ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбунов К. ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбу. Расчет теплообменного оборудования

• Название: Расчет теплообменного оборудования
• Анкор: ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбунов К.С
• Дата: 10.03.2022
• Размер: 169.47 Kb.
• Имя файла: ПЗ Горизонтальный пароводоподогреватель Вар.№2 ЭНЗ-390031у Горбу.docx
• Тип: Пояснительная записка; #389410
• страница: 4 из 5

МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА.


Конструктивный механический расчет обеспечивает прочность элементов в процессе эксплуатации. Для цилиндрических теплообменных аппаратов производится расчет следующих элементов конструкции: толщины стенок корпуса, крышек и днищ; трубных досок; фланцевых соединений.

В качестве материала корпуса используем сталь марки Ст20.
При выполнении расчета за нормативное допускаемое напряжение принимается наименьшее из двух напряжений и :




где – значение предела прочности

 значение предела текучести.

МПа

МПа

1. 
   Расчет корпуса аппарата.
   

Толщина стенки корпуса S цилиндрического аппарата, работающего с избыточным давлением P, определяется выражением:




Величину прибавки С суммируют из трех поправок:



- прибавка на коррозию, исходя из условий разъединения материала стенки и срока службы аппарата, м;

- прибавка на эрозию, если таковая имеет место при работе аппарата, м;

- прибавка на минусовый допуск по толщине листа, из которого изготовлен корпус, м.

Величина прибавки С принимаю 4 мм;

- коэффициент прочности сварного шва, принимается от 0,65 до 0,9. Для прямолинейного стыкового соединения обечаек при и толщине свариваемого металла 2-10 мм рекомендуемый тип сварного шва – односторонний, без скоса кромок; способ сварки – автоматическая под слоем флюса и .
- внутренний диаметр корпуса;



- нормативное допускаемое напряжение, МПа;


Принимаем стандартную толщину стенки .
Во всех случаях принятая толщина стенки подлежит контрольной поверке на напряжение в ней при гидравлическом испытании аппарата:


Рассчитываем давление гидравлических испытаний:



Это условие выполняется, принятая толщина стенки подходит.

2. 
   Расчет днищ и крышек.
   

Днища и крышки изготавливаются из того же металла, что и корпус аппарата. В теплообменных аппаратах чаще всего применяются эллиптические или сферические днища с отбортовкой для обеспечения качественной сварки с цилиндрической части корпуса или крышки. Размеры днищ регламентируются [2].
В нашей конструкции имеется крышка распределительной камеры, включающая в себя днище, а также крышка плавающей камеры и дно самого аппарата и крышка кожуха.

Расчетная толщина стенки крышки распределительной камеры, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле:



где:

- высота выпуклой части крышки, м;



k – коэффициент:

- коэффициент прочности сварного шва, ;

С – прибавка на коррозию, м.

Принятая толщина S=6 мм стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:


Принимаем толщину стенки крышки 6 мм.

Принятая толщина стенки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:


Условие выполняется, толщина стенки подходит.
Расчетная толщина стенки днища кожуха, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле:



где:

- высота выпуклой части крышки, м;



k – коэффициент:

- коэффициент прочности сварного шва, ;

С – прибавка на коррозию, м.

Принятая толщина S=5 мм стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:


Принимаем толщину стенки днища 6 мм.
Принятая толщина стенки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:


Условие выполняется, толщина стенки подходит.
Расчетная толщина стенки крышки плавающей камеры, м, подверженному внутреннему давлению, определяется по формуле:






k – коэффициент ослабления крышки неукрепленными отверстиями, без отверстий:



- коэффициент прочности сварного шва, ;

С – прибавка на коррозию, м.

Принимаем толщину крышки плавающей камеры 5 мм.
Принятая толщина стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:


Рассчитываем давление гидравлических испытаний:


Условие выполняется, значит толщина стенки подходит.
В межтрубное пространство направляется горячий пар через входной патрубок. Внутри корпуса аппарата монтируются перегородки, чтобы удлинить путь прохождения продукта, создать турбулентность и снизить вероятность отложения механических примесей в корпусе ставятся поперечные перегородки. Они, также, предотвращают изгибание труб.

Определяем площадь межтрубного пространства без учета перегородок для прохода пара:


Расстояние между сегментными перегородками:


Наиболее распространенными перегородками являются сегментные перегородки. Толщина перегородки должна быть не менее толщины корпуса аппарата. Длина перегородки равна:

 Перегородки крепятся в корпусе при помощи стяжек. Стяжки представляют собой тяги из круглого прутка, пропущенные че­рез отверстия перегородок и трубных решеток. В промежутке между перегородками на стяжки надеты обрезки труб. При навинчивании гаек на концевые резьбовые части тяг образуется жесткий каркас.

3. 
   Расчет трубных решеток.
   

В теплообменом аппарате нежесткой конструкции толщина трубной решетки, м, определяется по формуле для плоского днища с учетом ослабления отверстиями:



где – конструктивный коэффициент;

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

Коэффициент ослабления доски отверстиями определяется по формуле:

где - минимальный шаг между отверстиями.

Для трубной решетки на плавающей камере:


Принимаем толщину решетки 23 мм.
Для трубной решетки верхней крышки:


Принимаем толщину решетки 31 мм.
Полученная величина проверяется на допустимые напряжения от изгиба:





Условие выполняется.
Для решеток с развальцованными трубками из условий надежности крепления трубок толщина решетки не должна быть меньше:


Условия выполняются:

4. 
   Расчет фланцевых соединений.
   

Расчет фланцевых соединений состоит из расчета фланцев и шпилек (болтов).

Нагрузка на болты в рабочих условиях складывается из силы , компенсирующей силу внутреннего давления, и силы R, создающей давление на прокладку, обеспечивающее герметичность соединения, которые определяются по формулам:



- средний диаметр прокладки;

- ширина прокладки, м;

- предварительное удельное давление на прокладку, МПа; для прокладок из паронита

- расчетное давление, Па;

Задавшись диаметром болта, определяют допускаемую нагрузку, Н, на один болт:



И число болтов



- допускаемое напряжение материала болта при температуре рабочей среды, Па.

Толщина тарелки плоского приварного фланца ,м, принимается наибольшей из двух значений, полученных по выражениям:




- толщина стенки обечайки, м;

наружный диаметр фланца, м;

- внутренний диаметр корпуса, м;

_E - модуль упругости материала фланца, МПа;

допустимый угол искривления фланца. для паронитовых прокладок;

плечи моментов сил, действующих на фланец, м;

для паронитовых прокладок

;

;

;

.

1. 
   Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h для корпуса аппарата.
   

Ширину прокладки берем





Задаемся диаметром болта , определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:


и число шпилек:

Толщина тарелки плоского приварного фланца h,м

где - плечи моментов сил, действующих на фланец, м:

для паронитовых прокладок





- толщина стенки патрубка;

- наружный диаметр фланца;

- внутренний диаметр обечайки;

- диаметр болтовой окружности;

- модуль упругости материала фланца, МПа;

- допустимый угол искривления фланца (

Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 34 мм.

2. 
   Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h патрубка для пара.
   

Ширину прокладки берем



Задаемся диаметром болта , определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:



и число шпилек:

Толщина тарелки плоского приварного фланца h,м:



где - плечи моментов сил, действующих на фланец, м:

для паронитовых прокладок





- толщина стенки патрубка;

- наружный диаметр фланца;

- внутренний диаметр патрубка;

- диаметр болтовой окружности;

- модуль упругости материала фланца, МПа;

- допустимый угол искривления фланца (

Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 27 мм.

3. 
   Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h патрубка для воды.
   

Ширину прокладки берем .




Задаемся диаметром болта , определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:



и число шпилек:


Толщина тарелки плоского приварного фланца h,м:


где - плечи моментов сил, действующих на фланец, м:

для паронитовых прокладок





- толщина стенки патрубка;

- наружный диаметр фланца;

- внутренний диаметр обечайки;

- диаметр болтовой окружности;

- модуль упругости материала фланца, МПа;

- допустимый угол искривления фланца (

Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 21 мм.

4. 
   Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h для крышки плавающей головки.
   

Ширину прокладки берем





Задаемся диаметром болта , определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:



и число шпилек:


где - плечи моментов сил, действующих на фланец, м:

для паронитовых прокладок





- толщина стенки патрубка;

- наружный диаметр фланца;

- внутренний диаметр обечайки;

- диаметр болтовой окружности;

- модуль упругости материала фланца, МПа;

- допустимый угол искривления фланца (

Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 30 мм.

5. 
   Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h крышки днищакорпуса. Ширину прокладки берем .
   

Задаемся диаметром болта , определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:



и число шпилек:



где - плечи моментов сил, действующих на фланец, м:

для паронитовых прокладок





- толщина стенки патрубка;

- наружный диаметр фланца;

- внутренний диаметр обечайки;

- диаметр болтовой окружности;

- модуль упругости материала фланца, МПа;

- допустимый угол искривления фланца (

Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 34 мм.

6. 
   Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h для патрубка пара.
   

Ширину прокладки берем .





Задаемся диаметром болта , определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:



и число шпилек:



где - плечи моментов сил, действующих на фланец, м:

для паронитовых прокладок





- толщина стенки патрубка;

- наружный диаметр фланца;

- внутренний диаметр обечайки;

- диаметр болтовой окружности;

- модуль упругости материала фланца, МПа;

- допустимый угол искривления фланца (

Выбираем стандартный плоский приварной фланец с толщиной тарелки 17 мм.

5. 
   Расчет опор аппарата.
   

Горизонтальные аппараты устанавливаются на две седловые опоры.

В общем случае на опору действуют вертикальная сила (реакция опоры) Q, Н:

Примем по ГОТС 14246-79
Горизонтальная сила Н:

где

- угол охвата корпуса аппарата опорным листом, град, ;
Горизонтальная сила трения , Н:

Реакция опоры аппарата:


Площадь опорной плиты, , принимается конструктивно и должна удовлетворять условию:



где - допускаемое напряжение сжатия бетона фундамента, МПа.
Расчетная толщина опорной плиты, м,


где – ширина поперечных ребер опоры, м, ;

- коэффициент, определяемый по графику зависимости от отношения

1

– допускаемое напряжение материала опорной плиты, МПа.

Фактическая толщина опорной плиты

Расчетная толщина ребра 1 из условия прочности на изгиб и растяжение, м,

где D – наружный диаметр корпуса аппарата, м;

- допускаемое напряжение материала, МПа.
Толщины ребер 1 и 2 проверяют на устойчивость от действия сжимающей нагрузки q, Н, приходящейся на единицу длины ребра

где - общая длина всех ребер в опоре, м,

- для схемы 1:

- для схемы 2:

- число ребер на опоре.
Расчетная толщина ребер, м, из условия устойчивости

- допускаемое напряжение на устойчивость, МПа


где - предел текучести материала, МПа,

- критическое напряжение, МПа:

где - модуль упругости материала ребер, МПа,

– большее из значений ;

-высота крайнего наружного ребра, м.

Условия выполняется.
Условие прочности опор при действии изгибающей силы .


В случае приварной опоры


где - высота среднего ребра опоры, м,

- момент сопротивления горизонтального сечения по ребрам у основания опоры, .