- •1 Призначення та область використання теплообмінного апарата
- •1.1 Опис технологічного процессу
- •1.2 Вибір типу апарата і його місце в технологічній схемі
- •2. Технічна характеристика випарника
- •3 Опис та обґрунтування вибраної конструкції випарника
- •3.1 Опис конструкції, основних складальних одиниць та деталей апарата
- •3.2 Вибір матеріалів
- •3.2 Обґрунтування конструкції апарата, його основних деталей та вузлів
- •3.3 Порівняння основних показників розробленої конструкції з аналогами
- •4. Розрахунки, що підтверджують працездатність та надійність випарника
- •4.1 Розрахунок теплопритоків в камері холодильної машини (хм)
- •4.2. Розрахунок двоступінчастої холодильної машини
- •4.3 Розрахунок випарника (повітроохолоджувача)
- •5.3 Визначення діаметрів штуцерів
- •5.5 Розрахунок товщини циліндричної обичайки
- •5.9 Розрахунок трубної решітки
- •5.7 Розрахунок зусиль, які виникають в кожусі і трубах теплообмінника, що викликані різницею температур.
- •5.7 Розрахунок зусиль, які виникають в кожусі і трубах теплообмінника, що викликані різницею температур.
- •5.7 Розрахунок зусиль, які виникають в кожусі і трубах теплообмінника, що викликані різницею температур.
5.7 Розрахунок зусиль, які виникають в кожусі і трубах теплообмінника, що викликані різницею температур.
Мета розрахунку: розрахувати зусилля в кожусі і трубах, викликані різницею температур, зробити перевірку елементів трубчатки на міцність і стійкість.
Розрахункова схема зусиль в кожусі і трубах теплообмінника зображена на рисунку 5.7.
Рисунок 5.7-Розрахункова схема зусиль в кожусі і трубах теплообмінника
Вихідні дані:
температура кожуха tк, К 315,39;
температура труб tt , К 337,59;
зовнішній діаметр труб dз, м 0,025;
внутрішній діаметр труб d, м 0,021;
товщина стінок труб ST, м 0,002;
товщина стінки кожуха SK, м 0,004;
внутрішній діаметр кожуха D, м 0,325;
кількість труб, n 62;
довжина труб LT, м 2;
довжина кожуха Lк, м 2;
матеріал ВСт3сп5 ГОСТ 14637-79;
допустиме напруження , МПа;
коефіцієнт лінійного розширення для матеріалу труб, ;
коефіцієнт лінійного розширення для матеріалу кожуха, ;
коефіцієнт міцності зварного шва, ;
модуль пружності для для труб і кожуха Е, МПа .
Видовження труб внаслідок температурних деформацій, м:
. (5.1)
Видовження кожуха внаслідок температурних деформацій, м:
. (5.2)
Площа поперечного перерізу кожуха, :
. (5.3)
Площа поперечного перерізу труб, :
. (5.4)
В результаті температурних деформацій на трубну решітку буде діяти напруження, що вираховується за формулою, Н: . (5.5)
Від’ємне значення означає, що труби стиснуті, Н:
. (5.6)
Розраховуємо деформації:
. (5.7)
. (5.8)
Напруження в кожусі і трубах, обумовлені дією температур, МПа:
. (5.9)
. (5.10)
Перевірка умов міцності та стійкості, МПа:
(5.11)
Площа поперечного перерізу однієї труби,:
(5.12)
Момент інерції,
(5.13)
Гнучкість:
(5.14)
По значенню гнучкості за графіком обираємо коефіцієнт зменшення допустимих напружень при втраті стійкості і перевіряємо умову стійкості (перевіряється одна труба):
. (5.15)
Умова стійкості виконується.
5.4 Гідравлічний розрахунок
Метою гідравлічного розрахунку є визначення гідравлічного опору як в міжтрубному, так і в трубному просторі теплообмінника, а також визначення затрат потужності на переміщення теплоносіїв. Розрахунок здійснюємо за методикою, викладеною в [11].
Розрахункова схема зображена на рисунку 5.5.
Вихідні дані для розрахунку:
Середня температура газу К , 342,5
Густина конденсату при середній температурі, кг/м3, 7,311
Швидкість конденсату, м/с, 5
Критерій Рейнольдса конденсату, Re2 54110
Середня температура технічної води, К, 320,5
Густина технічної води при середній температурі, кг/м3, 991
Швидкість технічної води, м/с, W1 0,12
Критерій Рейнольдса технічної води, Re1 2602
Рисунок 5.5 Схема гідравлічного опору
В трубному просторі витрати тиску на подолання тертя та місцевих опорів, Па, визначаються за формулою [11].
,
де - коефіцієнт тертя,
- сума коефіцієнтів місцевого опору.
Коефіцієнт визначається залежно від режиму, в турбулентних потоках виділяють три зони. Для вибору розрахункової формули необхідно знати відносну шорсткість труб. Для труб можна прийняти значення абсолютної шорсткості Δ=0,2 мм [11]. Тоді значення відносної шорсткості знайдемо з залежності:
Тоді можна визначити, що в теплообміннику має місце зона змішаного тертя [11]:
Тоді коефіцієнт тертя визначаємо за формулою [11]:
Коефіцієнти місцевих опорів приймаємо згідно до рекомендацій, наведених в [15]:
Вхідна камера
Вхід і вихід в трубу
Втрати в вхідній камері необхідно розраховувати по швидкості в штуцерах:
Тоді втрати тиску в трубному просторі:
Втрати тиску на подолання місцевих опорів в міжтрубному просторі, Па, визначається за формулою:
Коефіцієнти місцевих опорів приймаємо згідно до рекомендацій, наведених в [15]:
Вхід і вихід в міжтрубний простір
Поворот через сегментну перегородку
Опір пучка труб визначається за формулою [11]:
де – m число рядів труб:
де n – кількість труб в теплообміннику, n=111
Опір на вході і виході в міжтрубний простір необхідно розраховувати по швидкості в штуцерах:
Тоді гідравлічний опір міжтрубного просторі:
Витрати потужності на переміщення технічної води в трубному просторі теплообмінника [15]:
де - витрати технічної води; кг/с.
Витрати потужності на переміщення конденсату в міжтрубному просторі теплообмінника:
де - витрати конденсату;кг/с.
Висновок: визначені гідравлічний опір трубного (97,78 Па) та міжтрубного простору (277,5 Па) теплообмінника та затрати потужності на переміщення теплоносіїв через теплообмінник (в міжтрубному просторі Вт, в трубному просторіВт).
Література:
Янвель
Остров