Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Архангельский государственный технический университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики

(Наименование кафедры)

Ковальчук Игорь Анатольевич

(фамилия, имя и отчество студента)

Факультет____ПЭ_______Курс____ІІ__________Группа___1_________

Курсовой проект

По дисциплине: Основы конструирования энергетического оборудования

На тему: Конструкторский и прочностной расчет (Наименование темы)

теплообменного аппарата типа секционный водоводяной подогреватель

Пояснительная записка

1612.10.КП.007.00ПЗ

Руководитель проекта ______________ ____________ ________________

(должность) (подпись) (и., о., фамилия)

Проект допущен к защите ____________________________________________

(подпись руководителя) (дата)

Решением комиссии от «_____» ___________ 2010 г.

признать, что проект

выполнен и защищен с оценкой _________________________________

Архангельск

2010

Федеральное агентство по образованию (Рособразование)

Архангельский государственный технический университет

_________Кафедра промышленной теплоэнергетики_____________

^{(Наименование кафедры)}

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по курсу: «Основы конструирования энергетического оборудования»__ _

студенту:      ПЭ    факультета     II    курса      1     группы

______ ___________________Ковальчук И.А.___________________________

ТЕМА: КОНСТРУКТОРСКИЙ И ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЁТ ТЕПЛООМБЕННОГО АППАРАТА типа Водоводяной секционный подогреватель_________

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:_____________________________________________

Расход греющего теплоносителя         G₁=170 т/ч                           

Давление греющего теплоносителя:       Р₁=0,6 МПа                                     

Температура греющего теплоносителя на входе       t'₁=95   °С_, на выходе   t''₁=40     °С__

Расход нагреваемого теплоносителя    G₂=270 т/ч          

Давление нагреваемого теплоносителя:      Р₂=0,27 МПа                        

Температура нагреваемого теплоносителя на входе     t'₂=10 °С, на выходе    t''₂  расчет °С

Дополнительные условия на конструирование: аппарат горизонтальный ____

Z₂ =1, трубки, прямые латунные 16х1 мм, поверхность теплообмена F=30м²

ОБЪЕМ ЗАДАНИЯ (РАСЧЕТОВ)

1. Краткое описание конструкции аппарата и основных элементов.

2. Гидравлический расчет патрубков/штуцеров и их материальное исполнение.

3. Расчеты на прочность основных конструкторских элементов аппарата с обоснованием принятого конструктивного типа: обечайки (корпуса), жидкостных крышек, трубных решеток, фланцевых соединений, штуцеров, опорных лап, анкерных связей и т.д.

ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Чертеж общего вида аппарата – 1 л.

2. Рабочие чертежи основных элементов – 1 л.

Сроки проектирования с «8» февраля 2010 г. по «20» мая 2010 г.

Руководитель проекта ст. преп. ________ Верещагин А. Ю.

^{(должность) (подпись) (и., о., фамилия)}

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ АППАРАТА И ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 5

2 РАСЧЁТ НЕДОСТАЮЩИХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 9

3 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЁТ ПАТРУБКОВ 11

4 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЁТ КОЖУХО-ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА 15

5 ВЫБОР СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОК С ТРУБНЫМИ РЕШЁТКАМИ 19

6 ПРОВЕРКА ШТУЦЕРОВ НА ПРОЧНОСТЬ 20

7 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБЕЧАЙКИ 22

8 РАСЧЁТ И ПОДБОР ДНИЩ И КРЫШЕК ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА 25

9 УКРЕПЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ 28

10 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ТРУБНОЙ РЕШЁТКИ 32

11 РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБОК 39

12 ПРОВЕРКА НАПРЯЖЕНИЙ В ОБЕЧАЙКЕ И ТРУБАХ АППАРАТА 40

13 РАСЧЁТ ПРОКЛАДОЧНОЙ ОБТЮРАЦИИ 43

14 РАСЧЁТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ 45

15 РАСЧЁТ ОПОР АППАРАТА 49

16 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ ИЗОЛЯЦИИ 55

17 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 58

18 ПРИЛОЖЕНИЕ А 59

1 ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ АППАРАТА И ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Абонентские водоводяные подогревательные установки выполняются обычно из секционных подогревателей, соединённых последовательно по первичному и вторичному теплоносителям. Общий вид такой подогревательной установки показан на рис.1. В таких установках легко организовать течение первичного и вторичного теплоносителей по схеме противотока и получить достаточно высокие и сравнительно близкие скорости воды в трубках и межтруб­ном пространстве.

Широкое применение на практи­ке находят секционные подогревате­ли типа Теплосети Мосэнерго, изго­товляемые по ОСТ-34-588-68. Основ­ные размеры этих подогревателей приведены в приложении 19. Корпуса этих подогревателей выполняются из стальных труб, а поверхность нагрева из латунных трубок Л-68 диаметром 16/14 мм. Трубные ре­шетки приварены к корпусу подогре­вателя. Подогреватели для горячего водоснабжения изготовляются без линзового компенсатора на корпусе. Проведенные исследования показы­вают, что при использовании этих секционных подогревателей для го­рячего водоснабжения, когда нагре­ваемая вода проходит внутри латун­ных трубок, а греющая — в меж­трубном пространстве и температу­ра греющей среды не превышает 150 °С, нет необходимости в установ­ке на корпусе подогревателя линзо­вых компенсаторов, так как и без них напряжения в стенках трубок и корпусе не выходят за допустимые пределы. При использовании подо­гревателей для отопления греющая вода, как правило, пропускается внутри трубок, а нагреваемая — в межтрубном пространстве. Для компенсации температурных дефор­маций на корпусе компенсатора дол­жен быть установлен линзовый ком­пенсатор. Допускаемое рабочее дав­ление: внутри трубок подогревателя 1 МПа, в межтрубном пространстве без линзового компенсатора на кор­пусе 1 МПа, при наличии линзового компенсатора 0,7 МПа.

В водоводяных подогревателях достигаются обычно довольно высо­кие коэффициенты теплопередачи [примерно 1000—1500 Вт/(м²-К)]. Интенсивность теплопередачи в подогревателе зависит также от качества изготовления трубного пучка. Необходимо, чтобы вода, проходящая через межтрубное пространство, равномерно омывала все трубки подогревателя, для чего должны быть выдержаны зазоры между трубками, необходимо в середине секций устанавливать под трубками опорные перегородки.

Без опорных перегородок трубки прогибаются, и зазоры между ними теряются, что приводит к заметному снижению тепловой производитель­ности подогревателей.

Кроме секционных подогревате­лей в системах теплоснабжения в последние годы начали применять в опытном порядке пластинчатые теплообменники, изготовляемые как нашей промышленностью, так и за­рубежными фирмами. В СССР стальные пластинчатые теплообменники выпускаются Пав­лодарским и Уральским заводами химического машиностроения с площадью поверхности нагрева от 10 до 160 м² на рабочее давление 1 МПа.

Поверхность нагрева этих подо­гревателей состоит из тонкостенных низколегированных штампованных гофрированных пластин разного профиля. Потоки грею­щей и нагреваемой воды проходят через теплообменник противотоком с обеих сторон пластины, между ко­торыми образуются системы кана­лов сложной формы, способствую­щие турбулизации протекающих по­токов и росту коэффициентов тепло­передачи.

Все пластины теплообмена ском­понованы в виде пакета, как листы в книге, и зажаты с помощью за­жимных болтов, между двумя тор­цевыми несущими плоскими сталь­ными плитами. Греющий и нагре­ваемый потоки воды подведены с одной и той же стороны торцевой плиты.

Преимущества пластинчатых теплообменников заключаются в по­вышении интенсивности теплопере­дачи, компактности (около 100 м² в 1 м³), высокой плотности — исклю­чена возможность перетекания теп­лоносителя из одной полости (на­пример, греющей) в другую (напри­мер, нагреваемую). Эксплуатация пластинчатых подогревателей про­ста, так как они легко разбираются. Пластины могут очищаться от на­кипи и загрязнений или заменяться.

Эскиз водоводяного подогревателя по ОСТ приведен на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Водоводяной подогреватель.

1 – обечайка; 2 – патрубок входа вторичной воды; 3 – патрубок выхода вторичной воды; 4 – трубная решетка; 5 – патрубок входа первичной воды; 6 – патрубок выхода первичной воды; 7 – жидкостная крышка; 8 – теплообменная трубка

2 РАСЧЁТ НЕДОСТАЮЩИХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Недостающие параметры находим из уравнения теплового баланса. Так как оба теплоносителя не меняют своего агрегатного состояния (вода-вода), то уравнение теплового баланса будет иметь вид:

_{, (2.1)}

где Q — тепловая нагрузка аппарата, кВт;

G — массовый расход теплоносителя, кг/с;

h=0.97..0.99 — коэффициент удержания теплоты изоляцией аппарата;

с — удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг×° С);

индексы:

1 — греющие теплоноситель;

2 — нагревающий теплоноситель;

апострофы:

` — на входе;

``— на выходе.

Известны следующие параметры:

для греющего теплоносителя (воды):

расход т/ч;

температура на входе ° С;

температура на выходе ° С;

удельная теплоемкость воды с₁ = 4,188 кДж/(кг×° С) при средней темпе-

ратуре воды ° С;

для нагреваемого теплоносителя (воды):

расход т/ч;

температура на входе ° С;

удельная теплоемкость воды с₂ = 4,180 кДж/(кг×° С) при средней темпе-

ратуре воды ° С;

h выбираем равным 0,98;

Из уравнения теплового баланса получаем:

_(2.2)