Курсовой по оборудованию водород Журович 2 раздел. 2 Конструктивный расчет основного аппарата 1 Описание работы основного аппарата

• Название: 2 Конструктивный расчет основного аппарата 1 Описание работы основного аппарата
• Дата: 04.06.2022
• Размер: 0.63 Mb.
• Имя файла: Курсовой по оборудованию водород Журович 2 раздел.docx
• Тип: Сборник; #569538
• страница: 3 из 4

3.4 Расчет укрепления отверстий
Для цилиндрической обечайки расчетный диаметр D_p = D = 900 мм.

Расчетный диаметр штуцера (для отверстия и штуцера, ось которого лежит в плоскости поперечного сечения цилиндрической обечайки:). Проведем расчет для штуцера мм.

, (3.10)

мм

Расчетная толщина цилиндрической обечайки (по п. 3.1)

,

Расчетная толщина штуцера

, (3.11)

мм

Ширина зоны укрепления в цилиндрической обечайки

, (3.12)

где – реальная толщина обечайки, м.

мм

Диаметр отверстия, не требующего укрепления

, (3.13)

мм

Так как < – укрепление необходимо.

Определение возможности укрепления отверстия избыточным металлом:

Расчетная площадь вырезанного сечения

, (3.14)

мм²

Расчетная площадь укрепляющего сечения укрепляемой стенки

, (3.15)

где ,

– расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего конструкционного элемента на укрепляемом элементе (цилиндрическая обечайка)

– исполнительная толщина штуцера, м, для штуцера с D_y = 350 мм = 35 мм [13];

мм²

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера

, (3.16)

где – расчетная длина внешней части штуцера, участвующего в укреплении, мм.

, (3.17)

мм

мм²

Расчетная площадь сечения накладного кольца:

_{, (3.18)}

где расчетная ширина накладного кольца

(3.19)

определяется конструктивно:



а толщина накладного кольца, принимаем равной 15 мм.

мм.

мм;

мм².

Укрепление избыточным металлом произойдет, если выполнится условие:

,

> - условие выполнилось.

3.5 Расчет трубной решетки
Трубные решетки изготавливаются обычно цельными, вырезкой из листа. Для надежного крепления трубок в трубной решетки её толщина s_р(min) (в мм) должна быть не менее [17]

, (3.20)

где с – прибавка для стальных трубных решеток, мм, с = 5 мм;

d_н – наружный диаметр теплообменных трубок, мм, d_н = 25 мм.

По формуле (3.20):

мм.

Толщину трубной решетки выбираем в зависимости от диаметра кожуха аппарата и условного давления в аппарате [16]:

s_р = 54 мм.

Размещение отверстий в трубных решетках, их шаг регламентируется для всех теплообменников ГОСТ 9929-82.

По [18] определяем шаг при размещении труб по вершинам равносторонних треугольников: при d_н = 25 мм, t = 32 мм; отверстия под трубы в трубных решетках и перегородках размещают в соответствии с ГОСТ 15118-79 [16].

Размещение отверстий в трубных решетках выбранного аппарата показано на рисунке 4.1.


Рисунок 3.1 – Размещение отверстий в трубных решетках
Основные размеры для размещения отверстий под трубы 25 х 2 мм в трубных решетках выбираем по [16], диаметр предельной окружности, за которой не располагают отверстия под трубы:
D₀ = 884 мм,

2R = 880 мм,
Число отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках по рядам:

Сектор	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
А									18	22	21	20	16	13	12
Б	4	24	23	24	23	22	26	-

Общее число труб в решетке – 535 шт.

Отверстия в трубных решетках выполняем с двумя канавками. По ГОСТ 15118-79 под трубы с наружным диаметром 25 мм установлен диаметр 25,5 мм.

Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать их легкую замену. Применяем для крепления труб способ развальцовки с последующей отбортовкой (рисунок 4.2).

54


Рисунок 3.2 – Крепление труб в трубной решетке развальцовкой с последующей отбортовкой
Конец трубы, вставленной с минимальным зазором в отверстие трубной решетки, расширяется изнутри раскаткой роликами специального инструмента, называемого вальцовкой.

Для теплообменных аппаратов жесткой конструкции толщина решетки, м, определяется по выражению

, (3.22)
где К_р= 0,162 – конструктивный коэффициент;

р – разница давлений по сторонам доски, Па, принимается равному наибольшему из избыточных давлений теплоносителей:

p= 4,05 МПа;

Коэффициент ослабления доски отверстиями φ определяется по формуле:

(3.23)

где – минимальный шаг между отверстиями.



м

полученная величина проверяется на допустимые напряжения от изгиба:

.
Условие выполняется.

3.6 Проверка необходимости установки температурных компенсаторов
Жесткое крепление трубных решёток к корпусу аппарата и труб в трубной решетке обуславливает возникновение температурных усилий в трубах и корпусе (кожухе) при различных температурах их направления и может привести к нарушению развальцовки труб в решетках, продольному изгибу труб и другим неблагоприятным явлениям.

В случае если трубы нагреваются сильнее, чем кожух, они становятся длиннее кожуха и давят на трубные решетки, стремясь удлинить и сам корпус (кожух). Если напряжения, возникающие при этом в материале трубок и кожуха, превышают допустимые, то появляется необходимость установки компенсирующего устройства (линзы, плавающей головки и т.п.).

Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6 МПа. При большем давлении в кожухе (1,6 – 8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами. Принимаем кожухотрубчатый испаритель с плавающей головкой. Не закрепленная на кожухе вторая трубная решетка вместе с внутренней крышкой, отделяющей трубное пространство от межтрубного, образует так называемую плавающую головку (рисунок 1.11). Такая конструкция исключает температурные напряжения в кожухе и трубах [16].

3.7 Расчет опор аппарата
Выбор типа опоры аппарата зависит от ряда условий: места установки аппарата, соотношения высоты и диаметра аппарата, его массы и т.д. Для горизонтальных аппаратов, устанавливаемых в помещениях, рекомендуют применять седловые опоры. Руководствуясь этими рекомендациями, мы выбираем седловые опоры.

Обычно подбор опор по весу теплообменника с учетом веса теплоносителя и по размерам наружного диаметра теплообменника бывает достаточным.

Расчет веса аппарата. Рассчитывая опоры теплообменника необходимо определить максимальный вес аппарат, вычисляемый по формуле:

G_max = G_мет + G_из + G_вод;

где G_мет– вес корпуса, внутренних устройств, штуцеров и люков, Н;

G_из, G_вод – вес изоляции (при ее наличии) и вес воды при гидроиспытании, Н.

G_мет=G_кор + 2· G_дн + G_шт + G_тр + G_из

где G_кор – вес корпуса, Н;

G_дн – вес днища, Н;

G_шт – вес штуцеров, Н;

G_тр – вес труб, Н;

G_из– вес изоляции, Н.

Внутренний диаметр корпуса D=900 мм, внешний диаметр- D₁=900+2·35=970 мм, длина цилиндрической части корпуса L= 6000 мм.

Тогда объем металла найдем следующим образом:



Примем плотность металла равной плотности железа ρ=7800 кг/м³, тогда масса металла будет равна:

m = ρ · V = 7800 · 0,617 = 4812,6 кг.

Вес корпуса G_кор рассчитаем по формуле:

G_кор = m · g = 4812,6 · 9,81=47211,61 Н,

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Вес эллиптических крышек.

Вес днища определим как разность объемов эллиптической крышки диаметрами D_нар и D_вн.

м³.

Тогда масса металла:

m = 7800·0,0241 = 187,98 кг.

Вес эллиптического днища:

G_дн = 187,98 · 9,81 = 1844,08 Н.

Вес воды в аппарате при гидравлических испытаниях определяется как:

G_в= V_общ · ρ_в · g

где ρ_в – плотность воды (1000 кг/м³)

V_общ–внутренний объем аппарата, м3

V_общ = V_цил + 2·V_дн,

где V_дн  – внутренняя емкость выпуклой части днища, м³;

V_цил – внутренний объем цилиндрической части, м³.

Объемы стандартной цилиндрической части и днища, м³:

V_ц = 0,785·H_ц·D_в3,

V_ц = 0,785 · 6 · 0,9 = 4,239 м³,

V_дн= (π/6) · D_в3,

V_дн= (π/6) · 0,9 =  0,471 м³,

V_общ = 4,239 + 2 · 0,471= 5,18 м³;

G_в= 5,18 · 1000 · 9,81 = 50815,8 Н

Вес труб рассчитывают по формуле:

G_тp= 0,785·(d_н2 – d_в2) · l · ρ · g · n,

 где l – длина труб, м;

d_н2 – наружный диаметр труб, м;

d_в2 – внутренний диаметр труб, м;

n – количество труб, шт.

G_тp= 0,785 · (0,025 – 0,021) · 6 · 7800 · 9,81 · 535 = 77125,55 Н,

Вес штуцеров равен 10%  от веса теплообменника:

G_шт=0,1·(G_кор + 2·G_дн),

G_шт=0,1·(47211,61 + 2 · 1844,08) = 5089,977 Н,

Вес теплоизоляции 5 - 10% от минимального веса аппарата.

G_из= (0,05÷0,1)·(G_кор+ 2 · G_дн+ G_шт), (Н)

Принимаем 5 %:

G_из= 0,05·(47211,61+ 2 · 1844,08+ 5089,977) = 2799,5 Н,

G_мет = 47211,61+ 2 · 1844,08 + 5089,977 + 77125,55 = 133115,297 Н.

G_max = 133115,297 + 2799,5+ 50815,8 = 186730,6 Н = 187 кН.

По таблице принимаем опору тип 2 с допускаемой нагрузкой Q = 200 кН (табл. 14.1, стр. 275 [13]). При этом исходим также из конструктивных соображений. Схема седловой опоры представлена на рис. 3.3.

Рисунок 3.3 – Схема седловой опоры
Основные параметры опор представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Основные параметры опор

Диаметр аппарата D	Допускаемая нагрузка на опору, кН	S1 мм	S2 мм	R мм	L	A	A1	A2
900	200	14	18	522	1000	650	550	400