Зміст

Вступ……………………………………………………………………….…...5

Опис конструкції теплообмінного апарату…………………………….…7

1.Тепловий розрахунок……………………………………………………....8

1. Визначення витрати гарячого теплоносія…………………………….8

2. Визначення орієнтовної площі теплообмінної поверхні………........10

3. Конструктивні характеристики ТОА……………………………........11

   1. Визначення кількості труб та їхньої довжини………………....11

1. Гідравлічний розрахунок……………………………………………….....20

2.1 Визначення гідравлічного опору в трубному просторі.……......…...20

2.2 Визначення гідравлічного опору в міжтрубному просторі…..…….23

2.3 Вибір насосів і розрахунок потужності двигунів……………...…….25

3. Механічний розрахунок…………………………………………………...28

   1. Розрахунок на міцність обичайки…………………………………….28

3.2 Розрахунок на міцність циліндричної камери ……………….……..31

3.3 Розрахунок на міцність правої еліптичної кришки………………….34

3.4 Розрахунок на міцність лівої плоскої кришки……………………….35

3.5 Розрахунок на міцність трубної дошки……………………...………36

3.6 Розрахунок на міцність труб…..……………………………...............37

3.7 Розрахунок фланцевого з’єднання ………………………..…………38

4. Розрахунок теплової ізоляції………………………………...…………...39

   1. Види теплоізоляційних матеріалів……………………...……………41

   2. Тепловий розрахунок ізоляції……………………………..…………42

Висновки…………………………………………………………..……….....44

Список літератури………………………………………………..…………..45

Додаток………………………………………………………………………..46

Вступ

Теплообмінними апаратами прийнято називати пристрої, призначені для передачі тепла від одного середовища до іншого. У теплообмінних апаратах можуть відбуватися різні теплові процеси: зміна температури, випаровування, кипіння, конденсація, розплавлення, твердіння і, нарешті, складніші, комбіновані процеси. Кількість середовищ, що беруть участь в цих процесах, може бути більше двох, а саме: тепло може передаватися від одного середовища до декількох інших середовиш або, навпаки, від декількох середовищ до одного.

Теплообмінні апарати мають велике розповсюдження у всіх галузях промисловості і широко застосовуються в теплосилових установках. Залежно від призначення теплообмінні апарати називаються підігрівачами, конденсаторами, випарниками, пароперетворювачами і т. д.

За принципом дії теплообмінні апарати діляться на поверхневі і змішувальні.

У поверхневих апаратах теплоносії розділені твердими теплопровідними стінками, через які відбувається теплообмін між теплоносіями. Та частина поверхні стінок, через яку передається тепло, називається поверхнею нагріву.

У свою чергу поверхневі теплообмінні апарати діляться на рекуперативних і регенеративних.

Якщо теплообмін між теплоносіями відбувається через розділяючі стінки, то теплообмінник називають рекуперативним. У апаратах цього типу в кожній точці розділяючої стінки тепловий потік зберігає постійний напрям.

Якщо ж два або більше теплоносіїв поперемінно стикаються, з однією і тією ж поверхнею нагріву, то теплообмінний апарат називають регенеративним. Залежно від призначення виробничих процесів як теплоносії можуть застосовуватися самі різні газоподібні, рідкі і тверді тіла.

Водяна пара в теплообмінних апаратах набула великого поширення завдяки ряду його позитивних якостей. Її можна транспортувати по трубопроводах на значні відстані (до декількох сотень метрів). Інтенсивна тепловіддача від водяної пари, що конденсується, сприяє зменшенню поверхні теплообміну. Конденсація водяної пари супроводжується великим зменшенням його ентальпії; завдяки цьому для передачі порівняно великих кількостей тепла потрібні невеликі вагові кількості пари.

Гаряча вода, як гріючий теплоносій, набула великого поширення, особливо в опалювальних і вентиляційних установках. Вона виробляється в спеціальних водогрійних котлах, виробничих технологічних агрегатах або водонагрівальних установках ТЕЦ.

Гарячу воду, як теплоносій, можна транспортувати по трубопроводах на значні відстані (на декілька кілометрів). Пониження температури води в добре ізольованих трубопроводах складає не більше 1 °С на 1 км.

Кожухотрубчатими теплообмінниками є апарати, виконані з пучків труб, зібраних за допомогою трубних грат, і обмежені кожухами і кришками із штуцерами. Трубний і міжтрубний простори в апаратах роз'єднані, а кожен з цих просторів може бути розділене за допомогою перегородок на декілька ходів. Перегородки встановлюються з метою збільшення швидкості, а отже, і інтенсивності теплообміну теплоносіїв. Теплообмінники цього типу призначаються для теплообміну між різними рідинами, між парою і рідинами або між рідинами і газами. Вони застосовуються тоді, коли потрібна велика поверхня теплообміну.

В більшості випадків пара (гріючий теплоносій) вводиться в міжтрубний простір, а рідина, що нагрівається, протікає по трубках. Для компенсації температурних подовжень, що виникають між кожухом і трубками, передбачається можливість вільного подовження труб за рахунок різного роду компенсаторів.

Опис конструкції

Охолоджувачі водяні типу ОГ (горизонтальні) і ОВ (вертикальні) виготовляє Саратовский завод важкого машинобудування. [1] Охолоджувачі встановлюються на електростанціях й у теплових мережах. Вони призначені .для усунення можливості скипання води на ділянках з більш низьким тиском, зокрема, на лінії усмоктування насосів з метою забезпечення їхньої безперебійної роботи.

Охолоджувач конденсату являє собою водо водяний теплообмінник.

Основними вузлами апарата є корпус, велика й мала водяна камера й трубна система. Корпус зварений, виготовлений з листової сталі марки 20 або ВМ Ст.Зсп. Водяні камери виконані зі сталі тих же марок. Трубна система складається із прямих трубок зі сталі (сталь марок 10 й 20) або латуні (латунь марки Л68 тягнена м'яка). Кінці трубок розвальцьовані у двох трубних дошках. Виключення становить охолоджувач ОВ-40, що має трубки U-образної форми. Каркас трубної системи має поперечні перегородки. Число ходів від 2 до 8.

Охолоджуюча вода подається через водяну камеру в трубки охолоджувача. Охолоджуюча вода подається через патрубки в корпус охолоджувача та протікає в міжтрубному просторі. Дренаж приділяється з корпуса через спеціальні патрубки.

Параметри води контролюються відповідними приладами, які встановлюються на апаратах при монтажі.

Охолоджувачі (поставляються в зібраному виді в комплекті з арматурами й контрольно-вимірювальними приладами, наведеними у відомості. Кожен тип охолоджувачів «має свій шифр: букви позначають тип охолоджувача, цифри - поверхня нагрівання.

1. Тепловий розрахунок

1.1 Визначення витрати гарячого теплоносія

Виходячи з початкової умови, за [3] визначимо значення ентальпій першого (гарячого) і другого (холодного) теплоносіїв на вході і виході з теплообмінника.

Гарячая вода на вході в теплообмінник і на виході з теплообмінника :

,

.

Холодна вода на вході в теплообмінник на виході з теплообмінника :

,

.

Значення величин витрати другого (холодного) теплоносія G₂ і величини теплового потоку, що передається від одного теплоносія іншому Q, визначимо з рівняння теплового балансу:

.

З рівняння теплового балансу визначимо тепловий потік, що передається від одного теплоносія іншому і витрата другого теплоносія:

,

.

На рис. 1.1 зображено зміну температур в трубах і міжтрубном просторі теплообмінного апарата.

1 — зміна температури гарячого теплоносія, 2 — зміна температури холодного теплоносія

Рисунок 1.1 Зміна температур теплоносіїв в теплообмінному апараті

1.2 Визначення орієнтовної площі теплообмінної поверхні

Визначемо середній температурний напір:

,

.

Оскільки то середній температурний натиск визначається за формулою:

;

.

Визначимо поверхню ТО. Спочатку орієнтовно. Для цього задамося орієнтовним коефіцієнтом теплопередачі віднесеним до середнього діаметру труби:

.

Площа визначається з рівняння Ньютона-Ріхмана за формулою:

,

звідки:

.

Тоді орієнтовна площа буде дорівнювати:

.

1.3. Визначення конструктивних характеристик ТОА

1.3.1. Визначення кількості труб і їх довжин

Вибираємо: труби 22х2 сталь Ст.20. [1]

Задаємося швидкістю течії теплоносія в трубах. Вона повинна бути достатньо високою, щоб коефіцієнт тепловіддачі був високим, але не дуже великий, щоб гідравлічні опори були не великими.

За визначальну температуру теплоносія, водний еквівалент якого більший, візьмемо середнє арифметичне між температурою цього теплоносія на вході і виході з теплообмінника.

.

Тоді визначальна температура другого теплоносія:

Задамося швидкістю:

.

Визначаємо кількість труб в одному ходу:

,

де - прохідний перетин:

,

звідки

.

За даними таблиці [3]:

;

.

Однак з конструктивної точки зору зручніше використання 26 труб в одному ході при концентричному їх розташуванні. Тому приймаємо кількість труб рівну 26.

Робимо уточнення швидкості холодного теплоносія:

.

Кількість труб в теплообмінному апараті, враховуючи, що теплообмінник складається з чотирьох корпусів, в кожному з яких ми маємо два ходи, буде дорівнювати:

.

Для теплообмінників типу ОГ розбивка трубної дошки є концентричною (по концентричним колам, рис 1.2). Знаючи загальну кількість отворів рознесемо їх по колам на решітці, а ті які попали під перегородку перенесемо. Під перегородку попало 9 отворів. Після переносу їх по ходам, отримаємо в кожному ході 26 отворів. Оберемо крок між трубами:

;

.

Орієнтовну площу теплообміну можемо знайти за формулою:

, де .

Тоді довжина труб на ділянці, що обігрівається буде дорівнювати:

.

З каталога [1] вибираємо прототип ОГ:

нам підходить ОГ – 35.

Кількість ходів води (за прототипом ОГ – 35):

Рисунок 1.2 – Розбивка трубної решітки

Визначальний діаметр обичайки:

,

,де m – кількість кругів, t- крок між трубами, тоді

Приймаємо .

Визначимо швидкість руху теплоносія в міжтрубному просторі.

Для цього визначимо площу прохідного перерізу в міжтрубному просторі, виходячи з обраних розмірів:

.

Витрату теплоносія в між трубному просторі можемо знайти за формулою:

,

де густину теплоносія знайдемо в таблицях теплофізичних властивостей води для відомих параметрів:

,

тоді швидкість води в міжтрубному просторі:

Визначимо коефіцієнт тепловіддачі в трубах:

,

де .

За даними з таблиці теплофізичних властивостей води [3] :

,

,

.

Відповідно:

;

;

.

Визначимо коефіцієнт тепловіддачі від води до поверхні труб в міжтрубному просторі:

; де - еквівалентний діаметр.

;

.

Визначальною температурою буде: .

Визначальним розміром є еквівалентний діаметр, який визначається за формулою:

За таблицею теплофізичних властивостей води [3]:

;

;

;

Визначальна температура стінки:

За таблицею теплофізичних властивостей води:

.

Таким чином:

;

Тоді:

.

Після знаходження коефіцієнтів тепловіддачі в трубах та в міжтрубному просторі, маємо можливість визначити коефіцієнт теплопередачі і зробити уточнення площі теплообміну.

Коефіцієнт теплопередачі знайдемо за формулою:

.

Враховуючи - термічний опір, який зумовлений наявністю забруднень на поверхнях теплообміну, та відповідно за даними довідника дорівнює:

Коефіцієнт теплопровідності сталі визначається за середньою температурою стінки за даними довідника:

Відповідно

Зробимо уточнення площі теплообміну:

;

Похибка визначення орієнтовної площі відносно розрахункової:

.

Тому необхідно збільшити довжину труб та виконати тепловий розрахунок спочатку з урахуванням нових габаритів. Однак в даному випадку в теплообміннику відбувається виключно процес вимушеної конвекції, проаналізувавши залежності для теплообміну в умовах вимушеного руху теплоносіїв в трубах та між трубному просторі бачимо, що інтенсивність теплообміну не залежить від площі теплообмінної поверхні. Тому достатньо лише змінити довжину труб в теплообміннику: