Конструктивный расчет аппарата

5. Конструктивный расчет аппарата

Гидравлический расчет патрубков.

Определим внутренний диаметр патрубков.

Для определения внутреннего расчетного диаметра патрубка воспользуемся уравнением неразрывности (сплошности) потока:

,

где  площадь поперечного сечения патрубка, по которому движется теплоноситель, м²;

 плотность теплоносителя в патрубке, кг/м³;

м/с скорость теплоносителя в патрубке.

Тогда площадь внутреннего поперечного сечения патрубка  находим по формуле:

,

Внутренний диаметр патрубка  определим по формуле:

,

Определим диаметр патрубка для греющего теплоносителя (если теплоноситель не меняет свое агрегатное состояние, то диаметры труб на входе и выходе равны):

м.

Расчётный диаметр патрубка округляем до ближайшего стандартного значения. Принимаем трубы стальные прямошевные для прямых участков трубопроводов по табл. 20.9 [6]. Условный диаметр d_у = 200 мм; наружный диаметр d_н = 219 мм; толщина стенки трубы S = 6 мм, материал сталь 10Г2.

Определим диаметр патрубка для нагреваемого теплоносителя (если теплоноситель не меняет свое агрегатное состояние, то диаметры труб на входе и выходе равны):

м.

Расчётный диаметр патрубка округляем до ближайшего стандартного значения. Принимаем трубы стальные прямошевные для прямых участков трубопроводов по табл. 20.9 [6]. Условный диаметр d_у = 300 мм; наружный диаметр d_н = 325 мм; толщина стенки трубы S = 8 мм, материал стальВСт3.

Подбор фланцев.

Стандартные фланцы принимаются по условному диаметру d_y и давлению, и их размеры представлены в таблице 5.1. Патрубок с присоединенным к нему фланцем показан на рис. 5.1.

Размеры фланца выбираются по табл. 20.9 [6] (Тип а).

Таблица 5.1

Фланцы	Dу, мм	Dн, мм	D, мм	D1, мм	Dб, мм	dб, мм	h, мм	число болтов, шт.
Для патрубка конденсата пара	200	219	290	232	255	M16	22	8
Для патрубка воды на ХВО	300	325	435	365	395	M20	24	12

Рис. 5.1. Фланец плоский приварной

Определение вылетов фланцевых штуцеров.

Каждый патрубок в зависимости от его размера имеет определённую длину вылета, которую назначаем по табл. 25.1 [6].

Для патрубка конденсата пара: l = 130 мм.

Для патрубка воды на ХВО: l = 140 мм.

Крепление труб в трубной решетке.

Соединение труб с трубной решеткой производим способом развальцовки с отбортовкой. Схема крепления труб в трубной решетке представлена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Развальцовка с отбортовкой труб в трубной решётке.

l_в – высота вальцовки;

S-толщина трубной решётки;

h_в–высота выступа;

d_о–диаметр отверстия под трубку в решётке;

d_н–наружный диаметр трубки;

В результате вальцевания вследствие осевого усилия, прикладываемого к, концу трубки специальным инструментом, происходит радиальная пластическая раздача трубки до прочноплотного соединения с решёткой. Отбортовка обеспечивает большую прочность по сравнению с простой развальцовкой, а, кроме того, обеспечивает плавный вход жидкости в трубки, в результате чего гидравлическое сопротивление уменьшается. Вальцевание бывает ручным и автоматическим.

Проверка патрубков на прочность.

Условие прочности:

S_прин>S_исп,

где S_прин – принятая толщина патрубка, мм;

S_исп – исполнительная толщина стенки штуцера, мм, определяемая по формуле:

S_исп=S_р+С, мм

где S_p – расчетная толщина стенки штуцера, определяемая по формуле:

,

С – прибавка к расчетной толщине штуцера, определяемая по формуле:

С = C₁ + С₂=1+3 =4 мм.

,

где t – время эксплуатации теплообменника, лет; t = 10 лет;

u_к – скорость коррозии, мм/год, u_к = 0,3 мм/год;

мм

Патрубок для конденсата пара.

При температуре  °С, 154,76 МПа из табл1.3 [7], тогда

, мм

Выбираем стандартную толщину листа из справочника [4] табл. 2.22:

S_исп=0,3+4=4,3 мм.

Т.к. S_прин = 6 мм, то S_исп < S_прин – условие прочности выполняется.

=S– ()=6–4,3=1,7 мм

Патрубок для конденсата пара.

При температуре °С, 138,88 МПа из табл1.3 [7], тогда

, мм

S_исп=0,7+4=4,7 мм.

Т.к. S_прин = 8 мм, то S_исп < S_прин – условие прочности выполняется.

=S– ()=8–4,7=3,3 мм.

Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки.

Расчет допускаемых напряжений.

Для изготовления обечайки теплообменника выбираем сталь 10Г2 ГОСТ 1050–74.

Допускаемое напряжение [s], МПа вычисляем по формуле:

, МПа

где s* – нормативное допускаемое напряжение, МПа; при расчетной температуре

t_H = 143,62 s* = 154,76 МПа, по табл. 1.3. [7];

h – поправочный коэффициент; h= 1;

[s] = 154,76*1 =154,76 МПа.

Расчет толщины стенки обечайки.

Расчет выполняем по формуле:

,

где S_p – расчетная толщина стенки обечайки, мм;

Р_р – расчетное давление, МПа; Р_р = P₁= 0,4 МПа;

D_BH – внутренний диаметр обечайки, мм; D_ВН = 800 мм;

j – коэффициент прочности сварных соединений; j = I.;

мм.

Исполнительную толщину стенки обечайки определяем по формуле:

S = S_p + С, мм

где С – прибавка к расчетной толщине стенки, м, вычисляемая по формуле:

, мм

где C₁ – прибавка для компенсации минусовых допусков на толщину листа, мм; С₁ = 1 мм; С₂=3 мм; =1,03+1+3=5,03 мм

Выбираем стандартную толщину листа из справочника [4] табл. 2.22: S=8 мм.

Расчет толщины стенки цилиндрической части водяной камеры

Используем сталь 10Г2 ГОСТ 1050–74

t = 35 °С 138,875 МПа Р_раб=Р₂=0,6МПа

 мм

S==1,73+1+3+0,7=5,73 мм

Выбираем стандартную толщину листа из справочника [4] табл. 2.22:

S=8 мм. Длину выбираем исходя из формулы:

,

где  ширина укрепляемой зоны

мм

мм.

Расчет фланцев для обечайки

В качестве фланца проектируемого аппарата выбираем фланец плоский приварной. Материал фланца: сталь 20. Базовые размеры выбранных фланцев сведены в таблицы 5.2 Эскиз фланцев для аппаратов с указанием базовых размеров представлен на рисунке 5.2

Таблица 5.2 Базовые размеры плоского приварного фланца для аппарата

Dвн, мм	D, мм	DБ, мм	D1, мм	dБ, мм	z, штук	h, мм
800	930	880	850	М20	24	28

Рис. 5.3. Эскиз плоского приварного фланца для аппарата

Расчет толщин днищ и крышек цилиндра теплообменного аппарата.

Наиболее распространенным типом днищ в сварных аппаратрах является эллиптический тип днищ. Как правило, такие днища имеют отбортовку на цилиндр.

Выбираем эллиптические днища табл. 16.1 [6], эскиз которых представлен на рис. 5.3.

Рис. 5.4. Эллиптическое днище.

Расчетную толщину эллиптических отбортованных днищ, определяем по формуле:

, мм

где - рабочее давление, МПа;

R – радиус кривизны в вершине днища, мм; R = D_BH

[s] – допускаемое напряжение для материала днища при его рабочей температуре

[s] = 138,88 МПа;

мм.

Выбираем стандартную толщину днища: S=8 мм.

Высоту выпуклой части крышки h_в, м находим по формуле:

H_в = 0,25 D_вн = 0,25×800=200 мм.

Таблица 5.3.

Днище	DBH	hв, мм	h, мм	Fв, м2	V*103, м3	D, мм	m, кг	S, мм
Верхнее	800	200	25	0,76	79,6	988	48,5	8
Нижнее	800	200	25	0,76	79,6	988	48,5	8

Укрепление отверстий.

В обечайках, днищах, крышках цилиндрических аппаратов вырезаются отверстия под патрубки, штуцеры и другие элементы. В результате механическая прочность стенок оболочки аппарата уменьшается. Если отверстие не укреплено, то под влиянием внутреннего избыточного давления на краю отверстия возникают местные напряжения, достигающие значительной величины.

Чтобы скомпенсировать потерю прочности, существуют 2 принципиальных способа: