Курсовая Работа Расчет Теплового
Курсовая Работа Расчет Теплового
Федеральное агентство по образованию РФ
ФГАУ ВПО «Уральский Федеральный Университет – УПИ
им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Кафедра Промышленной теплоэнергетики
«Тепломассообменное оборудование промышленных предприятий»
Греющий теплоноситель – насыщенный пар (межтрубное пространство):
Нагреваемый теплоноситель - вода (трубки):
Механический расчет элементов конструкции теплообменного аппарата;
Продольный и поперечный разрезы аппарата (А1), деталировка верхней крышки (А1).
Кожухотрубчатые теплообменные аппараты применяют для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации теплоносителей в различных технологических процессах.
Кожухотрубчатый теплообменник представляет собой аппарат, выполненный из пучков труб, собранных при помощи трубной решетки, и ограниченный кожухом и крышками со штуцерами. Трубное и межтрубное пространства в аппарате разобщены, а каждое из этих пространств может быть разделено при помощи перегородок на несколько ходов. Перегородки устанавливаются с целью увеличения скорости и коэффициента теплоотдачи теплоносителей.
Теплообменник сварной с прямыми трубками, завальцованными в трубные доски. Трубки латунные с диаметром 18/16 мм. Коэффициент теплопроводности латуни λ=104,7 Вт/м·К. Корпус выполнен из стали (Ст20).
2. Тепловой и конструктивный расчет
Ориентировочно по существующим конструкциям выбираем:
наружный диаметр трубок d нар
=18×1 мм;
внутренний диаметр трубок d вн
=16 мм.
Выбираем из справочника оптимальную скорость теплоносителя внутри трубок ω 0
= 1,1 м/с.
170, 4 о
С – температура насыщения при давлении P изб
= 0,7 МПа
Найдем средние температуры теплоносителей. При противотоке считают допустимым определять среднюю температуру теплоносителя с меньшим температурным перепадом как среднеарифметическую, а среднюю температуру другого теплоносителя по формуле .
Теплоемкость воды и ее плотность определяется по средней температуре из таблиц:
Q в
= =4,176∙22,22∙(95 - 15)= 7424 кВт
Расход воды G в
=80 м 3
/ч=22,22 кг/с
Принимаем число трубок 100, уточняем скорость:
Расположение трубок в трубной решетке: по вершинам равностороннего треугольника.
Определение внутреннего диаметра корпуса
Внутренний диаметр (аппарат принимается двухходовым):
L- наибольшая суммарная длина перегородок в днище аппарата, м.
Округляем в большую сторону до стандартного значения: D вн
=0,5 м.
Для насыщенного водяного пара скорость в межтрубном пространстве не проверяется.
Определение коэффициента теплопередачи.
- теплопроводность материала из которого изготовлена трубка для латуни, = 104,7 Вт/м×К;
Определение коэффициента теплоотдачи от трубок к воде a м
(вынужденное течение внутри трубок):
=4,7576·10 -7
- кинематическая вязкость при t ср
в
= 59,8 о
С;
=1,55 (при t ср
ст
= 112 о
С (принимается предварительно))
l ж1
=0,6545 Вт/(м×К) - теплопроводность пленки конденсата.
Определение коэффициента теплоотдачи от пара к трубкам a п
(пленочная конденсация на вертикальной трубе):
где l ж
= 0,6769 Вт/м×К - теплопроводность пленки конденсата;
ρ=955 кг/м 3
– плотность конденсата;
g = 9,81 м 2
/с – ускорение свободного падения;
r=2047 Дж/кг – удельная теплота парообразования;
=0,000273 Н·с/м 2
- коэффициент динамической вязкости конденсата;
h =0,15 м- расстояние между перегородками.
Погрешность в определении температуры стенки:
где δ=0,001м – толщина стенки трубки.
Определение площади поверхности нагрева и размеров ее элементов.
Найдем длину трубок при числе ходов z=2:
Выбираем наружный диаметр корпуса из ряда стандартных наружных диаметров D н
= 530 мм
G п
=Q·(h”-h’)=7424·(2768,3-720.9)=3,63 кг/с – расход пара;
ν п
=0,24 м 3
/кг – удельный объем пара;
w п
– скорость пара, м/с, принимаем 30 м/с.
w в
– скорость воды в патрубке, принимаем 3 м/с.
- диаметр патрубка для нагреваемой воды:
w в
– скорость воды в патрубке, принимаем 1,3 м/с.
теплообменный сопротивление нагрев конденсация
На перемещение рабочей среды через аппарат необходимо затратить определенную мощность. Эта мощность (мощность на валу насоса), Вт, определяется по формуле
- гидравлическое сопротивление аппарата, Н/м 2
;
- плотность теплоносителя, кг/м 3
;
Гидравлический расчет теплообменного аппарата сводится к определению потерь давления по тракту каждого теплоносителя от входа в аппарат до выхода из него.
Общее падение давления по тракту складывается из потерь давления в элементах аппарата: входных и выходных патрубках, камерах и коллекторах, в трубных пучках и т.п. Для удобства расчета все составляющие полной потери давления условно разделяют на сопротивление трения при проходе жидкости по линейным участкам тракта аппарата и местные сопротивления, обусловленные наличием в теплообменнике локальных препятствий, изменяющих направление, форму и скорость потока жидкости.
В общем виде полное сопротивление подсчитывается по формуле:
Расчет линейного сопротивления трения.
Сопротивление линейных участков – это, прежде всего, сопротивление входного, выходного патрубков и сопротивление, обусловленное течением в трубном пучке, для одного теплоносителя и омыванием трубного пучка для другого. Линейная длина патрубков подвода теплоносителя, как правило, несоизмеримо мала по сравнению с длиной трубного пучка, поэтому сопротивлением патрубков пренебрегают. В этом случае падение напора потока теплоносителя может быть посчитано по формуле
где L- полная длина пути жидкости в аппарате, м;
w- средняя скорость движения теплоносителя, м/с;
ρ - плотность теплоносителя при средней температуре, кг/м 2
;
d э
- эквивалентный диаметр канала, м;
- коэффициент сопротивления трения.
Расчет линейного сопротивления трения для воды:
ρ = 983,6 кг/м 3
(при средней температуре воды);
Местные сопротивления определяются как арифметическая сумма всех сопротивлений. К последним относятся повороты потока, участки огибания перегородок, изменение сечения для прохода жидкости и др., причем каждое местное сопротивление рассматривается отдельно друг от друга, а затем результаты суммируются:
Расчет местных сопротивлений для воды.
Сопротивления поворотов на 90° и на 180° окажутся несоизмеримо малыми по сравнению с остальными из-за малой величины скорости потока в этих местах - скорость резкого упадет при расширении потока. Ими можно пренебречь.
В инженерных расчетах местные сопротивления определяются по формуле
где ξ - коэффициент местного сопротивления.
Расчет Δ
P
мс1
-
сопротивление от внезапного расширения потока при входе в распределительную камеру.
Коэффициент сопротивления при внезапном расширении потока:
где и - большее и меньшее сечение потока соответственно.
F м
= м 2
- площадь поперечного сечения входного патрубка;
Расчет Δ
P
мс2
-
сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка.
Коэффициент сопротивления при внезапном сужении потока:
Расчет Δ
P
мс3
-
сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в поворотную камеру.
Расчет Δ
P
мс4
-
сопротивление от внезапного сужения потока при входе в трубки теплообменного пучка из поворотной камеры.
Расчет Δ
P
мс5
-
сопротивление от внезапного расширения потока при выходе из трубок в сборную камеру.
Расчет Δ
P
мс6
-
сопротивление от внезапного сужения потока при входе потока из сборной камеры в выходной патрубок.
Суммарное местное сопротивление воды:
ΔP мс
= = 532+233+393+237+401+317=2113 Па.
ΔP = ΔP тр
+ ΔP мс
= 15858+2113 = 17971 Па
Гидравлические испытания аппаратов производятся после выполнения всех сварочных и сборочных работ с целью проверки прочности деталей, и плотности сварных и разъемных соединений. Испытания проводят чистой водой, которую закачивают с помощью гидравлического насоса в аппарат до давления, регламентированного рабочим чертежом. Время выдержки под пробным давлением для аппаратов с толщиной стенки до 50 мм должно быть равным 10 минут. После снижения давления до рабочего необходимо тщательно осмотреть все швы, прилегающие к ним участки и другие сомнительные места аппарата с целью обнаружения возможной течи и разрывов.
Аппарат считается выдержавшим гидравлическое испытание при условии, что при осмотре не было обнаружено разрывов, течи, а также видимых остаточных деформаций.
4. Механический расчет элементов конструкции теплообменного аппарата
Конструктивный механический расчет обеспечивает прочность элементов в процессе эксплуатации. Для цилиндрических теплообменных аппаратов производится расчет следующих элементов конструкции: толщины стенок корпуса, крышек и днищ; трубных досок; фланцевых соединений.
В качестве материала корпуса используем сталь марки Ст20.
При выполнении расчета за нормативное допускаемое напряжение принимается наименьшее из двух напряжений и :
где и - значения предела прочности и предела текучести при расчетной температуре, МПа.
Расчет корпуса аппарата. Толщина стенки корпуса S цилиндрического аппарата, работающего с избыточным давлением P, определяется выражением:
Величину прибавки С суммируют из трех поправок:
С 1
– прибавка на коррозию, исходя из условий разъединения материала стенки и срока службы аппарата, м;
С 2
– прибавка на эрозию, если таковая имеет место при работе аппарата, м;
С 3
- прибавка на минусовый допуск по толщине листа, из которого изготовлен корпус, м.
- коэффициент прочности сварного шва, =0,65 ;
D вн
= 500 мм – внутренний диаметр корпуса;
Принимаем стандартную толщину стенки S = 5 мм.
Во всех случаях принятая толщина стенки подлежит контрольной поверке на напряжение в ней σ и
при гидравлическом испытании аппарата:
Днища и крышки изготавливаются из того же металла, что и корпус аппарата. В теплообменных аппаратах чаще всего применяются эллиптические или сферические днища с отбортовкой для обеспечения качественной сварки с цилиндрической части корпуса или крышки.
Расчетная толщина стенки крышки, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле:
h в
=0,25·0,530=0,1325 м - высота выпуклой части крышки, м;
d – наибольший диаметр неукрепленного отверстия в крышке;
- коэффициент прочности сварного шва, ;
Принятая толщина S=6 мм стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:
Расчетная толщина стенки днища, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле:
h в
=0,1325 м - высота выпуклой части днища, м;
- коэффициент прочности сварного шва, ;
Принятая толщина S=5 мм стенки днища подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:
Для теплообменных аппаратов жесткой конструкции толщина решетки, м, определяется по выражению
где К = 0,162 – конструктивный коэффициент;
р – разница давлений по сторонам доски, Па, принимается равному наибольшему из избыточных давлений теплоносителей:
Коэффициент ослабления доски отверстиями φ определяется по формуле:
- минимальный шаг между отверстиями.
полученная величина проверяется на допустимые напряжения от изгиба:
Неукрепленными считаются отверстия под развальцовку, под резьбу, а также отверстия, уплотненные лазовыми лючками или другими затворами, но не имеющие укреплений по контуру.
Наибольший диаметр, м, неукрепленных отверстий сосудов и аппаратов, работающих под давлением не должен превышать предельное значение, определяемое по формуле:
- предельный диаметр, м, неукрепленного отверстия. Отверстия, имеющие больший диаметр, укрепляются штуцерами или накладками, либо тем и другим вместе. Для корпуса:
Расчетная высота, м, внешней части укрепляющего штуцера и наименьшая толщина стенки штуцера , м, вычисляются по формулам:
где d – диаметр укрепляемого отверстия, м;
- нормативное допускаемое напряжение, МПа.
Расчет фланцевых соединений состоит из расчета фланцев и болтов.
Нагрузка на болты в рабочих условиях складывается из силы Q Р
, компенсирующей силу внутреннего давления, и силы R, создающей давление на прокладку, обеспечивающее герметичность соединения, которые определяются по формулам:
D ср.п.
– средний диаметр прокладки;
q п
– предварительное удельное давление на прокладку, МПа; для прокладок из паронита q= 15 МПа;
Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h для корпуса аппарата.
Задаемся диаметром болта D б
=0,024 м, определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:
плечи моментов сил, действующих на фланец, м: для паронитовых прокладок
S= 0,006 м - толщина стенки обечайки;
D вн
= 0,5 м - внутренний диаметр обечайки;
D нф
= 0,67 м - наружный диаметр фланца;
D б
=0,62 м – диаметр болтовой окружности
Е=20∙10 4
МПа - модуль упругости материала фланца, МПа;
- допустимый угол искривления фланца ( =4·10 -4
- для паронитовых прокладок).
Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 40 мм.
Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h патрубка для пара.
Задаемся диаметром болта D б
=0,02 м, определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:
S= 0,004 м - толщина стенки патрубка;
D вн
= 0,2 м - внутренний диаметр патрубка;
D нф
= 0,3 м - наружный диаметр фланца;
D б
=0,265 м – диаметр болтовой окружности;
Е=20∙10 4
МПа - модуль упругости материала фланца, МПа;
- допустимый угол искривления фланца ( =4·10 -4
- для паронитовых прокладок).
Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 25 мм.
Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h патрубка для воды.
Задаемся диаметром болта D б
=0,02 м, определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:
S= 0,004 м - толщина стенки патрубка;
D вн
= 0,15 м - внутренний диаметр патрубка;
D нф
= 0,28 м - наружный диаметр фланца;
D б
=0,24 м – диаметр болтовой окружности;
Е=20∙10 4
МПа - модуль упругости материала фланца, МПа;
- допустимый угол искривления фланца ( =4·10 -4
- для паронитовых прокладок).
Банк рефератов содержит более 364 тысяч рефератов , курсовых и дипломных работ, шпаргалок и докладов по различным дисциплинам: истории, психологии, экономике, менеджменту, философии, праву, экологии. А также изложения, сочинения по литературе, отчеты по практике, топики по английскому.
Название: Расчет теплообменного аппарата
Раздел: Промышленность, производство
Тип: курсовая работа
Добавлен 18:29:22 17 июня 2011 Похожие работы
Просмотров: 7700
Комментариев: 18
Оценило: 7 человек
Средний балл: 4.6
Оценка: 5 Скачать
Курсовая работа : Расчет теплообменного аппарата - BestReferat.ru
Тепловой расчет элементов теплового двигателя
Тепловой расчет двигателя автомобиля. Курсовая работа ...
2.1 Техническое задание на тепловой расчет
Курсовая работа : Тепловой и динамический расчет двигателя.
Реферат На Тему Помощь При Травмах
Жизненные Ценности Сочинение 9.3 По Тексту Дроганова
Управление Муниципальным Образованием Курсовая
Фразеологизмы В Русском Языке Диссертация
Вузы Дающие Баллы За Итоговое Сочинение