Введение. Методические указания и справочные материалы

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМННОГО

АППАРАТА

Методические указания и справочные материалы

Учебно-методическое пособие

Для студентов специальности 170401

Издательство Московского государственного университета леса

Москва – 2007

6Л2 Левин А.Б., Хроменко А.В.. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕПЛООБМННОГО АППАРАТА. Методические указания и справочные материалы

: Учебно-методическое пособие для студентов специальности 170401.– М.: МГУЛ, 2007. – 111 с.

Разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО для направления подготовки дипломированного специалиста 651600 – “Технологические машины и оборудование”, утвержденной МО РФ в 2000 г.

Кафедра теплотехники

Авторы: Андрей Борисович Левин, профессор;

Андрей Владимирович Хроменко, доцент

УЛевин А.Б., Хроменко А.В.., 2007

УМосковский государственный университет леса, 2007

Лицензия ЛР № 020718 от 02.02.1998 г.

Лицензия ПД № 00326 от 14.02.2000 г.

141005. Мытищи-5. Московская обл., 1-я Институтская, 1, МГУЛ.

Телефоны: (095) 588-57-62, 588-53-48, 588-54-15. Факс: 588-51-09.

Е-mail: izdat@mgul.ac.ru

Введение

Теплообменные аппараты широко распространены в современной технике и имеют многообразное назначение. Они используются как самостоятельные агрегаты или как важные элементы сложных технологических установок в энергетике, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей, химической, нефтяной, пищевой и других отраслях промышленности.

Вместе с тем все они должны отвечать определенным требованиям, которые являются исходными при проектировании аппаратов. К этим требованиям относятся: экономичность; обеспечение заданных технологических условий процесса; простота конструкции; надежность в работе; удобство монтажа; доступность и быстрота ремонта; соответствие правилам охраны труда и государственным стандартам.

Эффективность теплообменных аппаратов определяется многими факторами, в первую очередь интенсивностью теплообмена, высокой теплопроводностью материала стенки поверхности теплообмена, своевременной продувкой и очисткой внутренних пространств аппарата.

Строгое соблюдение действующих стандартов, технических условий и норм при проектировании удешевляет конструирование, изготовление, транспортирование и эксплуатацию теплообменных аппаратов.

Максимально полное выполнение этих требований составляет основу рационального конструирования теплообменных аппаратов.

В настоящем пособии содержатся основные сведения и методические указания, необходимые при проектировании рекуперативных теплообменных аппаратов, охватывающие вопросы конструктивного, теплового расчета, гидравлического расчета и расчета на прочность основных элементов и узлов.

Пособие предназначено для курсового проектирования студентов специальности 1704 «Машины и оборудование лесного комплекса» при изучении курсов “Теплотехника” и “Теплоснабжение”.

1. Назначение и классификация теплообменных аппаратов

Теплообменным аппаратом называется устройство, предназначенное для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

По принципу действия различаю теплообменники поверхностные и контактные. Поверхностные, в свою очередь, могут быть рекуперативными и регенеративными. В рекуперативных теплообменниках греющий и нагреваемый теплоносители движутся одновременно, и теплота передается от одного другому через разделяющую их стенку. В регенеративных теплообменниках одна и та же поверхность то нагревается, то охлаждается теплоносителями. В контактных теплообменниках теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении греющего и нагреваемого теплоносителей, например, при смешении.

По конструктивному оформлению рекуперативные теплообменные аппараты можно разделить на трубчатые, выполненные из гладких или оребренных труб, и пластинчатые, выполненные из плоских штампованных листов различного профиля. Трубчатые теплообменные аппараты подразделяются на теплообменные аппараты типа “труба в трубе” и кожухотрубчатые.

В качестве теплоносителей в теплообменниках могут быть использованы: вода, воздух, водяной пар, дымовые газы, а также высокотемпературные теплоносители.

Такие достоинства воды как высокая теплоемкость, высокий коэффициент теплоотдачи и доступность, способствуют широкому применению ее в качестве как нагреваемого, так и греющего теплоносителя. Воздух используется в основном как нагреваемый теплоноситель.

В качестве греющих теплоносителей широкое применение нашли водяной пар, дымовые газы и высококипящие органические теплоносители (ВОТ).

Для нагревания до 150…170°С наиболее удобен водяной пар. Водяной пар обладает следующими преимуществами: большой теплотой парообразования, высоким коэффициентом теплоотдачи, постоянством температуры при конденсации и удобством транспортирования по трубопроводам без перекачивающих устройств.

Для нагревания до температур выше 170 °С применяют вещества с высокой температурой кипения при атмосферном давлении.

Дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива, применяются для нагрева до высоких температур (700° и более). Однако низкий коэффициент теплоотдачи, малая удельная теплоемкость и трудность регулирования расхода ограничивают применение газообразных продуктов сгорания в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах.

Кожухотрубчатые теплообменники (рис. 1) в настоящее время являются самыми распространенными аппаратами в промышленности.

Они состоят из кожуха (обечайки) и пучка труб, герметично укрепленных в трубных решетках. Большое количество труб в пучке позволяет получить теплообменники с большой теплопередающей поверхностью (до нескольких тысяч квадратных метров).

У паровых нагревателей (конденсаторов) нагреваемая жидкость движется внутри труб, а пар, поступающий в межтрубное пространство, конденсируется на наружной поверхности труб. Если оба теплоносителя капельные жидкости (например, вода-вода) внутрь труб подают греющую

Рис. 1. Пароводяной теплообменный аппарат

жидкость, а в межтрубное пространство нагреваемую. Такое распределение теплоносителей способствует уменьшению тепловых потерь в окружающую среду.

Кожух теплообменника представляет собой цилиндр, сваренный из одного или нескольких листов (обычно стальных). Толщина стенки кожуха определяется максимальным давлением рабочей среды и диаметром аппарата, но не выполняется по конструктивным соображениям тоньше 4 мм. К торцам кожуха приварены фланцы для соединения с крышками. Трубчатый пучок кожухотрубчатых аппаратов изготовляют из прямых или изогнутых труб наружным диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные бесшовные трубы. Трубные решетки служат для крепления в них пучка труб посредством развальцовки, сварки, пайки или сальниковых соединений. Трубные решетки либо приваривают к кожуху, либо зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки. Материалом трубных решеток служит обычно листовая сталь толщиной, зависящей от расчетного давления, но не менее 20 мм.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2…3 раза больше проходного сечения трубного пучка. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым агрегатным состоянием коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает общий коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена. У горизонтальных теплообменников эти перегородки также предохраняют трубки от прогиба. Перегородки имеют форму круга с отсеченным сегментом.

В парожидкостных теплообменниках разность температур стенок кожуха и труб бывает значительной. Вследствие этого температурные удлинения кожуха и труб различны. Для компенсации разности тепловых удлинений кожуха и труб на кожухе устанавливают линзовые, сальниковые или сильфонные компенсаторы. Компенсаторы необходимо устанавливать при разности средних температур кожуха и труб более 50°С. Напряжения в металле, обусловленные тепловыми удлинениями, устраняют также изготовлением однокамерных теплообменников с гнутыми U и W-образными трубами.

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 224; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!