Расчет аппарата воздушного охлаждения

                              q_ср = 0,5 (q₁ + q₂),      (2.17) 

q_ср = 0,5(12550+12360)=12455 Вт/м². 

F₁ = Q/q_ср,     (2.18) 

F₁ = 2,842*10⁹/(12455*3600) = 63,4 м².

Расчет коэффициента теплоотдачи: 
 

     ,     (2.19) 

      
 
 

     2.4 Определение  коэффициента теплоотдачи  при охлаждении конденсата

     Коэффициент теплоотдачи на участке охлаждения зависит от режима движения продукта. Для развитого турбулентного режима движения коэффициент теплоотдачи рассчитывают по формуле: 

         (2.20) 

    Для предварительно выбранного аппарата число  труб одного хода составляет n. Необходимо проверить режим движения продукта по трубам. 

    При объемном расходе: 

     ,     (2.21) 

     (м³/с). 

    Скорость  движения продукта в трубах будет  равной: 

     ,    (2.22) 

     (м/с). 

    Рекомендуемое значение скорости движения жидкости в трубопроводах 

0,2 ¸ 0,6 м/с.

    Критерии  Рейнольдса и Прандтля определяются по формулам: 

     ,     (2.23) 

      

     ,     (2.24) 

      

    

    Коэффициент теплопередачи в зоне охлаждения, отнесенный к наружной поверхности  условно неоребренной трубы, рассчитывается по уравнению: 

     ,   (2.25)

    

    Площадь поверхности теплообмена в зоне охлаждения составит: 

      ,     (2.26) 

    где Dt_ср – средняя разность температур на участке охлаждения.  

     ,     (2.27) 

    где – большая и меньшая разности температур на концах поверхности теплообмена.

    ∆t_м =t₂-t₃=114-22,4= 91,6

    ∆t_б =t₁-t₄=170-60=110 

       ˚С; 

     (м²).

    Суммарная площадь поверхности теплообмена  по гладкой поверхности теплоообмена (по гладкой поверхности трубы  у основания ребер) будет равна: 

    F = F₁ + F₂,      (2.28) 

F=63,4+245,4=308,8 (м²) 

(м²). 

    По  уточненному расчету проверить  правильность предварительного выбранного аппарата. Определить запас поверхности  теплообмена: 

     ,     (2.29) 

      

    Данный  аппарат подходит, т.к. Ψ=57% .  

    3. Аэродинамический расчет. 

    3.1 Расчет аэродинамического сопротивления  пучка труб 

    Аэродинамическое  сопротивление пучка труб определяется по формуле: 

     ,     (3.1) 

где ρ_в – плотность воздуха при его начальной температуре, кг/м³;

W_уз – скорость воздуха в узком сечении трубного пучка, м/с;

n_в – число горизонтальных рядов труб в пучке (по вертикали);

d_н = 0,028 м – наружный диаметр трубы;

S_р = 0,0035 м – шаг ребер. 

      

    Рисунок 3.1 – Оребренная биметаллическая  труба 

    Критерий  Рейнольдса, отнесенный к диаметру труб d_н, определяется по формуле:

     ,      (3.2) 

    где ν_ср – кинематическая вязкость воздуха при средней температуре воздуха, м²/с. 

     (м/с); 

     ; 

      Па. 

    3.2 Расчет мощности электродвигателя  к вентилятору 

    Мощность, потребляемая вентилятором, находится  по формуле: 

     ,      (3.3) 

    где η – к.п.д. вентилятора, принимается  в пределах η = 0,62-0,65. 

      кВт. 

    При подборе электродвигателя расчетную  мощность следует увеличить на 10 % для обеспечения пуска двигателя. Поэтому действительная мощность двигателя: 

    N_э.д.=1,1ּN,      (3.4) 

    N_э.д.=1,1ּ0,4=0,45 кВт.

    По  рассчитанным параметрам подбираем  два вентилятора ГАЦ-27-3.

    По  расчетам подобран аппарат воздушного охлаждения: 

    АВГ-9-0,2-Б1-6/4-4-8 УХЛ1 

    Данным  условиям соответствует вентилятор АВО  ГАЦ-27-2

    Таблица 3.1 – технические характеристики вентилятора ГАЦ – 27 – 2

     

    АВО горизонтального типа с коэффициентом  оребрения теплообменных труб 9, условным давлением 0,2Мпа, материальным исполнением секции Б1, мощность электродвигателя 0,4 кВт, с числом рядов труб 4, с  числом ходов 4, с длиной труб 8,  климатическое  исполнение в соответствии с ГОСТ 14150. 

    4 Расчет  на прочность 

    4.1. Определение размеров крышки  и трубной решетки секции. 

    Длина и ширина крышки и решетки определяются исходя из количества труб в горизонтальном и вертикальном рядах секции.

    Количество  труб в горизонтальном ряду: 

         (4.1) 

      

    Количество  труб в вертикальном ряду: 

    Z₂=число рядов труб     (4.2)

    z₂=4.

    Шаг между трубами в горизонтальном ряду для АВО с коэффициентом  оребрения φ=9 равен t₁=52 мм.

    Шаг между трубами в вертикальном ряду определяется по формуле: 

      ,     (4.3) 

     (мм). 

    Таким образом, шаг между трубами в  вертикальном ряду для АВО с коэффициентом  оребрения φ=9 t₂=45 мм.

    Эскиз крышки и трубной решетки секции аппарата воздушного охлаждения приведен на рисунке 4.1.

    

 

    Рисунок 4.1 – Камера аппарата воздушного охлаждения разъемной конструкции 

    Ширина  B₁ определяется по формуле: 

     ,      (4.4) 

    В₁=4∙45=180 (мм). 

    Длина L₁ определяется по формуле: 

     ,     (4.5) 

    L₁=24 ∙52=1248 (мм). 

    Ширину  прокладки примем равной b_p = 25 мм.

    Наружный  размер прокладки в поперечном направлении: 

     ,     (4.6) 

    B₂=180+2∙25=230 (мм). 

    Наружный  размер прокладки в продольном направлении: 

     ,     (4.7) 

    L₂=1248+2∙25=1298 (мм). 

    Крепление крышки и трубной решетки производится болтами М20 при номинальном давлении до 2,5 МПа, соответственно задается диаметр  отверстия под болтовое соединение. Под соединение болтами М20 диаметр  отверстия d=22 мм.

    Расстояние  между осями болтов в поперечном направлении: 

     ,     (4.8) 

    В₃=230+2∙22=274 (мм). 

    Наружный  размер трубной решетки и крышки в поперечном направлении: 

     ,    (4.9) 

    В₄=274+2∙22=318 (мм). 

    Высоту  камеры принять равной одной трети  наружного размера трубной решетки:  

      ,     (4.10) 

     (мм). 

    Также для расчета понадобятся:

• расчетное давление P=0,2 МПа;
• пробное давление

 

     (4.11) 

• расчетная температура t=170 °С;
• коэффициент прочности сварного шва j = 1;
• прибавка для компенсации коррозии и эрозии С₁ = 2 мм;
• прибавка для компенсации минусового допуска С₂ =0,1 мм;
• прибавка технологическая С₃ = 0;
• сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, мм: С = 2 + 0,1 + 0 = 2,1 (мм).

- материал решетки сталь 09Г2С, допускаемое напряжение при рабочей температуре [s] _р =168,6 МПа:

• материал крышки сталь 20Л, допускаемое напряжение при рабочей температуре [s]_k=135 МПа;
• материал болтов сталь 40, допускаемое напряжение при рабочей температуре [s]_k=121,8 МПа.

      МПа. 

     4.2 Определение расчетного болтового  усилия и проверка на прочность  болтов. 

    Расчетное усилие в болтах в условиях эксплуатации определяется по формуле: 

, (4.12) 

    где m – прокладочный коэффициент, для  прокладки из паронита m = 2,5. 

(МПа/м²).

    Расчетное усилие в болтах в условиях испытания  или монтажа определяется из условия: