2.4. Определение скоростей движения теплоносителей и числа труб одного хода

По средним температурам теплоносителей определяют значения плотностей , а затем секундные объемные расходы теплоносителей, м³/с

Скорость жидких теплоносителей − от 0,1 до 1,0 м/с. Мы выбираем 0,5 м/с

наружный диаметрd(мм)= 24,0

толщина стенки S (мм)=1,0

Площадь сечения трубы:

По средним температурам теплоносителей определяем значения секундных объемных расходов теплоносителей:

По таблице определяем скорости теплоносителей:

W = 0,8 м/с

Определяем число труб одного хода:

Определяем площадь проходного сечения:

2.5. Компоновка трубного пучка

Следующим этапом теплового расчета является эскизная проработка схемы ТА с учетом полученных значений чисел труб одного хода. При этом производится более детальная компоновка пучка, состоящего из выбранных ранее труб. В кожухотрубных ТА определяется внутренний диаметр кожуха D, м. С этой целью предварительно производится компоновка пучка труб.

Расположение труб в пучке определяется в первую очередь способом разбивки и шагом.

В теплообменных аппаратах применяются следующие способы разбивки труб: шахматная разбивка (рис а), определяемая поперечным (по отношению к направлению движения теплоносителя) шагом S₁ - расстоянием между трубами в одном ряду и продольным шагом S₂ - расстоянием между рядами труб. В шахматных пучках соотношение S₁ и S₂ определяет величину косого (диагонального) шага S_к ( ). Рекомендуется принимать следующие значения шаговых отношений (отношений шага к наружному диаметру трубы d): S₁/d_н = 1,3 − 3; S₂/d_н = 1 − 2,2;

Частным случаем шахматной разбивки является треугольная. При треугольной разбивке оси труб располагаются в вершинах равносторонних треугольников (S ₁= S_к). Этот вид разбивки позволяет разместить на единице площади трубной доски при одном и том же шаге наибольшее число труб;

В кожухотрубных ТА наиболее компактный пучок получается при применении треугольной (ромбической) разбивки.

В курсовом проекте была выбрана треугольная разбивка.

В этом случае трубы размещаются по сторонам правильных шестиугольников. Общее количество труб может быть определено из выражения

n = 1 + 3 m + 3m²,

где m - число шестиугольников, рассчитываемое по формуле:

Рассчитанное значение m округляется до ближайшего целого значения. Тогда число труб по диагонали наибольшего шестиугольника составит

При m > 6 сегменты между краем трубной доски и сторонами наружного шестиугольника желательно заполнять трубами (рис. а).

Рисунок а Шахматная разбивка труб

Была выбрана разбивка по сторонам шестиугольника, как наиболее эффективная в кожухотрубных теплообменных аппаратах.

В общем случае шаг между центрами труб S принимают из условий прочности трубной доски не менее 1,3d. Можно рекомендовать в зависимости от наружного диаметра труб d_н следующие значения шага S:

dН, мм	17	22	25	32	38	44,5	51	57	63,5
S, мм	27	32	35	44	50	58	66	74	81

S = 34 мм

Выбрав вид компоновки пучка труб, исходя из значения n₁₁, рассчитанного по, определяется целое число шестиугольников или окружностей и соответствующее ему число труб одного хода n₁₂.

Окончательно количество труб n определяется после определения внутреннего диаметра корпуса исходя из полученного значения числа труб в диаметральном сечении и максимального уплотнения пучка за счет заполнения всей площади трубной доски трубами с выбранным шагом.

Внутренний диаметр корпуса может быть определен либо по результатам компоновки, либо рассчитан по формуле:

Число шестиугольников или окружностей	Разбивка по шестиугольникам
	Число труб по диагонали	Общее число труб без учета сегментов	Число труб			Число труб во всех сегментах	Общее число труб в аппарате
			в 1-м ряду сегмента	во 2-м ряду сегмента	в 3-м ряду сегмента
6	13	127	—	—	—	—	127

где − наибольший диаметр окружности центров труб при разбивке по концентрическим окружностям или диагональ наибольшего шестиугольника при треугольной разбивке, м;

_{=13 0,026 = 0,338 м}

m_к − дополнительный кольцевой зазор между крайними трубами и внутренней стенкой кожуха, м.

,

После этого производится уточнение значения скорости теплоносителя W_вн2, м/с:

Как можно заметить при повышении КПД скорость теплоносителя в трубе увеличивается.

При расчете числа труб одного хода в кожухотрубном ТА второго типа используется. С целью упрощения компоновки пучка труб в данном случае желательно соблюдать следующее условие – число труб одного хода (число параллельно работающих змеевиков) должно быть кратно числу труб, располагающихся в одном ряду.

В любом случае эскизная проработка схемы ТА заканчивается уточнением скорости движения теплоносителя, перемещаемого по трубам.