4. Гидравлический расчет

Сопротивления в трубах рассчитывается по формуле [2] стр.13:

Δр=(λl/dэ+Σξ)w²ρ/2

где λ – коэффициент трения; l и dэ – соответственно длина и эквивалентный диаметр трубопровода, Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;w – скорость переносимого агента; ρ – плотность.

а) В трубном пространстве.

Скорость в трубах: w_т=0,29 м/с

Высота выступов шероховатостей Δ = 0,0002 м.

Относительная шероховатость труб:

e= Δ/d_в= 0,0002/0,021=0,0095

Критерий Рельнойдса Re=16 385

Так как течение происходит в турбулентном потоке и 10/e <Re<520/e коэффициент трения рассчитывается по формуле [2] стр.13:

λ=0,11×(е+68/Re)^0,25

λ=0,11×(0,0095+68/16 385)^0,25=0,038

Вид сопротивления ξ Σξ

Входная или выходная камера 1,5 1,5×2=3

Вход в трубы и выход из них 1 2×1=2

Поворот на 180° из одной секции в другую 1 1×1=1

Гидравлическое сопротивление равно:

Δр=(λl/d_э+Σξ)(w_т²ρ/2)=(0,038×3/0,021+6) × (1 474×0,38²/2)=720 Па

Т.к. это потери только в одной трубе, то ля всех труб равно:

Δр_общ=720×13=9 358 Па

б) в межтрубном пространстве

Скорость в межтрубном пространстве:

w_м=4G/(Sм×ρ)=4×0,03/((3,14×0,159² – 13×3,14×0,025²) ×0,997)=2,3 м/с

Высота выступов шероховатостей Δ = 0,0002 м.

Относительная шероховатость труб:

e= Δ/d_в= 0,0002/0,159=0,00126

Критерий Рельнойдса:

=2008

Так как течение происходит в ламинарном потоке и Re<2 320 коэффициент трения рассчитывается по формуле [2] стр.13:

λ=А/Re

λ=64/2 008=0,032

Вид сопротивления ξ Σξ

Входная или выходная камера 1,5 1,5×2=3

Поворот на 180° из одной секции в другую 1 1×8=8

Гидравлическое сопротивление равно:

Δр=(λl/d_э+Σξ)(w_т²ρ/2)=(0,032×3/0,159+11) × (0,997×2,3²/2)= 31 Па

Общие гидравлические потери в аппарате равно:

Δр_о= Δр+ Δр_общ=9 358+31= 9 389 Па

5. Конструктивный расчёт

Условный диаметр штуцера для подачи [3] стр.14:

- Для входа смеси, скорость подачи смеси примем 1,5 м/с [2]стр. 16:

=0,033

Примем стандартных два штуцера с условным диаметром: d1=32 мм

- Для греющего пара. Скорость подачи 15 м/с стр. 16 [2]

=0,051 м

Стандартный условный диаметр штуцера: d3=50 мм

Минимальный шаг трубной решётки: t=1,3d_вн=1,3×0,025=0,032 мм

Высота трубной решётки: h>1,125d_вн+0,005+2×0,001=30 мм

Выбираем теплообменник в соответствии с ГОСТ 15122 – 79 с требуемой поверхностью ближе к номинальной поверхности F= 3 м² , характеристики представлены ниже:

длина труб [2] стр. 51, L м 3

диаметр кожуха [2] стр. 51, D мм 159

диаметр труб [2] стр. 51, d мм 25×2

общее число труб [2] стр. 51, шт. 13

число ходов [2] стр. 51 1

масса аппарата [2] стр. 56, кг 255

Число сегментных перегородок [2] стр. 56, шт 26

Диаметр штуцера для смеси мм 32

Диаметр штуцера для пара, мм 50

Число труб по вертикале [3] стр.215, штук 5

Шаг трубы, мм 32

Высота трубной решётки, мм 32

6. Механический расчет

Расчёт толщины обечайки. Рабочее давление в аппарате Р_у=3 атм.=0,3 МПа.

Проницаемость среды: П=0,1 мм/м [4] стр. 76. Прибавка к расчётной толщине стенки для компенсации коррозии [4] стр. 76: ск=1 мм

Диаметр теплообменника: Dв = D=159 мм

Коэффициент прочности продольных сварных швов [4] стр. 76: φ=0,95 Материал XI8Н10Т η=1

Допускаемое напряжение на растяжение [4] стр. 76: σ_н.д=138 МН/м

Действительное напряжение [4] стр. 76:

=138 МПа

Значение толщины обечайки [4] стр. 76:

s’=0,159×0,3/(2×138×0,95)=0,00024 м

s =s'+с_к+c_oкp= 0,24+1+ c_oкp =4 мм

Исполнительную толщину стенки принимаем 0,004 м.

Расчёт толщины днища. Коэффициент учитывающий ослабление днища [4] стр. 77:

Ф₀=(1 – 0,08)/1=0,9

Расчетная толщина стенки днища [4] стр. 77:

δ’=0,159×0,3/(2×138×0,95)=0,00024 м

δ=0,24+1+ c_oкp =4 мм

Принимаем исполнительную толщину днища 0,004 м.

Выбираем два эллиптических отбортованных стальных днища с внутренним базовыми размерами по ГОСТ 6533-68 [4] стр. 444. Днище 159x4 – 25 – 09Г2С .D=159 мм, h_в=40 мм, h=25 мм, s=4 мм, m=1,2 кг

Рисунок 1 – Днище эллиптическое отбортованное ГОСТ 6533-68

Расчёт фланцевого соединения заключается в определении диаметра болтов, их количества и размеров элементов фланце.

Рисунок 2 – Плоский фланец ГОСТ 1255 – 67

Основной исходной величиной при расчёте болтов является расчётное растягивающее усилие в них. При рабочих условиях расчётное растяжение усилие в обечайках определяют по формуле [4] стр.78:

Р_б=πD_п²/4×Р+Р_п

где Р_п – расчётная сила осевого сжатия уплотняющих поверхностей в рабочих условиях, необходимая для обеспечения герметичности, МПа ,/4/ стр.78.

Р_п= πD_пвКР

где К – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки, выбираем прокладку для паранита для которой К=2,5; в – ширина прокладки, 0,04 м.

Р_п= 3,14×0,159×0,04×2,5×0,3= 0,015 МПа

Р_б=3,14×0,159²/4×0,3+0,025=0,02 МПа

Диаметр болтовой окружности приближёно определяется по формуле /4/ стр.78:

D_б=(1,1 – 1,2) ×D_в^0,933

D_б=1,1×0,159^0,933= 0,198 м

Катет сварного шва: К_ш=δ=6 мм

Наружный диаметр обечайки:

D_н=D+2δ=0,159+2×0,004=0,167 м

Наружный диаметр сварного шва на фланце:

D_г= D_н+2 К_ш= 0,167+2×0,006=0,179 м

Расчётный диаметр болтов определяют по формуле /4/стр.78:

d_б=( D_б – D_г)/2 – 0,006

d_б=(0,198 – 0,179)/2 – 0,006=0,004 м

Стандартный диаметр болтов 4 мм.

Площадь сечения выбранного болта по внутреннему диаметру резьбы: F_б=1,256×10^-5 м²

Наружный диаметр фланцев /4/ стр.78:

D’_ф= D_б+(1,8 – 2,5) d_б

D’_ф = 0,198 +2,25×0,004=0,207 м

Выбираем наружный диаметр: D_ф=0,207 м

Нормативный параметр (выбираем конструктивно): е=0,034 м

Наружный диаметр прокладки: D_н.п. = D_б – е=0,198 - 0,034=0,164 м

Количество болтов /4/ стр.78:

z=P_б/([σ] F_б)

z =0,02/138/1,256×10^-5 =12,1

Округляем до числа кратного 4 z=12

Вспомогательная величина Ф равна /4/ стр.78:

Ф=Р/σ_т×φ₁

σ_т=240МН/м², φ₁=0,9 стр. 79 /5/

Ф=0,02/240×0,9=0,000078 м²

Высота фланца определяется по формуле:

h=√Ф

h=√0,000078 =0,0088 м

Выбираем h=10 мм

Ру,МПа	Dв	Dф	Dб	h	dб	z
	мм
Рассчитанные значения
0,1	159	210	200	10	4	12

Для выбранных ранее штуцеров выбираем стандартные фланцы согласно ГОСТ 1255 – 67 [5] стр.550, представленные в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры фланца при D_в=80 мм

Ру,МПа	Dв	Dн	Dф	Dб	D1	h	dб	z
	мм
0,6	32	38	120	90	70	10	12	4
0,6	50	57	140	110	90	13	12	4

Расчет опор.

При подвеске аппаратов между перекрытиями или при установке их на специальные опорные конструкции применяют лапы (рис. 3).

Масса аппарата m=255 кг.

Вес аппарата: G_a=m×g= 255×9,81=2 501 Н

Рисунок 3 – Опора ОН 26 – 01 – 69 – 68

Примем число опор n=4. Тогда нагрузка на одну лапу будет G=G_a/n

G =0,025/2=0,0125 МН

Согласно ОН 26 – 01 – 69 – 68 [5] стр.573 примем опору согласно следующим размерам (таблица 3) тип I исполнение Б. Обозначение «Опора ОВ – I – Б – 800 ОН 26 – 01 – 69 – 68»

Таблица 3 – Основные размеры опоры согласно ОН 26 – 01 – 69 – 68

G, МН	L	L1	L2	В	В1	H1	H	s	d
	мм
0,16	50	60	40	100	55	155	120	4	12

Так как лапа к корпусу аппарата будет приварена, то прочность сварных швов должна отвечать условию [5]:

G < 0,7×L×h_ш×τ_шс

где τ_ш.с – допускаемое напряжение материала шва на срез, 80 МПа;

h_ш – катет сварного шва, 0,008 м;

L – общая длина сварного шва, равная L=4(Н +s), м.

Общая длина сварного шва равна:

L=4×(0,120 +0,04)=0,28 м.

Проверим условие прочности:

0,16 МН < 0,7×0,28×0,008×80=1,26 МН

Данное условие выполняется.