Конструирование рекуперативного теплообменного аппарата (подогреватель высокого давления)

Цель курсового проекта
1 Исходные данные…………………………………………………………………………...4
2 Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов…………………………..5
2.1 Проверка исходных данных…………………………………………..……………..5
2.2 Разбивка теплообменного аппарата на зоны с различными условиями теплообмена………………………………………………………….......................................5
2.3 Определение эскизной площади поверхности теплообмена ……………………...8
2.4 Определение основных конструктивных размеров теплообменного аппарат….11
2.5 Компоновка трубного пучка ……………………………………………………….14
2.6 Компоновка межтрубного пространства…………………………………………..18
2.7 Определение коэффициентов теплопередачи………………………………………21
3 Работа с программным кодом……………………………………………….....................27
3.1 Структура программы ………………………………………………………………27
3.2 Текст программы ……………………………………………………………………28
3.3 Результаты вычислений …………………………………………………….............35
4 . Гидравлический расчет теплообменного аппарата…………………………………….36
4.1 Расчет гидравлического сопротивления трубного пучка ………………………...36
4.2 Расчет гидравлического сопротивления межтрубного пространства……………37
5. Расчет элементов теплообменного аппарата на прочность…………………………….38
5.1 Расчет на прочность корпуса аппарата……………………………………………..38
5.2 Расчет на прочность крышки водяной камеры……………………………………38
5.3 Расчет на прочность трубных досок………………………………………………..39
5.4 Расчет укрепленных отверстий……………………………………………………..40
5.5 Расчет болтов и шпилек на прочность……………………………………………..41
5.6 Расчет фланцев……………………………………………………………………….42
5.7 Расчет термических напряжений…………………………………………………...43
6. Конструктивный расчет тепловой изоляции……………………………………………45
Список использованных источников………………………………………...…………….46

Цель курсового проекта
Целью курсового проекта является творческое применение полученных теоретических знаний к решению конкретных инженерных задач, возникающих при проектировании вспомогательного оборудования ТЭС или при его выборе в случае изменения условий эксплуатации, а также научиться пользоваться литературой по специальности, справочниками, каталогами, стандартами и нормами.
Задача конструирования теплообменника состоит в определении его конструкции и размеров при номинальной тепловой производительности. Проектирование теплообменных аппаратов складывается из трёх стадий: составление проектного задания, разработка технического проекта и выполнение рабочих чертежей.
Проектное задание включает исходные условия и материал для проектирования, принципиальные требования и пожелания к проекту, основные технологические чертежи. В соответствии с заданием проектируемый объект должен отвечать определённым технологическим требованиям.
...

2.2 Разбивка теплообменного аппарата на зоны с различными условиями теплообмена
В случае, если выполняется условие , то при выполнении конструкторского расчета необходимо учесть зону охлаждения пара (ОП).

т.к , то нет необходимости учитывать зону ОП, но т.к. в смехе зона присутствует, то зону ОП учитываем

Если выполняется условие , то необходимо при проектировании учесть зону охлаждения конденсата пара (ОД).



т.к , необходимо учесть зону ОД.

Расположение зон в схеме, можно посмотреть на рисунке 2.
Появление новых зоны теплообмена приводит в необходимости уточнения расхода пара на подогреватель , а так же определения неизвестных температур нагреваемого теплоносителя на выходе из зон. Для зоны ОП неизвестной величиной является величина , для зоны ОД – . Для нахождения неизвестных величин необходимо составить и решить совместно уравнения теплового баланса для каждой выделенной зоны теплообмена.
...

2.3 Определение эскизной площади поверхности теплообмена
Конструктивный расчет теплообменника начинаем с определения значения эскизной площади поверхности теплообмена , м2.

,

где - площади поверхностей выделенных зон теплообмена – зоны ОП, СП, ОД.
,
где - Тепловая нагрузка i-ой зоны теплообменника, Вт;
- коэффициент теплопередачи i-ой зоны теплообменника, Вт/(м2*К);

- средний температурный напор i-ой зоны теплообменника, ;
,
где - коэффициент, учитывающий эффективность нагрева;
- безразмерные величины

;
;
;

где t с индексом 1 обозначается температура греющего теплоносителя,
2 – нагреваемого. Штрих характеризует вход, два штриха – выход теплоносителя.
Зона ОП:

;

;

;


Зона СП:

;

;

;

Зона ОД:

;

;

;

Определяем эскизные площади.

Значение коэффициента теплопередачи для каждой выделенной зоны теплообмена рекомендуется принимать ориентировано из следующего диапазона.
...

2.4 Определение основных конструктивных размеров теплообменного аппарата

Определение основных конструктивных размеров теплообменника начинают с оценки объемных секундных расходов по каждому из теплоносителей.
Объемный секундный расход греющей среды (пара), м3/с



Объемный секундный расход нагреваемой среды, м3/с
,
где , - плотности греющей и нагреваемой сред, кг/м3;
, - удельные объемы греющей и нагреваемой сред, м3/кг.

, ,
, ,

где , - средние температуры греющей (пара) и нагреваемой (воды) сред, ;
, - давление соответственно греющей (пара) и нагреваемой (воды) сред, мПа.

Находим средние температуры греющей и нагреваемой сред, для всех зон теплообмена.
Зона ОП:


Зона СП:

Зона ОД:

;

;

;

;

;

;

;
Находим предварительное значение скоростей, (м/с).




Для дальнейшего расчета, нам необходимо выбрать диаметр труб трубного пучка.
...

2.5 Компоновка трубного пучка

Определим шаг , (м) между центрами труб



где - наружный диаметр труб, м2.
При размещении труб по периметру правильных шестиугольников (),

можно определить по выражению.

При числе окружностей () можно разместить труб.



т.к. , то выбираем способ расположения труб на трубной доске по окружностям (рисунок 3).



Рисунок 3 - Схемы разбивки трубной решетки по концентрическим окружностям

Число труб по окружности с шагом () будет примерно равно.

,

где - номер окружности
Расчетный внутренний диаметр будет равен

,

где - диаметр наибольшей окружности при концентрической разбивке трубных досок, м;
- кольцевой зазор между крайними трубами и корпусом, принимается в расчетах 6-10 мм


Найденное значение внутреннего диаметра корпуса принимается равным значению ближайшего диаметра (в большую сторону) из стандартно­го сортамента (ряда) труб (по ГОСТ 9617-79).
...

2.6 Компоновка межтрубного пространства

Завершив компоновку трубного пучка, выбираем конструкцию и нахо­дим размеры межтрубного пространства теплообменника при продольном обтекании пучка труб расположенных в цилиндрическом корпусе при отсутствии поперечных перегородок.
,
где - внутренний диаметр корпуса теплообменника, м, ;
- общее количество труб в теплообменном аппарате, шт ;
- наружный диаметр труб, м;


Найдем действительную скорость греющего теплоносителя (пара), м/с, в межтрубном пространстве определяется

,

где - объемный секундный расход греющей среды, м3/с.
...

2.7 Определение коэффициентов теплопередачи

Найдем значение коэффициента теплоотдачи от стенки труб к нагреваемому теплоносителю , Вт/(м2К), для условных зон теплообмена (ОП, СП и ОД).

где - внутренний диаметр труб, м;
- коэффициент теплопроводности нагреваемой среды (воды), Вт/(мК),
- критерий Нуссельта.

,
где - число Рейнольдса, определяет режим движения теплоносителя;
- коэффициент кинематической вязкости, м /с;
- число Прандтля;
- коэффициент температуропроводности, м2/с.

Все теплофизические характеристики нагреваемой среды принимаются по сред­ней температуре воды , °С.
Определение значения коэффициента теплоотдачи от греющей среды к стенке труб , Вт/(м К), в условных зонах охлаждения пара (ОП) и охлаж­дения конденсата пара (ОД) осуществляется через критерий Нуссельта

где - наружный диаметр труб, м;
- коэффициент теплопроводности греющей среды (пара), Вт/(мК);
- крите­рий Нуссельта.
...

3.2 Текст программы
#include
#include
#include
#include
#include

void main (void)
{
clrscr();

float Dn=6.239, Pn=16, tn=312.309, hn=3063, Dd=1.7, Pd=32;
float td=312, hd=1025.45, t1d=212.38, h1d=908.62;
float Gv=94.606, Pv=126, tv=166.435, hv=710.304, t1v=201.031, h1v=861.578;
float O=3, Nt=0.98, Qn, Qv, pogr;

float Ts;
float Qon, Qcn, Qod;
float t1n, h1n, td1, hd1, tcn, hcn, tod, hod, ton, hon;
float Aon, Pon, Ron, Zton, deltcpon, Acn, Pcn, Rcn, Ztcn, deltcpcn;
float Aod, Pod, Rod, Ztod, deltcpod, kon=60, kcn=2470, kod=600;
float Feskon, Feskcn, Feskod, Fesk, delt1cn, delt2cn;
float tncpcn, hncpcn, vn_cn, pon_cn, wn_cn, Vn_cn;
float tvcpcn, hvcpcn, vv, pov, wv, Vv;
float dn=0.022, dst=0.002, x=0.008, y=0.7, hrek=0.08;
float dvn, l, l1, t, D_1, Dvn, Y;
float Dvn_GOCT[]={0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1,1.2,1.4,1.6,1.8,2,2.2,2.4,2.6,2.8,3,3.2,3.4,3.6,3.
...

3.3 Результаты вычислений


zona OP est' zona OD est'
wn_on=27.16 wn_cn=25.45 wn_od=1.02
i=1
kon=60.00 kron=42.87 Fron=203.50 Pogon=28.545773
kcn=2470.00 krcn=3088.20 Frcn=51.46 Pogcn=25.028133
kod=600.00 krod=1056.56 Frod=17.69 Pogod=76.093330
Dn=1.83 ton=212.37 tod=183.49
Qon=462.43 Qcn=3656.96 Qod=332.81
Feskon=145.41 Feskcn=64.34 Feskod=31.15
tncpcn=219.72 hncpcn=2811.94 vn_cn=1.011847e-01
pon_cn=9.88 Vn_cn=0.19
tvcpcn=196.71 hvcpcn=842.44 vv=1.140394e-03
pov=876.89 wv=1.01 Vv=0.04
z=6
n=142 l=19.85 l1=4.96
N=1246 m=23 N1=1251 Dvn=1.2
vn_on=1.152937e-01
Pat_podv_n=0.10 Pat_podv_d=0.05
Pat_otv_k=0.07 Pat_podv_otv_v=0.21
S1mtr=0.036 D1=0.27 D2=0.99 h=0.08
alfa2=8489.
...