Курсовая работа (т): Проект водонагревательной установки непрерывного действия

Также пластинчатый теплообменник более удобен в эксплуатации и транспортировки, из-за небольших габаритов. Длина канала пластинчатого теплообменника L=1,01 м и площадь поверхности теплообмена F=200 м2 меньше, чем у кожухотрубчатого H=4 м и F=286 м2.

Таблица 1 - Сравнительный анализ теплообменников

7. Гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника и выбор насосов

Расчет гидравлического сопротивления необходим для определения затрат энергии на перемещение жидкостей и газов и подбора насосов, используемых для перемещения. Гидравлическое сопротивление обусловлено сопротивлением трения и местными сопротивленьями, возникающими при изменениях скорости потока по величине или направлению. Потери давления и напора на преодоление сопротивлений трения и местных сопротивлений определяются по формулам из [4]:

Схема подключения теплообменника изображена на рис. 4.

Рисунок 4 - Схема подключения теплообменника: 1 - теплообменник; 2 - заборный бак; 3 - конденсатоотводчик; 4 - обратный клапан; 5 - насос

Гидравлический расчет кожухотрубчатого теплообменника

Гидравлическое сопротивление в трубном пространстве из [4]

где  - скорость жидкости в трубах из п.5; L и dэк - длина и эквивалентный диаметр трубопровода; - сумма коэффициентов местных сопротивлений в трубном пространстве.

Коэффициент трения при (критерий Рейнольдса ) можно определить по формуле из [4]

где е=Δ/d - относительная шероховатость труб; Δ=0,2 мм - высота выступов шероховатостей.

Диаметр условного прохода штуцеров в распределительной камере  табл. 2.6 из [4]. Скорость в штуцерах

В трубном пространстве учитываются следующие коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве:

 - входная и выходная камеры;

 - поворот между ходами;

 - вход в трубы и выход из них.

Окончательная формула определения гидравлического сопротивления в трубном пространстве из [4]

Гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве из [4]

где m - число рядов труб, омываемых теплоносителем в межтрубном пространстве; x=10 - число сегментных перегородок (табл. 2.7 из [4]);  - скорость жидкости в межтрубном пространстве.

Площадь в наиболее узком сечении межтрубного пространства равна . Скорость жидкости в межтрубном пространстве

.

Диаметр условного прохода штуцеров для межтрубного пространства  табл. 2.6 из [4]. Скорость в штуцерах

Число Рейнольдса для межтрубного пространства

В межтрубном пространстве учитываются следующие коэффициенты местных сопротивлений потоку, движущемуся в трубном пространстве:

 - вход и выход жидкости;

 - поворот через сегментную перегородку;

 - сопротивление пучка труб.

Окончательная формула определения потерь давления в межтрубном пространстве

Гидравлический расчет трубопровода нагреваемого теплоносителя

Общие потери напора определяются формулой из [4]

где  - потери напора во всасывающей линии;  - потери напора в нагнетательной линии;  - гидравлическое сопротивление в межтрубном пространстве.

Потери напора во всасывающей линии по [4]

где  - коэффициент трения;  - длина трубопровода;  - эквивалентный диаметр трубопровода;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Относительная шероховатость

Определение потерь на трения и местные сопротивления. Критерий Ренольдса

т.е. режим течения турбулентный. В турбулентном потоке различают три зоны: <в нашем случае зона смешанного трения. Коэффициент трения определяется по формуле из [4]

.

Значения коэффициентов местных сопротивлений теплообменника:

 - для входа в трубу с острыми краями;

 - для выхода из трубы.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

.

Окончательная формула определения потери напора во всасывающей линии

Потери напора в нагнетательной линии из [4]

где  - коэффициент трения;  - длина трубопровода;  - эквивалентный диаметр трубопровода;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

На практике при перекачивании насосами скорость воды в трубах рекомендуется принимать . Диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле из [4]

где V2 =Q2= G2/ρ2=40/962=0,042 м3/с.

Относительная шероховатость

Определение потерь на трения и местные сопротивления. Критерий Ренольдса

т.е. режим течения турбулентный. В турбулентном потоке различают три зоны:     в нашем случае зона автомодельная по отношению к Re. Коэффициента трения определяется по формуле из [4]

Значения коэффициентов местных сопротивлений трубопровода

 - обратный клапан;

 - вход в трубу;

 - выход из трубы.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

Окончательная формула определения потери напора в нагнетательной линии

Общие потери напора

Находим потребный напор насоса из [4]

,

где p1 и р2 - давление в аппарате, из которого перекачивается нагреваемая вода и давление в аппарате, в который подается нагреваемая вода (принимаем p1=0,1МПа (атмосферное); p2=0,4761 МПа при t2к=150 оС); Нг=zH+hк=2∙4+0,4 = =8,4 м - геометрическая высота подъема жидкости, зависящая от высоты аппарата, где hк - высота соединения трубопровода конденсата.

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезную мощность насоса определим по формуле [4]

.

Принимаем  и  (для центробежного насоса средней производительности), найдем мощность на валу двигателя из [4]

.

По табл. 1 приложения 1.1 из [4] устанавливаем, что заданную подачу и напор будет обеспечивать центробежный насос марки Х280/72, для которого при оптимальных условиях работы , Н=62 м вод.ст., ηн=0,7. Насос обеспечен электродвигателем АО-102-4 номинальной мощностью Nн=160 кВт. Частота вращения вала n=24,15 с-1.

Запас напора на кавитацию

.

Устанавливая насос в технологической схеме, следует учитывать, что высота всасывания не должна превышать следующее значение

где рt=7,384·103Па - давление насыщенного пара перекачиваемой нагреваемой воды при температуре t2н=40 оС;  м/с - скорость нагреваемой воды во всасывающем патрубке насоса;  - потеря напора во всасывающей линии;  - запас напора на кавитацию.

Таким образом, расположение насоса возможно на высоте  над уровнем воды в емкости.

Гидравлический расчет трубопровода конденсата

Потери напора в трубопроводе из [4]

где  - коэффициент трения;  - длина трубопровода;  - эквивалентный диаметр трубопровода;  - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

На практике при перекачивании насосами скорость конденсата в трубах рекомендуется принимать . Диаметр трубопровода круглого сечения рассчитывают по формуле

где Q1=V1= G1/ρ1=9,449/902,35=0,01 м3/с.

Относительная шероховатость трубопровода

.

Определение потерь на трения и местные сопротивления. Критерий Ренольдса

т.е. режим течения турбулентный. В турбулентном потоке различают три зоны: в нашем случае зона автомодельная по отношению к Re. Коэффициент трения определяется по формуле из [4]

Значения коэффициентов местных сопротивлений трубопровода:

 - в прямоточных вентилях;

 - для входа в трубу;

 - для выхода из трубы.

Суммарный коэффициент местных сопротивлений

Окончательная формула определения потери напора в трубопроводе

Общие потери напора

Находим потребный напор насоса из [4]

,

где p1 и р2 - давление в аппарате, из которого перекачивается конденсат и давление в аппарате, в который подается конденсат (принимаем p1=0,7 МПа; p2=0,7МПа); Нг = zH+hк=2·4 + 0,4 = 8,4 м вод.ст. - геометрическая высота подъема жидкости, зависящая от высоты аппарата, где hк - высота соединения трубопровода конденсата.

Такой напор при заданной производительности обеспечивается одноступенчатыми центробежными насосами, выбираем для последующего рассмотрения именно эти насосы.

Полезную мощность насоса определим по формуле из [4]

.