Конструкторский расчет рекуперативного кожухотрубного вертикального теплообменного аппарата с U–образными трубами

Содержание

1  Задание                                                                                                         3

1.1 Исходные данные                                                                               3

2  Конструкторский расчет теплообменника                                        4

2.1  Определение эскизной площади поверхности теплообмена            4

2.1.1  Расчет зоны СП                                                                        6

2.1.2  Расчет зоны ОД                                                                        7

2.2  Определение основных конструктивных размеров теплообменника                                                                                            8

2.3  Компоновка трубного пучка                                                             9

2.4  Компоновка межтрубного пространства                                        14

2.5  Определение значений коэффициентов теплопередачи                 16

2.6  Текст программы для расчета на ЭВМ                                           21

2.6     Результаты расчета на ЭВМ                                                            24

3  Гидравлический расчет теплообменного аппарата                                  25

3.1  Расчет гидравлического сопротивления трубного пучка               25

3.2  Расчет гидравлического сопротивления межтрубного пространства                                                                                              27

4  Расчет на прочность элементов теплообменника                                     28

4.1  Расчет на прочность корпуса аппарата                                           28

4.2  Расчет на прочность крышки водяной камеры                               29

4.3  Расчет на прочность трубных досок                                               30

4.4  Расчет укрепленных отверстий                                                       31

4.5  Расчет болтов и шпилек на прочность                                            32

4.6  Расчет фланцев                                                                                 34

4.7  Расчет термических напряжений                                                     35

5  Конструкторский расчет тепловой изоляции                                           37

6  Заключение                                                                                                 38

Список используемых источников                                                            39

Спецификация                                                                                            40

1  Задание

Произвести конструкторский расчет рекуперативного кожухотрубного вертикального теплообменного аппарата с U–образными трубами. По окончанию расчета выполнить сборочный чертеж на чертежном листе формата А1 и составить спецификацию.

1.1 Исходные данные

Рисунок 1.1 – Схематичное изображение теплообменника

Расход греющей среды , давление греющей среды , энтальпия пара , температура пара, энтальпия конденсата греющей среды на выходе из зоны СП , температура дренажа на выходе из зоны СП , энтальпия дренажа на выходе из зоны ОД , температура дренажа на выходе из зоны ОД .

Расход нагреваемой среды  давление нагреваемой среды , энтальпия на входе в теплообменник , температура нагреваемой среды на входе в теплообменник , энтальпия воды на выходе из зоны ОД , температура воды на выходе , энтальпия воды на выходе из зоны СП , температура воды на выходе из зоны СП

2  Конструкторский расчет теплообменника

2.1 Определение эскизной площади поверхности теплообмена

Эскизная площадь поверхности теплового обмена –  определяется для каждой зоны из уравнения теплопередачи.

где i – ОП, СП, ОД;  – тепловая нагрузка i-й зоны, Вт, определяется из уравнения теплового баланса соответствующей зоны;  – средне логарифмический температурный напор i-й зоны, ;  – коэффициент теплопередачи для i-й зоны, .

Средний температурный напор, , для каждой выделенной i-й зоны подогревателя с учетом смешанной (многократно перекрестного тока) схемы движения теплоносителей может быть найден по уравнению,

где   – коэффициент, учитывающий эффективность нагрева. Безразмерные величины A, P и R определяются по уравнениям

где индексом 1 обозначает температура греющего теплоносителя, 2 – нагреваемого. Штрих характеризует вход, два штриха – выход теплоносителя.

Рисунок 2.1 – График температурного напора при противоточной схеме движения теплоносителей

Коэффициент теплопередачи  в каждой условной зоне рекуперативного теплообменника, в свою очередь, зависит от коэффициентов теплоотдачи от греющего теплоносителя к стенке  и от стенки к нагреваемому теплоносителю , которые в свою очередь зависят от скоростей теплоносителей, конструктивных характеристик, площади поверхности и условий теплообмена. В связи с этим на первом итеративном шаге конструкторского расчета значение коэффициента теплоотдачи для каждой зоны теплообмена рекомендуется принимать ориентировочно из следующего диапазона:

для зоны охлаждения пара (ОП) – ;

для зоны собственного подогревателя (СП) – ;

для зоны охлаждения конденсата пара (ОД) – .

После определения площади поверхности в каждой зоне, определяют суммарный эскиз поверхности – .

2.1.1 Расчет зоны СП

                              

                                 

т.к. один из коэффициентов равен нулю, то средний температурный напор для конкретной зоны теплообмена в зависимости от схемы тока движения теплоносителей (прямоток или противоток), при условии  можно оценить по формуле:

а при  средний температурный напор можно рассчитывать по формуле

где  – соответственно большая и меньшая разность температур теплоносителей, определяемая для противоточной схемы тока следующим образом:

индекс «б» ставиться у того температурного напора, который больший из двух, «м» – у которого температурный напор меньше.

Коэффициент теплопередачи для зоны СП выбираем равным.

2.1.2 Расчет зоны ОД

                              

                                 

Коэффициент теплопередачи для зоны ОД выбираем равным