всякое / taranova то и расчет

Gmax – максимальный вес аппарата; определяют по формуле вида

(1.32).

Для лап принимают: число ребер (z); вылет лапы (lл); ее высоту (h); вид опорной поверхности; материал для изготовления лап. При этом руководствуются следующими общими рекомендациями:

-число ребер, как правило, равно 2;

-вылет опоры принимают исходя из конструктивных соображений;

-высоту лапы определяют с учетом принятого параметра (lл) как:

h= lл /0,5;

-вид опорной поверхности выбирают исходя из рекомендуемых значений допускаемой удельной нагрузки на опорной поверхности (см. табл.III.9 в приложении);

-в качестве материала для изготовления опор используют, чаще всего, углеродистые стали.

Расчет опор включает: определение размеров ребер (толщины и высоты); расчет длины опорной поверхности; расчет сварного шва.

1. Толщину ребра лапы (S, м) находят по формуле

где G – нагрузка на одну лапу (Мн);

k – коэффициент, зависящий от отношения lл /S (в предварительном расчете рекомендуемое значение k=0,6);

[σ]и – допускаемое напряжение на изгиб (для углеродистых сталей принимают в интервале 110-160 МН/м2);

lл – вылет опоры (м).

Расчетная величина S принимается в качестве окончательной, если выполняется условие: S > lл /13. В противном случае требуется уточнить коэффициент k (графически по [12]), произвести перерасчет толщины ребра S и округлить ее до ближайшего большего значения по сортаменту (рекомендуемый сортамент для листовой стали обыкновенного качества: от 1 до 6 мм через 1мм, от 6 до 50 мм через 2 мм, далее - через 5мм).

2. Длину опорной плиты (L1, м) определяют по формуле

где qб – допускаемая удельная нагрузка (МН/м2) на опорную поверхность (задается в расчете или принимается с учетом типа опорной

71

поверхности по табл. III.9 в приложении).

3. Расчет сварного шва, соединяющего опору с аппаратом, проводят, определяя катет (h ш), длину (L ш) и прочность сварного шва, соблюдая следующий порядок.

- Находят катет сварного шва (hш, м), учитывая, что ребра приваривают к корпусу сплошным круговым швом:

где Sк – толщина стенки корпуса аппарата, рассчитанная по формуле (2.36) (см. п.2.1.4.), и принятая в соответствии с сортаментом стали, м.

- Определяют общую длину сварного шва (L ш), используя формулу

где h и S – соответственно высота и толщина ребра лапы, м.

- Проверяют прочность сварного шва, соединяющего опору с корпусом аппарата; прочность будет обеспечена, если выполняется условие:

где τср – напряжение среза, принимаемое равным 70-80 МН/м2.

4. По результатам расчета окончательно принимается опора в соответствие с ОСТ 26-665. Основные размеры лап и подкладных листов приведены в табл. IV. 7 в приложении.

2.3. Расчет пластинчатых теплообменников

2.3.1. Порядок теплового расчета

Целью расчета является выбор стандартизованного теплообменника в соответствии с ГОСТ 15518. Размеры и параметры аппаратов приводятся в табл. 2.5, 2.6. Расчеты проводят в следующей последовательности.

72

1. Определяют среднюю температуру рабочей среды и теплоносителя и их теплофизические свойства при этой температуре.

Для рабочей среды среднюю температуру находят по формулам вида (1.23); теплофизические свойства: плотность (ρс), вязкость (µс), удельную теплоемкость (λс), теплопроводность (Сс) при этой температуре – по табл. I.1-I.4 в приложении):

– в случае если t2/t1>2

где t1 и t2 – начальная и конечная температуры рабочей среды

– в случае если t2/t1<2

(t +t )

tср = 1 2 2

С учетом свойств рабочей среды при средней температуре критерий Прандтля составит

PrС = cСλ µС

С

С учетом общих рекомендаций (см. п.1.3) принимают теплоноситель (хладагент) и его теплофизические свойства (плотность ρв, вязкость µв, удельную теплоемкость λв, теплопроводность Св) при средней температуре по табл II.1, II.2 в приложении. В качестве теплоносителя чаще всего используют насыщенный водяной пар, в качестве хладагента - воду.

Среднюю температуру теплоносителя определяют как среднеарифметическое значение между его начальной (θ1) и конечной (θ2) температурой по формуле

θср = θ1 +2θ2

Параметры θ1, θ2 принимаются с учетом температур рабочей среды

(t1 и t2) так, чтобы был обеспечен температурный напор; если в качестве хладагента используется вода, ее конечная температура не должна превышать 400С; если используется пар, то его начальная и конечная температура равны и соответствуют температуре конденсации.

Критерий Прандтля находят по формуле (2.6) используя свойства теплоносителя при θср.

2. Проводят предварительный тепловой расчет с целью определения ориентировочной поверхности теплообмена, используя основное уравнение теплопередачи. Расчет ведут в следующей последовательности.

73

− Определяют объёмный расход рабочей среды (м3/с) учетом заданной производительности (Gс, кг/ч)

VС =GС / 3600 ρС

(2.59)

− По формуле вида (1.26) находят тепловой поток в аппарате

(Вт)

Q = GС сС (t2 −t1 )

где Gс – производительность, кг/с;

сс – теплоемкость рабочей среды при средней температуре, Дж/кг·К;

− Ориентируясь на пакетную компоновку пластин теплообменника и с учетом смешанного потока теплоносителей, определяют среднюю разность температур, учитывая температурную поправку, по формуле

где εт - поправка на среднюю разность температур (см.рис. IV.4 в приложении для смешанного потока теплоносителей);

∆tср - средний температурный напор, рассчитанный по формуле

Температурную поправку (εт) находят с учетом вспомогательных величин (Р и R)

−Принимают предварительно (по табл. IV.1 в приложении) коэффициент теплопередачи Kор (Вт/(м2·К), учитывая, что эффективность пластинчатых теплообменников достаточно высока.

−Определяют ориентировочную поверхность теплообмена по

74

формуле вида (1.28)

F = Q

Кор ∆tср′

где F – площадь теплопередающей поверхности, м2;

Q– тепловой поток в аппарате, Вт.

Сучетом расчетной поверхности предварительно принимают теплообменник (табл.2.5, табл.2.6) и его основные параметры: площадь

поверхности теплообмена (F, м2); площадь пластины (fпл, м2); количество пластин (n); эквивалентный диаметр канала (dэ, м); площадь сечения канала (fк, м2).

− Рассчитывают количество последовательно соединенных пакетов (z) по величине допустимого сопротивления теплообменника (∆рдоп), используя следующую зависимость:

где V- объемный расход соответствующего потока (м3/с);

∆рдоп – допускаемое сопротивление теплообменника по соответствующим потокам (Па); значения параметра задаются в соответствие с заданием, или определяются с учетом располагаемого давления.

−Находят количество каналов для соответствующих потоков

где m i - общее количество каналов для одного из теплоносителей; n - количество пластин в теплообменнике (табл. 2.5);

z i; - количество пакетов (ходов), принятое для одного из теплоносителей;

m – количество каналов в одном пакете.

3. Производят уточнённый тепловой расчёт, который сводится к определению коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи и уточнению поверхности теплообмена. Расчет проводят в следующей последовательности.

Определяют скорость рабочей среды и теплоносителя в канале теплообменника (м3/с) по формуле (2.66):

75

Таблица 2.5 Поверхность теплообмена и основные параметры разборных

пластинчатых теплообменников (ГОСТ 15518)

Поверхность теплообмена F ( м2 ),число пластин n (шт.) и масса аппарата М (кг) при поверхности одной пластины f (м2 )

76

Таблица 2.6

Конструктивные характеристики пластинчатых теплообменников в соответствии с ГОСТ 15518

– Рассчитывают значение критериев Re для теплообменивающихся потоков по формулам

где dэ – эквивалентный диаметр канала, принятый для ориентировочно выбранного аппарата.

– С учетом режима движения находят значения критерия Нуссельта (Nu) для рабочей среды и теплоносителя соответственно.

77

Для турбулентного режима (50 < Re < 20000) расчеты ведут по формуле (2.68); для ламинарного режима (Re <50) – по формуле (2.69), как:

Nu = 0,135 Re 0с,73 Prс0,43 (2.68)

Nu = 0,6 Re0В,33 PrВ0,33 (2.69)

– Находят значения коэффициентов теплоотдачи для рабочей среды и теплоносителя с использованием общей формулы (1.8), как:

– Рассчитывают общий коэффициент теплопередачи по формуле вида (1.20)

где αс, αв – коэффициенты теплоотдачи теплоносителя и рабочей среды Вт/м2·К;

rз.с, rз.в – термические сопротивления загрязнений со стороны рабочей среды и теплоносителя, м2·К/Вт (cм. табл. IV. 5 в приложении);

λст –коэффициент теплопроводности материала пластины, Вт/ м ·К (см. табл. III.4 в приложении);

δст – толщина стенки (пластины), м.

– Определяют уточненную поверхность теплообмена (м2), используя основное уравнение теплопередачи, по (1.28)

По уточненной поверхности теплообмена производят выбор теплообменника (табл. 2.5, 2.6) и его основных характеристик: общей поверхности теплообмена (F, м2), числа пластин (n, шт.), массы аппарата (М, кг) и поверхности одной пластины (f, м2), делая вывод о возможности использования ориентировочно выбранного аппарата.

78

2.3.2. Порядок гидравлического расчета

Гидравлические сопротивления, возникающие при движении потоков в аппарате, определяют с целью проверки достаточности располагаемого давления при принятой компоновке пакетов теплообменника.

– Для расчёта сопротивлений теплообменника по потокам рабочей среды и теплоносителя находят скорости потоков в штуцерах

где dш – диаметр присоединительного штуцера для выбранного аппарата (см. табл.2.6);

G и V – массовый (кг/с) и объемный (м3/с) расход соответствующего потока.

– Гидравлическое сопротивление теплообменника по потоку любого теплоносителя определяется по формуле

где ω – скорости соответствующих потоков в каналах теплообменника, м/с;

lк – приведенная длина канала, м (табл. 2.6); dЭ – эквивалентный диаметр каналов, м;

z – количество пакетов для одного теплоносителя; λтр – приведенный коэффициент сопротивления.

Приведенный коэффициент сопротивлений учитывает трение жидкости о поверхность пластин, изменение направления потока при огибании гофр, а также сужение потока в присоединительных штуцерах, и определяется в зависимостиотрежимовдвижения

- при Re 50, т.е. для ламинарного движения:

- при Re > 50, т.е. для турбулентного движения:

79

Коэффициенты А и В зависят от типа пластин и определяются по табл.2.7.

При расчетах гидравлических сопротивлений необходимо также учесть сопротивления, возникающие в штуцерах, если скорость потока в них более 2,5 м/с; при этом используют уравнение вида (1.14).

– По итогам гидравлического расчета делают вывод о достаточности давления для преодоления сопротивления потоков, сравнивая полученные значения гидравлических значений с допускаемыми; при этом должно выполняться условие: ∆р < ∆рдоп..

2.3.3.Порядок механического расчета

Врамках механического расчета пластинчатых теплообменников выбирают материалы для изготовления элементов конструкции (элементов корпуса и пластин) и проводят основные прочностные расчеты: определение толщины плит и пластин, расчет прогиба штанги от веса пластин; расчет опор; проверку прочности фундамента и определение его основных размеров. В данном разделе приведены некоторые элементы расчета пластинчатых теплообменников с учетом рассмотренных выше основных общих подходов к механическому расчету аппаратов (см. п. 1.3).

1. Выбор материала.

Руководствуясь общими принципами выбора материалов и, учитывая максимальную рабочую температуру, давление и коррозионные свойства среды, выбирают материал и основные его характеристики (см. приложение III):

- σт - предел текучести, МПа. - σв - предел прочности, МПа.

Стойки и прижимные плиты пластинчатых теплообменников изготавливают из углеродистой стали (например, ВСт3сп) толщиной 8-12 мм; материалом пластин служит оцинкованная или коррозионно-стойкая

80