Файл: В.В.Назаревич Теплообменники (конструкции и расчеты).pdf

9

отдачи по формуле (3) необходимо вначале установить расходы греющей и нагреваемой воды.

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяют по формуле

где С – изобарная массовая средняя теплоемкость воды, Ср = 4,2 кДж/(кгК); t'г, tг" - температуры греющей воды соответственно на входе и выходе; tx', tx"- температуры нагреваемой воды.

ПРИМЕР. Подобрать поверхности нагрева подогревателя горячего водоснабжения, для Qr = 300 кВт и расчетных температур сетевой воды: t'г = 70 ˚C, tг" = 30 ˚C. Температуры холодной и горячей воды принять: tx' = 5 ˚C, tx" = 60 ˚C, а температуру воздуха в помещении tв = 18 ˚С.

РЕШЕНИЕ. Расчетный расход сетевой воды по формуле

(5) при tг" = 30˚C составляет

Gp.г = 3600.300/ 4,2(70-30) = 6430 кг/ч.

Расход водопроводной воды по формуле (6) равен

Gp.в.в = 3600.300/ 4,2(60-5) = 4675 кг/ч.

Задаваясь скоростью воды в межтрубном пространстве 1,0 м/с, найдем ориентировочно площадь сечения межтрубного пространства (при ρ = 1000 кг/м)

fм = 6430/ 3600.1000.1,0 = 0,00178 м2.

Из справочников выбираем нагреватель ОСТ 34-588-68 с сечением трубок fт = 0,00108 м2, межтрубного пространства fм=0,00233 м2 и эквивалентным диаметром межтрубного пространства dм = 0,0164 м2. Для этого типоразмера подогревателя скорости нагреваемой воды в трубках (Wт) и

9

10

греющей воды в межтрубном пространстве (Wм) составляют:

Wт=Gр.в.в/3600fтρв=4675/3600.0,00108.995,7=1,21 м/с;

Wм=Gp.r/3600fмρс=6430/3600.0,00233.998,1=0,78 м/с,

где ρв – плотность водопроводной воды при средней темпе-

ратуре tср = 0,5(tx' + tx") = 32,5 ˚С;

ρс – плотность сетевой воды при средней температуре tcp = 0,5(tг' + tг") = 50 ˚C.

Коэффициенты теплоотдачи от сетевой воды к поверхности трубного пучка и от внутренних стенок трубок к водопроводной воде по формуле (3) составляют:

α1=(1630+21.50–0,041.502)0,70,8/0,01640,2=4822Вт/(м2 К); α2=(1630+32,5.21–0,041.32,52)1,210.8/0,0140,2=620Вт/(м2 К),

где внутренний диаметр трубок dв = 14 мм.

При этих значениях коэффициентов теплоотдачи α1 и α2 коэффициент теплопередачи равен:

k = 1/ (1/4822 + 1/0,000011 + 1/6200) = 2632 Вт/(м2 К).

Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в подогревателе:

∆tср= (30 – 5) – (70 –60)/ 2,31.lg((30 –5)/(70 – 60)) =18,74 ˚С.

Необходимая поверхность нагрева подогревателя при

µ = 0,8:

Fп = 300.103/ 2692.18,74.0,8 = 7,6 м2.

Число секций подогревателя:

Z = Fп/ Fc = 7,6/ 1,31 = 5,8 ≈ 6 секций,

где Fc – поверхность нагрева одной секции, принимаемая из характеристик выбранного подогревателя.

10

11

6. ПЛАСТИНЧАТЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

6.1. Назначение, технические данные

Пластинчатые разборные теплообменники предназначены для теплообмена между различными жидкостями, между жидкостью и паром и применяются в качестве холодильников, подогревателей, конденсаторов в различных отраслях промышленности.

Пластинчатые разборные теплообменники – аппараты общего назначения, они предназначены для работы при избыточном давлении до 1,0 МН/м2 (10 кгс/см2) и температуре рабочей среды от –20 до +180 ˚С.

ПРИМЕЧАНИЕ. Температура регламентируется маркой резины для прокладок. Теплообменники, пластины которых изготовлены из титана, работают при избыточном давлении до 0,6 МПа (6 кгс/ см2) и температуре рабочей среды от –20

до +180˚С.

Основные параметры и технические характеристики пластинчатого теплообменника для каждого конкретного случая указывают в техническом паспорте аппарата и на чертеже общего вида. Пластинчатые разборные теплообменники собираются из унифицированных сборочных единиц и деталей и могут иметь поверхность теплообмена от 1

до 300 м2.

6.2. Устройство и работа

Пластинчатый теплообменник (рис.2,3) представляет собой горизонтальный разборный аппарат, состоящий из тонких штамповочных металлических пластин с гофрированной поверхностью, набранных на раму консольного типа, двухопорную или трехопорную. Техническая характеристика и основные параметры пластинчатых теплообменников даны в табл. 1. (приложения).

Консольная рама состоит из неподвижной и нажимной плит и стяжных болтов, закрепленных штангами.

11

12

Рис 2. Компоновка пластин в два симметричных пакета: I.-1-9 – нумерация каналов; II.-1-9 – нумерация пластин;

a – отверстие с уплотнительным резиновым кольцом; b – непросеченное место для отверстия без уплотнительного резинового кольца; c – отверстие без уплотнительного резинового кольца; d – непросеченное место для отверстия с уплотнительным резиновым кольцом

Рис. 3. Пространственная схема движения рабочих сред в однопакетном пластинчатом теплообменнике

12

13

Двухопорная рама состоит из стойки, неподвижной и нажимной плит, двух штанг, укрепленных на стойке и неподвижной плите, и двух стяжек.

Трехопорная рама состоит из центральной неподвижной плиты, по обе стороны которой расположены нажимные плиты, стойки, штанги и стяжки.

Плиты снабжены штуцерами для теплоносителей. Неподвижные плиты снабжены регулировачными винтами для выверки положения теплообменника на фундаменте.

Затяжка теплообменника осуществляется на консольных рамах при помощи стяжных болтов и гаек, на двухопорных и трехопорных – при помощи стяжек и нажимных гаек.

Пластины собираются на раме так, чтобы они были повернуты на 180˚ одна относительно другой, причем резиновые прокладки должны быть обращены в сторону нажимной плиты.

Полость между соседними плитами является каналом для прохода теплоносителя.

Группа пластин, образующих систему каналов, в которых рабочая среда движется только в одном направлении, составляет пакет.

Один или несколько пакетов, сжатых между неподвижной и нажимной плитами, называются секцией.

По углам пластины имеются отверстия, образующие в собранной секции распределительные коллекторы для теплоносителей.

Уплотнение пластин между собой осуществляется по уплотнительному пазу резиновой прокладкой.

По щелевидным каналам из соответствующих коллекторов по одну сторону каждой пластины движется горячий теплоноситель, по другую – холодный. Теплоносители движутся противотоком.

За счет гофрированной поверхности пластины поток жидкости усиленно турбулизуется. Усиленная турбулизация и тонкий слой жидкости дают возможность получить высокий коэффициент теплопередачи при сравнительно малых гидравлических сопротивлениях.

13

14

При появлении на поверхности пластин различных загрязнений аппарат можно легко и быстро разобрать, очистить и снова пустить в работу.

6.3. Расчет пластинчатого теплообменника

Методика расчета излагается на решении конкретной задачи.

ПРИМЕР. Произвести проектный расчет пластинчатого разборного аппарата для подогрева холодной воды горячей

Максимальное допустимое гидравлическое сопротивле-

14