Тепловой и конструктивный расчет секционного водо-водяного подогревателя теплосети
2.1 Конструктивный расчет
Определяем среднюю температуру греющей воды:
t1 + t1 130 +120
t1ср = ------------ = ---------------- = 125 С.
2 2
По температуре t1ср=125 С (таблица 1) находим:
Плотность воды: 1 = 940 кг/м 3;
Удельная теплоемкость воды: Ср1 = 4,258 *10 3 Дж / кг*К;
Коэффициент теплопроводности воды: 1ж = 0,686 Вт /м * К;
Коэффициент кинематической вязкости: 1ж = 0,243 * 10 -6 м2 /с;
Критерий Прандтля при средней температуре теплоносителя: Рr1ж = 1,42;
Коэффициент температуропроводности: а1ж = 1,715 * 10 -7 м2 /с.
Определяем средний объемный расход греющей воды, протекающей в межтрубном пространстве:
Q 0.44 * 10 6
V1 = -------------------------- = -------------------------------------- = 0,202 м3/с.
C р1 (t1 - t1 ) 1 * 4,258*10 3 *(130-120)*940*0,9
Определяем среднюю температуру нагреваемой воды:
t2 + t2 65 + 100
t2ср = ------------ = ---------------- = 82.5 С .
2 2
Определяем средний объемный расход нагреваемой жидкости:
Q 0.44 * 10 6
V2 = -------------------------- = ------------------------------------- = 0,0029 м3/с.
C р2 ( t 2 - t2 )* 2 4,195*10 3 *(100-65)*988
Определяем суммарную площадь поперечного сечения трубок в секциях:
V2 0,0029
= ------ = ---------- = 0,0019 м 2 , где
2 1,5
площадь поперечного сечения трубок в секции, м2;
2 - скорость течения жидкости в трубках, м/с.
2 = 1,5 м/с.
Определяем количество трубок в секции:
4 4 * 0,0019
nт = ---------- = ------------------------ = 9 шт.
*d2 вн 3,14 *( 0,016) 2
По таблице 2 нам близка величина nт = 19 шт., что соответствует относительно диаметра:
D / S = 4, где
- шаг между трубками, м;
- диаметр трубной решетки, м.
Принимаем шаг по радиусу из практики, равный
S = 1,4 * dн = 1,4 * 0,018 = 0,0252 м.
D = 12/4*S=12/4*0,0252=0,076 м.
Определяем внутренний диаметр корпуса аппарата:
Определяем внутренний диаметр корпуса:
Dвн =D + dн + 2* k = 0,076+0,018+2*0,008 = 0,1096 м,
Определение площади поперечного сечения корпуса:
*D 2вн 3,14 * (0,076)2
Fk = ---------- = -------------------- = 0,014 м 2
4 4
Определение площади, занятой трубками:
= * d2 н * nт = 3,14 * (0,018) 2 * 19
---------------- ----------------------- = 0,005 м2
4 4
Определение площади межтрубного пространства:
мт = Fk - = 0.014-0.005= 0.009 м 2.
Определяем скорость воды в межтрубном пространстве:
V1
1 = --------- = 0,012 / 0,009 = 1.33 м / с.
мт
Таким образом, на основе полученных размеров теплообменного аппарата произведем тепловой расчет с определением поверхности нагрева и количества секций.
Данные подогревателя типа ВВПЛ - 100, состоящего из одной секции:
- наружный диаметр корпуса Dн = 114 мм;
- внутренний диаметр корпуса Dвн = 106 мм;
- число трубок в секции n = 19 шт.;
- удельная поверхность нагрева Fу = 0.92 м2/м;
- поверхность нагрева одной секции нормальной длины F = 3.7м2;
- площадь живого сечения межтрубного пространства fМТ = 0,005м2;
- отношение площади межтрубного пространства к площади трубок
fМ / fТ = 1.58
Основные размеры:
d н = 89 мм
d н1 = 89 мм
L3 = 4568 мм
Н = 300 мм
Вес одной секции с калачом = 100 кг.
Приложение 1
Таблица 1. Физические параметры воды на линии насыщения.
t oC |
p,бар |
Cp.10-3Дж/(кг*К) |
л, Вт/(м*К) |
а.107,м2/с |
м.105Н.с/м2 |
v.106;м2/с |
Рr |
|
0 |
0,0060 |
4,212 |
0,551 |
1,300 |
178,8 |
1,789 |
13,67 |
|
10 |
0,0122 |
4,191 |
0,575 |
1,370 |
130,5 |
1,306 |
9,52 |
|
20 |
0,0233 |
4,183 |
0,599 |
1,430 |
100,4 |
1,006 |
7,02 |
|
30 |
0,042 |
4,174 |
0,618 |
1,490 |
80,1 |
0,805 |
5,42 |
|
40 |
0,0730 |
4,174 |
0,634 |
1,530 |
65,3 4 |
0,659 |
4,31 |
|
50 |
0,1233 |
4,174 |
0,648 |
1,570 |
54,9 |
0,556 |
3,54 |
|
60 |
0,1992 |
4,178 |
0,659 |
1,600 |
47,0 |
0,478 |
2,98 |
|
70 |
0,3116 |
4,187 |
0,668 |
1,630 |
40,6 |
0,415 |
2,55 |
|
80 |
0,4736 |
4,195 |
0,675 |
1,650 |
35,5 |
0,365 |
2,21 |
|
90 |
0,7011 |
4,208 |
0,680 |
1,670 |
31,5 |
0,3261 |
1,95 |
|
100 |
1,0132 |
4,220 |
0,683 |
1,680 |
28,2 |
0,295 |
1,75 |
|
110 |
1,4527 |
4,233 |
0,685 |
1,700 |
25,9 |
0,272 |
1,60 |
|
120 |
1,9854 |
4,250г-«"*»***?*ге^ |
0,686 |
1,710 |
23,7 |
0,252 |
1,47 |
|
130 |
2,7011 |
4,266 |
0,686 |
1,720 |
21,8 |
0,233 |
1,36 |
|
140 |
3,614 |
4,287 |
0,685 |
1,735 |
20,1 |
0,217 |
1,26 |
|
150 |
4,760 |
4,312 |
0,684 |
1,727 |
18,6 |
0,203 |
1,17 |
|
160 |
6,180 |
4,346 |
0,686 |
1,730 |
17,4 |
0,191 |
1,10 |
|
170 |
7,920 |
4,379 |
0,679 |
1,727 |
16,3 |
0,181 |
1,05 |
|
180 |
10,027 |
4,417 |
0,675 |
1,720 |
15,3 |
0,173 |
1,00 |
|
190 |
12,553 |
4,459 |
0,670 |
1,710 |
14,4 |
0,165 |
0,96 |
|
200 |
15,550 |
4,505 |
0,663 |
1,700 |
13,6 |
0,158 |
0,93 |
|
220 |
23,202 |
4,614 |
0,645 |
1,660 |
12,5 |
0,148 |
0,89 |
|
240 |
33,480 |
4,756 |
0,628 |
1,622 |
11,5 |
0,141 |
0,87 |
|
260 |
46,940 |
4,949 |
0,605 |
1,558 |
10,6 |
0,135 |
0,87 |
|
280 |
64,19 |
5,14 |
0,575 |
1,463 |
9,8 |
0,131 |
0,90 |
|
300 |
85,92 |
5,736 |
0,510 |
1,319 |
9,5 |
0,128 |
0,97 |
|
320 |
112,90 |
6,473 |
0,506 |
1,152 |
8,5 |
0,128 |
1,11 |
|
340 |
116,08 |
8,163 |
0,457 |
0,916 |
7,7 |
0,127 |
1,39 |
|
360 |
186,74 |
13,984 |
0,393 |
0,536 |
6,7 |
0,126 |
2,35 |
Таблица 2. Значение относительного диаметра трубной решетки D / S в зависимости от числа трубок при ромбическом (n1) и концентрическом (n2) размещении.
D / S |
n1 |
n2 |
D / S |
n1 |
n2 |
|
2 |
7 |
7 |
22 |
439 |
410 |
|
4 |
19 |
19 |
24 |
517 |
485 |
|
6 |
37 |
37 |
26 |
613 |
566 |
|
8 |
61 |
62 |
28 |
721 |
653 |
|
10 |
91 |
93 |
30 |
823 |
747 |
|
12 |
127 |
130 |
32 |
931 |
847 |
|
14 |
187 |
173 |
34 |
1045 |
953 |
|
16 |
241 |
223 |
36 |
1165 |
1066 |
|
18 |
301 |
179 |
38 |
1306 |
1185 |
|
20 |
367 |
341 |
40 |
1459 |
1310 |
Таблица 3. Значение коэффициента А в формуле (1).
Температура t, С |
А |
Температура t, С |
А |
|||
Для воды |
Для воздуха |
Для воды |
Для воздуха |
|||
20 |
2000 |
3,3 |
110 |
3400 |
2,88 |
|
30 |
2100 |
3,24 |
120 |
3500 |
2,80 |
|
40 |
2400 |
3,21 |
130 |
3600 |
2,78 |
|
50 |
2600 |
3,14 |
140 |
3780 |
2,77 |
|
60 |
2700 |
3,11 |
150 |
3850 |
2,75 |
|
70 |
2850 |
3,06 |
160 |
3920 |
2,73 |
|
80 |
3000 |
3,02 |
170 |
4000 |
2,67 |
|
90 |
3100 |
3,01 |
180 |
4100 |
2,64 |
|
100 |
3300 |
2,90 |
Таблица 4. Основные данные о водо-водяных подогревателях для городского водоснабжения.
Наименование |
Обозначение подогревателя |
||||||||
ВВПЛ-50 |
ВВПЛ-60 |
ВВПЛ-80 |
ВВПЛ-100 |
ВВПЛ-150 |
ВВПЛ-200 |
ВВПЛ-250 |
ВВПЛ-300 |
||
Наружный диаметр корпуса Dн, mm |
57 |
70 |
89 |
114 |
168 |
219 |
273 |
325 |
|
Внутренний диаметр корпуса Dв, mm |
50 |
63 |
82 |
106 |
156 |
207 |
259 |
309 |
|
Число трубок в секции n, шт. |
4 |
7 |
12 |
19 |
37 |
69 |
109 |
151 |
|
Удельная поверхность нагрева Fy, m2/m |
0,193 |
0,34 |
0,58 |
0,92 |
1,78 |
3,33 |
5,25 |
7,28 |
|
Поверхность нагрева одной секции нормальной длинны F, m2 |
0,77 |
1,36 |
2,3 |
3,7 |
7,1 |
1 3,3 |
21 |
29,1 |
|
Площадь живого сечения межтрубного пространства одной секции, fmt, m2 |
0,00116 |
0,00173 |
0,00297 |
0,005 |
0,0122 |
0,0198 |
0,0308 |
0,0446 |
|
Отношение площади межтрубного пространства к площади трубок, fm/ft |
1,76 |
1,5 |
1,5 |
1,58 |
2 |
1,75 |
1,72 |
1,78 |
|
Основные размеры, мм |
|||||||||
dh |
45 |
57 |
70 |
89 |
133 |
168 |
219 |
273 |
|
dh1 |
45 |
57 |
70 |
89 |
114 |
168 |
219 |
219 |
|
L3 |
4409 |
4464 |
4503 |
4568 |
4722 |
4917 |
5075 |
5277 |
|
Н |
200 |
240 |
260 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
|
Вес одной секции с калачом, кг. |
43 |
54 |
77 |
100 |
201 |
327 |
492 |
680 |
Примечание. Трубки латунные диаметром (внутренний / наружный) 14,5/16мм. Нормальная длина секции 4080 мм.