3.1 Определение количества трубок и способа их размещения.

Конструктивный расчет кожухотрубных теплообменников состоит в определении количества трубок и способа их размещения, нахождении внутреннего диаметра корпуса и числа ходов в трубном и межтрубном пространстве.

В основу расчета положены исходные и результаты теплового расчета, приведенные выше.

Общая длина трубы в расчете на одноходовой пучок, м[6,стр.26]:

L=900*F¢*dвн*wв*rв/Gв (3.1.1)

F¢- поверхность теплообмена, м2;

dвн – внутренний диаметр трубы,м;

wв – скорость теплоносителя (в нашем случае это скорость воды, т.к. она течет внутри трубок), м/с;

rв – плотность воды, кг/ м3;

Gв – часовой расход воды, кг/ч;

L=900*3,16*0,014*1*997,45/10008=9,3м

Рабочая длина трубы в одном ходу,м:

L’=L/Zв, м

L – общая длина трубы,м;

Zв – число ходов по воде; (3.1.2) [6,стр26]

Определяем число ходов по воде. Для этого рассчитаем несколько вариантов и выберем оптимальный.

Zв=2 L’=9,3/2=4,65 м

Zв=4 L’=9,3/4=2,325 м

Zв=6 L’=9,3/6=1,55 м

Выбираем Zв=4 и L’=2,325 м.

Число трубок одного хода в трубном пространстве, шт.:

No=(4*Gв)/(3600*p*dвн2*rв*wв ) (3.1.3) [6,стр27]

Gв – массовый расход воды в трубном пространстве, кг/ч;

dвн – внутренний диаметр трубок, м;

rв – плотность воды, кг/м3;

wв – скорость воды,м/с;

No=(4*10008)/(3600*3,14* (0,014)2*997,45*1)=18 шт

Общее количество трубок, шт;

N=No*Zв,шт (3.1.4) [6,стр27]

No - число труб одного хода в трубном пространстве, шт;

Zв – число ходов воды в трубном пространстве;

N=18*4=72

Шаг труб в пучке t (расстояние между центрами трубок) принимают из условий прочности:

t=(1,3…1,.5)*dн, м (3.1.5) [6,стр27]

dн – наружный диаметр трубок,м;

t=1,3*0,016=0,02м

Выбираем концентрическое размещение труб из условий максимальной компактности, удобства разметки трубных досок и монтажа пучка труб. [6,стр27]

3.2 Внутренний диаметр корпуса теплообменника.

Для многоходовых теплообменников внутренний диаметр корпуса определяется:

D=1,1*t*(N/h)0,5,м (3.2.1) [6,стр28]

t – щаг труб в пучке,м;

N – общее количество труб,шт;

h - коэффициент заполнения трубной решетки (принимается 0,6-0,8);

D=1,1*0,02*(72/0,7)0,5=0,223м

3.3 Конструкция и размеры межтрубного пространства.

Для повышения скорости теплоносителя в межтрубном пространстве кожухотрубных теплообменников используются поперечные перегородки. В нашем случае это перегородки типа диск-кольцо. [6,стр28]

Площадь межтрубного пространства,:

Sмтр=S1=S2=S3=Gм/(3600*rм*wм), м2 (3.3.1) [6,стр29]

S1 – площадь кольцевого зазора между корпусом и диском, м2;

S2 – площадь в вертикальном сечении между кольцевыми и дисковыми перегородками, м2;

S3 – проходное сечение для теплоносителя в кольце, м2;

Gм – массовый расход теплоносителя (в данном случае это масло, т.к. оно течет в межтрубном пространстве) ,кг/ч;

rм – плотность масла, кг/м3;

wм – скорость масла в межтрубном пространстве, м/с;

Sмтр=10008/(3600*859,3*0,5)=0,0065 м2

Площадь кольцевого зазора между корпусом и диском:

S1=(p/4)*[( D2- D22)-N*dн2], м2 (3.3.2) [6,стр28]

D – внутренний диаметр корпуса, м;

D2 – диаметр дисковой перегородки, м;

N – число труб, шт;

dн –наружный диаметр трубки, м;

D2=[(p*( D2- N*dн2)-4*S1)/ p]0,5,м

D2=[(3,14*( 0,2232- 72*(0,016)2)-4*0,0065)/3,14]0,5=0,152м

Проходное сечение для теплоносителя в кольце:

S3=(p* D12/4)*[1-0,91*h*(dн/t)2], м2 (3.3.3) [6,стр29]

D1 – диаметр кольцевой перегородки, м;

h - коэффициент заполнения трубной решетки (принимается 0,6-0,8);

dн –наружный диаметр трубки, м;

t – щаг труб в пучке,м;

D1=[4*S3/((1-0,91*h*(dн/t)2)* p)] 0,5,м

D1=[4*0,0065/((1-0,91*0,7*(0,016/0,02)2)*3,14)] 0,5=0,014м

Площадь в вертикальном сечении между кольцевыми и дисковыми перегородками:

S2=p*Do*h*(1-(dн/t)),м2 (3.3.4) [6,стр28]

Do – средний диаметр, м;

Do=0,5*(D1+D2)=0,083м

h – расстояние между перегородками, м;

dн –наружный диаметр трубки, м;

t – щаг труб в пучке,м;

h=S2/[p*Do*(1-(dн/t))], м

h=0,0065/[3,14*0,083*(1-(0,016/0,02))]=0,1244 м

Число ходов масла в межтрубном пространстве:

Zм=L’/h

L’ – рабочая длина трубы в одном ходу, м:

h – расстояние между перегородками, м;

Zм=2,325/0,1244=18

Число перегородок в межтрубном пространстве равно Zм-1=18-1=17

3.4 Определение диаметра патрубков.

Диаметр патрубков dn зависит от расхода и скорости теплоносителя и определяется из соотношения:

(p/dn2)=(G/(3600*r*wn)) (3.4.1) [6,стр31]