Расчёт сопротивления воздухоподогревателя

Воздухоподогреватель представляет собой пучок линейных труб. Дымовые газы проходят внутри труб (снизу вверх или сверху вниз), которые снаружи омываются нагреваемым воздухом. Расположение труб может быть как коридорного вида, так и шахматного. Соответственно сопротивлением воздухоподогревателя будет являться сопротивление поперечно омываемого коридорного или шахматного пучка труб.

При аэродинамическом расчёте количество Z ₁ = 49 и Z ₂ = 79 и шаг S ₁ = 80 мм и S ₂ = 50 мм труб в поперечном и продольном сечениях соответственно, а также диаметр d = 40 мм, высоту h = 2500 мм и толщину стенок s = 3 мм труб берут из теплового расчёта.

Ширина воздухоподогревателя рассчитывается как:

(мм).

Длину воздухоподогревателя считаем по формуле:

(мм).

Расположение труб в воздухоподогревателе – шахматное. Трубы гладкие.

Коэффициент сопротивления гладкотрубного шахматного пучка определяется в зависимости от:

относительного поперечного шага труб в пучке:

и коэффициента ,

где – диагональный шаг труб, мм.

;

(мм);

.

Сопротивление шахматного пучка труб при: и рассчитывается по формуле:

, мм. вод. ст.

где – поправочный коэффициент зависит от диаметра труб;

– поправочный коэффициент зависит от относительных шагов труб s₁ и s₂

– графическое сопротивление одного ряда труб зависит от скорости и температуры потока.

При d = 40 мм коэффициент [2,13].

При и коэффициент [2,13].

Площадь живого сечения пучка:

(м²).

Средняя температура воздуха в воздухоподогревателе:

(°C).

Средний объём воздуха, проходимый через воздухоподогреватель:

(м³/ч).

Скорость воздуха в воздухоподогревателе:

(м/с).

По скорости и средней температуре определяем :

мм. вод. ст. [2, 12]

Тогда

(мм. вод. ст.) = 782,838 (Па).

Присоединение трубы участка 2–2' к воздухоподогревателю происходит с помощью резкого расширения: начальное сечение 1120×2000 мм, конечное – 4000×2500 мм.

Коэффициент сопротивления при резком расширении прямого канала [2,16], определяется в зависимости от отношения меньшего сечения к большему:

.

Тогда .

Потери давления при резком расширении:

(Па).

Потеря давления на участке:

(Па).

Участок 2'–3:

Этот участок воздухопровода соединяет выход воздухоподогревателя с трубопроводами, подающими подогретый воздух к горелкам.

Объём подогретого воздуха подаваемого в топку:

, м³/ч

где – температура подогретого воздуха, ° С.

(м³/ч).

Площадь поперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем по ГОСТ размеры и вид трубы:

Труба 2240×1600 мм,

(м²),

(м).

Скорость воздуха в трубе:

(м/с).

Плотность подогретого воздуха:

(кг/м³).

Динамический напор:

(Па).

Рассчитываем потери от трения:

(Па).

Выход воздухоподогревателя соединяется с трубой участка посредством пирамидального конфузора (4000×2500 мм ® 2240×1600 мм).

Коэффициент местного сопротивления пирамидального конфузора определяется в зависимости от большего угла сужения a. Больший угол сужения будет при уменьшении ширины воздухоподогревателя до ширины трубопровода:

.

Получаем .

Так как угол , то коэффициент местного сопротивления конфузора ξ = 0,1[4,174].

На участке также находится поворот на угол 90°, коэффициент местного сопротивления которого ξ = 1 [1,6].

Потери давления в местных сопротивлениях:

(Па).

Суммарная потеря давления на участке:

(Па).

Участок 3-4:

По расходу топлива определяем число горелок, используемое в котельной установке. Для этого данный расход делим на производительность горелки по газу. Возьмём горелку ЦКТИ-VI, у которой производительность по газу равна 4320 м³/ч. Тогда число горелок будет

15447 / 4320 = 3‚6,

т.е. устанавливаем 4 горелки.

Для осуществления подвода воздуха к горелкам, в начале участка 3-4 поставим симметричный разделяющий тройник. Каждая ветка тройника направляет поток воздуха к двум горелкам. Потери давления на участке 3-4 будут складываться из потерь в обеих ветках, но так как ветки симметричные, то достаточно вычислить потери в одной из веток.

Для расчёта разделим участок 3-4 на два: 1' – участок до ответвления потока на первую горелку и 2' – участок после ответвления.

Участок 1':

Данный участок содержит поворот на угол 90° в симметричном тройнике.

Так как в тройнике поток делится на две равные части, объём воздуха, проходимый через участок, будет равняться половине расхода воздуха на предыдущем участке:

(м³/ч).

Площадь поперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем по ГОСТу размеры и вид трубы:

Труба 1120×1600 мм,

(м²),

(м).

Рассчитываем скорость воздуха в трубе:

(м/с).

Плотность подогретого воздуха: (кг/м³).

Динамический напор:

(Па).

Потери давления от трения:

(Па).

Коэффициент сопротивления при повороте в симметричном тройнике определяется также как при боковом ответвлении в несимметричном тройнике при ,

где – площадь живого сечения трубы до ответвления;

– площади живого сечения бокового ответвления тройника;

– площадь живого сечения трубы в проходе тройника.

При равенстве скоростей до ответвления и в боковом ответвлении при ответвлении на угол 90° коэффициент местного сопротивления x = 1,07 [2, 20].

Потери давления в местных сопротивлениях:

(Па).

Суммарные потери давления на участке 1':

(Па).

Участок 2':

На данном участке находится разделяющий несимметричный тройник, площадь ответвления, в котором равна площади прохода и соответственно объёмы воздуха проходимые через проход и ответвление равны.

Объём воздуха, проходимый через проход тройника (участок 2') и через ответвление:

(м³/ч).

Площадь поперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем по ГОСТу размеры и вид трубы:

Труба 1120×800 мм,

(м²),

(м).

Рассчитываем скорость воздуха в трубе:

(м/с).

Плотность подогретого воздуха: (кг/м³).

Динамический напор:

(Па).

Потери давления от трения:

(Па).

Коэффициент местного сопротивления в проходе тройника определяется в зависимости от отношения скоростей после и до ответвления. При их равенстве коэффициент местного сопротивления прохода x = 0 [2, 20].

Потери давления от местных сопротивлений:

(Па).

Суммарные потери давления на участке 2':

(Па).

Наибольшие потери давления наблюдаются на участке 1'. Поэтому потери давления на участке 3-4 равны:

(Па).

Участок 4-5:

На данном участке происходит соединение воздухопровода с горелочными устройствами.

Аналогично участку 3-4 рассчитаем подвод воздухопровода к двум горелкам на одной ветке участка 3-4, а затем, умножив на два, получим суммарные потери на участке 4-5.

Подвод к первой горелке:

Данный подвод является ответвлением несимметричного тройника в начале участка 3-4 (2') под углом 45°, на котором также находятся поворот на угол 45° и соединение с вводом в горелку.

Объём воздуха, проходящий через участок:

(м³/ч).

Площадь поперечного сечения:

(м²).

Соответственно полученной площади выбираем по ГОСТу размеры и вид трубы:

Труба 1120×800мм, F = 0,896 (м²), (м).

Рассчитываем скорость воздуха в трубе:

(м/с).

Плотность подогретого воздуха: (кг/м³).

Динамический напор: (Па).

Потери давления от трения:

(Па).

Коэффициент местного сопротивления бокового ответвления тройника на угол 45° определяется в зависимости от отношения скоростей после и до ответвления. При их равенстве коэффициент местного сопротивления ответвления x = 0,27[2,20].

Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 45° x = 0,5 [2,6].

В конце участка 4-5 воздухопровод присоединяется к вводу в горелку, размерами 1220×820 мм. Для присоединения трубы 1120×800 мм необходимо устанавливать и диффузор.

Коэффициент местного сопротивления диффузора в прямом канале рассчитывается по формуле:

, [2,16]

где – коэффициент полноты удара, определяется в зависимости то угла раскрытия диффузора (для пирамидального диффузора определяется по большему углу раскрытия);

– коэффициент сопротивления при внезапном расширении, определяется в зависимости от отношения меньшего сечения к большему: , тогда

При расширении стороны 1120 мм до 1220 мм получается больший угол, чем при расширении 800 мм до 820 мм, поэтому определяем по этой стороне. Длину диффузора примем 500 м.

.

Угол раскрытия . По углу a определяем [2,16], что .

Потери давления от местных сопротивлений:

(Па).

Суммарные потери давления на подводе к первой горелке:

(Па).

Подвод ко второй горелке:

На данном участке воздухопровода находится поворот на угол 90° от участка 3–4 (2`) и диффузор, соединяющий трубу с вводом в горелку.

Объём воздуха, проходящего через участок равен объёму проходящему на участке 3-4 (2`)<sub>'</sub>, т.е. 48527,217 (м³/ч). Размеры трубопровода остаются неизменными по сравнению с участком 3-4 (2`), следовательно остаётся неизменной скорость воздуха и динамический напор.

Потери давления от трения:

(Па).

Коэффициент местного сопротивления поворота на угол 45° x = 0,5 [2,6].

Соединение трубопровода со второй горелку аналогичен соединению с первой горелкой, соответственно коэффициент местного сопротивления такой же, т.е. x = 0,0056

(Па).

Потери давления в подводе ко второй горелке:

(Па).

Поскольку сопротивление подвода к первой горелке больше сопротивления подвода ко второй горелке, то потери давления на участке 4-5 принимаются равными сопротивлению подвода к первой горелке:

(Па).

Приближённое значение потерь давления по воздушному тракту:

(Па).

Дата добавления: 2015-05-23