Шестиугольникам и по концентрическим окружностям

Теплообменные поверхности воздухоохладителей компонуют, как правило, в виде прямоугольных пакетов оребрённых труб с шахматной или реже коридорной разбивкой пучка. Омывание труб воздухом — поперечное (па-раллельно рёбрам). Шаг t выбирают по диаметру рёбер — D_p

t ≈1,05 D_p.

Одновременно должно проверятся, условие прочности трубной доски по внешнему диаметру гладкой части трубы, вальцуемой в доску

t ≥1,3 d_н.

17. Вычерчивают эскиз теплообменника. По выбранному числу ходов опре-деляют тип крышки аппарата. По эскизу трубной решетки с нанесенной раз-бивкой труб и свободными (без отверстий) участками под перегородки кры-шек уточняют число труб в каждом ходу, стремясь достичь их приблизитель-ного равенства. Существует несколько способов распределения труб по хо-дам в многоходовом теплообменнике. В крышках двух- и четырех-ходовых теплообменников ходы могут разделяться параллельными перегородками (рис. 3.9, а, б). На рисунке сплошными линиями показаны перегородки в пе-редней крышке (со стороны входа теплоносителя в трубное пространство), а штриховыми — в задней крышке.

Рис. 3.3. Варианты установки перегородок в крышке.

Цифрами обозначена последовательность ходов. В аппаратах с четырьмя и более ходами применяют разбивку труб по секторам (рис. 3.3, в) или более сложные, комбинированные методы установки перегородок (рис. 3.3, г). Крышки теплообменных аппаратов могут быть различных конструктивных форм с различными местами установки патрубков.

Рис. 3.4. Типы соединений крышки с корпусом аппарата и трубопроводами.

Крышка с патрубком, ось которого перпендикулярна плоскости разъема (рис. 3.4, а), неудобна тем, что снятие ее с корпуса связано с демонтажем трубопровода. При снятии крышки с боковым патрубком (рис. 3.4, б) требу-ется только отсоединение труб от крышки. Съемное днище крышки-коллектора (рис.3.4 в, г) допускает ревизию и очистку аппарата без отделе-ния его от трубопроводов, однако наличие дополнительного фланцевого со-единения усложняет конструкцию аппарата. Если выполнить крышку с од-ним разъемным соединением выше патрубков (рис. 3.4, г), то можно ограни-читься одним этим разъемом. Однако это менее удобно при смене и разваль-цовке труб.

18. По выбранным скоростям теплоносителей, которые могут быть близкими к скоростям в аппарате, определяют проходные сечения патрубков. Размеры их следует согласовать с размерами подводимых к аппарату трубопроводов. Пользуясь уравнением неразрывности потока, объемный расход теплоноси-теля, м³/с, выразим как

(3.26)

Проходное сечение патрубка, м²,

откуда диаметр патрубка

(3.27)

3.28)

19. Определяют внутренний диаметр корпуса теплообменника D_B ПО форму-
ле

D' — наибольший диаметр окружности центров труб при кольцевой разбив-ке или наибольшая диагональ шестиугольника при ромбической разбивке труб;

m —кольцевой зазор между крайними трубами и, внутренней стенкой кор-пуса.

Для аппаратов с приварными и зажатыми между фланцами трубными решетками (без плавающей камеры) кольцевой зазор т принимается мини-мальным, но не менее 6 мм. В аппаратах с плавающей камерой зазор опреде-ляется конструкцией и размерами фланца плавающей камеры. В аппаратах с поперечными перегородками в межтрубном пространстве кольцевой зазор определяется из расчета оптимальной скорости протекания теплоносителя через него (см. п. 20).

20. Выбирают конструкцию и определяют размеры межтрубного пространст-
ва, сечение которого в аппарате без перегородок можно определить из равен-
ства

(3.30)

Скорость теплоносителя вдоль труб межтрубного пространства находят по уравнению

Изменение скорости w, при этом очень незначительное, может быть достиг-нуто только путем варьирования шага между трубами.

С помощью продольных перегородок параллельно осям труб можно создать, противоточное движение теплоносителей и повысить скорость одного из них. Если продольных ходов стало z, то проходное сечение межтрубного пространства станет в z раз меньше; во столько же раз увеличится скорость теплоносителя:

Продольные перегородки в теплообменных аппаратах устанавливаются редко.

Поперечные перегородки просты в изготовлении и удобны в монтаже. С их помощью достигаются повышение скорости и перекрестное омывание труб теплоносителем, т. е. повышение коэффициента теплопередачи. Размеры ко-лец и дисков для перегородок в межтрубном пространстве следует выбирать из расчета получения одинаковой скорости теплоносителя в трех сечениях: между трубами внутри кольца, между кольцом и диском при поперечном омывании труб и в кольцевом зазоре между корпусом и диском.

21. Уточняют эскиз теплообменника и его конструктивные размеры; длину пучка труб, число труб в каждое ходу и во всем аппарате, внутренний диа-метр корпуса, действительные проходные сечения трубного и межтрубного пространства (или ходов); определяют соответствующие им скорости тепло-носителей; разрабатывают узлы аппарата и детали их сочленения.

22. Определяют окончательно, зная уточненные значения скоростей и темпе-ратур, физические константы теплоносителей, характер их взаимного движе-ния и размеры каналов, по известным из курса теплопередачи формулам зна-чения коэффициентов теплоотдачи а и теплопередачи k. При определении коэффициентов теплоотдачи для конденсирующегося пара или кипящей жидкости, когда необходимо знать или предварительно задаваться темпера-турой стенки, а потом проверять принятое значение, целесообразно пользо-ваться для определения коэффициента теплопередачи k графоаналитическим методом.

23. По теплопроизводительности Q, средней разности температур теплоноси-телей ∆t_ср и коэффициенту теплопередачи k определяют расчетную поверх-ность теплообмена F_р

(3.33)

В том случае, когда расчетное значение поверхности F_р окажется равным за-проектированной поверхности F_эс в эскизном чертеже или на 10—15% мень-шим, определение основных размеров аппарата можно считать законченным. Если же окажется, что F_р > F_эс, то необходимо увеличить поверхность тепло-обмена на 10—15% против полученного на основании теплового расчета. Увеличить поверхность на эскизе проще всего путем удлинения пучка труб. При этом все проделанные расчеты останутся правильными, и тепловой рас-чет теплообменника можно считать законченным. Если же разница между запроектированной в эскизе и расчетной поверхностями окажется больше 15%, необходимо снова произвести тепловой расчет, задавшись исходными величинами с учетом результатов, полученных при их сопоставлении.

24. Производят гидравлический расчет. Полное гидравлическое сопротивле-
ние теплообменника ∆р определяется по выражению

где:

∆p_Т — сопротивление трения о cтенки; ∆p_м — местные сопротивления; ∆р_у — потери, обусловленные ускорением потока; ∆р_с — сопротивление самотяги.

25. Если перепад давлений для проектируемого теплообменника задан и ог-
раничен по величине, то выясняют допустимость применения конструкции
аппарата, установленной расчетом. Если сопротивление теплообменника
превышает заданное, необходимо менять конструкцию или включать парал-
лельно несколько теплообменников, производя перерасчет, так как измене-
ние скоростей повлечет изменение коэффициента теплопередачи и необхо-
димой поверхности теплообмена.

По подсчитанному общему гидравлическому сопротивлению тракта можно определить мощность, Вт, необходимую для перемещения теплоносителей:

где G — расход жидкости, кг /с;

ρ —плотность теплоносителя перед нагнетателем, кг/м³;

η — к. п. д. вентилятора или насоса.

Уравнение (3.35) применимо как для насосов, так и для вентиляторов.

26. Производят выбор конструкционных материалов для всех деталей тепло-обменника и расчет их на прочность, который может быть двух видов: про-ектный и поверочный. При проектном расчете определяют минимально не-обходимые размеры элементов проектируемого аппарата. При поверочном расчете проверяют прочность отдельных элементов существующего аппарата и определяют возможность использования его в конкретных условиях изме-нившегося технологического процесса.

27.Вычерчивают конструкцию аппарата; составляют спецификации; состав-ляют характеристики всех фланцев с указанием их назначения, рабочего давления прокачиваемой среды и проходного сечения; определяют массу дета-лей и всего аппарата.

28. Разрабатывают конструкцию и выбирают материалы тепловой изоляции
теплообменника. Производят тепловой и конструктивный расчеты тепловой
изоляции.

29. Разрабатывают систему контроля и автоматического регулирования тех-нологического процесса в теплообменнике.

30. Подбирают контрольно-измерительные приборы и элементы автоматики, запорные и регулирующие устройства, предохранительные клапаны, питате-ли, сепараторы, конденсатоотводчики, питающие и сливные емкости, и дру-гое вспомогательное оборудование.

31. Проектируют и подбирают: лестницы и площадки для обслуживания, ог-раждения, подъемно-транспортные устройства, специальные средства для безопасного обслуживания и противопожарное оборудование.

32. В случае необходимости проектируют местное освещение и кондицио-
нирование воздуха.