Обобщение результатов расчета.

В результате проведенных расчетов разработан подогреватель, имеющий следующие характеристики:

1. Расход воды 181м³/ч;

2. Расход греющего пара 6,73 кг/с

3. Температура:

воды на входе 11 ^оС

воды на выходе 81С

пара на входе 166С

4. Размеры подогревателя:

внутренний диаметр корпуса 780 (800) мм

толщина стенок корпуса 4 мм

высота трубок 3200 (3000) мм

5. Число ходов 3

6. Число трубок 273 (301)шт.

7. Поверхность нагрева 84,94 (90) м²

8. Необходимая мощность насоса 0,36 кВт.

3. Механический расчет.

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

1. Определим толщину стенки кожуха.

где

р – расчетное давление (давление греющего пара), Па;

_доп – допускаемое напряжение, Па, _доп = 132,2 МПа

_св – коэффициент прочности сварного шва; _св = 1

C – прибавка на минусовые допуски проката, коррозию и др., м,

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

3.2. Производим расчет толщины эллиптического днища. Исходя из условия технологичности изготовления, принимаем предварительно _д = _к = 4 мм, тогда толщина стенки днища, имеющего отверстие, определяется по выражению

Условия применимости этой формулы:

где

h_вып – высота выпуклой части днища (рис.4), м;

h_вып = 0,4D_вн = 0,40,8=0,32 м

D_вн - внутренний диа- метр корпуса. м;

d – наибольший диаметр отверстия в днище, м;

C – прибавка, учитывающая допуск на прокат, коррозию и т.д., м;

z - коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия.

3.3. Определяем коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия

3.4. Произведем расчет трубной решетки.

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

где

P_м, P_т – давление в межтрубном и трубном пространстве соот- ветственно, Па, , ;

P_м.п, P_т.п - пробное давление при гидравлическом испытании в межтрубном пространстве и в трубах, Па, , ;

 - отношение жесткости трубок к жесткости кожуха;

 - расчетный температурный коэффициент;

k - модуль упругости системы трубок, МПа/м;

 – коэффициент перфорации.

3.5. 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, ), МПа;

F_т, F_к – площади сечения ма- териала трубок и кожуха, м².

3.6. Вычисляем площадь сечения материала трубок

где

n – количество трубок, шт.;

d_н, d_вн - наружный и внутренний диаметры трубок, м , .

.

3.7. Определяем площадь сечения материала кожуха

.

3.8. Вычисляем расчетный температурный коэффициент

где

t_т, t_к – температуры трубок и кожуха С;

_т, _к – коэффициенты линейного удлинения трубок и кожуха соответственно, 1/град. _т = 1410^-61/град; _к = 11,710^-61/град.

t_к = t_гр.п. – (7085) = 166 – 76 = 90 С

t_т = t_гр.п. – (1520) = 166 – 16 = 150 С

3.9. Определяем модуль упругости системы трубок

где

- длина трубок, м:

- внутренний радиус корпуса, м.

.

3.10. Вычисляем коэффициент перфорации

.

.

3.11. Определяем толщину трубной решетки

3.12. Определяем толщину трубной решетки из условия прочности на изгиб

где

D₀ - диаметр окружности, на которую опирается трубная доска,

P_р - расчетное давление, Па;

 - коэффициент, зависящий от формы и способа крепления трубной доски;

 - коэффициент, учитывающий ослабление трубной решетки;

С - поправка на минусовые допуски проката, коррозию и т.д., 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.

3.13. 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.

3.14. Определяем наибольшее количество трубок в одном ряду

где

К - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, м, ;

S - шаг между трубками, м, .

.

3.15. 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.

3.16. Определяем осевое усилие в наиболее нагруженной трубке

Р_тр = (d_н - _т)_т, Н,

г де

_т - толщина трубки, м;

 - напряжение изгиба в трубной решетке, МПа.

Р_тр = 132,23,14(0,029 – 0,001)0,001=0,0116 Н

3.17. Расчет фланцевых соединений и болтов.

3.17.1.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.

3.17.2. Определяем среднюю линию прокладки

D_пр = 0,5(D_н + D_в), м,

где

D_н и D_в - наружный и внутренний диаметры прокладки соот- ветственно, м.

D_пр = 0,5(0,82 + 0,8) = 0,81, м

Р = 0,7850,810,710⁶ = 0,3610⁶, Н

3.17.3. Определяем силу, необходимую для обеспечения плотности соединения

Р_упл = qF_пр, Н,

где

q - расчетное удельное давление на единицу площади прокладки, Па, ;

F_пр - площадь прокладки, м².

3.17.4. Вычисляем площадь прокладки

F_пр = 0,785(D²_н - D²_в), м²,

F_пр = 0,785(0,82² – 0,8²) = 0,025, м²

Р_упл = 1510⁶0,025 =0,37510⁶, Н

Q = 0,3610⁶ + 0,37510⁶ = 0,735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.

5. Определяем диаметр болта

где

Q - полное усилие на все болты, Н;

D_пр - средняя линия про- кладки, м;

 - поправочный коэффициент ( = 0,9);

_т - предел текучести материалов болтов при рабочей температуре (_т = 245 МПа), Па.

3.17.6. 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 прини- маем в пределах 2,55 диаметров болтов: 3.17.7 Определяем длину окружности, на которой расположены цен- тры болтов,

L =  (D_вн + _к + d_б +К), мм,

где

_к - толщина стенки кожуха, мм;

К - монтажный зазор (К = 2530 мм):

d_б - диаметр болтов, мм;

D_вн - внутренний диа- метр корпуса. мм.

L = 3,14 (800 + 4 + 18 + 27) = 2665,86 мм,

3.17.8. Определяем расчетное усилие на болт

3.17.9. Определяем 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.

3.17.10. Определяем радиус окружности расположения болтов

r₀ = (D_вн + _к + d_б + К)0,5, мм,

r₀ = (0,8 + 0,0004 + 0,018 + 0,027)0,5 = 0,422 м

r = D_вн/2=0,8/2=0,4 м