочности сварного шва;

= 900 кг/см²(принимаем) – допускаемое напряжение для стали;

С = (0,2-0,8)см – прибавка на коррозию.

Определив δ_к по формуле (18), окончательно принял нормализованную толщину стенки.

5.2 Определение толщины стальных трубных решеток δ_р

Трубные решетки изготавливаются из листовой стали. Толщина стальных трубных решеток берется в пределах (15 – 35)мм и выбирается в зависимости от диаметра развальцованных трубок d_Hи шага трубок в решетке t.

При заданном шаге t толщина должна быть не менее δ_р, рассчитанной по формуле:

δ_р =

(19)

C учетом сказанного, окончательно принимаем толщину трубной решетки, δ_р = 25 мм.

5.3 Расчет фланцевых соединений

При расчете фланцевых соединений задаемся размером стягивающего болта. Принимаем во фланцевом соединении для аппаратов Д_в = 300-2000 мм стальной болт М16.

Определяем допустимую нагрузку на один болт при затяжке

q_б =

d₁-c₁)² = 1.4-0.2)² 900 = 1017 кг, (20)

где d_{1 =} 1,4 см – внутренний диаметр резьбы болта;

c₁ = 0,2 см – конструктивная прибавка для болтов из углеродистой стали;

= 900 кг/см² – допустимое напряжение на растяжение.

Шаг между болтами t_б≤ 5d, т.е. менее 80 мм.

Принимаем t_б=65 мм.

Тогда определяем количество болтов n_б

n_б =

= (21)

l = 25 мм принимаем конструктивно так, чтобы удобно было работать ключом на фланцах.

Число болтов фланцевого соединения принимают кратным четырем, т.е. n_б = 4,8,12 и т.д.Принимаем равным 52

Определяем нагрузку на все болты фланцевого соединения Q_фл (см.рисунок) по формуле:

Q_фл = q_б

n_б

Qфл =1017∙52=52884кг

Фланец рассчитывают на изгиб М_изг под действием силы Q_фл по формуле:

М_изг = Q_фл

Где l = 25 мм = 2,5 см – плечо силы. Размер l = 25 мм выбран из конструктивных соображений и удобства работы с гаечным ключом.

М_изг =52884∙0.0025=132.2 Н∙м

Напряжение изгиба во фланце

(22)

где W=

- момент сопротивления.