Виконання теплового, гідравлічного і міцнісного розрахунків фреонового горизонтального кожухотрубного конденсатора на фреоні R22 з водяним охолодженням

Министерство образования и науки Украины

Сумский государственный университет

Инженерный факультет

Кафедра технической теплофизики

Выпускная работа бакалавра

на тему:

«Виконати тепловий, гідравлічний і міцнісний розрахунки фреонового горизонтального кожухотрубного конденсатора на фреоні R22 з водяним охолодженням, тепловим навантаженням Q_к=15 кВт, температурою конденсації   , температурою води на вході в конденсатор »

Выполнил: студент группы ХК-61

                   Бозаджиев Ф. В.

Руководитель: Вертепов Ю. М.

Сумы 2010
Содержание

с.

1. Исходные данные	3
2. Тепловой расчёт	4
4. Гидравлический расчет	11
3. Прочностной расчёт	12
Список литературы	16

1. 

Исходные данные

Рабочее тело – фреон R22

Холодопроизводительность Q₀=15 кВт

Температура конденсации фреона в конденсаторе

Температура воды на входе  

Давление в конденсаторе р_к = 11 бар.

Давление в испарителе р₀ = 4 бар.

Рис1.1 Принципиальная схема и цикл фреоновой холодильной машины.

Тепловой расчет

Строится цикл холодильной машины в i-p диаграмме для хладона R22

нагрев охлаждающей воды

средняя логарифмическая разность температур, которая равна:

;

 - температура на всасывании в компрессор;

Тепловой баланс регенеративного теплообменника:

Тепловой поток КД:

 - удельная холодопроизводительность цикла ;

 - разность энтальпий на входе в КД и жидкости на выходе из него .

Массовый расход воды через КД:

:

удельная теплоемкость воды при средней температуре в КД 20

В качестве поверхности теплопередачи выбираем шахматный пучок из медных труб со стандартным наружным оребрением:

;

;

;

;

;

;

.

Приняв скорость воды в аппарате 𝜔=1,9  , определяем число труб в одном ходе:

Принимается  .

Уточняется скорость воды:

Для расчета коэффициента теплоотдачи со стороны воды определяем Re и Nu:

 - кинематическая вязкость воды  ,

Для турбулентного режима:

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды:

где  - теплопроводность воды.

Принимается суммарное термическое сопротивление стенки трубы и загрязнений равным:

Составим уравнение определения плотности теплового потока со стороны воды:

Для дальнейших расчетов необходимо найти плотность теплового потока  . Точное значение   на данном этапе расчета установить невозможно, поэтому вычисляем ориентировочное значение  , приняв :

Определяем число труб, располагаемых по большой диагонали внешнего шестиугольника:

– горизонтальный шаг труб;

 - отношение длины трубы в аппарате, к диаметру трубной решетки;

Округляя до ближайшего нечетного числа, получим m=7.

Число горизонтальных рядов шестиугольников труб в аппарате:

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося R22, отнесенный к внутренней поверхности труб:

  - плотность жидкого R22;

 – теплопроводностьжидкого R22;

 - динамическая вязкостьжидкого R22;

 разность температур конденсации и стенки трубы

 - коэффициент, учитывающий различные условия конденсации на горизонтальных и вертикальных участках трубы:

 - площадь поверхности вертикальных участков ребер на 1м длины:

 - угол при вершине ребра;

 - площадь поверхности горизонтальных участков трубы длиной 1м:

 - приведенная высота ребра:

Е=1 – эффективность ребра для низких накатных ребер.

β – коэффициент оребрения;

U=0,002 м – шаг между ребрами.

Плотность теплового потока, со стороны R22:

Уравнения для определения плотности теплового потока:

В установившемся режиме работы аппарата имеет место равенство:

Ранее было получено m=7, тогда общее число труб в аппарате будет равно:

Число ходов в аппарате по воде:

Для того что бы использовать часть аппарата под ресивер, освобождаем трубный пучок от нижних рядов. Число оставшихся труб,  Недостающие 5 труб размещаем в верхней части аппарата.

D=0,4 м;

толщина = 8 мм;

площадь поверхности теплопередачи:

Длина одной трубы в аппарате:

Гидравлический расчет:

Потери давления на трении находим по формуле Вейзбаха-Д’Арси:

коэффициент гидравлического трения определяем по формуле А.Д. Альтшуля:

Задаёмся величиной шероховатости на внутренней стенке трубы Δ = 0,1мм = 0,0001м.

Коэффициент местного сопротивления:

где   - коэффициент местных сопротивлений:

где a=7 – число входных камер;

 - коэффициент местного сопротивления входной камеры;

b=6 – число выходных камер;

 - коэффициент местного сопротивления выходной камеры;

с=z-1=11 – число поворотов;

 - коэффициент местного сопротивления поворота на 180 при переходе из одного трубного пучка в другой.

Общее сопротивление равно:

Прочностной расчет:

1.  Расчет обечайки.

φ=0,9 – коэффициент прочности сварного соединения.

Допускаемые напряжения:

- нормативное для стали ВСт3сп,

- для рабочего состояния

 - коэффициент, учитывающий вид заготовки.  - для заготовок из проката;

 - коэффициент, учитывающий работу аппарата со взрыво- и пожаро-опасными продуктами или ядовитыми веществами. Для R22,

- при гидравлических испытаниях:

Расчетное давление

испытательное давление

Исполнительная толщина δ стенки обечайки:

 – сумма всех прибавок толщины обечайки.

Условие применяемости формулы:

так же:

 т. е. формула для тонкостенных сосудов применима.

Допускаемое давление в рабочем состоянии:

Допускаемое давление при гидравлическом испытании:

2. Расчет эллиптического днища.

Расчетное давление

Температура

Коэффициент ослабления днища отверстиями:

Толщину днища берем

.

Второе глухое изготавливаем так же из ВСт3

Допускаемое давление в камере в рабочем состоянии:

Допускаемое давление при гидравлических испытаниях:

3. Расчет трубной решетки.

Трубную решетку изготавливают из толстолистовой стали ВСт3 в отверстиях трубной решетки закреплены развальцовкой 37 медных труб.

Минимальная конструктивная необходимая толщина решетки:

Условная равномерно распределенная нагрузка, действующая на всю поверхность пластинки:

Максимальное напряжение, возникающее на контуре пластинки:

Напряжение в центре пластины:

 - коэффициент Пуассона;

 - коэффициент ослабления пластины.

Максимальный прогиб будет в центре пластинки:

 - цилиндрическая жесткость пластины.

Проверка труб на продольный изгиб:

Гибкость теплообменной трубы:

 - расстояние до перегородки;

 - радиус инерции трубы:

Условие устойчивости трубы при осевом сжатии:

Где по формуле Эйлера:

т.е. условие устойчивости выполняется.

 - коэффициент устойчивости.

Список литературы

1.  Бамбушек Е.М., Бухарин Н.Н., Герасимов Е.Д. «Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин» - Л.: Машиностроение, 1987 – 423 с.

2.  Данилова Г.Н., Богданов С.Н. и др. «Теплообменные аппараты холодильных установок» - Л.: Машиностроение, 1986 – 303 с.

3.  Богданов С.Н., Иванов О.П., Куприянова А.В. «Холодильная техника. Свойства веществ» - М.: Агропромиздат, 1985 – 208 с.