Название: Расчет пароводяного кожухотрубного подогревателя - Методические указания (П.А. Щинников)

Жанр: Экономика

Просмотров: 1545


2. гидравлический расчет

 

Целью расчета является определение гидравлического сопротивления аппарата для выбора необходимых насосов для перекачки теплоносителей.

Полная потеря давления по тракту теплоносителя в аппарате находится по выражениям:

 

 – для воды;

 – для пара.

Здесь ; , Па – потеря давления теплоносителями в трубах и в кожухе соответственно; , Па – суммарные потери давления в местных сопротивлениях в соответствующих трактах.

 

2.1. Определение гидравлического сопротивления (потерь давления) в аппарате

по водяному тракту

 

2.1.1. Определение характера течения и сопротивления гладких труб на прямом участке. Характер течения определяется по числу ReВ (п. 1.20).

Для ReВ  < 2300 – коэффициент сопротивления труб определяется по формуле:

.

Для 5×103 < ReВ < 100×103 – по формуле:

.

Для ReВ >100×103 – по формуле:

.

 

2.1.2. Потеря давления на прямом участке труб, Па:

,

где wВ, м/с; rВ, кг/м3 – скорость и плотность воды в трубах; L, м – длина труб; z – число ходов воды; d1, м – внутренний диаметр труб.

 

2.1.3. Определение местных сопротивлений. Для определения местных сопротивлений необходимо составить схему движения теплоносителей внутри аппарата, рис. 2.1. Из рисунка видно, что местные сопротивления состоят для воды (для двухходового аппарата):

из сопротивления входа в камеру, 1;

сопротивления входа в трубную доску, и выхода из нее, 2;

сопротивления поворота на 180°, 3;

сопротивления выхода из аппарата (входа в выходной патрубок), 4;

 

для пара:

из сопротивления входа в межтрубное пространство, 5;

сопротивления при поперечном омывании пакетов труб, 6;

сопротивления конденсата на выходе из аппарата, 7.

 

2.1.3.1. Сопротивление входа в камеру zВХ:

определяется по профилю скорости в патрубке как сопротивление выхода из трубы в неограниченное пространство (внезапное увеличение сечения или «потеря на удар»), табл. 2.1.

 

Таблица 2.1

 

Значение сопротивлений входа для различных профилей скорости [2]

 

Профиль скорости

Эскиз

zВХ

равномерный

0,25

параболический

0,22

несимметричный

2,05

круглая, свободная струя

5,55

 

2.1.3.2. Падение давления в местном сопротивлении входа, Па:

 ,

где wВХ, м/с – скорость движения воды в патрубке; m – число входов.

 

Скорость движения воды в патрубке определяется по расходу воды

(VВ, м3/с) и диаметру патрубка – , где dПАТ – диаметр патрубка, м, который назначается конструктивно. При определении (выборе) диаметра патрубков необходимо учитывать не только конструкцию собственно аппарата (соотношение диаметров патрубков, днища и корпуса), но также и предполагаемые диаметры трубопроводов, арматуру, которая будет устанавливаться на них. При этом следует стремиться получить возможно меньшее количество местных сопротивлений не только в аппарате, но и по всему водяному тракту.

 

2.1.3.3. Сопротивление входа в трубную доску и выхода из нее [2]:

VТД =1.

2.1.3.4. Потеря давления на вход и выход из трубной доски, Па:

,

где wТД, м/с – скорость теплоносителя, определяемая по скорости в меньшем сечении, т. е. – wТД = wВ; m – число входов и выходов из трубной доски.

 

 

Рис. 2.1. Схема движения теплоносителей в двухходовом аппарате

 

2.1.3.5. Сопротивление поворота на 180° определяется по табл. 2.2.

 

Таблица 2.2

Местное сопротивление поворотов

 

Поворот

zПОВ

45°

0,3

90°

1,0

180°

2,5

 

2.1.3.6. Потеря давления на поворот, Па:

,

где wПОВ, м/с – скорость теплоносителя на участке, с некоторым запасом можно принять равной wВ; m – число поворотов.

 

2.1.3.7. Сопротивление выхода (входа в выходном патрубке).

Сопротивление входа в канал определяется в зависимости от соотношения площадей сечений. При этом если отношение сечения первого по ходу движения теплоносителя ко второму >>1, то коэффициент сопротивления входа в канал соответствует сопротивлению входа в канал из неограниченного пространства. В этом случае zВЫХ  = 0,5. В противном случае zВЫХ определяется по зависимости, показанной на рис. 2.2 (как zвх).

 

zВЫХ

 

 

zВХ

 

Рис. 2.2. К определению коэффициента сопротивления

входа в канал и выхода из него

 

2.1.3.8. Потеря давления на выходе из подогревателя, Па:

,

где wВЫХ, м/с – скорость теплоносителя на участке, определяемая по скорости в меньшем сечении, т. е. wВЫХ = wПАТ; m – число патрубков.

 

2.1.3.9. Полная потеря давления по тракту воды в аппарате, Па:

.

 

2.2. Определение гидравлического

сопротивления (потерь давления) в аппарате

по паровому тракту

 

2.2.1. Сопротивление входа в межтрубное пространство. Сопротивление входа в межтрубное пространство определяется в зависимости от отношения  с учетом диффузорного раскрытия патрубка:

,

где x – поправка на раскрытие.

 

Для >1 zВХ = 0,5.

Для <1 zВХ – определяется по рис 2.2 (как zВЫХ).

Поправка x определяется углом раскрытия диффузора, рис. 2.3, угол a:

для a > 40° – x = 1;

для a < 40° – по рис. 2.4.

 

Для определения конструктивных характеристик патрубка на миллиметровой бумаге в масштабе вычерчивается эскиз патрубка, рис. 2.3, откуда определяются a, l, l1. Площадь сечения патрубка – fПАТ = l × l1.

 

 

Рис. 2.3. Эскиз входного парового патрубка

 

2.2.2. Потеря давления на входе парового тракта, Па:

,

где wВХ, м/с – скорость движения пара в меньшем сечении патрубка ; rП, кг/м3 – плотность пара при расчетном давлении Р.

 

Рис. 2.4. К определению поправки на раскрытие патрубка

 

2.2.3. Потеря давления при поперечном омывании пакетов труб, Па:

для шахматных пучков:

,

где wП, м/с – скорость пара на участке (по п.1.14); n – число рядов труб в пучке (по эскизу, рис. 1.1.);

для коридорных пучков:

.

 

2.2.4. Коэффициент сопротивления конденсата в выходном патрубке.

 определяется по аналогии с п.2.1.3.7. При этом конструктивно принимается диаметр патрубка dК при условии, что скорость в патрубке не должна превышать 5...10 м/с.

 

2.2.5. Потеря давления в выходном патрубке, Па:

,

где wВЫХ, м/с – скорость конденсата в патрубке, определяемая по массовому  расходу конденсата как  (rК, кг/м3 – плотность конденсата при заданном давлении Р и температуре насыщения, табл. 1.1); m – число патрубков.

 

2.2.6. Полная потеря давления в аппарате по паровому тракту, Па:

.