Обобщение результатов расчета.

В результате проведенных расчетов разработан подогреватель, имеющий следующие характеристики:

1. Расход воды 140 м³/ч

2. Расход греющего пара 5.93 кг/с

3. Температура:

воды на входе 9С

воды на выходе 89С

пара на входе 155С

4. Размеры подогревателя:

внутренний диаметр корпуса 780мм (800)

толщина стенок корпуса 4 мм

высота трубок 4000мм (4000)

5. Число ходов 3 (3)

6. Число трубок 273 шт. (301)

7. Поверхность нагрева м² 97.48 м² (110)

8. Необходимая мощность насоса 0,38 кВт

3. Механический расчет

Выполняется расчет основных узлов и деталей аппарата на прочность. Конструкция и элементы аппаратов должны рассчитываться на наибольшее допускаемое рабочее давление с учетом возможных температурных напря-жений, особенностей технологии изготовления деталей, агрессивности действия рабочей среды и особенностей эксплуатации.

Определим толщину стенки кожуха.

,

где р – расчетное давление (давление греющего пара), Па; _доп – допускаемое напряжение, Па, _доп = 132,9 МПа (табл. 4 и 5, берется при ); _св – коэффициент прочности сварного шва, _св = 1; C – прибавка на минусовые допуски проката, коррозию и др., м, С=0

Выбираем стандартную толщину кожуха, близкую к полученному значению - мм.

Производим расчет толщины эллиптического днища ( рис.4).

Рис.4 Эллиптическая конструкция днища

Исходя из условия технологичности изготовления, принимаем предварительно _д = _к = 4 мм, тогда толщина стенки днища, имеющего отверстие, определяем по выражению

Условия применимости этой формулы:

где h_вып – высота выпуклой части днища, м; h_вып = 0,3D_вн = 0,30,8=0,24 м,

D_вн - внутренний диаметр корпуса. м; d – наибольший диаметр отверстия в днище, м; С – прибавка, учитывающая допуск на прокат, коррозию и т.д., м; z - коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия.

примем

Произведем расчет трубной решетки.

Расчетное давление при расчете трубной решетки выбираем по большему из трех следующих значений:

где P_м, P_т – давление в межтрубном и трубном пространстве соответственно; P_м.п, P_т.п - пробное давление при гидравлическом испытании в межтрубном пространстве и в трубах, Па, , (Приложение 13);  - отношение жесткости трубок к жесткости кожуха;  - расчетный температурный коэффициент;

k - модуль упругости системы трубок, МПа/м;  – коэффициент перфорации.

Определяем коэффициент, выражающий отношение жесткости трубок к жесткости кожуха.

где Е_т, Е_к - модули упругости материала трубок и кожуха соответственно, (т. к. кожух и трубки стальные, ); F_т, F_к – площади сечения материала трубок и кожуха, м².

Вычисляем площадь сечения материала трубок

где n – количество трубок, шт.; d_н, d_вн - наружный и внутренний диаметры трубок, м , .

.

Определяем площадь сечения материала кожуха

Тогда

Вычисляем расчетный температурный коэффициент

где t_т, t_к – температуры трубок и кожуха С; _т, _к – коэффициенты линейно-го удлинения трубок и кожуха соответственно, 1/град, _т = 1410^-6 1/град; _к = 11,710^-6 1/град.

t_к = t_гр.п. – 77 = 155 –80 = 75С

t_т = t_гр.п. – 17 = 155 – 17 = 138С

.

Определяем модуль упругости системы трубок

где l - длина трубок, м; а- внутренний радиус корпуса, м.

.

Тогда

.

Вычисляем коэффициент перфорации

Тогда

.

Исходя из трех расчетных давлений выбираем Р_р = 1,7МПа

Определяем толщину трубной решетки

.

Определяем толщину трубной решетки из условия прочности на изгиб

где D₀ - диаметр окружности, на которую опирается трубная доска, м;  - коэффициент, зависящий от формы и способа крепления трубной доски;  - коэффициент, учитывающий ослабление трубной решетки; С - поправка на минусовые допуски проката, коррозию и т.д., С=0 м.

При расчетном давлении, действующем со стороны крышки, в качестве D₀ принимается внутренний диаметр корпуса, поэтому D₀ = D_вн = 0,8 м.

В данном подогревателе используем круглые трубные доски, не подкрепленные анкерными связями, следовательно,  = 0,5.

Вычисляем коэффициент, учитывающий ослабление трубной доски

где D_н - наружный диаметр кожуха, м, ; N₁ - наибольшее количество трубок в одном ряду, шт.; d₀ - диаметр отверстия под трубку в трубной доске, м.

d₀ = d_н + 0,0008 = 0,029+ 0,0008 = 0,0298 м.

Определяем наибольшее количество трубок в одном ряду

где К - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, м, ; S - шаг между трубками, м, .

.

Тогда

Определяем толщину трубной решетки из условия прочности на изгиб

Производим определение толщины трубной решетки, исходя из условия надежности развальцовки:

где q - допускаемое напряжение на вырывание трубок из решетки, МПа; Р_тр - осевое усилие в наиболее нагруженной трубке, Н, d_н - наружный диаметр трубок, м.

Для трубок, завальцованных с отбортовкой, q = 40 МПа.

Определяем осевое усилие в наиболее нагруженной трубке

Р_тр = (d_н - _т)_т, Н,

где _т - толщина трубки, м;  - напряжение изгиба в трубной решетке, МПа,  = 132,9·10⁶ МПа.

Р_тр = 132,9·10⁶3,14(0,029 – 0,001)0,001=11685 Н

Тогда

условие выполненно

Расчет фланцевых соединений и болтов.

Определяем полное усилие, действующее на все болты фл- анцевого соединения:

Q = Р + Р_упл, [Н],

где Р - сила внутреннего давления среды на площадь, Н; Р_упл - сила, необходимая для обеспечения плотности соединения при давлении рабочей среды, Н.

Р = 0,785D²_прР_с, [Н],

где D_пр - средняя линия прокладки, м; Р_c - сила внутреннего давления среды на площадь, Па.

Определяем среднюю линию прокладки

D_пр = 0,5(D_н + D_в), [м],

где D_н и D_в - наружный и внутренний диаметры прокладки соответственно, м.

D_пр = 0,5(0,804 + 0,8) = 0,802 [м],

Р = 0,7850,802²0,5610⁶ = 282752[Н].

Определяем силу, необходимую для обеспечения плотности соединения

Р_упл = qF_пр, Н,

где q - расчетное удельное давление на единицу площади прокладки, Па, (Приложение 14[1]); F_пр - площадь прокладки, м².

Вычисляем площадь прокладки

F_пр = 0,785(D²_н - D²_в), [м²],

F_пр = 0,785(0,808² + 0,8²) = 1,015 [м²].

Р_упл = 4010⁶0,01 =40,610⁶ [Н]

Тогда

Q = 283000 + 400600 = 40,88310⁶ [Н]

Проверка расчетной нагрузки (q_max = 130 МПа):

Q  q_maxF_пр.

Расчетная нагрузка не превышает максимальную и не будет вызывать повреждение прокладки или превосходить ее прочность, т. к. условие соблюдается.

Определяем диаметр болта

где Q - полное усилие на все болты, Н; D_пр - средняя линия прокладки, м;  - поправочный коэффициент ( = 0,85); _т - предел текучести материалов болтов при рабочей температуре (для стали марки 20 _т = 245 МПа), Па.

Вычисляем количество болтов во фланцевом соединении

где L – общая длина окружности, на которой расположены центры болтов, мм;

t_б - шаг между болтами, мм.

Из конструктивных соображений шаг между болтами принимаем в преде-лах 2,55 диаметров болтов:

Определяем длину окружности, на которой расположены цен- тры болтов,

L =  (D_вн + _к + d_б +2К), мм,

где _к - толщина стенки кожуха, мм; К - монтажный зазор (К = 2530 мм); d_б - диаметр болтов, мм; D_вн - внутренний диаметр корпуса. мм.

L = 3,14 (800 +4 + 6 + 30) = 2637,6 мм,

Тогда

Определяем расчетное усилие на болт

.

Расчитываем толщину приварного фланца

где r₀ - радиус окружности расположения болтов, м; r – внутренний радиус корпуса, м; _доп = 230 - допускаемое напряжение на изгиб, МПа; а = 0,6 - для фланцев, подверженных изгибу.

Вычисляем радиусы окружности расположения болтов и корпуса

r₀ = (D_вн + _к + d_б + К)0,5= (800 + 4 +6 + 30)0,5 = 420 мм,

r = D_вн/2=800/2=400 мм.

Тогда

.