WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 11 |

Если действительная скорость пара в межтрубном пространстве подогд рек ревателя получится меньше рекомендуемой скорости (п < п ), то принимается решение о необходимости установки в межтрубном пространстве теплообменника перегородок, уменьшающих площадь межтрубного пространд ства, вследствие чего, действительную скорость пара п можно поднять до д рек рекомендуемых значений (п = п ), обеспечив тем самым высокую эффективность теплообмена. Площадь межтрубного пространства с учетом установки перегородок, м2, будет определяться Vп Sмтр =, (4.33) рек п рек где п – рекомендуема скорость пара, м/с, в межтрубном пространстве по условию теплообмена, принимается равной 25–30 м/с.

В межтрубном пространстве устанавливают как продольные, так и поперечные перегородки.

С помощью продольных перегородок параллельно осям труб можно создать противоточное движение и повысить скорость теплоносителя. Следует помнить, что продольные перегородки используются в теплообменниках редко.

Наиболее часто для повышения скорости и организации поперечного обтекания трубного пучка используются поперечные перегородки. Они про© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС сты в изготовлении и удобны в монтаже.

На рис. 4.9 представлены два типа поперечных перегородок: кольцевого (а) и сегментного типов (б).

Кольцевые перегородки представлены на рис. 4.9, а.

Размеры колец и дисков выбираются из расчета получения одинаковой скорости в трех сечениях: внутри кольца ( S1, м2), между кольцом и диском при поперечном обтекании труб ( S2, м2) и в кольцевом зазоре между корпусом и диском ( S3, м2). Диаметр дисков должен быть такой, чтобы в нем помещался весь пучок труб. Наружный диаметр колец больше диаметра диска.

Рис. 4.9. Поперечные перегородки теплообменников: а – кольцевого типа; б – сегментного типа; 1 – кольцо; 2 – диск Чтобы предотвратить пульсацию скорости пара в межтрубном пространстве, а, следовательно, и вибрацию трубного пучка, необходимо чтобы выполнялось следующее условие S1 = S2 = S3 = Sмтр, (4.34) © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС где Sмтр – площадь межтрубного пространства, м2, с учетом установленных поперечных перегородок.

Диаметр кольца поперечной перегородки D1, м, определяется через площадь проходного сечения внутри кольца, через которое проходит пучок труб с ромбической компоновкой D12 dн S1 =, (4.35) 1- 0,91y 4 t где y – коэффициент заполнения решетки трубами: для одноходового пучка – 0,8–1,0; для двухходового пучка – 0,7–0,85; для четырехходового пучка – 0,6–0,8.

Диаметр диска D2, м, определяется через площадь кольцевого зазора между корпусом и диском 2 S2 = (Dвн - D2 ), (4.36) где Dвн – внутренний диаметр корпуса теплообменника, м.

Расстояние между поперечными перегородками кольцевого типа h, м, определяется через проходное сечение в вертикальном цилиндре среднего D1 + D2 dн диаметра D0 = при степени заполнения его окружности трубами 2 t dн S3 =Dh(1- ). (4.37) t Если расстояние между перегородками h получается меньше 80 мм, следует принять меньшее значение скорости теплоносителя.

Сегментные перегородки представлены на рис. 4.9, б.

В теплообменных аппаратах используются сегментные перегородки двух типов. Сегмент перегородки отрезан параллельно диагонали шестиугольника. В этом случае сечение (м2) между перегородками, отстоящими одна от другой на расстоянии h можно выразить через значение внутреннего диаметра ( Dвн, м) корпуса аппарата dн Sмтр = (1- )Dвнh, (4.38) t Если сегменты отрезаны перпендикулярно диагонали шестиугольника, то h определяется из формулы © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС dн Sмтр = Dвнh1-, (4.39) 1,73t С помощью одного из этих уравнений находят величину h. Ширину перегородки mc принимают равной (0,6– 0,8) Dвн.

4.9. Определение значений коэффициентов теплопередачи При вычислении коэффициентов теплоотдачи необходимо знать условия теплообмена и состояние теплопередающих труб. Например, в охладителях пара и конденсата теплообмен протекает без изменения агрегатного состояния теплоносителя. В собственно подогревателе агрегатное состояние пара изменяется.

Значение коэффициента теплоотдачи от стенки труб к нагреваемому теплоносителю 2, Вт/(м2К), для всех условных зон теплообмена (ОП, СП и ОД) определяется через критерий Нуссельта [9] Nuвв 2 =, (4.40) dвн где dвн – внутренний диаметр труб, м; в – коэффициент теплопроводности нагреваемой среды (воды), Вт/(мК), принимается по давлению Pв и средней ср температуре tв (см. формулы (4.15), (4.17) и (4.18)) нагреваемой среды – ср в = f Pв,tв [7]; Nuв – критерий Нуссельта. При теплообмене с однофаз( ) ной средой при течении внутри труб и в каналах произвольной формы попеl речного сечения 40 и турбулентном режиме Re > 104 критерий Нусdэ сельта определяется по формуле [12] 0, Prв 0, Nuв = 0,021Re0,8 Prв, (4.42) в Prст вdвн где Reв = – число Рейнольдса, определяет режим движения теплоносив теля; в – коэффициент кинематической вязкости, м2/с [7]; Prв =в aв – чисср ло Прандтля (в – при средней температуре нагреваемой среды tв ; ст – при температуре стенки) [7]; aв – коэффициент температуропроводности, м2/с.

Все теплофизические характеристики нагреваемой среды принимаются по ср средней температуре воды tв, °C.

© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС Определение значения коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенки труб 1, Вт/(м2К), в условных зонах охлаждения пара (ОП) и охлаждения конденсата пара (ОД) осуществляется через критерий Нуссельта [13] Nuпп 1 =, (4.43) dн где dн – наружный диаметр труб, м; п – коэффициент теплопроводности греющей среды (пара), Вт/(мК), принимается по давлению Pп и средней темср пературе tп (см. формулы (4.15), (4.17) и (4.18)) греющей среды определяеср мой для каждой условной зоны теплообмена – п = f Pп,tп [7]; Nuп – кри( ) терий Нуссельта. В охладителях пара и конденсата при внешнем поперечном омывании прямых или спиральных труб, при турбулентном течении ( Re > 6103 ) коэффициент теплоотдачи определяется по уравнению [13] 0,25 0, - dн l s0, Nuп = 0,305Re0,35 Prп, (4.44) п s2 - dн dн где l – длина труб одного хода теплообменника, м; dн – наружный диаметр труб, м; S1 = S2 = t – шаги труб в поперечном и продольном направлениях попdн тока, м; Reп = – число Рейнольдса, определяет режим движения теплоп носителя; п – коэффициент кинематической вязкости, м2/с [7]; Prп =п aп – число Прандтля [7]; aп – коэффициент температуропроводности, м2/с. Все теплофизические характеристики греющей среды принимаются по давлению Pп ср и по средней температуре пара tп (см. формулу (4.14), (4.16) и (4.18)) в каждой из выделенных зон теплообмена. Также при определении числа Рейнольдса в зоне ОД, вместо скорости пара п (м/с), следует использовать скорость конденсата пара д (м/с) в сечении патрубка отвода дренажа (см. формулу 4.29).

В зоне собственного подогрева (СП) при пленочной конденсации насыщенного пара и ламинарном течении пленки конденсата на вертикальных трубах и стенах без учета влияния скорости пара на теплообмен коэффициент теплоотдачи (Вт/(м2К) определяется по выражению [10] B 1 = 1,34, (4.45) 0, tсрl ( ) © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС где B = 5700 + 56ts - 0,09ts – эмпирический коэффициент теплообмена, где ts (Pп ) – температура насыщения пара, °С [7]; l – длина одного хода теплообменника, м; tср – температурный напор в зоне собственного подогревателя, °С, определяемый по формулам (4.6), (4.8) и (4.9).

Полученные значения коэффициентов теплоотдачи 1 и 2 для каждой условной зоны теплообмена позволяют оценить для каждой зоны коэффициент теплопередачи kр, Вт/(м2К) по формуле [9] kр =, (4.46) dн 1 dср + ln + 1dн 2ст dвн 2dвн dн + dвн где dн, dвн, dср = – соответственно наружный, внутренний и средний диаметры труб, из которых изготовлена теплообменная поверхность; ст – коэффициент теплопроводности материала изготовления труб (для стали ст можно принять 40–60 Вт/(мК), для латуни ст = 70–90 Вт/(мК) [9].

По найденному значению коэффициента теплопередачи выполняется уточнение значения площади поверхности теплообмена проектируемого подогревателя с учетом его тепловой нагрузки и показателей эффективности теплообмена.

Qi Fрi =, (4.47) i kрitср где Qi – тепловая нагрузка i -й зоны теплообменника, Вт, определяется из уравнения теплового баланса соответствующей зоны; kрi – расчетный по формуле (4.46) коэффициент теплопередачи для i -й зоны теплообменника, i Вт/(м2К); tср – средний температурный напор для i -й зоны теплообменника, °С, определяемый по формулам (4.6), (4.8), и (4.9).

По величине расчетной площади поверхности теплообмена выполняется определение расчетной погрешности для каждой учитываемой зоны теплообмена i Fрi - Fэск Fi =100%, (4.48) Fрi Если численное значение расчетной погрешности в каждой из выделенных условных зон теплообмена будет составлять величину менее чем 0,5 %, то конструкторский расчет теплообменника считается законченным.

© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС Если хотя бы в одной из выделенных зон Fi > 0,5 %, то необходимо заново выполнить конструкторский расчет теплообменного аппарата начиная с момента определения общей дины труб подогревателя (формула 4.22) при услоnn ii вии, что F =F.

эскр i=1 i=5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА 5.1. Расчет гидравлического сопротивления трубного пучка Расчет гидравлического сопротивления поверхностных теплообменников производится с целью определения потери давления в них при различных расходах теплоносителя.

Гидравлическое сопротивление трубок пучка определяется потерями давления на трение Pтр, Па, и потерей давления на преодоление местных сопротивлений Pм, Па, которые встречаются по пути движения потока нагреваемой среды в аппарате (поворотами, сужениями и расширениями и т. д.) [2, 4, 5] Pв =Pтр +Pм. (5.1) Гидравлические потери, возникающие при движении нагреваемого теплоносителя за счет трения о стенки труб Pтр, Па, определяются по формуле l вв Pтр =тр. (5.2) dвн где l – общая длина труб подогревателя, м; dвн – внутренний диаметр труб, м;

в – плотность нагреваемого теплоносителя, кг/м3, определяемая по средней ср температуре воды tв ; в – скорость нагреваемого теплоносителя, м/с; тр – коэффициент сопротивления трения.

Значение коэффициента сопротивления трения тр зависит от шероховатости стенок труб и от режима движения теплоносителя, определяемого числом Reв. С достаточной степенью точности значение тр можно определить по формуле [2] 0, тр = 0,11,46 +, (5.3) dвн Reв где – для стальных труб равна 0,2 мм, для латунных – 0,1 мм;

© Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС Потеря давления на преодоление местных сопротивлений Pм, Па, которые встречаются по пути движения потока воды в аппарате связаны с ударами, расширениями и сужениями потока при входе и выходе его в водяных камерах, а также при повороте потока в гибах трубок, коленах паропроводов или через перегородки n Pм = (5.4) вв.

i i=вв где – скоростной, динамический напор, Па, определяется аналогично, n как и при расчете потери давления на трение (формула 5.2); – сумма i i=коэффициентов местных сопротивлений, зависящая исключительно от конструкции подогревателя и его элементов. Значения коэффициентов местных сопротивлений приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.Коэффициенты местных сопротивлений, i Наименование Значение Вход и поворот во входной и выходной камерах 1,Вход в трубное пространство и выход из него 1,Поворот потока на 180° в U -образных трубах 0,Поворот потока на 180° в крышке водяной камеры 2,Огибание межтрубных перегородок 1,Вход потока в спираль 1,Выход потока из спирали 1,Влияние кривизы спирали 0, Приближенно, для теплообменников с U -образными трубками сумма коэффициентов местных сопротивлений может быть найдена по уравнению [12] n zz (5.5) = 3 + 2,5 2 -1 + 0,5 2, i i=где z – число ходов в теплообменном аппарате.

В случае проектирования теплообменника при заданном перепаде давления, выясняют допустимость применения конструкции аппарата, установленной расчетом. Если сопротивление теплообменника превышает заданное, необходимо менять конструкцию аппарата. Необходимая мощность, для перемещения нагреваемого теплоносителя N, Вт, определяется по уравнению © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС GвPв N =, (5.6) вн где Gв – расход нагреваемой среды, кг/с; Pв – гидравлическое сопротивление трубного пучка, Па, определяемое по формуле (5.1); в – плотность теплоносителя перед нагнетателем (насосом), кг/м3; н – КПД насоса, принимается в расчетах 0,6–0,8.

5.2. Расчет гидравлического сопротивления межтрубного пространства Гидравлическое сопротивление межтрубного пространства (паровое сопротивление), т. е. разность давлений пара при входе в теплообменный аппарат и в конце траектории его движения, зависит от конструкции аппарата, компоновки трубного пучка, а также параметров и режима работы аппарата.

В общем случае оценить величину парового сопротивления, Па, позволяет известная зависимость [2] Dп Pп = 6nсDвн, (5.7) Sмтр 2п l - h где nс = – число секций, последовательно омываемых паром, образоh ванных поперечными перегородками устанавливаемыми в межтрубном про странстве; l – длина одного хода, м; h – расстояние между поперечными перегородками, м, определяемое из уравнения (4.37); Dвн – внутренний диа метр корпуса подогревателя, м, рассчитывается по формуле (4.27); Sмтр – площадь межтрубного пространства, м2, с учетом установленных попереч ных перегородок (см. формулу (4.33)); Dп – расход пара, кг/с; п = f ts Pп ( ( ) ) – плотность насыщенного пара, кг/м3 [7].

6. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА НА ПРОЧНОСТЬ 6.1. Общие положения Различают конструкторский и поверочный расчеты на прочность. Задача первого – определение конструктивных размеров, обеспечивающих нужную по прочности работу теплообменного аппарата. Задача второго – проверка прочности существующего изделия путем определения действующих в © Бойко Е.А. Расчет и проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов ТЭС нем напряжений и сопоставления их с характеристиками статической прочности материалов. Если сосуды и аппараты работают при циклическом нагружении и частота циклов превышает 103 требуется дополнительная проверка прочности изделия [14].

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 11 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.