Повышение толщины стенки всей оболочки аппарата

1. Повышение толщины стенки всей оболочки аппарата.

2. Повышение толщины оболочки только в некоторой зоне, расположенной вокруг отверстия. Последний способ более целесообразен, так как требует меньших затрат металла. Нормы и методы расчета на прочность, укрепление отверстий установлены ГОСТ 24755–81.

В данном случае для укрепления отверстий используем укрепляющие кольца.

Рис. 5.5. Отверстие, укрепленное с помощью кольца.

В этой схеме (на рис. 5.4) толщина укрепляющего кольца примерно равна толщине оболочки. Кольцо имеет сигнальное отверстие резьбой М10, которое предназначено для испытания сварочных швов на плотность. В это отверстие с резьбой при испытании подводится воздух давлением 0,6 МПа.

Прежде чем укреплять отверстие, нужно убедится в необходимости этой операции, для этого предварительно вычисляем наибольший диаметр одиночного отверстия в цилиндрическом корпусе, не требующего дополнительного укрепления.

где S - исполнительная толщина укрепляемого элемента, мм;

S_р=S - c-расчетная толщина оболочки, мм;

D_R- расчетный диаметр оболочки, для оболочки D_R=D_в,

c₂ - прибавка на коррозию;

Для обечайки:

мм

Если , то отверстия можно не уплотнять.

Если диаметр штуцера больше предельного диаметра отверстия, то такое отверстие должно быть укреплено. Условие достаточности укрепления отверстий за счет толщины стенки штуцера определяется по формуле:

,

где S_p-расчетная толщина оболочки;

d_в.шт. -внутренний диаметр штуцера, мм;

 – длина штуцера, мм;

 – расчетная толщина стенки штуцера, мм;

-исполнительная толщина стенки штуцера, мм;

c₂ - прибавка на коррозию, мм;

c₃ - прибавка для округления расчетной толщины штуцера до размера по сортаменту, мм;

В случае выполнения этого неравенства отверстие не требует укрепления дополнительными элементами.

Из расчетов следует, что отверстия нужно укреплять.

Диаметр укрепляющего кольца находится по формуле:

,

где d_н.шт. - наружный диаметр штуцера, м;

Рассчитаем диаметр укрепляющего кольца для патрубков конденсата пара:

м.

Действительную толщину укрепляющего кольца определяют из неравенства:

,

где S_K-толщина укрепляющего кольца, мм;

D_K-наружный диаметр кольца, мм;

d – диаметр укрепляемого отверстия, мм;

S-исполнительная толщина оболочки (обечайки), мм;

d₀^пред- предельный допускаемый диаметр, мм;

Из этого неравенства следует:

Таким образом, для патрубков конденсата пара:

мм

Исполнительную толщину кольца принимаем 8 мм.

Рассчитаем диаметр укрепляющего кольца для патрубков воды на ХВО:

м.

Действительную толщину укрепляющего кольца определяют из неравенства:

,

где S_K- толщина укрепляющего кольца, мм;

D_K- наружный диаметр кольца, мм;

d – диаметр укрепляемого отверстия, мм;

S - исполнительная толщина оболочки (обечайки), мм;

d₀^пред- предельный допускаемый диаметр, мм;

Из этого неравенства следует:

Таким образом, для патрубков воды на ХВО:

мм

Исполнительную толщину кольца принимаем 8 мм.

Расчет трубной решетки

Трубная решетка (трубная доска) предназначена для прочного и плотного крепления в ней теплообменных трубок с целью разграничения пространства с греющей и нагреваемой средами, то есть разграничения трубного и межтрубного пространства. Крепление трубок в решетке и толщина трубной решетки должны удовлетворять условиям прочности и гидравлической плотности.

Толщину трубной решетки определяем:

,

где средний диаметр под прокладку,

мм

 – допускаемое напряжение для материала решетки;

C=4 мм – прибавка к расчетной высоте;

 коэффициент ослабления трубной решетки отверстиями под трубки;

 диаметр отверстия под трубку;

м,

м.

м

Дополнительные условия проверки прочности трубной решетки.

Условие прочности безтрубной зоны:

где d_E – максимальный диаметр окружности, вписанной в безтрубную зону решетки меж ду обечайкой и трубками, м; принимаем по компоновке D_e = 10 мм;

Р_т – давление в трубном пространстве, МПа; Р_т = 0,6 МПа;

Р_м – давление в межтрубном пространстве, МПа; Р_м = 0,4МПа;

- допускаемое напряжение для материала решетки, МПа; =154,76МПа;

м

S³0,00418 м.

Толщина трубной решетки в сечении уплотнительной канавки должна быть не менее:

где (S – С) – расчетная толщина трубной решетки, м; (S – С) = 26 мм;

t_p – шаг разбивки трубной решетки t_p = 31,4 мм;

t_п – расстояние между ближайшими рядами труб, принимаем по компоновке t_п = 62,5 мм

b_п – ширина паза в трубной решетке; b_n = 10 мм;

d_o – диаметр отверстия под трубки в трубной решетке.

φ_р – коэффициент прочности трубной решетки,

мм.

Минимальная толщина трубной решетки, обеспечивающая надежность вальцовки труб:

где l_В – высота вальцовки, м;

[q] – допускаемая нагрузка, приходящаяся на единицу условной поверхности развальцовки и зависящая от способа развальцовки, МПа; для развальцовки с отбортовкой [q] = 30 МПа;

N_T – продольная сила, действующая в месте закрепления трубы в решетке, МН.

Так как рассчитываемый аппарат является аппаратом нежесткого типа, осевое усилие вычисляется по формуле:

Где Р=0,4 МПа – давление в межтрубном пространстве

 мм

Минимальная толщина решетки под кольцевую прокладку.

,

где D_с.п. - средний диаметр прокладки, м;

допускаемое напряжение для материала решетки, МПа;

D_в - внутрений диаметр обечайки;

 (м)

Условие выполняется.

Дополнительное условие:

мм

Все условия выполняются.

Расчет теплообменных трубок на прочность.

Расчетные напряжения в осевом направлении s_1т, МПа, в трубах составляют:

,

где S_T – толщина стенки трубки, м.

.

Расчетные напряжения в окружном направлении s_2т, МПа, в трубах составляют:

,

.

Условие статической прочности труб:

,

где [s]^Т – допускаемое напряжение для материала трубки, МПа, принимаем [s]^Т=230 МПа.

.

Таким образом, условие статической прочности труб выполняется.

Расчет прокладочной обтюрации

Обтюрация достигается сжатием с определенной силой, обеспечивающей герметичность уплотняемых поверхностей непосредственно друг с другом или посредством расположенных между ними прокладок из более мягкого материала.

Для герметичности соединения обечайки с жидкостными крышками используем прокладки типа 1. Тип обтюрации – I-А. Обтюрация типа I-А изображена на рисунке 13.1. Расчетная сила осевого сжатия для прокладок типа I определяется по формуле:

,

где D_сп – средний диаметр прокладки, м;

P – расчетное давление среды, воздействующей на фланцевое соединение, МПа,

K – коэффициент, зависящий от материала прокладки и ее конструкции, для паронита K=2,5;

b_экв – эффективная ширина уплотнения, м

,

b – ширина прокладки, м

.

.

.

МН.

Выбор линзового компенсатора.

 

Рисунок 5.7. Сварной линзовый компенсатор из двух штампованных полулинз

По давлению в межтрубном пространстве  и наружному диаметру  выбираем линзовый компенсатор по таблице 24.1 [6]. Таблица 2. Основные размеры линзового компенсатора.

Таблица 5.4

Dу	Dн	l	l1	D	s
мм
800	805	140	70	955	2,5

По конструктивным соображениям число линз принимаем

Расчет опор.

Установка аппаратов на фундаменты или на специальные несущие конструкции осуществляется в основном посредством опор. Непосредственно на фундаменты устанавливаются аппараты с плоским днищем. Опоры могут размещать или снизу аппарата или с боков и они жестко соединяются с аппаратом. Выбор типа опоры зависит от места установки теплообменного аппарата (в помещение или вне его), соотношения высоты к диаметру и массы аппарата.

Выбираем горизонтальную опору, так как аппарат располагается горизонтально. Чтобы избежать вмятин на стенках теплообменного аппарата и распределить усилие на большую часть площади обечайки под опорами располагаем подкладки, приваренные к обечайке.

Максимальное усилие G_max определяется по формуле:

Для расчета составляющих, входящих в формулу используем известное соотношение для i-го элемента:

где V_i – объем i-го элемента, м³

ρ_i – плотность материала элемента, кг/м³

Для стали: ρ_ст=7850 кг/м³

Для воды: ρ_в=1000 кг/м³

Для латуни: ρ_л=8430 кг/м³

Усилие от обечайки G_o определяем по следующей формуле:

где D_н – наружный диаметр обечайки, м

D_вн – внутренний диаметр обечайки, м

l – длина обечайки, м

g=9,81 м²/с

D_н=0,816 м

D_вн=0,8 м

l=3,7 м

Усилие, действующее на опору со стороны цилиндрических частей днищ:

где l_ц – высота цилиндрической части днища, м

конструктивно принимаем l_ц=0,2 м

Усилие от эллиптических днищ:

 

где m_дн – масса днища, кг

по таблице 16.2 [6] принимаем стандартную массу днища m_дн=49 кг

Усилие, действующее на опоры со стороны трубных решеток:

где D_н.р. – наружный диаметр трубной решетки, м

h – высота трубной решетки, м

d_н – наружный диаметр трубки в аппарате, м

D_н.р.=0,816 м

h=0,03 м

d_н=0,024 м

Усилие от фланцев на обечайке:

где h_ф – высота фланца, м

D_ф – наружный диаметр фланца, м

D_в – внутренний диаметр фланца, м

h_ф=0,028 м

D_ф=0,93 м

D_в=0,8 м

Усилия, действующие со стороны теплообменных трубок, находятся из соотношения:

 

где n – количество трубок,

l_т – полная длина трубки, м

ρ_л – плотность латуни, кг/м³

d_н – наружный диаметр трубки, м

d_вн – внутренний диаметр трубки, м

Усилие, действующее со стороны патрубков греющего теплоносителя:

где l_п.г. – вылет патрубков греющего теплоносителя, м

D_н – наружный диаметр патрубка, м

D_вн – внутренний диаметр патрубка, м

Усилие, действующее со стороны патрубков греющего теплоносителя:

где l_п.г. – вылет патрубков нагреваемого теплоносителя, м

D_н – наружный диаметр патрубка, м

D_вн – внутренний диаметр патрубка, м

Усилие, действующее со стороны дополнительной цилиндрической части рассчитаем аналогично обечайке:

Усилие фланцев для патрубков:

Усилие, действующее на опоры со стороны фланцев для патрубков конденсата пара: так как их два, то

 Н.

Усилие, действующее на опоры со стороны фланцев для патрубков воды на ХВО: так как их два, то

Н.

Усилие, действующее на опоры со стороны компенсирующей линзы

Н

Усилие, действующее на опоры со стороны всего аппарата:

Усилие, действующее со стороны воды, заполняющей весь аппарат:

Объем обечайки находится по формуле:

Емкость днищ определяется по формуле:

где h – высота цилиндрической части днища, м

V^* – емкость эллиптического днища, м³

h=0,02 м

V^* =0,0796 м³

Объем цилиндрической камеры обечайки находится по формуле:

Суммарный объем воды в аппарате:

Вес воды, заполняющей аппарат:

Определяем усилие, действующее на опору со стороны всего аппарата, заполненного водой:

Количество опор составляет обычно от двух до четырех и нагрузка приходящаяся на одну опору равна:

где n – количество опор

Принимаем количество опор в аппарате равным п=2.

В качестве материала лапы назначаем ВСт3

В зависимости от величины нагрузки G по табличным данным выбираем стандартную опорную лапу.

Ориентируясь на таблицу 14.6 [7] принимаем опору по ГОСТ 26–1265–75

Таблица 5.5. Базовые размеры опоры аппарата

Dн, мм	Q, кН	, мм	, мм	R, мм	L, мм	A, мм	, мм
800	80	8	14	442	740	500	400