15
Таблица 1.6 – Параметры кожухотрубчатых конденсаторов и испарителей с
неподвижной трубной системой и с линзовым компенсатором на корпусе
(по ГОСТ 15119-79 и ГОСТ 15121-79)
1.2.2 Конструирование рекуперативных теплообменных аппаратов
При проектировании теплообменного аппарата, не входящего в нормализованный типоразмерный ряд, необходимо придерживаться следующих рекомендаций. Сначала на основании ориентировочной оценки коэффициента теплопередачи (таблица 1.2) примерно определяют ориентировочную поверхность теплообмена аппарата, а затем приступают к конструированию.
16
Так как массовые расходы теплоносителей определяются тепловым балансом аппарата (уравнения (1.1)-(1.3)), то скорость теплоносителя можно обеспечить в рекомендуемом диапазоне (таблица (1.1)) только подбором сечения. При этом приходится выбирать ряд геометрических параметров.
Так для удобства чистки труб желательно, чтобы их внутренний диаметр был не менее 12 мм. Из условия более компактного пучка наружный диаметр принимается не более 38 мм для жидких сред и 57 мм для газообразных. Толщина стенки труб δ = 0,5…3,0 мм (в зависимости от давления теплоносителя).
Впромышленных теплообменных аппаратах редко применяют трубы с dвн < 16 мм, чаще стандартные dн = 20; 25; 32; 38 мм. Для загрязненных жидко-
стей и газов dн = 44,5; 51; 57; 76 мм.
Втеплообменниках применяются трубы, изготовленные из стали или из цветных металлов (в особо важных случаях).
Зная расход теплоносителя в трубах, и задавшись его скоростью (таблица (1.1)), можно ориентировочно определить число труб в одном ходу по формуле:
n |
|
|
4G |
, |
(1.7) |
n′= z |
= |
|
|||
|
π dвн2 ρ w |
||||
где |
n |
- общее число труб в теплообменнике; z |
- число ходов; |
||||||
ренний |
диаметр труб; G – расход |
теплоносителя, |
проходящего |
||||||
ρ и w - плотность и скорость теплоносителя, соответственно. |
|||||||||
Поверхность теплообмена |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
F = πdср n = πdср n′z , |
|
|||||
где d |
ср |
- средний диаметр труб, d |
ср |
= |
d |
вн + dн |
. |
|
|
|
2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Тогда
= |
F |
πdср n′z |
dвн - внут- в трубах;
(1.8)
(1.9)
17
Если по расчету при z =1 получается длина труб >9 м, то конструируют многоходовой теплообменный аппарат. Число ходов обычно выбирают четным (2, 4, 6, 8, 10), чтобы входной и выходной патрубки теплоносителя, проходящего в трубах, были расположены на одной крышке аппарата (рисунок 1.3).
Если рабочая длина труб даже при максимальном числе ходов (z = 10) получается большой >9 м, необходимо перезадаться скоростью теплоносителя, а при заданном расходе его уменьшить диаметр трубок.
Рисунок 1.3 – Многоходовые (по трубному пространству) кожухотрубчатые
теплообменники жесткой конструкции
а – двухходовой; б - четырёхходовой
1.2.3 Способы крепления и методы разбивки труб в трубной решетке
Для обеспечения хорошей герметизации ТА трубы крепятся в трубной доске одним из способов, представленных на рисунке 1.4. Наибольшее распространение получила развальцовка (а, б). Способ крепления с помощью саль-
Рисунок 1.4 – Способы крепления труб в трубных решетках
а – развальцовка; б – развальцовка в отверстиях с канавками; в – сварка; г – сальниковые уплотнения
18
никовых уплотнителей (г) сложен и дорог, поэтому широкого распространения не получил. Сваркой (в) трубы крепятся в том случае, если материал, из которого изготовлены трубы, не поддается развальцовке или при большом давлении теплоносителя в межтрубном пространстве ТА.
Толщина трубной решетка зависит от диаметра труб и может быть принята
hтр. р = |
dн |
+с, |
(1.10) |
|
|||
8 |
|
|
|
где dн - наружный диаметр трубы, мм; с =10 мм |
- для стальных решеток; |
||
- для решеток, выполненных из цветного металла.
Возможны два вида расположения труб (или метода разбивки труб на плоскости трубной решетки):
а) концентрический (по концентрическим окружностям) (рисунок 1.5, б); б) ромбический (по вершинам равносторонних шестиугольников, треугольников, квадратов) (рисунок 1.5, а).
Рисунок 1.5 – Способы размещения труб в трубных решетках:
а – по вершинам равносторонних шестиугольников; б – по концентрическим окружностям
Трубы в пучке должны располагаться равномерно с шагом s в любом направлении, который является расстоянием между центрами соседних труб. При проектировании теплообменника шаг можно принять равным s =(1,3...1,5) dн , но не менее d н +6 мм (из условий прочности).
При концентрическом расположении число труб на соответствующей концентрической окружности равно:
19
- на 1-ой |
n1 = |
2π s |
|
=2π ≈6 ; |
|
||||
|
s |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
- на 2-ой |
n2 = |
|
2π 2 s |
=4π ≈12 ; |
|
||||
|
|
|
s |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
- на 3-ой |
n3 = |
|
2π 3s |
=6π ≈18 ; |
|
||||
|
|
|
s |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
- на i-ой |
ni |
= |
|
2π i |
s |
=2π i . |
(1.11) |
||
|
s |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Общее количество труб определяется суммой их на каждой концентрической окружности плюс осевая труба.
При ромбическом (по вершинам равносторонних шестиугольников) расположении труб общее их количество можно найти по приблизительной формуле
π D2
n ≈ ϕ вн2 (1.12)
3,47 s
где - коэффициент заполнения трубной решетки. При числе шестиугольников более шести сегменты между краем решетки и сторонами большего шестиугольника желательно также заполнить трубами согласно выбранной закономерности.
Dвн - внутренний диаметр корпуса аппарата определяется по формуле (ри-
сунок 1.5)
Dвн = D′+ dн + 2 к , |
(1.13) |
где D′ - при ромбической разбивке - наибольшая диагональ шестиугольника, при концентрической – диаметр наибольшей окружности центров труб; dн - наружный диаметр труб; к - зазор между крайними трубами и внутренней
стенкой корпуса аппарата, должен быть минимальным, но не менее 6 мм. Если теплообменный аппарат с подвижной камерой (плавающей головкой), к зависит от размера фланца подвижной камеры.