Гидравлическое сопротивление аппарата

3.4.2 Гидравлическое сопротивление аппарата

Гидравлическое сопротивление аппарата:

, (41)

где λ_г – гидравлический коэффициент сопротивления трения, для турбулентного режима:

λ_г = 0,3164/Re^0,25,

λ_г = 0,3164/14938^0,25 = 3,5.

ξ_г – коэффициент местного сопротивления при движении охлаждаемого продукта в трубном пространстве:

ξ_г = 1,5 для входной и выходной камеры (для одной секции),

ξ_г = 2,5 на повороте между ходами и секциями (два хода внутри секции, два промежутка между секциями),

ξ_г = 1 на входе потока в трубы и на выходе из них (для одной секции).

С учетом коэффициентов получаем:

Па.

4. Прочностной расчет

Устанавливаем основные размеры узлов заданного аппарата:

- количество рядов труб z = 4;

- число ходов по трубам n_х = 2;

- длина труб L = 8 м;

- шаг размещения т руб – t₁ = 59 мм, t₂ = 51 мм

- наружный диаметр труб - d_H = 28 мм; - наружный диаметр основной трубы - d = 25 мм; - внутренний диаметр биметаллических труб - d_BH = 21 мм; - толщина стенки основной трубы - δ_т = 2 мм; - диаметр отверстий в решетке d_o = 25,4 мм; - наружный размер прокладки в продольном направлении L_пр = 1282 мм; - наружный размер прокладки в поперечном направлении В_пр = 246 мм; - ширина прокладки - b_пр = 12 мм; - ширина перфорированной части трубной решетки – В₁ = 224 мм; - расстояние между осями болтов в поперечном направлении - В_Б = 296 мм; - диаметр болтов (шпилек) - d_Б = 16 мм (М16); - количество болтов - n_Б = 46; - размер фланца крышки в поперечном направлении - В_ф = 346 мм; - внутренний размер камеры в поперечном направлении - В_о = 194 мм; - внутренний размер камеры в продольном направлении L_o = 1228 мм.

Для данного аппарата примем камеру разъемной конструкции. Основные размеры камеры изображены на рисунке 4.

Рисунок 4

1 – крышка; 2 – прокладка; 3 – трубная решетка

4.1 Проверка на прочность шпилек

Определяем основные расчетные размеры трубной решетки и прокладки.

Расчетная ширина прокладки

b_прR = min {b_пр, 3,87} (37)

b_прR = min {12, 3,87= 13,4} = 12 мм.

Принимаем прокладочный коэффициент m_пр = 2,5 для прокладки из паронита.

Расчетный размер трубной решетки в продольном направлении:

L_p = L_пр – Ь_прR; (38)

L_p = 1282 - 12 = 1270 мм.

Расчетный размер трубной решетки в поперечном направлении:

В_р = В_пр – b_прR; (39)

В_р = 246 - 12 = 234 мм.

Расчетная ширина перфорированной части трубной решетки:

В_т = min {z^.t₂, В_р}; (40)

В_т = min{4· 51 = 204; 234} = 204 мм.

Характерный размер отверстий решетки (для решеток с трубами, закрепленными в части толщины решетки):

d_E = d_o - δ_т; (41)

d_E = 25,4 – 2= 23,4 мм.

Коэффициент ослабления решетки отверстиями:

φ_р = 1 - d_E/t₁; (42)

φ_р = 1 – 23,4 / 52 = 0,55.

Принимаем для дальнейших расчетов прибавку на коррозию материала С = 1,5 мм.

Определяем расчетное усилие в шпильках в условиях эксплуатации:

F_Б = P_p[L_pB_p + 2b_прR^.m_пр^.(L_р + В_р)], (43)

где Р_р – расчетное давление,

Р_р = Р - Р_атм, (44)

Р_р = 0,22 – 0,1 = 0,12 МПа;

F_Б = 0,12· [1270^.234 + 2^.12^.2,5·(1270 + 234)] = 46490,4 Н.

Давление испытания при использовании литых крышек:

Р_исп = 1,5P_p[σ]²⁰/[σ]^t, (45)

где [σ]^t = 121,2 МПа, [σ]²⁰ = 140 МПа – допускаемые напряжения для стали 10Х18Н9ТЛ – материала для изготовления крышки (для исполнения Б4) при рабочей температуре t_р = 144^оС и при нормальных условиях соответственно [4, с. 147];

Р_исп = 1,5^.0,12·121,2/140 = 0,156 МПа,

Коэффициент податливости фланцевого соединения крышки и решетки η_р = 2 [4, с. 84].

Расчетное усилие в шпильках в условиях испытания или монтажа:

(46)

Окончательно принимаем F_o = 106797,6 Н.

Поперечное сечение шпильки М16 (в ослабленном резьбой сечении) S_Б = 157 мм² [4, с. 118].

Допускаемые напряжения для шпилек из стали 35Х:

[σ]²⁰_Б = 230 МПа; [σ]^t_Б = 228,24 МПa.

Условие прочности шпилек:

F_Б/(S_Бп_Б) = 46490,4/(157·46) = 6,44 < [σ]^t_Б =228,24,

F_o /(S_Бп_Б) = 106797,6/(157·46) = 14,8 < [σ]²⁰_Б = 230.

Условие прочности выполняется.