2.5. Компоновочный расчет

Конкретный вид зависимостей, которыми пользуются при выполне­нии компоновочного расчета, определяется типом теплообменного аппарата и его конструктивными особенностями.

При расчете кожу хот рубчатых аппаратов с цилиндрическим кожу­хом исходными данными являются: площадь поверхности теплообме­на, внутренний, наружный диаметры и длина труб . ГОСТ 9929-77) .расходы d, G₂ и скорости теплоносителей Искомые величины — количество труб п и их размещение в пучке, внутренний диаметр корпуса аппарата , число ходов в трубном пучке и межтрубном пространстве , расположение и размеры ,штуцеров

Количество труб определяют по формуле

где или 2 в зависимости от того, какой из теплоносителей прохо­дит по трубам; — средний диаметр трубы.

Трубы в трубных решетках обычно размещают по сторонам шести­угольников (т. е. по вершинам, ромбов или треугольников) и по концентрическим окружностям (рис. 2.17).

При размещении по сторонам шестиугольников количество труб равно

где а — порядковый, номер шестиугольника, считая от центра, а а количество труб на диагонали шестиугольника

* ' ■ ..... ^

Расстояние между осями труб выбирают по наружному диаметру трубы но не менее мм. Общее количество

труб должно быть таким, чтобы а и Ъ были целыми числами. При а >6 желательно заполнять трубами сегменты между краем, активной площади трубной решетки и сторонами наружного шестиугольника.

При размещении труб по концентрическим окружностям шаг между трубами и окружностями стремятся выдержать равным s. Тогда ра­диусы окружностей будут и т. д., а число труб равно

где —порядковый номер окружности. Внутренний диаметр корпуса аппарата: одноходового

многоходового

где —коэффициент заполнения трубной решетки, равный отношению площади, занятой трубами, к полной площади решетки в сечении аппа­рата. Обычно лежит в пределах 0,6—0,8.

Расчетное значение теплообменника округляют до ближайшего, рекомендуемого стандартом или нормалями (например ГОСТ 9929-Й2, 13202-77, 13203.-77).

Число ходов теплоносителя, движущегося по трубам,

К оличество ходов в межтрубном пространстве

где — площадь живого сечения межтрубного пространства, выбор формул для расчета которого зависит от типа- применяемых перегоро­док (продольные, поперечные, .кольцевые или сегментные) (рис. 2.2). Их устанавли­вают так, чтобы скорость движения тепло­носителя оставалась на всем его пути при­мерно постоянной. Формулы для расчета можно составить, руководствуясь гео­метрическими представлениями или реко­мендациями [7, 95].

Для нагревания различных 'сред дымо­выми газами применяют теплообменники с коридорным или шахматным расположени­ем труб (рис. 2.17). Дымовые газы омыва­ют пучок в поперечном направлении, совер­шая один или несколько ходов. Кожух та­ких теплообменников делают прямоуголь­ным с камерами для разворота потока газов. В шахматных пучках теплообмен протекает более интенсивно. Для снижения аэродинамического сопротивления применяют также пучки . с неравномерным поперечным шагом (рис. 2.17,е).

При компоновочном расчете пластинчатых теплообменников из теп­лового расчета должны быть известны: общая площадь поверхности теплообмена F, расходы и скорости' теплоносителей ; тип

и поперечные размеры каналов, т, е. Ь — ширина и h — высота поперечного сечения канала, шаг , высота _. и ширина а профиля пластины и т. д. Искомыми величинами являются: длина каналов L, их количество или количество пластин п, а также число секций теплообменни­ков, включаемых последовательно или параллельно по каждому из теплоносителей.

Размеры поверхности пластинчатого теплообменника с размерами пластин связаны соотношением

где . Если пластины гофрированные, то I — полная или

развернутая длина пластины.

Исходными данными для компоновочного расчета спирального теплообменника являются: площадь поверхности теплообмена F, ширина Ь и высота поперечного сечения каналов, образованных соседними спиралями.

Для компоновки задаются шагом спиралей

где (ГОСТ 12067-80); мм при и 3 мм при .

Далее строят витки спиралей по радиусам

(рис. 2.18), где —диаметр первого витка спирали, (ГОСТ12067-80). При этом ширину керна принимают равной

Тогда длина я-го витка спирали л=1, 2, 3, ......, п, а общая длина спирали ,

Число витков каждой спирали

Наружный диаметр спирали

где —толщина стенки спирали. Полная ширина аппарата

где —поправка на толщину прокладок, заполняющих часть сечения каналов между спиралями у боковых стенок, и на толщину самих боко­вых стенок аппарата.

Для компоновки змеевикового теплообменника по известным из теп­лового расчета площади поверхности F, внутреннему, наружному и среднему диаметрам трубы , диаметру змеевика и шагу

его витков определяют длину одного витка змеевика

общую длину змеевика

количество витков

Условный (внутренний) диаметр штуцера рассчитывают по уравне­нию неразрывности, из которого следует

При этом скорость теплоносителей в штуцере обычно принимают примерно равной скорости/ в трубах или в межтрубном пространстве (см. табл. 1.3). Расчетный диаметр округляют до ближайшего нормализованного размера в соответствии с нормалями НИИХиммаш и ГОСТ 12815-80, а также с учетом диаметров подводящих и отводящих теплоносители трубопроводов.