4 Механічний розрахунок

4.1 Розрахунок на міцність обичайки

Розрахунок на міцність обичайки полягає у визначені її товщини. Зробимо попередній розрахунок патрубка який слугує для подачі води.

Відповідно густина потоку за таблицями теплофізичних властивостей води:

Розрахунковий тиск:

Розрахункова температура:

, так якпри температурі < 250, то за розрахункову температуру приймаємо максимальну можливу температуру середовища при експлуатації.

Площа поперечного перерізу буде:

З іншого боку площа поперечного перерізу.

Приймаємо діаметр патрубка рівний:.

В даному випадку обичайка виконана із сталі Ст.20, має внутрішній діаметр:

Задамося товщиною обичайки, і визначимо тонкостінний чи товстостінний сосуд.

Отже, сосуд тонкостінний.

Для визначення коефіцієнта міцності необхідно дізнатися чи не є отвори для патрубків в обичайці рядом отворів.

Умова утворення ряду:

,

,

,

,

тоді вони не є рядом отворів.

Дізнаємося чи потрібно укріпляти ці отвори. Знайдемо мінімальне значення коефіцієнта міцності.

,

.

Визначимо гранично допустимий діаметр отвору:

Звідки можна сказати, що отвір- не потребує укріплень.

Визначимо мінімальну товщину стінки обичайки виходячи з умови міцності. Коефіцієнт міцності, який враховую послаблення одиночним отвором, знаходиться в залежності від параметра А за формулою:

;

.

Так як , то коефіцієнт міцності стінки обичайки, що ослаблена одиночним отвором, рівний:

Визначимо мінімальну товщину

;

.

Приймаємо зовнішній діаметр обичайки .

4.2 Розрахунок на міцність циліндричної камери

Розрахунок на міцність циліндричної камери полягає у визначенні товщини її стінки. В даному випадку камера має внутрішній діаметр

мм:

,

де- розрахунковий тиск, МПа,

=МПа,

- допустима напруга, МПа,

=140 МПа - при 130 ,

С – поправка на зменшення товщини стінки в результаті корозії металу, С=1 (мм).

Для подальших розрахунків приймаємо товщину стінки обичайки .

Перевіримо, чи не перевищує діаметр патрубка гранично допустиме значення :

,

де – діаметр отворів;

Необхідно з’ясувати чи утворюють ці отвори ряд:

- умова утворення ряду з двох чи більше отворів

- визначили у попередньому розрахунку.

Тому отвори не утворюють ряд.

–гранично допустимий діаметр незміцненного отвору:

де – мінімальне значення коефіцієнта міцності:

.

Отримаємо:

.

Так як ₀ < 0,67, тоді:

.

Таким чином .

Використаємо накладку:

Площа поперченного перерiзу накладки:

Повинна виконуватись умова:

Тому:

(м)

(м)

Приймаэмо , тодi

Визначимо товщину стінки циліндричної камери виходячи з умови міцності. Для цього спочатку визначимо:

;

.

Так як , то коефіцієнт міцності стінкикамери, з укріпленним отвором, рівний:

Визначимо товщину стінки обичайки:

;

.

Приймаємо товщину .

4.3 Розрахунок на міцність правої еліптичної кришки.

Товщина стінки знаходиться за формулою:

h=0,09 - взято з прототипу,

В кришці немає отворів, тому коефіцієнт міцності буде дорівнювати одиниці:

- коефіцієнт міцності для еліптичної кришки без отворів.

тоді

Приймаємо товщину кришки рівною .

4.4 Розрахунок на міцність лівої пласкої кришки.

Товщина стінки плоскої кришки дорівнює:

;

=140 (МПа) – напруження, що допускається; =МПа;– коефіцієнт форми кришки (кришка приварена з однієї сторони по всій товщині);– коефіцієнт, який враховує наявність отвору;, деS товщина стінки обичайки. Тоді .

,

=0,033

Знайдемо :

Отже, товщина кришки:

.

Приймаємо S = 15 мм.

4.5 Розрахунок на міцність трубної дошки

Розрахунок на міцність трубної решітки полягає у визначенні її товщини для даних робочих умов.

Товщина трубної решітки, закріпленої між фланцем корпусу і циліндричною камерою (кришкою), визначається за формулою:

,

де –допустиме напруження; –приймається рівним;–коефіцієнт міцності трубної решітки, К – кофіцієнт, що враховує з’єднання трубної дошки та корпуса, К=0,92.

Для розбиття трубної решітки по циліндричним колам коефіцієнт міцності визначається як:

,

де –діаметр отвору в трубній решітці, рівний зовнішньому діаметру труб ;– крок між трубами.

Маємо:

.

Тоді:

.

Проте, товщина стінки за рахунок розвальцьовування може бути більше, ніж з умови міцності, а труби в трубну дошку закладаються саме розвальцьовуванням.

Сталева трубна дошка з трубами, закладеними розвальцьовуванням, повинна бути:

,

.

Отже приймаємо .

4.6 Розрахунок на міцність труб

Розрахуємо мінімальну товщину стінки трубопроводу:

,

за даними таблиці:

,

,

.

З конструктивних міркувань приймаємо .

4.7 Розрахунок фланцевого з’єднання

Розтягуючі зусилля, що діють на болти :

де:  - внутрішній і зовнішній діаметр прокладки;

  ;   ;

 - питомий тиск, необхідний для деформації прокладки, виготовленої з параніту або армованого азбесту;

  ;

;

Сила, що видавлює прокладку:

                  Сила тертя:

де - коефіцієнт тертя прокладки, для грубої обробки.

 

 - прокладка не видавлюється.

 Навантаження, що діє на кожен болт:

, де

де - кількість отворів під болти у фланці. Оберемо.  .

Внутрішній діаметр різьби болта:  

 - допустима напруга болта на розтяг.

  ;

вибираємо болт.

Товщина фланця:

 - максимально допустима напруга на вигин;

 - коефіцієнт форми;.

Діаметр кола, на якому розташовуються болти:

    ,

де - зазор між болтом і трубою, для закручування гайки. В формулі також враховується товщина виступу, на якому розташовується прокладка.

Відстань між болтами по колу:

 .

Зовнішній діаметр фланця:             

  .

Тоді:

Вибираємо товщину фланця.

5 РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВОЇ ІЗОЛЯЦІЇ

Теплоізоляційні матеріали діляться на волокнисті (мінеральна вата, скловолокниста та ін.), зернисті (перлітові, вермикулітові) і чарункові (пінобетонні, піноскло, пінопласти та ін.). Формою і зовнішнім виглядом на: штучні (плити, блоки, цегла, циліндри, шкаралупи, сегменти), рулонні і шнурові (мати, шнури, джгути), пухкі і сипучі (вата, перлітовий пісок, дрібняк та ін.). По об'ємній вазі на: особливо легкі (15 – 100 ), легкі (125 – 350) і тяжкі (400 – 600). За теплопровідністю на: мало теплопровідні (), середньо теплопровідності () і підвищеної теплопровідності ().

Згідно нормативів для теплової ізоляції промислового устаткування і трубопроводів допускається застосовувати матеріали і вироби з питомим об'ємом не вище 400 , а для теплоізоляції захисних конструкцій і споруд - не вище 500.

Температура на поверхні ізоляції при температурі навколишнього середовища в приміщені не повинна перевищувати , а на відкритому повітрі. Теплові втрати,, через 1теплоізоляційного шару визначаються по формулі:

,

звідки товщина теплоізоляційного шару буде знаходитися:

,

де - теплопровідність ізоляційного шару при заданій температурі;- температура зовнішньої поверхні стінки обичайки;- температура зовнішньої поверхні ізоляційного

шару; - питомі теплові втрати ізольованої поверхні в навколишнє середовище:

,

- температура навколишнього середовища (повітря); - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої стінки ізоляції в навколишнє середовище.

Для ізоляції, розташованої на відкритому повітрі, коефіцієнт тепловіддачі можна визначити по емпіричній формулі:

.

Приймемо температуру зовнішньої поверхні стінки обичайки рівній максимальній температурі усередині апарату:

.

Приймаємо з міркувань теплової безпеки.

Приймемо .

Тоді за формулою коефіцієнт тепловіддачі буде рівний:

.

Питомі теплові втрати по формулі

.

Як ізоляційний матеріал виберемо мінеральну вату. Для мінеральної вати коефіцієнт теплопровідності визначається по формулі:

Розрахуємо зовнішню температуру теплообмінника

,

.

З іншого боку густина теплового потоку буде

,

.

Тоді

.

З урахуванням всіх вище знайдених величин, товщина теплової ізоляції буде рівна:

.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. Теплопередача.: Учебник для вузов, изд. 3-е, перераб. и доп. - М., «Энергия», 1975. - 488 с..

2. Каталог-справочник К5-68, НИИИНФОРМТЯЖМАШ, Москва, 1968, 157 с., ил

3. Ривкин С.Л., Александров А.А. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия, 1980 – 424 с., ил.

4. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. Изд. 4 – е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1980 – 288 с., ил.

5. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям/ Под ред. М. О. Штейнберга. — 3-е изд., перераб. и доп.— М.: Машиностроение, 1992. — 672 с.

6. Основные процессы и аппараты химической технологии под редакцией Ю.И. Дытнерского. М.: Химия, 1991г.  496 с.

Аркуш

ТФ11.250.0006.006ПЗ

Дата

Підп.

№докум.

Арк.

Вим.

38