close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

PZ

код для вставкиСкачать
Задание № 7
по курсовому проектированию
1. Тема проекта:
Вертикальный теплообменный аппарат с подвижной трубной решеткой.
2. Исходные данные:
Греющая вода
Pизб=0,8 МПа
t I1=1500С tII1=900С
Нагреваемая вода
G2=120 м3/час=33,33 кг/с
tI2=500С tII2=900С
Р=1,2 МПа
3. Содержание проекта:
Описание аппарата
Тепловой и конструктивный расчет Гидравлический расчёт
Механический расчет элементов конструкции теплообменного аппарата.
Расчёт тепловой изоляции
КИП и А
Требования "Ростехнадзора" 4. Графическая часть проекта:
Продольный и поперечный разрезы аппарата
Сборочные единицы аппарата и детали к ней
Расчет
3.1.Описание аппарата.
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты применяют для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации теплоносителей в различных технологических процессах.
Кожухотрубчатый теплообменник представляет собой аппарат, выполненный из пучков труб, собранных при помощи трубной решетки, и ограниченный кожухом и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости и коэффициента теплоотдачи теплоносителей. Теплообменники этого типа применяют, когда требуется большая поверхность теплообмена. Выбор направления тока теплоносителей в то или другое пространство теплообменника осуществляется по следующим критериям. Внутри труб легче достигается повышенная скорость, и поэтому в "водо-водяных" теплообменниках теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи или малым расходом лучше направлять в трубное пространство. А также теплоноситель с высокой температурой предпочтительнее направлять в трубы, что способствует снижению механической нагрузки на корпус аппарата и снижению тепловых потерь в окружающую среду. Согласно данным критериям направляем греющий теплоноситель в трубное пространство, а нагреваемый теплоноситель - в межтрубное. Теплообменник сварной с прямыми трубками, завальцованными в трубные доски. Трубки латунные с диаметром 20/18 мм. Коэффициент теплопроводности латуни λ=100Вт/мК. Корпус выполнен из стали (Ст20).
3.2.Тепловой и конструктивный расчет.
3.2.1 Ориентировочно по существующим конструкциям выбираем Наружный диаметр трубок dнар=20мм,
Внутренний диаметр трубок dвн=18мм,
3.2.2. Выбираем из справочника оптимальную скорость теплоносителя внутри трубок w0=2м/с.
3.2.3. Определяем число трубок.
Температурный напор.
, где 0С
0С
0С
Найдем средние температуры теплоносителей. При противотоке считают допустимым определять среднюю температуру теплоносителя с меньшим температурным перепадом как среднеарифметическую, а среднюю температуру другого теплоносителя по формуле .
0С
0С
Теплоемкости теплоносителей и их плотности определяем по средним температурам из таблицы: "физические свойства воды".
с1=4,245 кДж/(кг∙К);
с2=4,19 кДж/(кг∙К);
ρ1=943 кг/м3;
ρ2=977,8 кг/м3.
Определяем тепловую мощность.
Q2==4190∙33,33∙(90-50)=5586108 Вт
Q1= Вт; где ηс=0,98 - коэффициент сохранения теплоты, учитывающий потери теплоты через изоляцию.
Расход греющей воды G1= кг/с
Число труб
, N=48 шт.
Реальная скорость теплоносителя в трубах.
м/с
3.2.4 Расположение трубок в трубной решетке.
Располагаем трубки по вершинам равностороннего треугольника.
Шаг между центрами трубок:
t=dн∙(1,3÷1,8)=0,02∙1,5=0,03м.
3.2.5 Определение внутреннего диаметра корпуса
Положение крайних трубок.
м.
Внутренний диаметр.
м, принимаем стандартный Dвн=0,22м
Скорость теплоносителя в межтрубном пространстве
wмт=1,49 м/с
Fмт=0,0229 м2
3.2.6.Определение коэффициента теплопередачи.
При dср/δ≥2
- теплопроводность материала из которого изготовлена трубка
для латуни =100,0 Вт/мК
- толщина стенки трубки, м;
Определение коэффициента теплоотдачи от греющего теплоносителя к трубкам 1 (вынужденное течение внутри трубок)
- кинематическая вязкость при tср1, =0,253∙10-6 м2/с
=1,48 (при tср1)
tст==0С
=1,87 (при tст)
ж1=0,686 Вт/мК
Определение коэффициента теплоотдачи от трубок к нагреваемой воде 2 (вынужденное продольное обтекание пучка труб)
dэкв=0,023 м
=0,415∙10-6 м2/с (при tср2)
=2,58 (при tср2)
ж2=0,662 Вт/мК
Пересчитаем температуру стенки tст= 0С
Погрешность в определении температуры стенки
Δ= не превышает 5 %.
Коэффициент теплопередачи 3.2.7 Определение площади поверхности нагрева и размеров ее элементов.
Q=Q1, если греющий теплоноситель подается в трубное пространство
Найдем длину трубок при числе ходов z=1
м;
dр=dн,т.к. 1>2
Отношение K=L/Dтр= 8,7/0,22=39,5>7
Принимаем число ходов z=4. Пересчитываем N, Dвн, k, F, L.
N=48∙4=192 трубок
м, принимаем Dвн=0,5 м
dэкв=0,04 м
м
Отношение K=L/Dтр= 2,3/0,5=4,6<7
Выбираем наружный диаметр корпуса из ряда стандартных наружных диаметров Dн=530 мм
3.2.8 Определение диаметров патрубков.
- диаметр патрубка для греющей воды
, м
G1 - расход греющей воды, кг/с;
w1 - скорость греющей воды, м/с;
м.
По справочной литературе выбираем стандартный патрубок с размерами 125×4,5 мм
По справочной литературе выбираем стандартный диаметр.
- диаметр патрубка для нагреваемой воды
=м
По справочной литературе выбираем стандартный патрубок с размерами 219×8 мм.
3.3.Гидравлический расчет.
На перемещение рабочей среды через аппарат необходимо затратить определенную мощность. Эта мощность (мощность на валу насоса), Вт, определяется по формуле
, где  раcход теплоносителя кг/с;
 гидравлическое сопротивление аппарата, Н/м2;
 плотность теплоносителя, кг/м3;
 КПД насоса.
Гидравлический расчет теплообменного аппарата сводится к определению потерь давления по тракту каждого теплоносителя от входа в аппарат до выхода из него.
Общее падение давления по тракту складывается из потерь давления в элементах аппарата: входных и выходных патрубках, камерах и коллекторах, в трубных пучках и т.п. Для удобства расчета все составляющие полной потери давления условно разделяют на сопротивление трения при проходе жидкости по линейным участкам тракта аппарата и местные сопротивления, обусловленные наличием в теплообменнике локальных препятствий, изменяющих направление, форму и скорость потока жидкости. В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле
, где - сопротивление трения;
- местные сопротивления.
3.3.1 Расчет линейного сопротивления трения.
Сопротивление линейных участков - это, прежде всего, сопротивление входного, выходного патрубков и сопротивление, обусловленное течением в трубном пучке, для одного теплоносителя и омыванием трубного пучка для другого. Линейная длина патрубков подвода теплоносителя, как правило, несоизмеримо мала по сравнению с длиной трубного пучка, поэтому сопротивлением патрубков пренебрегают. В этом случае падение напора потока теплоносителя может быть посчитано по формуле
, где  полная длина пути жидкости в аппарате, м;
 средняя скорость движения теплоносителя, м/с;
 плотность теплоносителя при средней температуре, кг/м2;
 эквивалентный диаметр канала, м;
 коэффициент сопротивления трения.
-Расчет линейного сопротивления трения для греющей воды
=dвн=0,018 м;
=1,97 м/с;
=943 кг/м3;
=2,3 м;
- формула Альтшуля для всех турбулентных режимов,
где  абсолютная величина неровностей поверхности канала,
Значение шероховатости для цельнотянутых труб из нержавеющих сталей, цветных металлов, стекла, керамики и т.д., а также для труб, плакированных полимерами или глазурью, обычно не превышает 0,015 мм.
ΔPтр1= Н/м2=4,9 кПа.
-Расчет линейного сопротивления трения для нагреваемой воды
=0,02 м;
=1,49 м/с;
=977,8 кг/м3;
=2,3 м;
;
ΔPтр2= Н/м2=2,75 кПа.
3.3.2 Расчет местных сопротивлений.
Местные сопротивления определяются как арифметическая сумма всех сопротивлений. К последним относятся повороты потока, участки огибания перегородок, изменение сечения для прохода жидкости и др., причем каждое местное сопротивление рассматривается отдельно друг от друга, а затем результаты суммируются:
.
-Расчет местных сопротивлений для греющей воды
Необходимо рассчитать следующие сопротивления:
1. - сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру;
2. ΔPмс2- сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка;
3. ΔPмс3- сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в поворотную камеру;
4. ΔPмс4 - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из поворотной камеры;
5. ΔPмс5 - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в сборную камеру;
6. ΔPмс6- сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из сборной камеры в выходной патрубок. Сопротивления поворотов на 90° и на 180° окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь.
В инженерных расчетах местные сопротивления определяются по формуле
, где  коэффициент местного сопротивления.
Расчет ΔPмс1
Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:
,где и  большее и меньшее сечение потока соответственно.
Fб=0,5∙Fтр.реш.=0,5∙0,196=0,098 м2, где
Fтр.реш.= м2 - площадь трубной решетки;
Fм=Fпв1= м2- площадь поперечного сечения входного патрубка;
=;
ρ=917 кг/м3(при t′1=150°C);
w=м/с;
ΔPмс1= Па.
Расчет ΔPмс2
Коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока:
,где  степень сжатия потока; .
Fм=N м2;
Fб=0,098 м2;
w=1,97 м/с;
;
;
ΔPмс2= Па.
Расчет ΔPмс3
Fб=0,098∙2=0,196 м2;
Fм=0,024 м2;
=;
w=м/с;
ΔPмс3= Па.
Расчет ΔPмс4
Fм=0,024 м2;
Fб=0,196 м2;
;
;
ΔPмс4= Па.
Расчет ΔPмс5
Fб=0,098 м2;
Fм=0,024 м2;
=;
ρ=965,3 кг/м3(при t″1=90°C);
w=м/с;
ΔPмс5= Па.
Расчет ΔPмс6
Fм=0,024 м2;
Fб=0,196 м2;
;
;
ΔPмс4= Па.
Расчет ΔPмс7
Fб=0,098 м2;
Fм=0,024 м2;
=;
ρ=965,3 кг/м3(при t″1=90°C);
w=м/с;
ΔPмс7= Па.
Расчет ΔPмс8
Fм=0,024 м2;
Fб=0,196 м2;
;
;
ΔPмс8= Па.
Расчет ΔPмс9
Fб=0,098 м2;
Fм=0,024 м2;
=;
ρ=965,3 кг/м3(при t″1=90°C);
w=м/с;
ΔPмс5= Па.
Расчет ΔPмс10
Fб=0,098 м2;
Fм=Fпв1=0,012 м2;
;
;
ΔPмс6= Па.
Суммарное местное сопротивление греющей воды:
ΔP1мс==1473+676,2+349+750,3+264,1+750,3+264,1+750,3+264,1+767,9==6309,3 Па.
-Расчет местных сопротивлений для нагреваемой воды
Необходимо рассчитать следующие сопротивления:
1. - сопротивление от внезапного расширения потока при входе в теплообменник;
2. ΔPмс2- сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из теплообменника в выходной патрубок. Сопротивления поворотов на 90° и на 180° окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь.
Расчет ΔPмс1
Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:
,где и  большее и меньшее сечение потока соответственно.
Fб=Fтр.реш.=0,196 м2, где
Fтр.реш.= м2 - площадь трубной решетки;
Fм=Fпв1= м2- площадь поперечного сечения входного патрубка;
=;
ρ=988,1 кг/м3(при t′2=50°C);
w=м/с;
ΔPмс1= Па.
Расчет ΔPмс2
Fб=0,196 м2;
Fм=Fпв2=0,0229 м2;
;
;
ΔPмс2= Па.
Суммарное местное сопротивление нагреваемой воды:
ΔP2мс==834,6+767,9=1602,5 Па.
В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле
, Па=11,2 кПа;
Па=4,3кПа;
Вт;
Вт
Гидравлические испытания аппаратов производятся после выполнения всех сварочных и сборочных работ с целью проверки прочности деталей, и плотности сварных и разъемных соединений. Испытания проводят чистой водой, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат до давления, регламентированного рабочим чертежом. Время выдержки под пробным давлением для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм должно быть равным 10 минут. После снижения давления до рабочего необходимо тщательно осмотреть все швы, прилегающие к ним участки и другие сомнительные места аппарата с целью обнаружения возможной течи и разрывов.
Аппарат считается выдержавшим гидравлическое испытание при условии, что при осмотре не было обнаружено разрывов, течи, а также видимых остаточных деформаций.
3.4.Механический расчет элементов конструкции теплообменного аппарата.
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 выполнении расчета за нормативное допускаемое напряжение принимается наименьшее из двух напряжений и :
МПа;
МПа,
где и  значения предела прочности и предела текучести при расчетной температуре, МПа.
3.4.1 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 принимается 3-4 мм;
- коэффициент прочности сварного шва,=0,8 ;
Dвн =500 мм - внутренний диаметр корпуса;
P=1,2 МПа;
м.
Во всех случаях принятая толщина стенки подлежит контрольной поверке на напряжение в ней σи при гидравлическом испытании аппарата:
МПа=227 МПа
Принимаем стандартную толщину стенки S=10 мм.
3.4.2 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 днища, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле где k - коэффициент, =1-20/500=0,96, здесь d - наибольший диаметр неукрепленного отверстия в крышке;
 - коэффициент прочности сварного шва, для днищ без швов;
hв - высота выпуклой части днища, м;
С - прибавка на коррозию, м.
мм
Принятая толщина стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата, МПа:
МПа=227 МПа
Принимаем стандартную толщину стенки S=9 мм.
3.4.3 Расчет трубных решеток.
Для теплообменных аппаратов нежесткой конструкции толщина трубной решетки, м, определяется по формуле для плоского днища с учетом ослабления отверстстиями: , где К=0,162 - конструктивный коэффициент; р - разница давлений по сторонам доски, Па, принимается равному наибольшему из избыточных давлений теплоносителей:
p=1,2 МПа;
Коэффициент ослабления доски отверстиями φ определяется по формуле: - минимальный шаг между отверстиями.
м
Для решеток с развальцованными трубками из условий надежности крепления трубок толщина решетки, м, не должна быть меньше
0,005+0,125dвн=0,005+0,125∙0,018=0,007 м. Условие выполняется.
3.4.4 Расчет фланцевых соединений.
Расчет фланцевых соединений состоит из расчета фланцев и болтов.
Нагрузка на болты в рабочих условиях складывается из силы QР, компенсирующей силу внутреннего давления, и силы R, создающей давление на прокладку, обеспечивающее герметичность соединения, которые определяются по формулам: ,
Dср.п. - средний диаметр прокладки;
b - ширина прокладки, м;
qп - предварительное удельное давление на прокладку, МПа; для прокладок из паронита q=15 МПа;
Р - расчетное давление, Па;
-1/Расчет болтового соединения корпуса аппарата
По наружному диаметру корпуса аппарата dн=530 мм выбираем количество болтов и стандартный фланец (согласно ГОСТ 12820-80).
Болты М30, 20 штук;
b=44 мм - ширина прокладки;
Dср.п.=572 мм - средний диаметр прокладки;
Допустимая нагрузка на один болт:
qб= Н;
Допустимая нагрузка на 20 болтов:
Fб=20∙qб=20∙0,118∙106=2,36∙106 Н;
=3,14∙0,572∙0,044∙15∙106=1,186∙106 Н;
Fр=0,26∙106 Н - разрывающая сила давления;
FΣ= R+Fр=(1,186+0,26) ∙106=1,45∙106 Н;
По условию прочностного расчета необходимо выполнение условия:
Fб> FΣ; 2,36∙106>1,45∙106. Условие выполняется.
-2/Расчет болтового соединения патрубка греющей жидкости
По наружному диаметру патрубка dн=125 мм выбираем количество болтов и стандартный фланец (согласно ГОСТ 12820-80).
Болты М16, 8 штук;
b=30 мм - ширина прокладки;
Dср.п.=162 мм - средний диаметр прокладки;
Допустимая нагрузка на один болт:
qб= Н;
Допустимая нагрузка на 8 болтов:
Fб=8∙qб=8∙0,034∙106=0,27∙106 Н;
=3,14∙0,162∙0,03∙15∙106=0,229∙106 Н;
Fр=0,015∙106 Н;
FΣ= R+Fр=(0,229+0,015) ∙106=0,244∙106 Н;
По условию прочностного расчета необходимо выполнение условия:
Fб> FΣ; 0,27∙106>0,244∙106. Условие выполняется.
-3/Расчет болтового соединения патрубка нагреваемой жидкости
По наружному диаметру патрубка dн=219 мм выбираем количество болтов и стандартный фланец (согласно ГОСТ 12820-80).
Болты М20, 8 штук;
b=28 мм - ширина прокладки;
Dср.п.=244 мм - средний диаметр прокладки;
Допустимая нагрузка на один болт:
qб= Н;
Допустимая нагрузка на12 болтов:
Fб=8∙qб=8∙0,052∙106=0,42∙106 Н;
=3,14∙0,244∙0,028∙15∙106=0,32∙106 Н;
Fр=0,045∙106 Н;
FΣ= R+Fр=(0,32+0,045) ∙106=0,365∙106 Н;
По условию прочностного расчета необходимо выполнение условия:
Fб> FΣ; 0,42∙106>0,365∙106 . Условие выполняется.
-1/Толщина тарелки плоского приварного фланца h для корпуса аппарата: плечи моментов сил, действующих на фланец, м:
для паронитовых прокладок =0,5(0,65-0,572-0,03)=0,024 м; =0,5(0,65-0,572)=0,039 м;
=0,5(0,65-0,572-2∙0,007)=0,032 м;
=0,007 м - толщина стенки обечайки, м;
=0,5 м - внутренний диаметр корпуса, м;
Dнф=0,71 м - наружный диаметр фланца, м;
=20,2∙104 МПа - модуль упругости материала фланца, МПа;
 допустимый угол искривления фланца (=4·10-4 - для паронитовых прокладок).
0,28∙106 Н;
h=1,5∙=0,03 м
Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 38 мм.
-2/Толщина тарелки плоского приварного фланца h для патрубка греющей воды: =0,5(0,21-0,162-0,016)=0,016 м; =0,5(0,21-0,162)=0,024 м;
=0,5(0,21-0,162-2∙0,008)=0,016 м;
=0,008 м - толщина стенки обечайки, м;
=0,125 м - внутренний диаметр патрубка, м;
Dнф=0,245 м - наружный диаметр фланца, м;
=20,2∙104 МПа - модуль упругости материала фланца, МПа;
 допустимый угол искривления фланца (=4·10-4 - для паронитовых прокладок).
0,023∙106 Н;
h=1,5∙=0,019 м
Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 19 мм.
-Толщина тарелки плоского приварного фланца h для патрубка нагреваемой воды:
=0,5(0,335-0,244-0,020)=0,0355 м; =0,5(0,335-0,244)=0,0455 м;
=0,5(0,335-0,244-2∙0,007)=0,0385;
=0,007 м - толщина стенки обечайки, м;
=0,2 м - внутренний диаметр патрубка, м;
Dнф=0,335 м - наружный диаметр фланца, м;
=20,2∙104 МПа - модуль упругости материала фланца, МПа;
 допустимый угол искривления фланца (=4·10-4 - для паронитовых прокладок).
0,05∙106 Н;
h=1,5∙=0,0205 м
Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 21 мм.
3.5 Расчет толщины тепловой изоляции
Тепловая изоляция должна обеспечивать нормативный уровень тепловых потерь оборудованием и трубопроводами, безопасную для человека температуру их наружных поверхностей и требуемые параметры теплоносителей при эксплуатации. В состав конструкции тепловой изоляции для поверхностей с положительной температурой в качестве обязательных элементов должны входить: теплоизоляционный слой покровный слой и элементы крепления.
Нужно выбрать тип изоляции таким образом, чтобы она максимально эффективно обеспечивала изоляцию аппарата.
В соответствии с действующими нормативными документами (в частности, СНиП 41-03-2003) для теплоизоляции оборудования с температурой содержащихся в нем веществ в диапазоне от 20 до 300 °С следует применять материалы и изделия с плотностью не более 200 кг/м3 и коэффициентом теплопроводности в сухом состоянии не более 0,06 Вт/(м·К).
В качестве теплоизоляционного материала выбираем минеральную вату.
По санитарным нормам температура поверхности изоляции оборудования, находящегося в закрытом помещении при температуре окружающей среды = 25 0С не должна превышать величины = 45 0С.
Температура стенки берется из теплового расчета. Как правило, эта величина соответствует максимальной температуре теплоносителей.
tст =1500С.
Тогда =(150+45)/2=97,5 0С.
Теплопроводность при заданной средней температуре:
=0,043+0,0002297,5=0,064.
из=8 Вт/м2К - коэффициент теплоотдачи;
Толщина слоя изоляции.
м =42 мм
После определения толщины изоляции проводят проверку полученной величины по допустимому тепловому потоку []. Для этого рассчитывают тепловой поток с изолированной поверхности аппарата по формуле = =160 []=136 Величина расчетного теплового потока превышает допустимую, необходимо увеличить принятую толщину тепловой изоляции и повторить проверку по условию .
Для этого подставляем [] в формулу δиз= ; δиз= =0,049м ; По справочной литературе принимаем стандартную толщину изоляции
0,05 м матами из минеральной ваты.
3.6 Контрольно измерительные и регулирующие приборы.
Для управления работой и обеспечения безопасных условий эксплуатации аппараты в зависимости от назначения должны быть оснащены приборами для измерения давления, приборами для измерения температуры, предохранительными устройствами, указателями уровня жидкости.
При испытании теплообменных аппаратов в эксплуатационных условиях обычно замеряются:
1) температура воды на входе в аппарат;
2) температура воды на выходе из аппарата;
3) давление воды на входе в аппарат;
4) давление воды на выходе из аппарата;
5) расход воды через аппарат.
Для производства замеров указанных величин теплообменный аппарат должен быть оснащен соответствующими измерительными приборами. Место установления, класс точности, шкала и частота поверки приборов определяется согласно Правилам. При необходимости контроля уровня жидкости в аппаратах, имеющих границу раздела сред, должны применяться указатели уровня.
В теплообменном аппарате КИП являются термометры, манометры, измерительные диафрагмы. На всасывающей линии воды устанавливают приемный клапан и задвижку (для отключения насоса). На нагнетательной - обратный клапан, регулирующую задвижку, а также вентиль залива насоса водой перед пуском, манометр.
Шкала манометра выбирается таким образом, чтобы рабочее давление составляло 3/4 предела измерений данного манометра. Диаметр манометра должен быть не менее 100 мм при установке на высоте до 2 м от уровня пола. Температура в месте установки манометра не должна превышать 60 0С . Манометр устанавливается строго вертикально. Обратный клапан и манометр устанавливают за насосом на нагнетательной линии воды.
Термометры устанавливают в специальные гильзы, которые расположены в штуцерах на входе и на выходе воды.
При автоматическом управлении необходима установка манометров как прямого действия (на теплообменнике), так и непрямого действия (на пульте).
Если манометр находиться на высоте 2-5 м от пола, где находиться теплообменный аппарат, то и диаметр манометра - 250 мм. Манометры и термометры допускаются к эксплуатации после прохождения технического освидетельствования.
Для измерения температуры теплоносителей рассчитываемого теплообменного аппарата будут использоваться технические ртутные термометры ТТ с пределами измерения 0-300 0С (для пара) и 0-160 0С (для воды).
Давление воды и пара будет измеряться манометрами типа МТ (механическими показывающими и самопишущими манометрами с одновитковой трубчатой пружиной) с пределами измерений , соответственно 0-1МПа и 0-1,6 МПа.
Для измерения расхода теплоносителей будет использоваться диафрагма типа ДБ, Сигнал с диафрагмы идет на дифманометр ДСЭР (сильфонный дифманометр). 3.7 Требования "Ростехнадзора".
Основные требования к кожухотрубчатым теплообменным аппаратам изложены в "Правилах устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением".
Конструкция аппаратов должна обеспечивать надежность и безопасность эксплуатации в течение расчетного срока службы, указанного в паспорте, и предусматривать возможность проведения технического освидетельствования и ремонта. Для поддержания экономичной и безотказной работы теплообменных аппаратов необходим регулярный контроль за состоянием отдельных элементов оборудования, определение фактических показателей работы аппаратов и сопоставление их с нормативными, анализ причин ухудшения показателей работы и их оперативное устранение.
Определение фактических значений эксплуатационных показателей эффективности работы аппаратов производится на основании данных гидравлических испытаний.
Гидравлическому испытанию подлежат все аппараты после их изготовления. Пробное давление Рпр при гидравлическом испытании определяется по формуле
, где Р  расчетное давление, МПа (кгс/см2); [σ]20,t  допускаемые напряжения для материала соответственно при +20 °С и расчетной температуре t, МПа (кгс/см2),
=1,25∙1,2∙=0,864 МПа.
Испытание проводят чистой водой с температурой не ниже 5 оС и не выше 40 оС, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат.
Давление следует поднимать равномерно до достижения им значения пробного. Давление при гидравлическом испытании контролируется манометрами. После выдержки под пробным давлением давление снижают до расчетного, при котором производят визуальный осмотр наружной поверхности, разъемных и сварных соединений. Не допускается обстукивание аппарата во время испытаний. После проведения гидравлического испытания вода должна быть полностью удалена.
Результаты испытаний считаются удовлетворительными, если во время их проведения отсутствуют:
 падение давления по манометру;
 пропуски испытательной среды (течь, потение, пузырьки воздуха или газа) в сварных соединениях и на основном металле;
 признаки разрыва;
 течи в разъемных соединениях;
 остаточные деформации. Корпус аппарата и его элементы, в которых при испытании выявлены дефекты, после их устранения подвергаются повторным гидравлическим испытаниям пробным давлением.
4. Список литературы:
1. П.Д. Лебедев "Теплообменные, сушильные и холодильные установки", М.-Л., 1966г.
2. В.А. Григорьев "Краткий справочник по теплообменным аппаратам", М.-Л., 1962г.
3. А.М. Бакластов "Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок", М., 1981г.
4. А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский "Основы конструирования"
5. П.Д. Лебедев, А.А. Щукин "теплоиспользующие установки промышленных предприятий", М., 1970г.
Федеральное агентство по образованию и науки РФ
ФГАОУ ВПО УрФУ
Кафедра промышленной теплоэнергетики
Курсовой проект на тему:
"Вертикальный теплообменный аппарат с подвижной трубной решеткой"
Преподаватель Мудреченко А.В.
Студент Бурдина Н.А.
Группа Т-44021
г. Екатеринбург
2007 г.
3.3.Гидравлический расчет.
На перемещение рабочей среды через аппарат необходимо затратить определенную мощность. Эта мощность (мощность на валу насоса), Вт, определяется по формуле
, где  раcход теплоносителя кг/с;
 гидравлическое сопротивление аппарата, Н/м2;
 плотность теплоносителя, кг/м3;
 КПД насоса.
Гидравлический расчет теплообменного аппарата сводится к определению потерь давления по тракту каждого теплоносителя от входа в аппарат до выхода из него.
Общее падение давления по тракту складывается из потерь давления в элементах аппарата: входных и выходных патрубках, камерах и коллекторах, в трубных пучках и т.п. Для удобства расчета все составляющие полной потери давления условно разделяют на сопротивление трения при проходе жидкости по линейным участкам тракта аппарата и местные сопротивления, обусловленные наличием в теплообменнике локальных препятствий, изменяющих направление, форму и скорость потока жидкости. В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле
, где - сопротивление трения;
- местные сопротивления.
3.3.1 Расчет линейного сопротивления трения.
Сопротивление линейных участков - это, прежде всего, сопротивление входного, выходного патрубков и сопротивление, обусловленное течением в трубном пучке, для одного теплоносителя и омыванием трубного пучка для другого. Линейная длина патрубков подвода теплоносителя, как правило, несоизмеримо мала по сравнению с длиной трубного пучка, поэтому сопротивлением патрубков пренебрегают. В этом случае падение напора потока теплоносителя может быть посчитано по формуле
, где  полная длина пути жидкости в аппарате, м;
 средняя скорость движения теплоносителя, м/с;
 плотность теплоносителя при средней температуре, кг/м2;
 эквивалентный диаметр канала, м;
 коэффициент сопротивления трения.
-Расчет линейного сопротивления трения для греющей воды
=dвн=0,016 м;
=1,99 м/с;
=960,6 кг/м3;
=8,77 м;
- формула Альтшуля для всех турбулентных режимов,
где  абсолютная величина неровностей поверхности канала,
Значение шероховатости для цельнотянутых труб из нержавеющих сталей, цветных металлов, стекла, керамики и т.д., а также для труб, плакированных полимерами или глазурью, обычно не превышает 0,015 мм.
ΔPтр1= Н/м2=21,9 кПа.
-Расчет линейного сопротивления трения для нагреваемой воды
=0,033 м;
=0,466 м/с;
=988,1 кг/м3;
=2,21 м;
;
ΔPтр2= Н/м2=0,157 кПа.
3.3.2 Расчет местных сопротивлений.
Местные сопротивления определяются как арифметическая сумма всех сопротивлений. К последним относятся повороты потока, участки огибания перегородок, изменение сечения для прохода жидкости и др., причем каждое местное сопротивление рассматривается отдельно друг от друга, а затем результаты суммируются:
.
-Расчет местных сопротивлений для греющей воды
Необходимо рассчитать следующие сопротивления:
1. - сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру;
2. ΔPмс2- сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка;
3. ΔPмс3- сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в поворотную камеру;
4. ΔPмс4 - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из поворотной камеры;
5. ΔPмс5 - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в сборную камеру;
6. ΔPмс6 - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из поворотной камеры;
7. ΔPмс7 - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в сборную камеру;
8. ΔPмс8 - сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из поворотной камеры;
9. ΔPмс9 - сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в сборную камеру;
10. ΔPмс10- сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из сборной камеры в выходной патрубок. Сопротивления поворотов на 90° и на 180° окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь.
В инженерных расчетах местные сопротивления определяются по формуле
, где  коэффициент местного сопротивления.
Расчет ΔPмс1
Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:
,где и  большее и меньшее сечение потока соответственно.
Fб=0,5∙Fтр.реш.=0,5∙0,502=0,25 м2, где
Fтр.реш.= м2 - площадь трубной решетки;
Fм=Fпв1= м2- площадь поперечного сечения входного патрубка;
=;
ρ=944,3 кг/м3(при t′1=120°C);
w=м/с;
ΔPмс1= Па.
Расчет ΔPмс2
Коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока:
,где  степень сжатия потока; .
Fм=N м2;
Fб=0,25 м2;
w=1,99 м/с;
;
;
ΔPмс2= Па.
Расчет ΔPмс3
Fб=0,25∙2=0,5 м2;
Fм=0,058 м2;
=;
w=м/с;
ΔPмс3= Па.
Расчет ΔPмс4
Fм=0,058 м2;
Fб=0,5 м2;
;
;
ΔPмс4= Па.
Расчет ΔPмс5
Fб=0,25 м2;
Fм=0,058 м2;
=;
ρ=971,8 кг/м3(при t″1=80°C);
w=м/с;
ΔPмс5= Па.
Расчет ΔPмс6
Fм=0,058 м2;
Fб=0,5 м2;
;
;
ΔPмс4= Па.
Расчет ΔPмс7
Fб=0,25 м2;
Fм=0,058 м2;
=;
ρ=971,8 кг/м3(при t″1=80°C);
w=м/с;
ΔPмс5= Па.
Расчет ΔPмс8
Fм=0,058 м2;
Fб=0,5 м2;
;
;
ΔPмс4= Па.
Расчет ΔPмс9
Fб=0,25 м2;
Fм=0,058 м2;
=;
ρ=971,8 кг/м3(при t″1=80°C);
w=м/с;
ΔPмс5= Па.
Расчет ΔPмс10
Fб=0,14 м2;
Fм=Fпв1=0,032 м2;
;
;
ΔPмс5= Па.
Суммарное местное сопротивление греющей воды:
ΔP1мс==1061+716,2+1630,6+780,3+1214,5+670,7=6073 Па.
-Расчет местных сопротивлений для нагреваемой воды
Необходимо рассчитать следующие сопротивления:
1. - сопротивление от внезапного расширения потока при входе в теплообменник;
2. ΔPмс2- сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из теплообменника в выходной патрубок. Сопротивления поворотов на 90° и на 180° окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь.
Расчет ΔPмс1
Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:
,где и  большее и меньшее сечение потока соответственно.
Fб=Fтр.реш.=0,28 м2, где
Fтр.реш.= м2 - площадь трубной решетки;
Fм=Fпв1= м2- площадь поперечного сечения входного патрубка;
=;
ρ=998,1 кг/м3(при t′2=25°C);
w=м/с;
ΔPмс1= Па.
Расчет ΔPмс2
Fб=0,28 м2;
Fм=Fпв2=0,0419 м2;
;
;
ΔPмс2= Па.
Суммарное местное сопротивление нагреваемой воды:
ΔP2мс==1450,7+752,5=2203 Па.
В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле
, Па=25,5 кПа;
Па=3,6кПа;
Вт=2 кВт;
Вт
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
79
Размер файла
768 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа