Реферат: Расчет кожухотрубного теплообменника 2
--PAGE_BREAK--Рассчитываем температуру стенки со стороны воды [1, с.16]:<img width=«201» height=«27» src=«ref-1_1503805131-461.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">, (9)
По формуле (9):
<img width=«243» height=«25» src=«ref-1_1503805592-411.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097"> 0С.
При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]
(Рrст2)І= 2,48.
С учетом температуры стенки
<img width=«323» height=«53» src=«ref-1_1503806003-842.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">;
<img width=«316» height=«47» src=«ref-1_1503806845-851.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">.
Удельная тепловая нагрузка со стороны воды:
<img width=«396» height=«27» src=«ref-1_1503807696-664.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">
Сравнивая (q1)Iс (q2)I, приходим к выводу, что 91571,5>>52088, поэтому расчет температуры стенки продолжаем, задаваясь другим значением температуры стенки со стороны пара.
Второе приближение
Задаемся температурой стенки со стороны пара (tст1)II = 105 0С.
Температура пленки: <img width=«153» height=«24» src=«ref-1_1503808360-397.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">0С, тогда <img width=«20» height=«19» src=«ref-1_1503802391-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102"> = 133-105 = 28 0С
Для <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1503802994-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103"> = 14 0С:
<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1503801779-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104"> = 58,46·10-2 Вт/(м·К);
<img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1503801687-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105"> = 999,2 кг/м3;
<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_1503801869-82.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106"> = 2467,6 ·103 Дж/кг;
<img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1503788719-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107"> = 1186 ·10-6 Па·с.
По формуле (7):
<img width=«397» height=«51» src=«ref-1_1503809313-1132.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108"> Вт/(м2·К).
Удельная тепловая нагрузка со стороны пара:
<img width=«308» height=«24» src=«ref-1_1503810445-524.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">
Рассчитываем температуру стенки со стороны воды по формуле (9):
<img width=«235» height=«25» src=«ref-1_1503810969-405.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"> 0С.
При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]
(Рrст2) = 2,158.
С учетом температуры стенки:
<img width=«335» height=«53» src=«ref-1_1503811374-861.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">;
<img width=«329» height=«47» src=«ref-1_1503812235-886.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">.
Удельная тепловая нагрузка со стороны воды:
<img width=«411» height=«27» src=«ref-1_1503813121-680.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">
И во втором приближении разница между (q1)ІІ и (q2)II более 5%
<img width=«217» height=«41» src=«ref-1_1503813801-607.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">
Расчет продолжаем, определяя tст1графически по пересечению линий q1=f(tст1) и q2=f(tст2)
По найденному графически температуре (tст1)ІІІ=104,15С выполняем третий, проверочный расчет.
Температура пленки: <img width=«200» height=«24» src=«ref-1_1503814408-462.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">0С, тогда <img width=«20» height=«19» src=«ref-1_1503802391-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116"> = 133-104,5 = 28,85 0С
Для <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1503802994-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117"> = 14,425 0С:
<img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1503801779-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118"> = 58,56·10-2 Вт/(м·К);
<img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1503801687-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> = 999,15 кг/м3;
<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_1503801869-82.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120"> = 2466·103 Дж/кг;
<img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1503788719-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121"> = 1173 ·10-6 Па·с.
По формуле (7):
<img width=«395» height=«53» src=«ref-1_1503815426-1163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122"> Вт/(м2·К).
Удельная тепловая нагрузка со стороны пара:
<img width=«333» height=«24» src=«ref-1_1503816589-554.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">
продолжение
--PAGE_BREAK--Рассчитываем температуру стенки со стороны воды по формуле (9):
<img width=«265» height=«25» src=«ref-1_1503817143-448.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124"> 0С.
При этой температуре для воды [2, табл. ХXXIX]
(Рrст2)= 2,1.
С учетом температуры стенки:
<img width=«323» height=«53» src=«ref-1_1503817591-832.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">;
<img width=«325» height=«47» src=«ref-1_1503818423-879.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">.
Удельная тепловая нагрузка со стороны воды:
<img width=«421» height=«27» src=«ref-1_1503819302-709.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">
Сравнивая (q1)III с (q2)ІІІ, приходим к выводу, что отклонение
<img width=«216» height=«41» src=«ref-1_1503820011-602.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">
т.е. не превышает 5%, поэтому расчет можем считать законченным.
Удельные тепловые потоки по обе стороны стенки равны (рис.2)
<img width=«336» height=«252» src=«ref-1_1503820613-11232.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129">
Рис. 2 Схема процесса теплопередачи
По формуле (7) коэффициент теплопередачи:
<img width=«277» height=«61» src=«ref-1_1503831845-655.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130">.
Площадь поверхности аппарата определяем по формуле (1):
<img width=«215» height=«47» src=«ref-1_1503832500-536.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131"> м2,
По [1, табл. 1.8] ГОСТ 15122-79 окончательно выбираем двухходовой аппарат диаметром d=325 мм, с числом труб n= 56 шт, с длиной теплообменных труб L= <metricconverter productid=«4000 мм» w:st=«on»>4000 мм и F= <metricconverter productid=«17,5 м2» w:st=«on»>17,5 м2.
1.8 Обозначение теплообменного аппарата
1) Диаметр кожуха D= <metricconverter productid=«325 мм» w:st=«on»>325 мм по [1, с. 29] ГОСТ 9617-76.
2) Тип аппарата ТНВ – теплообменник с неподвижными трубными решётками вертикальный.
3) Условное давление в трубах и кожухе – 0,3 МПа.
4) Исполнение по материалу – М1.
5) Исполнение по температурному пределу – 0 – обыкновенное.
6) Диаметр трубы d=<metricconverter productid=«25 мм» w:st=«on»>25 мм.
7) Состояние поставки наружной трубы – Г – гладкая.
8) Длина труб L=<metricconverter productid=«4,0 м» w:st=«on»>4,0 м.
9) Схема размещения труб – Ш – по вершинам равносторонних треугольников.
10) Число ходов – 2.
Группа исполнения – А.
Теплообменник <img width=«139» height=«41» src=«ref-1_1503833036-411.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132"> гр. А ГОСТ 15122-79.
<img width=«223» height=«231» src=«ref-1_1503833447-9072.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">
Рис. 3. Вертикальный двухходовой кожухотрубчатый теплообменник
1-кожух; 2-трубная решетка; 3-трубка, 4-крышка, 5-распределительнаякамера
2. Конструктивный расчет
Цель конструктивного расчета теплообменных аппаратов с трубчатой поверхностью теплообмена – расчет диаметров штуцеров и выбор конструкционных материалов для изготовления аппаратов, трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных трубок и трубных решеток к кожуху; конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними; распределительных камер, крышек и днищ аппарата; фланцев, прокладок и крепежных элементов; конструкций компенсирующего устройства, воздушников, отбойных щитков, опор и т.п [1, стр.42].
2.1 Выбор конструкционных материалов для изготовления аппарата
Материал выбирают по рабочим условиям в аппарате: температуре, давлениям, химическим свойствам теплоносителей и др. При выборе материала пользуемся рекомендациями [1, табл. 2.2] и ГОСТ 15199-79, 15120-79, 15121-79, в которых указаны материалы основных деталей в зависимости от группы материального исполнения.
Группа материального исполнения – М1. Материал: кожуха – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-79; распределительной камеры и крышки – В Ст3сп5 ГОСТ 14637-89; трубы – сталь 10 ГОСТ 8733-87 [1, табл. 2.2].
2.2 Выбор трубных решеток, способ размещения и крепления в них теплообменных труб и трубных решеток к кожуху
Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетки её толщина Sр(min)(в мм) должна быть не менее [1, с. 45]
<img width=«104» height=«43» src=«ref-1_1503842519-269.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">, (11)
где с – прибавка для стальных трубных решеток, мм, с = <metricconverter productid=«5 мм» w:st=«on»>5 мм;
dн– наружный диаметр теплообменных трубок, мм, dн= <metricconverter productid=«25 мм» w:st=«on»>25 мм.
По формуле (11):
<img width=«127» height=«41» src=«ref-1_1503842788-304.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135"> мм.
Толщину трубной решетки выбираем в зависимости от диаметра кожуха аппарата и уловного давления в аппарате [1, табл. 2.3]:
Sр= <metricconverter productid=«27 мм» w:st=«on»>27 мм.
Размещение отверстий в трубных решетках, их шаг регламентируется для всех теплообменников ГОСТ 9929-82.
По [1, с. 46] определяем шаг при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников: при dн= <metricconverter productid=«25 мм» w:st=«on»>25 мм, t= <metricconverter productid=«32 мм» w:st=«on»>32 мм; отверстия под трубы в трубных решетках и перегородках размещают в соответствии с ГОСТ 15118-79 [1, табл. 2.6].
Размещение отверстий в трубных решетках выбранного аппарата показано на рис. 3.
<img width=«307» height=«278» src=«ref-1_1503843092-26509.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">
Рис. 4 Размещение отверстий в трубных решетках
Основные размеры для размещения отверстий под трубы 25 х <metricconverter productid=«2 мм» w:st=«on»>2 мм в трубных решетках выбираем по [1, табл. 2.7], диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы:
D= <metricconverter productid=«287 мм» w:st=«on»>287 мм,
2R= <metricconverter productid=«281 мм» w:st=«on»>281 мм,
Число отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках по рядам:
0 ряд – 6
1 ряд – 9
2 ряд – 8
3 ряд – 7
4 ряд – 4
Общее число труб в решетке – 56 шт.
Отверстия в трубных решетках выполняем гладкими. По ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром <metricconverter productid=«25 мм» w:st=«on»>25 мм установлен диаметр <metricconverter productid=«25,5 мм» w:st=«on»>25,5 мм.
Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рис. 4).
<img width=«309» height=«194» src=«ref-1_1503869601-3149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">
Рис.5 Крепление труб в трубной решетке развальцовкой споследующей отбортовкой
Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой.
По [1, табл. 2.8] в соответствии с ГОСТ 26291-94 принимаем минимальную толщину стенки корпуса S= <metricconverter productid=«6 мм» w:st=«on»>6 мм.
2.3 Выбор конструктивной схемы поперечных перегородок и расстояния между ними. Отбойники
Применяем внутренние поперечные перегородки с диаметрально чередующимся в них сегментными средами для поддержания расстояния между трубами (рис. 6).
<img width=«357» height=«184» src=«ref-1_1503872750-9662.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">
Рис.6 Конструктивная схема поперечных перегородок
Диаметр отверстий для труб в перегородках <metricconverter productid=«28 мм» w:st=«on»>28 мм [1. с. 57]. Номинальный диаметр поперечных перегородок Dп=310 мм [1. с.58].
Неподвижные трубные решетки занимают место во впадинах фланцев корпуса и крышек (рис. 7).
<img width=«276» height=«213» src=«ref-1_1503882412-9776.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">
Рис. 7 Узел крепления неподвижной трубной решетки: 1 – решетка трубная; 2 – фланец; 3 – прокладка;4 – трубка теплообменная; 5 – кожух; 6 – крышка.
Для того чтобы теплообменники лучше работали, необходимо обеспечить минимальный зазор между корпусом и перегородкой. Номинальный диаметр Dппоперечных перегородок принимают в зависимости от внутреннего диаметра аппарата [1, с. 58]: Dп= <metricconverter productid=«310 мм» w:st=«on»>310 мм при D=315 мм. Максимальное расстояние между перегородками принимаем по [1, с. 58] равным <metricconverter productid=«800 мм» w:st=«on»>800 мм, а минимальная толщина перегородок [1, с. 59] <metricconverter productid=«8 мм» w:st=«on»>8 мм.
Взаимное расположение поперечных перегородок фиксируют несколькими стяжками между ними. Стяжки придают пучку жесткость и дополнительную прочность, обеспечивают удобства его сборки. Они представляют собой тяги из круглого прутка, пропущенные через отверстия перегородок и трубных решеток. В промежутке между перегородками надеты распорные трубки. Число стяжек принимаем в зависимости от диаметра аппарата [1, с. 59]:
диаметр стяжек – <metricconverter productid=«12 мм» w:st=«on»>12 мм,
число стяжек – 4.
При входе среды (пара) в межтрубное пространство теплообменника часто устанавливают отбойник, который защищает от местного износа трубы, расположенные против входного штуцера (рис. 7).
<img width=«248» height=«213» src=«ref-1_1503892188-2576.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">
Рис. 8 Схема размещения отбойника
Отбойник выполняют в виде круглой пластины. Его размер должен быть не меньше внутреннего диаметра штуцера D1, т.е. [1, с. 59].
<img width=«87» height=«23» src=«ref-1_1503894764-193.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141"> ¸20),
D= 200+15=215 мм.
Отбойник не должен создавать излишнее гидравлическое сопротивление, поэтому расстояние от внутренней поверхности корпуса до отбойника должно быть [1, с. 59]:
<img width=«63» height=«21» src=«ref-1_1503894957-163.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142"> , <img width=«45» height=«19» src=«ref-1_1503895120-134.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143"> мм.
2.4 Выбор крышек и днищ аппарата
Крышки и днища теплообменных аппаратов выбираем в зависимости от диаметра кожуха. Наиболее распространенной формой днищ и крышек является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр (рис. 8).
<img width=«335» height=«111» src=«ref-1_1503895254-1237.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">
Рис. 9 Днище эллиптическое с отбортовкой
По [3, табл. 16.1] выбираем размеры днища эллиптического отбортованного стального диаметром 800 мм:
Sd= <metricconverter productid=«6 мм» w:st=«on»>6 мм, Нd= <metricconverter productid=«81 мм» w:st=«on»>81 мм, hу= <metricconverter productid=«25 мм» w:st=«on»>25 мм.
Днище 325 х 6-25 ГОСТ 481-58 [3, табл. 16.1].
Выбранное днище используем для изготовления входной и выходной крышек аппарата.
Марка стали – <metricconverter productid=«09 Г» w:st=«on»>09 Г 2 С [3, табл. 16.1].
2.5 Расчет диаметров штуцеров, выбор фланцев, прокладок и крепежных элементов
Присоединение трубопроводов к теплообменным аппаратам бывает разъемным и неразъемным. Разъемное присоединение труб осуществляется при помощи фланцевых резьбовых штуцеров. При диаметре трубопроводов более <metricconverter productid=«10 мм» w:st=«on»>10 мм применяют фланцевые штуцеры.
Диаметр штуцера зависит от расхода и скорости теплоносителя [1, с. 64]:
<img width=«63» height=«19» src=«ref-1_1503896491-144.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">, (12)
где V– объемный расход теплоносителя, м3/с;
<img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1503896635-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">– скорость движения теплоносителя в штуцере, м/с;
S– площадь поперечного сечения штуцера, м2, <img width=«72» height=«44» src=«ref-1_1503896723-226.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">.
Скорости движения теплоносителей в штуцерах выбирают по [1, табл. 1.4], принимая их несколько большими, чем в аппарате.
Диаметр штуцера:
<img width=«85» height=«47» src=«ref-1_1503896949-278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">, (13)
Диаметр штуцеров для входа и выхода воды рассчитываем по уравнению (13), принимая скорость движения воды в штуцерах равной 2,0 м/с.
<img width=«155» height=«51» src=«ref-1_1503897227-462.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">м.
Принимаем dш= <metricconverter productid=«50 мм» w:st=«on»>50 мм.
Диаметр штуцеров для насыщенного водяного пара и конденсата, расход которых D= 6,24·10-1 кг/с.
Тогда объемный расход пара:
<img width=«177» height=«48» src=«ref-1_1503897689-468.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150"> м3/с,
а конденсата:
<img width=«204» height=«48» src=«ref-1_1503898157-487.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151"> м3/с.
Тогда, принимая скорость пара в штуцере <img width=«55» height=«24» src=«ref-1_1503898644-146.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152"> м/с, получаем:
<img width=«141» height=«49» src=«ref-1_1503898790-431.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> м.
Принимаем dп= <metricconverter productid=«100 мм» w:st=«on»>100 мм.
Скорость конденсата в штуцере <img width=«59» height=«23» src=«ref-1_1503899221-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154"> м/с, тогда
<img width=«172» height=«51» src=«ref-1_1503899377-502.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> м.
Принимаем dк= <metricconverter productid=«32 мм» w:st=«on»>32 мм.
Принимаем штуцера со стальными плоскими приварными фланцами с соединительным выступом (тип 1 – рис. 10).
<img width=«314» height=«130» src=«ref-1_1503899879-1785.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">
Рис. 10 Фланец для штуцеров
Выбираем по Dуи ру = 0,6 МПа [3, табл. 21.9].
Основные размеры фланцев:
· фланцы штуцеров для ввода и вывода воды – Фланец 50-3 ГОСТ 1255-67: Dу= <metricconverter productid=«50 мм» w:st=«on»>50 мм, Dб=110 мм, Dф= <metricconverter productid=«140 мм» w:st=«on»>140 мм, h= <metricconverter productid=«13 мм» w:st=«on»>13 мм, z= 4 шт, dб=12мм;
· фланец штуцера для ввода водяного пара – Фланец 100-3 ГОСТ 1255-67: Dу=100 мм, Dб= <metricconverter productid=«170 мм» w:st=«on»>170 мм, Dф= <metricconverter productid=«205 мм» w:st=«on»>205 мм, z= 4 шт, h= <metricconverter productid=«15 мм» w:st=«on»>15 мм, dб= <metricconverter productid=«16 мм» w:st=«on»>16 мм;
· фланец штуцера для вывода конденсата – Фланец 30-3 ГОСТ 1255-67: Dу=32 мм, Dб= 90мм, Dф= <metricconverter productid=«120 мм» w:st=«on»>120 мм, h= <metricconverter productid=«15 мм» w:st=«on»>15 мм, z= 4 шт, dб= <metricconverter productid=«18 мм» w:st=«on»>18 мм.
Для присоединения крышек к корпусу аппарата используем тип 2 диаметром <metricconverter productid=«325 мм» w:st=«on»>325 мм (рис. 10).
<img width=«317» height=«125» src=«ref-1_1503901664-4733.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">
Рис. 11 Фланец для аппарата
По [3, табл. 21.9] выбираем основные размеры фланцев для аппарата: фланец I-325-3 ГОСТ 1235-67: Dб= <metricconverter productid=«395 мм» w:st=«on»>395 мм, Dф= <metricconverter productid=«435 мм» w:st=«on»>435 мм, h= <metricconverter productid=«20 мм» w:st=«on»>20 мм, dб= <metricconverter productid=«20 мм» w:st=«on»>20 мм, z= 12т; прокладка – паронит ГОСТ 481-80.
2.6 Проверка необходимости установки компенсирующего устройства
Жесткое крепление трубных решёток к корпусу аппарата и труб в трубной решетке обуславливает возникновение температурных усилий в трубах и корпусе (кожухе) при различных температурах их направления и может привести к нарушению развальцовки труб в решетках, продольному изгибу труб и другим неблагоприятным явлениям.
В случае если трубы нагреваются сильнее, чем кожух, они становятся длиннее кожуха и давят на трубные решетки, стремясь удлинить и сам корпус (кожух). Если напряжения, возникающие при этом в материале трубок и кожуха, превышают допустимые, то появляется необходимость установки компенсирующего устройства (линзы, плавающей головки и т.п.).
По данным [1 табл.1.7] допускаемая разность температур кожуха и труб (не требующая установки компенсирующего устройства) при давлении Рy<img width=«13» height=«16» src=«ref-1_1503906397-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> 1,6 МПа составляет 60 оС.
Для рассматриваемого теплообменного аппарата температура стенки трубок
<img width=«269» height=«41» src=«ref-1_1503906485-540.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> 0С.
(см. подраздел 1.7), а минимальная температура кожуха может быть принята равной температуре пара, т.е. tст (к) = 133 оС.
Разность температур кожуха и трубок
<img width=«175» height=«20» src=«ref-1_1503907025-299.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160"> 0С,
следовательно, установка компенсирующего устройства не требуется.
2.7 Опоры аппарата
Химические аппараты устанавливают на фундаменты или специальные несущие конструкции при помощи опор. Тип опоры выбирают в зависимости от конструкции оборудования, нагрузки и способа установки. При установке вертикальных аппаратов широко применяются лапы на полу или на фундаментах. При наличии нижних опор аппарат устанавливают на три или четыре точки, при подвеске между перекрытиями – на три лапы и более.
Расчетную нагрузку, воспринимаемую опорой аппарата, определяют по максимальной силе тяжести его в условиях эксплуатации или гидравлического испытания (при заполнении аппарата водой) с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок от силы тяжести трубопроводов, арматуры и т. д. Вес аппарата (с жидкостью) делится на число «лап», и по допустимой нагрузке на опору выбирают ее основные размеры по [1, табл. 2.13].
Принимаем число лап равным 3, а допустимую нагрузку равную 4000 Н.По [1, табл. 2.13] выбираем основные размеры опор вертикального аппарата при допустимой нагрузке 4000 Н: a=75 мм, a1=95 мм, b=95 мм, с=20 мм, c1=50 мм, h=140 мм, h1=10 мм, S1=5 мм, k=15 мм, k1=25 мм, d=12 мм.
<img width=«258» height=«243» src=«ref-1_1503907324-5354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">
Рис. 12 Опора вертикального аппарата
3. Гидравлический расчет
Цель гидравлического расчета – определение величины сопротивлений различных участков трубопроводов и теплообменника и подбор насоса, обеспечивающего заданную подачу и рассчитанный напор при перекачке воды.
Теплоносители должны подаваться в теплообменный аппарат под некоторым избыточным давлением для того, чтобы преодолеть гидравлическое сопротивление аппарата и системы технологических трубопроводов за аппаратом, переместить теплоноситель из одной точки пространства в другую (например, поднять его) и иметь возможность сообщить ему дополнительную скорость. При этом теплоноситель должен обладать достаточной энергией в заданной точке технологической схемы.
Потери энергии жидкостью и газами при их движении, обусловленные внутренним трением, определяют величину гидравлического сопротиления [1, с. 79].
3.1 Расчет гидравлических сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них
Теплообменные аппараты включаются в трубопроводы, входящие в состав насосных установок, образующих технологические схемы различных пищевых или химических отраслей промышленности. Расчету принадлежит схема насосной установки, предлагаемая в задании на проектировании.
Различают два вида гидравлических сопротивлений (потерь напора): сопротивление трения и местные сопротивления:<img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1503912678-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162"> и <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1503912778-111.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">. Для расчета потерь напора по длине пользуются формулой Дарси-Вейсбаха [2]:
<img width=«93» height=«47» src=«ref-1_1503912889-279.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">,
где <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1503801779-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> — гидравлический коэффициент трения;
<img width=«9» height=«19» src=«ref-1_1503913258-82.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166"> — длина трубопровода, по которому протекает теплоноситель, м;
d– диаметр трубопровода, м;
<img width=«27» height=«47» src=«ref-1_1503913340-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167"> — скоростной напор, м.
Для расчета потерь напора в местных сопротивлениях применяют формулу Вейсбаха:
<img width=«83» height=«47» src=«ref-1_1503913492-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">,
где <img width=«13» height=«21» src=«ref-1_1503913739-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169"> — коэффициент местных сопротивлений;
<img width=«27» height=«47» src=«ref-1_1503913340-152.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170"> — скоростной напор за местным сопротивлением.
3.1.1 Разбивка трубопровода насосной установки на участки:
Гидравлическому расчету подлежит схема, представленная на рис. 12.
<img width=«338» height=«201» src=«ref-1_1503913981-5536.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">
Рис. 12 – Схема насосной установки
1 –емкость; 2 – насос; 3 – теплообменник; 5 – стерилизуемый аппарат.
Трубопровод состоит из всасывающей и напорной линий. Всасывающая линия – трубопровод от нижней части емкости до насоса. Напорная линия – участок трубопровода от насоса до теплообменника, теплообменник 3, участок от теплообменника 3 до стерилизуемого аппарата 4.
3.1.2 Определение геометрических характеристик участков трубопровода, скоростей и режимов движения в них теплоносителя
Диаметры всасывающего и напорного трубопроводов определим из уравнения расхода (12), принимая по [1, табл. 1.4] скорость во всасывающем трубопроводе <img width=«89» height=«24» src=«ref-1_1503919517-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">м/с, а в напорном – <img width=«91» height=«24» src=«ref-1_1503919711-192.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173"> м/с.
<img width=«163» height=«51» src=«ref-1_1503919903-470.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174"> м.
По ГОСТ 8732-78 [4, таб. 2.34] выбираем трубу для всасывающего трубопровода диаметром <metricconverter productid=«70 мм» w:st=«on»>70 мм.
Скорость движения воды на всасывающем участке трубопровода:
<img width=«200» height=«48» src=«ref-1_1503920373-524.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175"> м/с,
а режим движения
<img width=«243» height=«41» src=«ref-1_1503920897-548.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176"> – турбулентный, так как Re>104 [6, с.43].
где <img width=«95» height=«23» src=«ref-1_1503921445-207.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">м2/с – кинематический коэффициент вязкости при t=140С.
<img width=«160» height=«51» src=«ref-1_1503921652-471.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178"> м
По ГОСТ 8732-78 [4, таб. 2.34] выбираем трубу для напорного трубопровода диаметром <metricconverter productid=«50 мм» w:st=«on»>50 мм.
Скорость движения воды на напорном участке трубопровода
<img width=«185» height=«48» src=«ref-1_1503922123-486.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179"> м/с.
Режим движения воды на напорном участке трубопровода от насоса до теплообменника
<img width=«229» height=«44» src=«ref-1_1503922609-524.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180"> – турбулентный, так как Re>104 [6, с. 43].
Режим движения воды на напорном замкнутом участке трубопровода, включающего теплообменник и стерилизуемый аппарат.
<img width=«217» height=«44» src=«ref-1_1503923133-502.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181"> — турбулентный, так как Re>104,
где <img width=«81» height=«23» src=«ref-1_1503923635-184.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182">м2/с — кинематическая вязкость воды при t= 92°С
3.1.3 Расчет сопротивлений трубопроводов и аппаратов, включенных в них
Всасывающий участок трубопровода
При турбулентном режиме движения гидравлический коэффициент трения <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1503801779-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183"> может зависеть и от числа Рейнольдса, и от величины шероховатости трубы.
Рассчитаем гидравлический коэффициент трения <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1503801779-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184"> для гидравлически гладких труб по формуле Блазиуса:
<img width=«87» height=«41» src=«ref-1_1503923999-286.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">. (14)
<img width=«143» height=«41» src=«ref-1_1503924285-387.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">.
Проверим трубу на шероховатость, рассчитав толщину вязкого подслоя <img width=«15» height=«19» src=«ref-1_1503924672-89.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187"> и сравнив ее с величиной абсолютной шероховатости стальной бесшовной новой трубы: <img width=«95» height=«20» src=«ref-1_1503924761-206.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">,
<img width=«323» height=«51» src=«ref-1_1503924967-795.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189"> м,
<img width=«41» height=«19» src=«ref-1_1503925762-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">, значит, труба гидравлически гладкая и <img width=«92» height=«24» src=«ref-1_1503925885-200.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">. На всех остальных участках трубопровода будем считать трубы гидравлически гладкими.
По формуле Дарси-Вейсбаха
<img width=«91» height=«47» src=«ref-1_1503926085-277.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">, (15)
<img width=«223» height=«47» src=«ref-1_1503926362-528.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193"> м.
Согласно схеме насосной установки (рис. 12) на всасывающей линии имеются следующие местные сопротивления: два плавных поворота на 90<img width=«9» height=«20» src=«ref-1_1503926890-79.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">– <img width=«79» height=«24» src=«ref-1_1503926969-179.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195">,[1, табл. 3.3]. Следовательно, <img width=«123» height=«27» src=«ref-1_1503927148-338.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196">, а по формуле Вейсбаха:
<img width=«88» height=«47» src=«ref-1_1503927486-256.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197"> , (16)
где <img width=«13» height=«21» src=«ref-1_1503913739-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198"> – коэффициент местных сопротивлений;
<img width=«27» height=«47» src=«ref-1_1503927832-155.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199"> – скоростной напор за местным сопротивлением.
<img width=«169» height=«47» src=«ref-1_1503927987-411.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200"> м.
Суммарные потери напора на всасывающем участке трубопровода:
<img width=«308» height=«25» src=«ref-1_1503928398-477.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201">м.
продолжение
--PAGE_BREAK--