Расчет пароводяного подогревателя (стр. 5 из 6)

Па,

где ω₁ и ω₂- скорости теплоносителя во входном и выходном сечениях потока соответственно,

;

ρ₁ и ρ₂ - плотности теплоносителя во входном и выходном сечениях потока соответственно,

,

ΔP_у = 0 (для капельных жидкостей ΔP_у ничтожно мало и не принимается в расчет).

Перепад давления для преодоления гидростатического столба жидкости равен нулю, т.к. данный подогреватель не сообщается с окружающей средой: ΔP_Г = 0.

2.1 Определим полный напор, необходимый для движения воды через аппарат,

ΔP=ΔP_ГР+∑ΔP_м , кПа.

ΔP=5633.56+1893.12=7527.04 кПа.

2.2 Определим мощность, необходимую для перемещения воды через подогреватель,

, кВт,

где G_B - объемный расход воды,

;

ŋ = 0,85 - коэффициент полезного действия насоса;

ΔP - полный напор, кПа.

N=

=528.37 кВт.

2.3 Определение размеров патрубков:

Для воды (входной и выходной патрубки).

2.3.1 Вычисляем площадь сечения патрубка

, м²,

F_пат=

=0,005 м²,

2.3.2 Определяем диаметр патрубка

, м.

d_пат=

=0,08 м,

2.3.3 Патрубок для входа пара.

Принимаем скорость пара в патрубке ω_п = 30

. Вычисляем площадь сечения патрубка

, м²

где D_п - массовый расход пара,

;

ρ_п - плотность пара при средней температуре пара,

.

F^п_пат=

=0,06953 м²

2.3.4 Определяем диаметр патрубка по формуле.

d_пат

=0,2975 м

2.3.5 Патрубок для выхода конденсата.

Принимаем скорость конденсата в патрубке ω_к= 3

. Плотность конденсата находится при температуре насыщения пара t_s.

2.3.6 Вычисляем площадь сечения патрубка по выражению.

F_ппат=

=0,003 м²

Определим диаметр патрубка по формуле.

d_пат=

=0,062 м

2.3.7 Патрубок для откачки воздуха.

Принимаем расход воздуха G'_в= 0,05 D_п=0,05 8,116=0,4,

.

Скорость воздуха ω_в = 8

.

2.3.8 Вычисляем площадь сечения патрубка по выражению.

F^п_пат=

=0,0128 м²

2.3.9 Определяем диаметр патрубка по формуле.

d_пат=

=0,1278 м

Обобщение результатов расчета.

В результате проведенных расчетов разработан подогреватель, имеющий следующие характеристики:

1.Расход воды - G_в =199

;

2.Расход греющего пара -D_п=8,13

;

3.Температура:

воды на входе -t`_в=21°С;

воды на выходе -t``_в=90°С;

пара на входе - t_п=175°С;

конденсата - t_к=160°С;

4.Размеры подогревателя:
внутренний диаметр корпуса - D_в=617.4 мм;
толщина стенок корпуса - δ_ст=4 мм;
высота трубок - h=4000 мм;

5.Число ходов - m=2

6.Число трубок - n=187 шт.;

7.Поверхность нагрева - F=74.22 м²;

8.Необходимая мощность насоса - N=528.37 кВт.

3. МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

Произведем расчет основных узлов и деталей аппарата на прочность. Конструкция и элементы аппаратов должны рассчитываться на наибольшее допускаемое рабочее давление с учетом возможных температурных напряжений, особенностей технологии изготовления деталей, агрессивности действия рабочей среды и особенностей эксплуатации.

3.1 Определим толщину стенки кожуха

, м ,

где р - расчетное давление, Па; σ_доп -допускаемое напряжение, Па;

φ_св- коэффициент прочности сварного шва.

δ_к=

=0,00153 м.

3.2 Производим расчет толщины эллиптического днища.

Исходя из условия технологичности изготовления принимаем предварительно δ_д =δ _К = 4 мм, тогда толщина стенки днища, имеющего отверстие, определяется по выражению

, м.

Условия применимости этой формулы:

;

;

;

где h_вып - высота выпуклой части днища, м;

D_вн - внутренний диаметр корпуса, м;

d - наибольший диаметр отверстия в днище, м;

С - прибавка, учитывающая допуск на прокат, коррозию и т.д., м; z - коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия.

3.3 Определяем коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия,

z=1 при

d=0,6 0,614=0,273 м;

h_вып=0,614 0,2=0,091 м;

δ_д=

=0,002334 м.

3.4 Произведем расчет трубной решетки.

Расчетное давление при расчете трубной решетки выбирается по большему из трех следующих значений:

,Па,

,

,

где Р_м, Р_Т - давление в межтрубном и трубном пространстве соответственно, Па;

Р_мп, Р_тп - пробное давление при гидравлическом испытании в межтрубном пространстве и в трубах, Па;

ρ - отношение жесткости трубок к жесткости кожуха;

γ - расчетный температурный коэффициент;

k - модуль упругости системы трубок,

;

α - коэффициент перфорации.

3.5 Определяем коэффициент, выражающий отношение жесткости трубок к жесткости кожуха,

,

где Ет, Ек - модули упругости материала трубок и кожуха соответственно (Е = =1,1 10⁶ атм. = 1,078 10¹¹ Па - для латуни, Е = 2,1 10⁶ атм. = 2,058 10¹¹ Па - для стали), МПа; F_к, F_Т - площади сечения материала трубок и кожуха, м².

Вычисляем площадь сечения материала трубок

, м²,

где n - количество трубок, шт.;

d_вн, d_н - наружный и внутренний диаметры трубок, м.

3.6 Определяем площадь сечения материала кожуха

3.7 Вычисляем расчетный температурный коэффициент

,

где t_k, t_Т - температуры трубок и кожуха, °С; α_к, α_Т - коэффициенты
линейного удлинения трубок и кожуха соответственно,

.

, °С,

, °С.

3.8 Определяем модуль упругости системы трубок

, ,

где ℓ - длина трубок, м;

а - внутренний радиус корпуса, м,

, м,

3.9 Вычисляем коэффициент перфорации

.

а=

=0,2275 м,

α=

=0,67956,

F_т=

=0,01645 м²,

F_к=

=0.00297,