Материал: Теплообменное оборудование предприятий
Длина n–го витка |
|
ln 2 π rn 2 π t (2 n 1,5) . |
(3.43) |
Суммируя, получим длину одной спирали |
|
L l1 l2 ln 2 π r1 n π t n (2 n 1) , |
(3.44) |
откуда число витков, необходимое для получения эффективной длины, определяется по уравнению
|
|
|
L |
|
|
1 |
|
|
d |
|
|
2 |
|
1 |
|
|
d |
|
|
|
|
|
|||||||||
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 . |
|
(3.45) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
2 π t |
|
16 |
|
|
t |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Число витков обеих спиралей |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
2 L |
|
|
1 |
|
d |
|
|
2 |
|
|
1 |
|
d |
|
|
|
|
|||||||||
N 2 n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
, |
(3.45) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
π t |
|
|
4 |
|
|
t |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
t |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
где d 2 r t – внутренний диаметр спирального теплообменника. Наружный диаметр спирали с учётом толщины листа определяется по формуле
D d 2 N t δст . |
(3.46) |
Действительная длина листов спиралей между точками |
m и |
m' для спирали I и между точками n и n' для спирали II (рис.3.20)
определяется по соотношениям: |
|
|
|
|
|
|
|||
L |
|
L |
1 |
π D a |
, |
(3.47) |
|||
I |
|
|
|||||||
|
|
|
4 |
|
|
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
L |
|
|
L |
|
3 |
π D в . |
(3.48) |
||
II |
|
|
|||||||
|
|
4 |
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
При выполнении конструктивного расчёта пластинчатых теплообменных аппаратов с учётом принятых размеров пластин определяют число каналов в одном пакете, число пластин в каждом пакете и число пакетов в аппарате, общее число пластин в аппарате и основные его размеры.
81
По заданным расходам рабочих сред и вычисленным или принятым скоростям их движения в каналах определяют необходимое проходное сечение пакета
fп |
V |
, |
(3.49) |
|
W |
||||
|
|
|
где V – объёмный расход рабочей среды, м3/с; W – скорость данной рабочей среды, м/с.
При найденном значении fп определяют число параллельных каналов в пакете для каждой среды
|
m |
|
fп |
, |
(3.50) |
|
|
|
f1 |
||||
|
|
|
|
|
||
где f |
– проходное сечение одного межпластинного канала, м2. |
|
||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
Полученное значение m округляется до целого. |
|
||||
|
Число пластин в пакете определяется по соотношению |
|
||||
|
nп 2 m . |
(3.51) |
||||
|
В крайних пакетах, соприкасающихся с плитами, общее |
|||||
число пластин на одну больше (концевую) |
|
|||||
|
n'п 2 m 1 . |
|
||||
|
Поверхность теплообмена одного пакета составит |
|
||||
|
F F n |
п |
. |
(3.52) |
||
|
п 1 |
|
|
|
|
|
|
Число пакетов (ходов) в теплообменном аппарате определя- |
|||||
ется |
|
|
|
|
|
|
|
X Fа |
Fп |
, |
(3.53) |
||
где Fа – рабочая поверхность аппарата, найденная при тепловом
расчёте.
Если величина X получается дробной, то её округляют до целого числа и корректируют поверхность нагрева всего аппарата:
F' |
X F . |
(3.54) |
a |
п |
|
Общее число пластин в аппарате (секции) составит |
|
|
|
|
F' |
2 F |
|
|
|
nа |
a |
1 |
, |
(3.55) |
|
|
|
|||
|
|
|
F1 |
|
|
где F |
– поверхность теплообмена одной пластины, м2 . |
|
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
82 |
|
|
|
|
3.5. Гидравлический расчёт
Расчёт потерь напора в секционных подогревателях и подогревателях типа “труба в трубе” производится так же, как и в парожидкостных аппаратах с прямыми трубками по стороне воды (см. п. 2.5).
При этом коэффициенты сопротивления трению ξ определяются по формулам из табл. 1.5, а коэффициенты местных сопротивлений ψi
принимаются в соответствии с табл. 1.6.
Гидравлический расчёт по стороне охлаждающей воды в маслоохладителях производится по этой же методике. Для межтрубной части маслоохладителей расчёт выполняется по формулам для поперечного обтекания потоком масла пучков труб.
По методике Д.Г. Замкова для вязких жидкостей при отношении (σ1 1)
(σ'2 1) 2 сопротивление рассчитывается
|
|
|
Prc |
0,14 |
|
3 q |
|
||||
ΔP C m' Req |
|
|
|
|
ρ W2 , Па . |
(3.56) |
|||||
|
|
||||||||||
1 |
δ |
|
|
|
|
σ'2 1 |
|
||||
|
|
Prп |
|
|
|||||||
Здесь |
|
|
|
2 (σ'2 |
1) |
. |
(3.57) |
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
σ 0,785 |
|
|||||
|
|
|
|
|
1 |
σ2 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
В этих выражениях: |
m' – |
число рядов труб по ходу потока масла; |
|||||||||
C = 43 и q 1 при |
Reδ 15 ; C = 14 и q 0,6 при |
|
|||||||||
15 Reδ 100; W – скорость масла в узком сечении пучка; |
|
||||||||||
δ– наименьшее расстояние между образующими двух соседних труб
впучке.
Число m' для маслоохладителей с кольцевыми и дисковыми перегородками определяется из выражения
m' m t' z |
, |
(3.58) |
π DF |
|
|
где m – число труб в трубной доске; |
z – число перегородок по |
|
маслу в межтрубном пространстве; t' 1,5 t |
условный средний шаг |
|
между трубками.
83
Потери напора на местные сопротивления рассчитываются
|
ΔP (ψ |
|
ψ |
|
ψ |
|
Z) |
ρ W2 |
(3.59) |
|
|
вх |
вых |
огиб |
, Па , |
||||||
|
2 |
|
|
|
|
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ψвх 1,5 |
и ψвых 1,0 |
– коэффициенты местных сопротивлений |
||||||||
входа и выхода для межтрубного пространства; ψогиб 7 – коэффи-
циент местного сопротивления при огибании перегородки.
Более подробные расчёты маслоохладителей в зависимости от их конструктивных характеристик приведены в [19].
Гидравлическое сопротивление в щелевых каналах спиральных теплообменников выполняется так же, как и для потока воды в спиральных трубках парожидкостных аппаратов (см. п. 2.5). При этом в качестве определяющего размера принимается эквивалентный диаметр, равный удвоенной ширине щели, а коэффициенты местных сопротивлений принимаются в соответствии с табл. 1.6.
Для теплообменников из гофрированных пластин для каждой формы каналов рекомендуется соответствующая формула для определения сопротивления [2]. Для приближённых расчётов с достаточной для практики точностью при числах Re 200 1600 можно рекомендовать обобщённую зависимость
ΔP A Re0,25 ρ W2 , Па , |
(3.60) |
где А = 1843 – для пластин с гофрами типа “ёлочка” и A = 760 – для пластин с горизонтальными гофрами.
Потери напора на местные сопротивления рассчитываются по общепринятой методике.
Выводы
В разделе 3 представлены рекуперативные жидкостножидкостные теплообменные аппараты (ЖЖТОА). Описана область применения аппаратов, приведена схема установки водо-водяных подогревателей в тепловом пункте, принципиальная схема системы маслоснабжения турбины, описаны конструкции секционного водоводяного подогревателя с линзовыми компенсаторами, водо-водяного подогревателя типа «труба в трубе», вертикального маслоохладителя с перегородками «диск-кольцо», маслоохладителя с подвижной нижней водяной камерой, горизонтального маслоохладителя с сегментными перегородками, спирального и пластинчатого теплообменника. Представлены типы пластин, выпускаемые российскими и зарубеж-
84
ными производителями. Приведены основы теплового, конструктивного и гидравлического расчёта теплообменников.
Вопросы для самоконтроля
1.Опишите сферу применения различных жидкостно-жидкостных теплообменников.
2.Какова цель теплового расчёта ТОА?
3.Напишите уравнение теплового баланса ЖЖТОА.
4.В чём заключается преимущество противоточной схемы движения теплоносителей по сравнению с прямоточной?
5.Как рассчитывается температурный напор при смешенном токе?
6.Формула для расчёта эквивалентного диаметра.
85