Материал: Расчет трубчатого теплового аппарата

Найдем потери потока на повороте:

.

Общие потери на первом участке:

.

Определим потери на обтекании трубного пучка (для дымовых газов).

Скорость дымовых газов w_г = 75 м/с².

Коэффициент сопротивления для пучков труб при поперечном обтекании (перпендикулярно оси труб):

Для третьего участка:

Число рядов в пучке в направлении движения m₃ = 22;

Число Re₃ = 16749;

r₃ = 0,988 кг/м^3;         

t_cp3 = 89.26 ºC;

.

Тогда:

.

Для второго участка:

Число рядов в пучке в направлении движения m₂ = 103;

Число Re₂ = 20897;

r₂ = 0,815 кг/м³;

t_cp2 = 166.49 ºC;

.

.

Для первого участка:

Число рядов в пучке в направлении движения m₁ = 58;

Число Re₁ = 29559;

r₁ = 1.1194 кг/м³;

t_cp1 = 29.25 ºC;

.

Тогда:

.

Для обеспечения рассчитанного перепада давления, будем использовать два вентилятора. Один на нагнетание, второй, на разряжение.

Характеристики насосов для прокачки теплоносителя выбираем из литературных источников.

Для прокачки воды выбираем насос СЭ-800-100 центробежный, горизонтальный, спирального типа, с рабочим колесом двухстороннего входа, одноступенчатый, с приводом от электродвигателя.

Мощность: N=320 кВт

2.3 Прочностной расчет

Цель расчета на прочность - определение способности конструкции теплообменного аппарата сопротивляться статическим и динамическим нагрузкам, которые возникают при эксплуатации аппарата и обусловлены как его конструкцией, так и режимом его работы [4]. Расчет на прочность элементов конструкции теплообменного аппарата может выполниться как конструкторский и как поверочный. При конструкторском расчете определяются основные размеры аппарата, удовлетворяющие условиям прочности.

Расчет на прочность может выполняться по предельным напряжениям или по предельным нагрузкам. Расчет по предельным нагрузкам применяется для аппаратов, выполненных из пластичных материалов, таких как малоуглеродистые стали, медь и ее сплавы и т.д. В этом случае за опасное значение принимается величина напряжения, вызывающего общую пластическую деформацию всего нагруженного узла. Расчет по предельным напряжениям производится для аппаратов, выполненных из хрупких материалов (например, закаленной стали), разрушение которых наступает без заметных пластических деформаций. В расчете по предельным напряжениям пределом несущей способности конструкции является достижение в любом сечении конструкции предела текучести.

Расчеты теплообменных аппаратов на прочность должны производиться в соответствии с требованиями нормативных документов. За расчетную температуру, по которой определяются физико-механические характеристики материалов и допускаемые напряжения в отдельных узлах аппарата, принимается наибольшее значение температуры протекающего в аппарате теплоносителя. Расчетное давление принимается равным наибольшему давлению теплоносителя с учетом давления срабатывания предохранительных клапанов на соответствующих подводящих трубопроводах. Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями, за расчетное принимается либо каждое давление по отдельности, либо то, которое требует наибольшей толщины стенки, либо разница давлений между средами.

Кроме определения уровня усилий и напряжений в элементах конструкции и удовлетворяющих условиям прочности размеров этих элементов к прочностным относятся также расчеты тонкостенных оболочек на устойчивость, расчет термических напряжений от различного теплового удлинения трубок поверхности теплообмена и кожуха аппарата, а также расчет трубок на вибрацию.

Расчет на прочность производится по номинальным допускаемым напряжениям. Под номинальным допускаемым напряжением  понимается напряжение, используемое в расчетах для определения минимальной допускаемой толщины стенки и максимального допускаемого давления, в зависимости от принятых расчетных условий работы аппарата и марки стали или сплава, из которого изготовлен аппарат или его узел.

Характеристиками прочности материала являются следующие величины:

•        временное сопротивление или предел прочности при комнатной  и расчетной  температурах;

физический предел текучести  при расчетной температуре;

предел длительной прочности  при расчетной температуре.

При выборе допускаемых напряжений величины пределов прочности и текучести принимаются равными минимальным значениям, установленным в соответствующих стандартах или технических условиях для металла данной марки.

Нормативное допускаемое напряжение  определяется из условий:

,,