Розрахунок пароводяного підігрівача

РефератДопомога в написанніДізнатися вартістьмоєї роботи

Розрахунок пароводяного підігрівача (реферат, курсова, диплом, контрольна)

Министерство освіти РФ.

Братський державний технічний университет.

Факультет енергетики, і автоматики.

Кафедра промислової теплоэнергетики.

Курсова робота з дисциплине.

«Тепломассообмен».

Розрахунок пароводяного подогревателя.

Пояснювальна записка.

1016 ТЕ №в 28 КП 103 Г.

Виконав студент групи ЭОПус-02−1 Мельников Є. А.

Перевірив к.т.н., доцент кафедри ПТЭ Федяева У. Н.

року міністерство освіти РФ.

Братський державний технічний университет.

Факультет енергетики, і автоматики.

Кафедра промислової теплоэнергетики.

ЗАВДАННЯ на курсову роботу з курсу.

«Тепломассообмен» студента 3 курсу грн. ЭОПус-02−1.

Мельникова Є. А.

1. Вихідні данные.

Розрахувати пароводяної підігрівник вертикального типу для підігріву води системи опалення цехів виробничих приміщень при наступних условиях:

1. Тиск води Рм = 0,142 мПа.

2. Температура води на вході t`в = 20,5 0С.

3. Температура води не вдома t``в = 89,6 0С.

4. Витрата води Gв = 214,8 м3/ч.

5. Тиск що гріє пара Pп = 0,57 мПа.

6. Температура що гріє пара tп = 175 0С.

2. Графічна частина: 2 л *А1.

Завдання видано — 8.02.03.

Завдання прийняв до виконання _____________.

Керівник проекту к.т.н., доцент _____________ Федяева У. Н.

Введение

…

1. Тепловий розрахунок подогревателя…

2. Гідравлічний расчет…

3. Механічний расчет…

4. Економічний расчет…

Заключение

…

Список використовуваної литературы…

Кутова спецификация…

Для закріплення теоретичних знань за курсом «Тепломасобменн» навчальним планом передбачено курсової проект (робота) для студентів денний і заочній форм навчання. Метою проектування — виконання розрахунку, на основі якої виробляється остаточний вибір типу, і конструкції апарату, визначення його ж розмірів та виконання креслення апарату. Тематика курсового проекту зазвичай охоплює розділи курсу, пов’язані в розрахунку рекуперативных теплообменников.

Теплообменными апаратами називають устрою, призначені для передачі тепла від однієї до іншого, і навіть здійснення різних технологічних процесів: нагрівання, охолодження, кипіння, конденсації і др.

Теплообменные апарати класифікуються різноманітні ознаками. Наприклад, за способом передачі тепла їх можна розділити на дві групи: поверхневі (рекуперативные див. рис. 1 і регенеративные) і усунення. Вимоги до промисловим теплообменным апаратам залежно від конкретних умов застосування дуже різні. Основними вимогами є: забезпечення найвищого коефіцієнта теплопередачі при можливо меншому гідравлічному опір; компактність і найменший витрата матеріалів, надійність і герметичність разом із разборностью і доступністю поверхні теплообміну для механічного очищення її від забруднень; уніфікація вузлів і деталей; технологічність механізованого виготовлення широких рядів поверхонь теплообміну для різного діапазону робочих температур, тисків тощо. д.

При створіннях нових, ефективніших теплообмінних апаратів прагнуть, по-перше, зменшити питомі витрати матеріалів, праці, засобів і затрачиваемый під час роботи енергії проти тими самими показниками існуючих теплообмінників. Питомими витратами для теплообмінних апаратів називають витрати, віднесені до теплової продуктивності взаданных умовах, по-друге, підвищити інтенсивність і ефективності роботи апарату. Інтенсивністю процесу чи удільної теплової продуктивністю теплообмінного апарату газывается кількість теплоти, переданого в одиницю часу через одиницю поверхні теплообміну при заданому тепловому режиме.

Інтенсивність процесу теплообміну характеризується коефіцієнтом теплопередачі k. На інтенсивність і ефективність впливають також форма поверхні теплообміну; еквівалентний діаметр і компонування каналів, щоб забезпечити оптимальні швидкість руху середовищ; середній температурний натиск; наявність турбулизирующих елементів в каналах; оребрение тощо. буд. Крім конструктивних методів інтенсифікації процесу теплообміну існує режимні методи, пов’язані зі зміною гідродинамічних параметрів і режиму течії рідини у поверхні теплообміну. Режимні методи включають: підвід коливань до теплообміну, створення пульсації потоків, удмухування газу потік або отсос робочої середовища через пористу стінку, накладення електричних чи магнітних полів на потік, запобігання забруднень поверхні теплообміну шляхом сильно турбулизации потоку тощо. д.

1.ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ.

ПОДОГРЕВАТЕЛЯ.

При заданому тиску пара Рп=0,57МПа, температурі насичення ts=160 оС по h-s діаграмі визначаємо стан пара. Якщо він перегрітий, тут маємо дві зони теплообміну: перша — охолодження пара від tп=175 оС до ts=160 оС друга — конденсація насиченого пара на вертикальних трубах.

Вважаємо, що переохолодження конденсату немає. Розрахунок поверхні проводимо окремо кожної зони (рис. 2).

1.1 Визначаємо параметри теплоносіїв при середніх температурах води та пара tв. ср=0,5(t`в+t``в), градусів, де t’в — температура води на вході у підігрівник, °С;

(t`в=20,5°С), t"в — температура води виході з подогревателя, °С,.

(t``в=89,6°С), tв. ср=0,5(20,5+89,6)=55,05 градусів, tп. ср=0,5(tп+ts), градусів, де tп. — температура перегрітого пара, °З; (tп=175 °З), ts — температура насиченого пара, °З, (ts=160 °З), tп. ср=0,5(175+160)=167,5 оС,.

По таблицям фізичних властивостей води та водяної пари визначимо їх основні параметры.

При tв.ср. визначаємо такі довідкові данные:

Св= 4,183 [pic]-теплоемкость воды;

(в=986,19 [pic]- щільність воды;

(в=0,5 10−6[pic]-коэфициент кинематической вязкости;

(в=0,653[pic] - коефіцієнт теплопроводности;

Рrв =3- число Прандтля.

При tn.ср. определяем:

Сn=2,49 [pic] - теплоємність пара;

(п=3,9[pic] - щільність пара;

(п=3,7 10−6 [pic]-коэффициент кинематической в’язкості пара;

(п=0,0316 [pic] - коефіцієнт теплопроводности;

Рrп =1,2- число Прандтля.

1.2 Визначаємо кількість теплоти, переданої пором воде,.

[pic], кВт де Gв — об'ємний витрата води, [pic]; (Gв=0,0567[pic]),.

Св — теплоємність води, [pic]; (Св=4,183[pic]),.

Q=0,0567 986,19 4,183(89,6−20,5)=17 008.2 кВт.

Обчислюємо кількість теплоти, переданої пором воді в 1-и зоне,.

Q 1 = D nЧ З nЧ (tп — t p. s), кВт, де Dп — масовий витрата пара, [pic]; (Dп=8,14[pic]),.

Сптеплоємність пара, [pic]; (Сn=2,49 [pic]),.

1.3 Визначаємо витрата пара.

[pic], [pic], де r-теплота парообразования, обумовлена по температурі насичення пара, [pic].

Dп=[pic]=8,13 [pic];

Q1=8,13 2,49 (175−160)=303.841 кВт.

1.4 Визначаємо кількість теплоти, переданої пором воді у 2- і зоне,.

Q2=DnЧr, кВт.

Q2=8,13 2053,4=16 704.35 кВт.

Перевіримо отримане значення переданої теплоти пором воде:

Q=Q1+Q2, кВт.

Q=303.841+16 704,35=17 008.2 кВт.

Виберемо довільно діаметр трубок і швидкість води у яких: матеріал: сталь (заданий) (ст=38 [pic]; швидкість води: (в =1,6 [pic]; товщина стінок трубок: (З Т =1 мм.

1.5 Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні стінки трубки до водe.

[pic],[pic], де (ж — коефіцієнт теплопровідності води, [pic];

((в=0,653[pic]),.

Nu — критерій Нуссельта для води; (Nu=317,5), dвн — внутрішній діаметр трубок, м, (dвн=0,027 м),.

1.6 Визначимо режим течії води в трубах.

[pic], де Re — критерій Рейнольдса; (Re=86 400),.

(в — коефіцієнт кинематической в’язкості води, [pic];

((в=0,5 10−6[pic]),.

(в — швидкість води в трубках, [pic],(?в=1,6),.

Re=[pic]=86 400.

Якщо Re >104, то режим течії - турбулентний. Критерій Нуссельта для турбулентного режиму течії води в трубках визначається за такою формуле:

Nu ж = 0,023 Re 0,8 Рr 0,4 (/ де Рr — число Прандтля для води; (- поправочний коефіцієнт. Якщо [pic]>50, то (/ =1,? — довжина трубок.

Отримані результати підставляємо в формулу, обчислюємо кількість трубок.

Nuж=0,023 864 000,8 30,4 1=317,5;

?ж=[pic]=41 470 [pic];

[pic], шт.

Приймаємо: крок між трубками P. S= 1,4Чd зв =1,4×0,029=0,0406, м; кільцевої зазор між крайніми трубками і корпусом апарату До = 10 мм.

[pic]шт.

Вибираємо стандартне кількість трубок, близький до одержаному значенням nст=91, шт.

1.7 Визначаємо [pic] (по прил. 17) при n, прим. Звідси визначаємо діаметр трубної грати D" =0,406, м.

Внутрішній діаметр корпусу составит.

Dвн = D" + dн + 2К, м.

DBH=0,406+0,029+0,02=0,455 м.

1.8 Розрахуємо поверхню теплообміну в 1-ї зоне.

1.8.1 Визначаємо площа межтрубного простору для проходу пара:

[pic], м2 fм. п=[pic]=0,455 м.

Визначаємо швидкість пара в межтрубном пространстве.

[pic], [pic] де? п — щільність пара, [pic]; ((п=3,9[pic]),.

Dп — масовий витрата пара, [pic]; (Dп=8,13[pic]),.

?п=[pic]=20.36[pic].

1.8.2 Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від пара до трубе.

[pic], [pic] де Nuп — критерій Нуссельта для пара;(Nuп=474,36),.

?п — коефіцієнт теплопровідності пара, [pic]; ((п=0,0316 [pic]), dЭ — еквівалентний діаметр, м,(dэ=0,04 м),.

1.8.3 Обчислюємо еквівалентний диаметр

[pic], м де U — змочений периметр, м, (U=9,7 м),.

1.8.4 Визначаємо змочений периметр

[pic], М.

U=3,14[0,455+91 0,029]=9,7 м; dэ=[pic]=0,04.

1.8.5 Визначаємо режим течії пара в межтрубном пространстве.

[pic], де Reп — критерій Рейнольдса для пара; (Re=225 621,6),.

?п — коефіцієнт кинематической в’язкості пара, [pic], ((п=3,7 10−6 [pic]),.

Reп=[pic]=232 113.196.

Якщо Re> 104 — режим течії турбулентний. Тоді критерій Нуссельта для пара составит.

[pic] де Ргк — критерій Прандтля для пара.

Отримані результати підставляємо в формулу.

Nuп=0,023 232 113.1960,8 1,20,4=485.244;

?п=[pic]=36 356.0798[pic].

1.9 Обчислюємо коефіцієнт теплопередачі одині зоне.

[pic], [pic], де? ст-толщина трубки, м; (?ст=0,001 м),.

?зв = 0,2-толщина накипу, мм;

?ст-коэффициент теплопровідності матеріалу трубки, [pic];

(?ст=38[pic]),.

?н=3,49 коефіцієнт теплопровідності накипу, [pic]. k=[pic][pic].

1.10 Визначаємо температурний натиск в 1-ї зоне.

[pic], градусів, де t``` - температура води за українсько-словацьким кордоном між зонами, °С,(t```=88,37 oC),.

[pic], 0C, t```=[pic]=88,37 oC ;

?t1=[pic]=78.32 oC.

1.11 Поверхня теплообміну першої зони составит.

[pic], м2,.

F1=[pic]=0,431 144 м².

1.12 Розрахуємо поверхню теплообміну у 2-ї зоне.

Вважатимемо, що у цій зоні коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої стінки трубки до рідини дорівнює коефіцієнта тепловіддачі в 1-ой зоні. Це припустимо, оскільки властивості води у 2-ї зоні мало від властивостей води в 1-ї зоне.

Визначимо коефіцієнт теплопередачі для 2-ї зони k2 графоаналитическим методом. І тому попередньо знаходимо щодо різноманітних ділянок переходу теплоти залежність між питомим тепловим потоком q і перепадом температур? t.

1.12.1 Передача теплоти від пара до стенке.

1.12.2 Визначаємо питомий теплової поток.

[pic], [pic], де У" - безрозмірний коефіцієнт; (В`=16 557,04), hтр — гадана висота трубок, м, (hтр=4 м),.

Обчислюємо безрозмірний коэффициент.

[pic],.

В`=1,34 [5700+56 160−0,09 1602]=16 557,04; q1=[pic]=308.215[pic].

Взявши поруч значень? t1, обчислимо відповідні їм величини? t10,75 і q1. Будуємо криву [pic] (рис. 3).

Таблиця 1 |?t1 |10 |20 |30 |40 |50 |60 | |?t10.75 |5,6 |9,5 |12,8 |15,9 |18,8 |21,6 | |q1 |65.837|110.723 |150.075 |186.214|220.138 |252.395|.

1.13 Передача теплоти через стенку.

1.13.1 Визначаємо щільність теплового потока.

[pic], [pic],.

Поставивши двома значеннями? t2, обчислюємо відповідні їм величини q2. Будуємо криву [pic] (рис. 3).

Таблиця 2 |?t2 |5 |10 |15 |20 | |q2 |190 |380 |570 |760 |.

1.14 Передача теплоти через накипь.

1.14.1 Обчислюємо питомий теплової поток.

[pic], [pic],.

Поставивши двома значеннями? t3, визначимо відповідні їм величини q3. Будуємо криву [pic] (рис. 3).

Таблиця 3 |?t3 |5 |10 |20 |30 |40 | |q3 |87,25 |174,5 |349 |523,5 |698 |.

1.15 Передача теплоти від накипу до воде.

1.15.1 Обчислюємо питомий теплової поток.

[pic], [pic],.

Взявши двома значеннями? t4, визначимо відповідні їм величини q4. Будуємо криву [pic] (рис. 3).

Таблиця 4 |?t4 |5 |10 |15 |20 | |q4 |38,5 |77 |115,5 |154 |.

1.16 Розрахуємо середній температурний натиск у 2-ї зоне.

[pic],°С.

?t2=[pic]=71.15 427 oС; q2=[pic]=2698.586[pic].

Складаємо ординати чотирьох залежностей, будуємо криву температурних перепадів. На осі ординат з точки, відповідної ?t2, проводимо пряму, паралельну осі абсцис, до перетину з кривою [pic]. З точки перетину опускаємо перпендикуляр на вісь абсцис і знаходимо значення питомої теплового потоку qгр, [pic].

?t=51+5.96+12.98+0.5 463=70.89 oC; qГР=226.536[pic].

1.17 Визначаємо коефіцієнт теплопередачі у 2-ї зоне.

[pic], [pic].

K=[pic]=3189.958[pic].

1.18 Поверхня теплообміну у 2-ї зоні составит.

[pic], м2 .

F2=[pic]=73.7 м2.

1.19 Визначаємо сумарну поверхню теплообмена.

F=F1+F2, м2.

F=73.7+0,431 144 =74.169 м2.

1.20 Обчислюємо довжину трубок.

[pic], м, де dср — середній діаметр трубок, м; (dср =0,028 м).

[pic], м dср=[pic]=0,028 м;

L=[pic]=9 м.

Не рекомендується встановлювати трубки довжиною понад п’ять м. Отже, необхідно зменшити довжину трубок. І тому вибираємо багатоходової підігрівник. Тоді загальна кількість трубок составит.

[pic], прим., де m — число ходів теплообмінника, (m=2); n2=65 2=130шт.

При nс=187 прим., визначаємо D`=0,5684 м.

Проведемо повторний розрахунок вже для багатоходового теплообмінника по формулам.

Внутрішній діаметр корпусу составит.

Dвн = D" + dн + 2К, м.

DBH=0,5684+0,029+0,02=0,6174 м.

1.21 Розрахуємо поверхню теплообміну в 1-ї зоне.

1.21.1 Визначаємо площа межтрубного простору для проходу пара:

[pic], м2 fм. п=[pic]=0,176 м².

Визначаємо швидкість пара в межтрубном пространстве.

[pic], [pic] де? п — щільність пара, [pic]; ((п=3,9[pic]),.

Dп — масовий витрата пара, [pic]; (Dп=8,14[pic]),.

?п=[pic]=11.87[pic].

1.21.2 Визначаємо коефіцієнт тепловіддачі від пара до трубе.

[pic], [pic] де Nuп — критерій Нуссельта для пара;

?п — коефіцієнт теплопровідності пара, [pic]; ((п=0,0316 [pic]), dЭ — еквівалентний діаметр, м, (dэ=0,037 м),.

1.21.3 Обчислюємо еквівалентний диаметр

[pic], м де U — змочений периметр, м, (U=18.97 м),.

1.21.4 Визначаємо змочений периметр

[pic], М.

U=3,14[0,699+241 0,029]=18.97 м; dэ=[pic]=0,037.

1.21.5 Визначаємо режим течії пара в межтрубном пространстве.

[pic], де Reп — критерій Рейнольдса для пара;

?п — коефіцієнт кинематической в’язкості пара, [pic], ((п=3,7 10−6 [pic]),.

Reп=[pic]=118 892.496.

Якщо Re> 104 — режим течії турбулентний. Тоді критерій Нуссельта для пара составит.

[pic] де Ргк — критерій Прандтля для пара, (Prп=1,2).

Отримані результати підставляємо в формулу.

Nuп=0,023 86 405,40,8 1,20,4=284.134;

?п=[pic]=24 220.997[pic].

1.22 Обчислюємо коефіцієнт теплопередачі одині зоне.

[pic], [pic], де? ст-толщина трубки, м; (?ст=0,001 м),.

?зв = 0,2-толщина накипу, мм;

?ст-коэффициент теплопровідності матеріалу трубки, [pic];

(?ст=38[pic]),.

?н=3,49 коефіцієнт теплопровідності накипу, [pic]. k=[pic]=8005.83[pic].

1.23. Визначаємо температурний натиск в 1-ї зоне.

[pic], градусів, де t``` - температура води за українсько-словацьким кордоном між зонами, °С,(t```=88,37 oC),.

[pic], 0C, t```=[pic]=88,37 oC ;

?t1=[pic]=78.32 oC.

1.24 Поверхня теплообміну першої зони составит.

[pic], м2,.

F1=[pic]=0,4846 м².

1.25 Розрахуємо поверхню теплообміну у 2-ї зоне.

1.25.1 Передача теплоти від пара до стенке.

1.25.2 Визначаємо питомий теплової поток.

[pic], [pic], де У" - безрозмірний коефіцієнт; (В`=16 557,04), hтр — гадана висота трубок, м, (hтр=4м).

Обчислюємо безрозмірний коэффициент.

[pic],.

В`=1,34 [5700+56 160−0,09 1602]=16 557,04; q1=[pic]=308.215[pic].

Взявши поруч значень? t1, обчислимо відповідні їм величини? t10,75 і q1. Будуємо криву [pic] (рис. 3).

Таблиця 5 |q2 |190 |380 |570 |760 |.

1.27 Передача теплоти через накипь.

1.27.1 Обчислюємо питомий теплової поток.

[pic], [pic],.

Поставивши двома значеннями? t3, визначимо відповідні їм величини q3. Будуємо криву [pic] (рис. 3).

Таблиця 7 |?t3 |5 |10 |20 |30 |40 | |q3 |87,25 |174,5 |349 |523,5 |698 |.

1.28 Передача теплоти від накипу до воде.

1.28.1 Обчислюємо питомий теплової поток.

[pic], [pic],.

Взявши двома значеннями? t4, визначимо відповідні їм величини q4. Будуємо криву [pic] (рис. 3).

Таблиця 8 |?t4 |5 |10 |15 |20 | |q4 |38,5 |77 |115,5 |154 |.

1.29 Розрахуємо середній температурний натиск у 2-ї зоне.

[pic],°С.

?t2=[pic]=71.015 oС; q2=[pic]=2698.6[pic].

?t=51.9+5.96+12.98+0.0005=70.89 oC; qГР=226.54[pic].

1.30 Визначаємо коефіцієнт теплопередачі у 2-ї зоне.

[pic], [pic].

K=[pic]=3189.958[pic].

1.31 Поверхня теплообміну у 2-ї зоні составит.

[pic], м2 .

F2=[pic]=73.738 м2.

1.32 Визначаємо сумарну поверхню теплообмена.

F=F1+F2, м2.

F=73.738+0,4846=74.22 м2.

1.33 Обчислюємо довжину трубок.

[pic], м, де dср — середній діаметр трубок, м; (dср =0,028 м).

[pic], м dср=[pic]=0,028 м;

L=[pic]=4.5 м.

2. ГІДРАВЛІЧНИЙ РАСЧЕТ.

ПОДОГРЕВАТЕЛЯ.

Цей розрахунок встановлює витрату енергії на рух теплоносіїв через апарат. Гідравлічне опір пароводяных теплообмінників по межтрубному простору, зазвичай, не визначається, оскільки його величина внаслідок невеликих швидкостей й малої його щільності мала.

Повний натиск? Р, необхідний руху рідини чи аза через теплообмінник, визначається за такою формуле:

?P=S?PГР+S?Pм+S?Pу+S?PГ, Па, де S? PГР — сума гідравлічних втрат на тертя, Па;

S?Pм — сума втрат напору у опорах, Па;

S?Pу — сума втрат напору, обумовлених прискоренням потоку, Па;

S?PГ — перепад тиску задля подолання гідростатичного стовпа рідини, Па.

Гідравлічні втрати на тертя в каналах при подовжньому змиванні пучка труб теплообмінного апарату визначаються по формуле.

[pic], Па, де? PТР — коефіцієнт опору трения;

? — довжина труби, м; dЭ — еквівалентний діаметр, рівний внутрішньому діаметру трубок, м;

р — щільність води, [pic];

? — середня швидкість води цьому ділянці, [pic].

Коефіцієнт опору тертя для чистих трубок можна розрахувати по выражению.

[pic].

?ТР=[pic]=0,0183[pic] ;

?PТР[pic]= 5633.56 Па.

Гідравлічні втрати тиску у опорах можна визначити по формуле.

[pic], Па, де [pic] - коефіцієнт місцевого опору, його знаходять окремо для кожного елемента подогревателя ([pic]=1,5).

?Pм=[pic]=1893,12 Па.

Втрати тиску, зумовлені прискоренням потоку внаслідок зміни обсягу теплоносія при постійному сечении каналу, визначаються по выражению.

[pic] Па, де ?1 і ?2- швидкості теплоносія у вхідному і вихідному перетинах потоку відповідно, [pic];

?1 і ?2 — щільності теплоносія у вхідному і вихідному перетинах потоку відповідно, [pic],.

?Pу = 0 (для краплинних рідин ?Pу мізерно замало, й не приймається в расчет).

Перепад тиску задля подолання гідростатичного стовпа рідини нульовий, т.к. даний підігрівник не повідомляється з довкіллям: ?PГ = 0.

2.1 Визначимо повний натиск, необхідний руху води через аппарат,.

?P=?PГР+S?Pм, кПа.

?P=5633.56+1893.12=7527.04 кПа.

2.2 Визначимо потужність, необхідну переміщення води через подогреватель,.

[pic], кВт, де GB — об'ємний витрата води, [pic];

? = 0,85 — коефіцієнт корисної дії насоса;

?P — повний натиск, кПа.

N=[pic]=528.37 кВт.

2.3 Визначення розмірів патрубков:

Для води (вхідний і вихідний патрубки).

2.3.1 Обчислюємо площа перерізу патрубка.

[pic], м2,.

Fпат=[pic]=0,005 м²,.

2.3.2 Визначаємо діаметр патрубка.

[pic], м. dпат=[pic]=0,08 м,.

2.3.3 Патрубок для входу пара.

Приймаємо швидкість пара в патрубке? п = 30 [pic]. Обчислюємо площа перерізу патрубка.

[pic], м2 де Dп — масовий витрата пара, [pic];

?п — щільність пара за середньої температурі пара, [pic].

Fппат=[pic]=0,6 953 м².

2.3.4 Визначаємо діаметр патрубка за такою формулою. dпат[pic]=0,2975 м.

2.3.5 Патрубок для виходу конденсата.

Приймаємо швидкість конденсату в патрубке? до= 3[pic]. Щільність конденсату перебуває за нормальної температури насичення пара ts.

2.3.6 Обчислюємо площа перерізу патрубка по выражению.

Fппат=[pic]=0,003 м².

Визначимо діаметр патрубка за такою формулою. dпат=[pic]=0,062 м.

2.3.7 Патрубок для відкачування воздуха.

Приймаємо витрата повітря G" в= 0,05 Dп=0,05 8,116=0,4, [pic].

Швидкість повітря ?в = 8 [pic].

2.3.8 Обчислюємо площа перерізу патрубка по выражению.

Fппат=[pic]=0,0128 м².

2.3.9 Визначаємо діаметр патрубка за такою формулою. dпат=[pic]=0,1278 м.

Узагальнення результатів расчета.

Через війну проведених розрахунків розроблений підігрівник, має такі характеристики:

1.Расход води — Gв =199[pic];

2.Расход що гріє параDп=8,13[pic] ;

3.Температура: води на входіt`в=21°С; води не вдомаt``в=90°С; пара на вході - tп=175°С; конденсату — tк=160°С;

4.Размеры подогревателя:

внутренний діаметр корпусу — Dв=617.4 мм;

толщина стінок корпусу — ?ст=4 мм;

высота трубок — h=4000 мм;

5.Число ходів — m=2.

6.Число трубок — n=187 шт.;

7.Поверхность нагріву — F=74.22 м2;

8.Необходимая потужність насоса — N=528.37 кВт.

3. МЕХАНІЧНИЙ РАСЧЕТ.

Зробимо розрахунок основних вузлів і деталей апарату на прочность.

Конструкція і елементи апаратів повинні розраховуватися на найбільше допускаемое робочий тиск з урахуванням можливих температурних напруг, особливостей технології виготовлення деталей, агресивності дії робочої середовища проживання і особливостей эксплуатации.

3.1 Визначимо товщину стінки кожуха.

[pic], м, де р — розрахункове тиск, Па; ?допдопускаемое напруга, Па;

?свкоефіцієнт міцності зварного шва.

?к=[pic]=0,153 м.

3.2 Виконуємо розрахунок товщини еліптичного днища.

З умови технологічності виготовлення приймаємо попередньо? буд =? До = 4 мм, тоді товщина стінки днища, має отвір, визначається по выражению.

[pic], м.

Умови застосовності цієї формулы:

[pic];

[pic]; де hвып — висота опуклої частини днища, м;

Dвн — внутрішній діаметр корпусу, м; d — найбільший діаметр отвори в днище, м;

З — прибавка, враховує допуск на прокат, корозію тощо., м; z — коефіцієнт, враховує ослаблення днища через отверстия.

3.3 Визначаємо коефіцієнт, враховує ослаблення днища через отвори, z=1 при [pic] d=0,6 0,614=0,273 м;

hвып=0,614 0,2=0,091 м;

?д=[pic]=0,2 334 м.

3.4 Зробимо розрахунок трубної решетки.

Розрахунковий тиск при розрахунку трубної грати вибирається по більшого із трьох наступних значений:

[pic], Па,.

[pic],.

[pic], де Рм, РТ — тиск у межтрубном і трубному просторі відповідно, Па;

Рмп, Ртп — пробне тиск при гідравлічному випробуванні в межтрубном просторі й у трубах, Па;

? — ставлення жорсткості трубок до жорсткості кожуха;

? — розрахунковий температурний коефіцієнт; k — модуль пружності системи трубок, [pic];

? — коефіцієнт перфорации.

3.5 Визначаємо коефіцієнт, виражає ставлення жорсткості трубок до жорсткості кожуха,.

[pic], де Ет, Ек — модулі пружності матеріалу трубок і кожуха відповідно (Є = =1,1 106 атм. = 1,078 1011 Па — для латуні, Є = 2,1 106 атм. = 2,058 1011 Па — для стали), МПа; Fк, FТ — площі перерізу матеріалу трубок і кожуха, м2.

Обчислюємо площа перерізу матеріалу трубок.

[pic], м2, де n — кількість трубок, прим.; dвн, dн — зовнішнє і внутрішній діаметри трубок, м.

3.6 Визначаємо площа перерізу матеріалу кожуха.

[pic].

3.7 Обчислюємо розрахунковий температурний коэффициент.

[pic], де tk, tТ — температури трубок і кожуха, °З; ?до, ?Т — коэффициенты линейного подовження трубок і кожуха соответственно,[pic].

[pic], °С,.

[pic], °С.

3.8 Визначаємо модуль пружності системи трубок.

[pic], [pic], де? — довжина трубок, м; а — внутрішній радіус корпусу, м,.

[pic], м,.

3.9 Обчислюємо коефіцієнт перфорации.

[pic]. а=[pic]=0,2275 м,.

?=[pic]=0,67 956,.

Fт=[pic]=0,1 645 м²,.

Fк=[pic]=0.297, tк=175−85=90 градусів, tт=175−20=155 0С,.

?=(0,74 155−0,74 90)=44.171,.

?=[pic]=5.52,.

К=[pic]=9228.37[pic],.

[pic].

Рр=(0,6+0,4 0,74+0,6 0,0002)0,59 106=2.386 МПа,.

Рр=(0,6+0,4 0,74+0,0002)0,21 106=908 331.35 Па,.

3.10 Визначаємо товщину трубної решетки.

[pic], мм.

?р=[pic]=7.89 мм,.

3.11 Визначаємо товщину трубної грати з умови міцності на изгиб.

[pic], м, де D0 — діаметр окружності, яку спирається трубна дошка, м;

Рр — розрахункове тиск, Па;

? — коефіцієнт, залежить від форми і споcоба кріплення трубної доски;

? — коефіцієнт, враховує ослаблення трубної решетки;

З — поправка на мінусові допуски прокату, корозію тощо., м.

При розрахунковому тиску, чинному із боку кришки, як Dо приймається внутрішній діаметр корпусу, тому Dо=Dвн, м.

У цьому подогревателе використовуємо круглі трубні дошки, I не підкріплені анкерными зв’язками, отже,? = 0,5.

Обчислюємо коефіцієнт, враховує ослаблення трубної доски,.

[pic], де Dн — зовнішнє діаметр кожуха, м;

N1 — найбільше трубок щодо одного ряду, прим.; d0 — діаметр отвори під трубку в трубної дошці, м, d0=dн+0,0008, м.

3.12 Визначаємо найбільше трубок щодо одного ряду.

[pic], шт.,.

N1=[pic]=15.71 прим., d0=0,029+0,0008=0,0298 м,.

?=[pic]=0,2434,.

=7,89 мм, [pic]?р= де До — кільцевої зазор між крайніми трубками і корпусом апарату, м;

P.S — крок між трубками, м.

Виконуємо визначення товщини трубної грати, з умови надійності развальцовки:

[pic], м, де q — допускаемое напруга на виривання трубок з грати, МПа;

Ртр — осьове зусилля у найбільш навантаженої трубці, М; dн — зовнішнє діаметр трубок, м. Для трубок, завальцованных з отбортовкой, q= 40 МПа.

?р=0,0158?[pic],.

3.13 Визначаємо осьове зусилля у найбільш навантаженої трубке.

[pic], М, де? Т — товщина трубки, м; а ?- напруга вигину в трубної решітці, МПа.

Ртр=128 106 3,14(0,029−0,001)0,001=11 259.47 Н,.

3.14 Розрахунок фланцевых сполук і болтов.

3.14.1 Визначаємо повне зусилля, чинне попри всі болти фланцевого соединения,.

Q=P+Pупл, М, де Р — сила внутрішнього тиску середовища на площа, Н;

Рупл — сила, необхідна задля забезпечення щільності сполуки при тиску робочої середовища, Н.

[pic], М, де Dпр — середня лінія прокладки, м;

Рс — сила внутрішнього тиску середовища на площа, Па.

3.14.2 Визначаємо середню лінію прокладки.

Dпр=0,5(Dн-Dв), м, де Dн і Dв — зовнішнє і внутрішній діаметри прокладки відповідно, м.

Dпр=0,5(0,60 157−0,6)=0,618 м,.

Р=0,785 0,82 0,6 106=170 983.5 Н,.

3.14.3 Визначаємо силу, необхідну забезпечення щільності соединения,.

[pic], М, де q — розрахункове удільне тиск на одиницю виміру площі прокладки, Па;

Fпр — площа прокладки, м2.

3.14.4 Обчислюємо площа прокладки.

[pic], м2.

Fпр=0,785(0,601 572−0,62)=0,599 943 м²,.

Рупл=15,9 106 0,0015=9539 103 Н,.

Q=376,8+23 545,9=9710 до Н.

Розрахункова навантаження має викликати пошкодження прокладки чи перевершувати її міцність, тож слід дотримуватися условие.

[pic].

Q=23 922,7?15,9 106 0,0015.

3.14.5 Визначаємо діаметр болта.

[pic], м, де Q — повне зусилля попри всі болти, Н;

Dпр — середня лінія прокладки, м;

? — поправочний коефіцієнт (? = 0,8ч0,9);

?т — межа плинності матеріалів болтів при робочої температурі (для стали марки 20? т = 245 МПа), Па. dБ=[pic]=0,0925 м.

3.14.5 Обчислюємо кількість болтів у фланцевом соединении.

[pic], прим., де L — загальна довжина окружності, де розташовані центри болтів, мм; tб — крок між болтами, мм.

З конструктивних міркувань крок між болтами беруть у межах 2,5ч5 діаметрів болтів: tб = (2,5ч5)dб, мм.

3.14.6 Визначаємо довжину окружності, де розташовані центри болтов,.

L=?(Dвн+?к+dб+К), мм, де? К-толщина стінки кожуха, мм;

До — монтажний зазор (К=25чЗО мм), мм; dб — діаметр болтів, мм; Dвн — внутрішній діаметр корпусу, мм.

L=3,14(0,6+0,157+4464,9+0,01)=80.77 мм, tБ=2,5 4464,9=0.4526 мм,.

Z=[pic]=174.6 шт.,.

3.14.7 Визначаємо розрахункове зусилля на болт.

[pic], Н.

РБ=[pic]=55 609.4 Н.

3.14.8 Визначаємо товщину приварного фланца.

[pic], м. де r0 — радіус окружності розташування болтів, м; rвнутрішній радіус корпусу, м;

?доп = 230 — допускаемое напруга на вигин, МПа; а = 0,6 — для фланців, схильні до изгибу.

3.14.9 Визначаємо радіус окружності розташування болтів r0=(Dвн+?к+dб+К)0,5,м. r0=(0,6+0,157+4464,9+0,01)0,5=2232,76 м, h=[pic]=36.73 м.

Узагальнення результатів механічного расчета:

1.Толщина стінок кожуха і днища — ?=15,3 мм.

2.Параметры трубної грати: розрахункове тиск -Р=919 653.8 МПа; товщина -?=7,89 мм.

4. Характеристики фланцевого сполуки: кількість болтів — Z=174шт.; розрахункове зусилля на болт -P=55,6кН;

диаметр болтів — d=9 мм; висота фланца — h=36,7 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

У цьому курсовому проекті зроблено розрахунок кожухотрубчатого теплообмінного апарату. По початковим даним в завданні було зроблено розрахунки його розмірів (Dв=617.4 мм), вхідних і вихідних патрубков. Расчитан витрата пара на обігрів води Dп=8,13[pic]. Через війну пересчёта, при довжині трубок 4 м, отримано 2-х ходовий теплообмінник. Товщина кожуха такого теплообмінника становила 4 мм. Количество труб для прогріву з витратою води Gв=0,0567[pic] отримано 187шт. Мощность насоса N=528.37 кВт.

Кожухотрубный рекуперативный апарат двухходовой (противоточный).

[pic].

Рис. 1.

Зміни температури теплоносіїв в пароводяном подогревателе.

[pic].

Рис. 2.

[pic].

———————————- 4.

Pr.

Re.

п п.

п.

Nu.

Ч.

Pr.

Re.

п п.

п.

Nu.

Ч.

Показати весь текст

Заповнити форму поточною роботою