Metodichka_po_plastinchatym_TO (1176211), страница 11
Текст из файла (страница 11)
12Коэффициентыef6c6ef6c6kн при z6–0,51–––––8–0,62–––––101,16–1,857,05–––k0 при z121,17–2,105,63–––141,12–2,029,541,19–2,971,616–0,36–––––79798–0,69–––––100,471,545,34–––120,580,024,77–––140,860,6412,060,79–2,26–3,63№Схемаряда нагружения34L1L2Рабочая нагрузка на стяжкуQрk0 (Q0Qt ) kн Qн .(139)Внутренний диаметр резьбы из условия прочности при монтажеk0Q0,[ ]б20d1(140)где [ ]б20 – допускаемое напряжение для болта или шпильки при температуре 20 °С (табл. 13).Таблица 13Допускаемые напряжения для болтов (шпилек)в зависимости от температуры (ОСТ 26–373–78)Расчетная температура,°ССт512Х18Н10Т,10Х17Н13М2Т45Х14Н13В2Н35Х, 40Х,37Х12Н8Г8МФБ25Х2МФА,25ХIМФ25Х2М1Ф18Х12ВМВФР20ХНФБР[ ]tб для сталей, МПа2010020025030013012612010797110105989590160150138132126230230225222220230230225220215230230225220215230230230225220230230225220215Внутренний диаметр резьбы согласно условию прочности прирабочей нагрузкеQрd1 2,[ ]tбгде [ ]tб – допускаемое напряжение для болтов при расчетной температуре (см.
табл. 13).Окончательно принимаютd1max{d1 ; d1} .80(141)Для сталей марок, не указанных в табл. 13, допускаемыенапряжения определяют по нормам, приведенным в ОСТ 26–373–78и справочнике [26].Расчет промежуточных плитСхема промежуточной плиты, ее расчетные размеры и расчетные схемы ребер показаны на рис. 22.абвгРис.
22. Конструктивная схема промежуточной плиты (а)и расчетные схемы ребер (б, в, г)81Толщину sб боковой стенки 5 рассчитывают по формулам(101)–(103). При этом рассматривают панель, ограниченную ребрамис четырех сторон. Расстояние H между боковыми стенками принимают конструктивно.Погонные нагрузки на ребра плит определяют следующим образом.Расчетная схема среднего продольного ребра 3 крайней панелипоказана на рис.
22, в.Сечение 1 располагается посередине длины ребра l . Расстояние a1 измеряют между точками, расположенными посередине расстояния между ребром 3 и торцевыми стенками 6. Сечение 2 проводятчерез узел разветвления прокладки.Погонная нагрузка на реброp1p2pR a2pR a1 22q0q0cos1cos1;(142)61cos,(143)2где размер a1 показан на рис. 22, в.Для продольного промежуточного ребра 2 размер a1 определяют так же, как и в схеме на рис. 22, в; длину l измеряют в пределаходной ячейки; погонная нагрузкаpR a1 .p1(144)Для бокового продольного ребра 6 расчетная схема показана нарис. 22, б. Сечение 1 проводят посередине длины ребра l , а расстояние 0,5 a1 измеряют до точки, расположенной посередине между рассматриваемым и соседним с ним ребрами.
Сечение 2 проводят в местеверхнего ответвления прокладки. Погонные нагрузки на ребро:p10,5 pR a1 q0 1821cos;3(145)если сечение 2 пересекает одно ответвление прокладки, тоp2pR a3q0 11cos;(146)3если сечение 2 пересекает два ответвления прокладки, то2p2 pR 3 q0 1.(147)cos 3Расчетная схема поперечного ребра 1 показана на рис. 22, г.Расстояние a1 измеряют в сечении 1, расположенном посередине длины ребра l в пределах одной ячейки, между серединами промежутковмежду ребрами. Сечение 2 проводят вдоль прокладки и в этом сеченииизмеряют размер a0 .
Погонные нагрузки для этого ребра:p1p2pR a1 ;q0pR a0a0 .bп(148)(149)Для всех рассмотренных ребер расчетная погонная нагрузкаpmax{ p1 ; p2 }.Толщина h4 любого из ребер должна удовлетворять условиюустойчивости.Допускаемое напряжение на устойчивость рассчитывают поформуле0,6(150)[ ]уу т,nугде nу = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости;у1,05т310;т– пре-дел текучести материала ребра, МПа.Выбирают наибольшую толщину ребра из следующих величин:p;(151)h14[ ]уh24т. е.
h4max{h14 ; h24 }.320(12)nу p 2H ,2k1E83(152)Вспомогательный коэффициент k1 вычисляют в зависимости ототношения H / l по одной из следующих формул:при 0 H l2k1при2 H l12;2, 451 H22 lk1при 2, 45 H l22;(153)3, 481 H33 lk1при 0 H l2Hl22;3, 48k1H4l2.Рассчитанная толщина бокового продольного ребра являетсяокончательной в случае, когда кронштейны для стяжных болтов илишпилек связаны планками 7, 8 (см. рис. 22, а). Толщина планкиh00,5Qрcр [ ],(154)где Qр – рабочая нагрузка на стяжку по формуле (146); cр – размер,показанный на рис.
22, а;– коэффициент прочности сварного швапо ГОСТ 14249–89 (при выполнении сварки в тавр с конструктивнымзазором между свариваемыми деталями, при контроле 10–50 % длины шва0,65 ).Толщину косынки кронштейна принимают большей из двухрасчетных величин:84h1kQр nу2b4 [ ]h2 k;3 Qр b4,2 cр2 т(155)т. е.hкmax{h1к ; h2к } .(156)Размеры b4 и cр показаны на рис.
22, а.Условие прочности сварных швов, крепящих кронштейн к торцевой стенке:Q0FcQ0c0Wc0,5[ ] ,(157)где Q0 – усилие начальной затяжки, рассчитываемое по формулам (143)–(145); c0 – размер, показанный на рис. 22, а; Fc и Wc –площадь и момент сопротивления сварного шва, вычисляемые по егобиссекторному сечению.Рассмотренный вариант конструкции кронштейнов являетсяпредпочтительным с точки зрения металлоемкости плиты. Есликронштейны не связаны планками, то для расчета толщины торцевойстенки следует обратиться к РД РТМ 26–01–86–83.Толщину sв верхнего листа плиты рассчитывают с учетом еевеса Gп по формулеsв1 3 Gп(12[ ]и2aвsin) lnгде размеры aв , bв , c показаны на рис.
22, а.852 bв3 aвc,(158)Глава 5ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПЛАСТИНЧАТОЙТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЫОдной из причин сдерживания широкого внедрения пластинчатых теплообменников в технику искусственного холода является отсутствие надежных методик их расчета и экспериментальных исследований теплотехнических и гидравлических характеристик выпускаемых аппаратов для условий холодильной техники.
Известные методыразработаны, как правило, применительно к конденсаторам водяногопара или испарителям выпарных установок и ориентированы преимущественно на тепловые потоки, существенно превышающие те, которые имеют место в аппаратах холодильных машин и, следовательно,не могут быть непосредственно использованы для расчета аппаратурыхолодильной техники.Авторы сочли целесообразным привести в пособии примерытеплового и гидравлического расчетов пластинчатых теплообменников,используемых в холодильной технике, а также поместить некоторыерезультаты собственных теплотехнических испытаний сварных аммиачных пластинчатых конденсаторов, полученные на одном из холодильников Санкт-Петербурга и испытательном стенде вуза.Тепловой и гидравлический расчеты регенеративногопластинчатого аппаратаРассчитать необходимую поверхность теплообмена пластинчатоготеплообменного аппарата для охлаждения машинного масла ВМ–4 водой.Исходные данные: массовый расход масла G1 = 20 кг/с; давление на стороне масла P1 = 0,6 МПа; располагаемый напор на преодоление гидравлического сопротивления на стороне масла P1 = 0,15 МПа;начальная температура масла t1 90 °С; конечная температура масла t1 30 °С; начальная температура воды t 2 15 °С; конечная температура воды t2 25 °С; располагаемый напор на преодоление гидравлического сопротивления на стороне воды P2 0,12 МПа; давление на стороне воды P2 = 0,6 МПа.86Теплофизические свойства масла при средней температуремасла t1 0,5 (30 + 90) = 60 °С: плотность 1 880 кг/м3; удельнаятеплоемкость с р1 1,540 кДж/(кг ∙ К); коэффициент теплопроводности 1 0,124 Вт/(м ∙ К); кинематический коэффициент вязкости–6 21 34,0 ∙ 10 м /с; число Прандтля Pr1 370.Теплофизические свойства воды [5, 28] при средней температуре t2 0,5(15 25) 20 °С: плотность 2 998, 2 кг/м3; удельная теплоемкость с р 2 4,183 кДж/(кг ∙ К); коэффициент теплопроводностиВт/(м ∙ К); кинематический коэффициент вязкости2 0,597–6 22 1,006∙10 м /с; число Прандтля Pr 7 ,03 .Планируется спроектировать пластинчатый аппарат на базепластин типа 0,6 с гофрами «в елку» из коррозионно-стойкой стали12Х18Н10Т со следующими техническими характеристиками: поверхность теплообмена одной пластины F1 0,6 м2; эквивалентныйдиаметр одного канала d э 0,0083 м; площадь поперечного сеченияодного канала f1 0,00254 м2; приведенная длина канала Lп 1,01 м;толщина стенки пластины ст 0,001 м; коэффициент теплопроводности материала пластин ст 16 Вт/(м ∙ К).Уравнения для расчета коэффициента теплоотдачи и потерьдавления для теплообменников, скомпонованных из пластин типа 0,6,имеют следующий вид (см.
табл. 6):NuP0,135Re0,73 Pr f0,43Lп w2X;dэ 2Pr fPrw0,25;15.Re0,25Диаметр присоединяемых штуцеров Dу200 мм.РасчетТепловая производительность аппаратаQ G1с р1 (t1 t1 ) 20 1,54(90 30) 1848 кВт.87Расход охлаждающей водыG2Qс р 2 (t2 t2 )18484,183(25 15)44, 2 кг/с.Принимаем противоточную схему движения потоков теплообменивающихся сред в аппарате. Изменение температур сред:– масла90 °С30 °С;– воды25 °С15 °С.Разность температур:tб90 25 65 °С;tм30 15 15 °С.Среднелогарифмический температурный напор в аппаратеθmtбtмln( tб / tм )65 15ln(65 /15)34,1 °С.Определяем рациональную скорость движения масла w1 в каналах пластинчатого теплообменника. Для ориентировочного расчетаскорости w1 принимаем: коэффициент теплоотдачи со стороны масла 1 800 Вт/(м2 ∙ К)*; средняя температура стенки tст 0,5( t1 t2 )0,5(60 20) 40 °С; коэффициент гидравлического сопротивленияединицы относительной длины канала5.Тогда, следуя уравнению (16), имеемw123( t1 tст ) P1c р1 (t1 t1 ) 1 12123800(60 40)150 0001540(90 30)8802 5_______________________*0,378 м/с.Заметим, что выбор величины α1 является весьма условным и незначительно влияет на расчет поверхности теплопередачи, поскольку она входитв уравнение для расчета скорости в степени 0,33, а при расчете коэффициентатеплоотдачи – в степени 0,73.88Число Рейнольдса для потока маслаw1dэRe10,378 0,008334,0 10 6192,3 .Проверяем принятое значение коэффициента общего гидравлического сопротивления:15Re10,2511592,30,254,84 .Отличие полученного значения 1 от принятого в расчетене превышает 5 %, поэтому в данном случае пересчета w1 не требуется.Следует отметить, что поскольку для пластинчатой теплообменной аппаратуры характерен, как правило, турбулентный режимдвижения сред в каналах, для которых справедлива зависимостьA / Re0,25 , в целях сокращения числа итераций процедуру определения рациональной скорости можно упростить.Из уравнений (12) и (15) имеемw13к виду8 1 ( t1 tст ) P1.c р1 (t1 t1 ) 12 1A / ( w1d э /Учитывая, что1) 0,25 , равенство (159) приводим0,258 1 ( t1 tст ) Pd1 эAc р1 (t1 t1 ) 12 10,25w1(159)0,364.(160)Воспользуемся полученным выражением (160) для расчета w1 :w18 800(60 40)150000 0,00830,2515 1540(90 30)8802 (34,0 10 6 )0,25Число РейнольдсаRe10 ,381 0 ,008334 ,0 1089693 .0,3640,381 м/с.Величина нового значения коэффициента общего гидравлического сопротивления на стороне масла154,83 ,930,25что близко к полученному ранее значению.Число Прандтля для масла при средней температурестенки tст = 40 °С равно 950.Определяем число Нуссельта на стороне охлаждаемого масла:1Nu10,250,135Re10,73Pr f0,431 (Pr f 1 / Prст1 )= 0,135 930,73 3700,43 (370 / 950) 0,2537,1.Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого масла к стенке1Nu1dэ37,1 0,1240,0831554 Вт/(м2∙К).Определяем рациональную скорость движения воды в каналахтеплообменника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
