2.5. Компоновочный расчет

Конкретный вид зависимостей, которыми пользуются при выполне­ний компоновочного расчета, определяется типом теплообменного ап­парата и его конструктивными особенностями.

При расчете кожухотрубчатых аппаратов с цилиндрическим кожу­хом исходными данными являются: площадь поверхности теплообме­на, внутренний, наружный диаметры и. длина труб (F, d_B, d_н, L, ГОСТ 9929-77), расходы G₁ G₂ и скорости теплоносителей w₁, w₂. Иско­мые величины – количество труб и и их размещение в пучке, внутрен­ний диаметр корпуса аппарата D_B, число ходов в трубном пучке z_т и межтрубном пространстве z_Mt, расположение и размеры штуцеров d_ш.

Количество труб определяют по формуле

, (2.39)

где i=1 или 2 в зависимости от того, какой из теплоносителей прохо­дит по трубам;, d_cP– средний диаметр трубы.

Трубы в трубных решетках обычно размещают по сторонам шести­угольников (т. е. по вершинам ромбов или треугольников) и по кон­центрическим окружностям (рис. 2.17).

При размещении по. сторонам шестиугольников количество труб равно

, (2.40)

где а – порядковый номер шестиугольника, считая от центра, а=, a количество труб на диагонали шестиугольника b=2а+1.

Рис. 2.17. Схемы расположения труб в трубном пучке:

а –по сторонам шестиугольников; б –по концентрическим окружностям; в–коридорный пучок; г –шахматный пучок; с – пучок Жинабо; е – пучок с неравномерным поперечным шагом

Расстояние между осями труб выбирают по наружному диаметру трубы s=( 1,2÷l,4)d_H, но не менее s=d_н+6 мм. Общее количество труб должно быть таким, чтобы а. и b были целыми числами. При а> >b желательно заполнять трубами сегменты между краем активной площади, трубной решетки и сторонами наружного шестиугольника.

При размещении труб по концентрическим окружностям шаг между трубами и окружностями стремятся выдержать равным s. Тогда ра­диусы окружностей будут r₁=s; r₂=2s; r₃=3s и т. д., а число труб равно

, (2.41)

где i – порядковый номер окружности. Внутренний диаметр корпуса аппарата: одноходового

или , (2.42)

Многоходового

(2.43)

где η – коэффициент заполнения трубной решетки, равный отношению площади, занятой трубами, к полной площади решетки в сечении аппа­рата. Обычно η лежит в пределах 0,6–0,8.

Расчетное значение D_B теплообменника округляют до ближайшего, рекомендуемого стандартом или нормалями (например, ГОСТ 9929-82, 13202-77, 13203-77).

Число ходов теплоносителя, движущегося по трубам,

, (2.44)

Количество ходов в межтрубном пространстве

, (2.45)

где f_мт – площадь живого сечения межтрубного пространства, выбор формул для расчета которого зависит от типа применяемых перегородок продольные, поперечные, кольцевые или сегментные) (рис. 2.2). Их устанавли­вают так, чтобы скорость движения тепло­носителя оставалась на всем его пути при­мерно постоянной. Формулы для расчета f_мт можно, составить, руководствуясь гео­метрическими представлениями или реко­мендациями [7, 95].

Для нагревания различных сред дымо­выми газами применяют теплообменники с коридорным или шахматным расположени­ем труб (рис. 2.17). Дымовые газы омыва­ют пучок в поперечном направлении, совер­шая один или несколько ходов. Кожух та­ких теплообменников делают прямоуголь­ным с камерами для разворота потока газов.

Рис. 2.18. Схема построения спиралей

В шахматных пучках теплообмен протекает более интенсивно. Для снижения аэродинамического сопротивления применяют также пучки с неравномерным поперечным шагом (рис. 2.17,е).

При компоновочном расчете пластинчатых теплообменников из теп­лового расчета должны быть известны: общая площадь поверхности теплообмена F, расходы G₁ G₂ и скорости теплоносителей w₁,.w₂ тип и поперечные размеры каналов, т. е. b – ширина и h – высота попереч­ного сечения канала, шаг l₀, высота h_n и ширина а профиля пластины и т. д. Искомыми величинами являются: длина каналов L, их количе­ство или количество пластин п, а также число секций z теплообменни­ков, включаемых последовательно или параллельно по каждому из теплоносителей.

Размеры поверхности пластинчатого теплообменника с размерами пластин связаны соотношением

, (2.46)

где z=G/(pwbh). Если пластины гофрированные, то L – полная или развернутая длина пластины.

Условный (внутренний) диаметр штуцера рассчитывают по уравне­нию неразрывности, из которого следует

. (2.56)

При этом скорость теплоносителей в штуцере обычно принимают примерно равной скорости в трубах или в межтрубном пространстве (см. табл. 1.3). Расчетный диаметр d_ш округляют до ближайшего нор­мализованного размера в соответствии с нормалями НИИХиммаш и ГОСТ 12815-80, а также с учетом диаметров подводящих и отводящих; теплоносители трубопроводов.