Двухходовой кожухотрубчатый теплообменный аппарат с неподвижной решеткой

????????? ?? http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки

ФИЛИАЛ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» в г. Смоленске

Кафедра высшей математики

Курсовая работа

по курсу: «Прикладная механика»

Тема «Двухходовой кожухотрубчатый теплообменный аппарат с неподвижной решеткой»

Студент

Тимошенко Л.А.

Содержание

Введение

1. Выбор параметров, неопределенных ТЗ и оценка их оптимальных величины

1.1 Определение количества труб в одном ходе теплообменника

1.2 Определение общего количества труб в теплообменнике

1.3 Подбор стандартного теплообменника по количеству трубок

1.4 Выбор способа размещения отверстий под трубы в трубных решетках

1.5 Определение расстояния между трубками в трубной решетке и перегородке

2. Выбор принципиальной схемы теплообменного аппарата

2.1 Подбираем стандартный теплообменник

2.2 Схема теплообменного аппарата ТН

3. Расчет корпусных деталей теплообменника

3.1 Расчет цилиндрической обечайки

3.2 Расчет теплообменных трубок аппарата

3.3 Расчет крышки теплообменного аппарата

4. Расчет трубных решеток и выбор конструктивных решений

4.1 Расчет трубных решеток

4.2 Расчет толщины решетки для аппаратов жесткого типа (ТН)

4.3 Определение минимально необходимой величины сечения простенка между трубами в трубной решетке

4.4 Проверка трубной решетки на изгиб

5. Усилия в теплообменных трубках от давления теплоносителей

5.1 Усилия в теплообменных трубках от давления теплоносителей

5.2 Определение надежности закрепления труб в трубной решетке

5.3 Определение минимально необходимой длины развальцовки теплообменной трубки

5.4 Выбор способа крепления труб в трубной решетке

6. Выбор и расчет фланцевого соединения

6.1 Выбор фланцевого соединения

6.2 Выбор типа прокладки

6.3 Расчет полного болтового усилия в рабочих условиях

6.4 Проверка шпилек фланцевого соединения на прочность

7. Выбор опор теплообменного аппарата

7.1 Опоры и лапы

7.2 Выбор опор теплообменного аппарата

7.3 Расчет опор горизонтальных аппаратов

Список литературы

Введение

Теплообменные аппараты - устройства, в которых происходит процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.

По принципу действия теплообменные аппараты делятся на:

1) рекуперативные;

2) регенеративные;

3) смесительные;

Рекуперативные - это теплообменники, в которых горячий и холодный теплоноситель протекают одновременно, а теплота передается через разделительную стенку.

Регенеративные - это теплообменники, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячим, то холодным теплоносителем.

Смесительные теплообменники предназначены для осуществления тепло и массообменных процессов при непосредственном соприкосновении теплоносителей, они смешиваются с передачей тепла.

Наибольшее применение в технике и промышленности находят рекуперативные теплообменники, которые по взаимному направлению движения теплоносителей делятся на:

1) прямоточные

2) противоточные

3) с перекрестным током

4) со смешанным током.

По своему назначению рекуперативные теплообменники делятся на:

1) испарители

2) конденсаторы

3) холодильники

4) подогреватели

5) кожухотрубчатые теплообменники

Испарители - аппараты, служащие для восполнения потерь конденсата в теплоиспользующих и промышленных установках. Испарители работают под низкими давлениями.

Конденсаторы - аппараты, применяющиеся для охлаждения и конденсации пара в жидкость. Конденсаторы используются в тех областях промышленности, где есть необходимость в использовании сконденсированного пара.

Холодильники - аппараты, предназначенные для охлаждения теплоносителя. Применяются в основном в пищевой, биологической, медицинской и химической отраслях промышленности.

Подогреватели - аппараты, предназначенные для предварительного подогрева теплоносителя.

Наибольшее распространение в промышленности получили кожухотрубчатые аппараты. Они широко используются для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации пара. Кожухотрубчатые теплообменники получили распространение практически во всех отраслях промышленности, использующих тепло в технологических процессах.

По ГОСТу изготавливают теплообменники следующих типов:

1) TH - с неподвижными решетками.

2) ТК - с температурным компенсатором на кожухе.

3) ТП - с плавающей головкой

4) ТУ - с U-образными трубками

5) ТС - с сальником на плавающей головке

Теплообменники типа ТН

Кожухотрубчатый теплообменник типа ТН изготавливают горизонтальными и вертикальными из углеродистой стали. Их применяют для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред с температурами от -300С до 3500С на условное давление от 0,6 до 6,4МПа. Кожухотрубчатый теплообменник типа ТН применяется, когда разность температур теплоносителей невысока (не более 50° С). В остальных случаях необходимо компенсировать деформации, появляющиеся в результате температурных удлинений или укорочений. Решетки крепятся неподвижно (привариваются) к корпусу.

Теплообменник типа ТК

Данный теплообменник выгодно отличается от ТН тем, что у него есть линзовый компенсатор, который позволяет деформироваться корпусу и уменьшать температурные напряжения. При разности температур линза сжимается или расширяется. Линзы нормализованы и подбираются по давлениям и размерам кожуха. Решетка жестко закреплена к корпусу. Разность температур должна быть такой, чтобы деформации не превышали 10 мм. Компенсаторы применяются при давлениях менее 1,6 МПа.

Теплообменники типа ТП

ТП отличается от ТН наличием подвижной трубной решетки, которая позволяет полностью компенсировать температурные деформации. Подвижную головку с днищем называют плавающей головкой. Такие теплообменники могут быть использованы при высоких давлениях и больших разностях температур. Данные теплообменники позволяют производить очистку межтрубного пространства.

Теплообменники типа ТУ

Отличается от ТН тем, что у него одна трубная решетка, а трубки имеют U-образную форму. В данном теплообменнике трубки могут свободно перемещаться и он применяется при большой разности температур. Недостатком является то, что существует трудность очистки изогнутых трубок. В основном теплообменники данного типа делают горизонтальными, но иногда и вертикальными. Всегда двухходовые.

Теплообменники типа ТС

В данном теплообменнике на плавающей головке имеется сальник (чаще всего графитовый). Его используют при наличии агрессивных теплоносителей. Сальник свободно перемещается внутри корпуса. Отсутствуют температурные напряжения. ТС применяют при давлениях менее 0,6 1,0МПа.

теплообменный развальцовка решетка фланцевый

1. Выбор параметров, неопределенных ТЗ и оценка их оптимальных величины

1.1 Определение количества труб в одном ходе теплообменника

Необходимое количество труб в одном ходе аппарата определяется по формуле:

(1.1)

где F_X - площадь проходного сечения одного хода по трубам,

f_TP - площадь проходного сечения трубки.

d_ВН = d_НАР - 2*S,

f_TP = 346,4 мм² = 346,4 *10 ^-6 м².

где S - толщина стенки трубки.

,

d_ВН = 25 - 2*2 = 21 мм.

n_X = = 49, 07 ? 50

1.2 Определение общего количества труб в теплообменнике

n = n_X*z, (1.2)

где z - количество ходов по трубам.

z=2, n_X=50,

n =50*2 = 100.

1.3 Подбор стандартного теплообменника по количеству трубок

По ГОСТу 15118-79 «Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Размещение отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках. Основные размеры» подбираем стандартный теплообменник данного типа, учитывая количество трубок. n =100 - общее число трубок.

Таблица 1.1 Размещение отверстий под трубы в трубных решетках

Диаметр аппарата	D0	Наружный диаметр труб, d	2R	0	1	2	3	4	5	N
наружный, DH	внутренний, DBH
426	400	387	25	383	11	12	11	10	9	8	111

* Все размеры в мм. Число отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках не менее … по рядам

1.4 Выбор способа размещения отверстий под трубы в трубных решетках

Размещение отверстий под трубы в трубных решетках зависит от типа теплообменника. ТН, ТК - трубы размещают по вершинам равнобедренных треугольников, в ТП, ТУ - по вершинам квадратов.

По госту 15118-79 находим схему расположения отверстий под трубы в трубных решетках.

Перегородка представляет собой срезанный круг, для прохода теплоносителя. В ней делаются отверстия для прохода трубок чуть больше, чем в решетке.

Схема расположения отверстий узлов в решетке и перегородках:

Для решеток аппаратов диаметром 426 мм.

Рисунок 1

Для перегородок теплообменников диаметром 426 мм.

Рис. 2

Схема расположения теплообменных труб в трубных решетках и перегородках

Рис. 3

1.5 Определение расстояния между трубками в трубной решетке и перегородке

Таблица 1.2 Размеры и шаг отверстий в решетке и перегородках

Наружный диаметр труб	d	t'
	В решетке	В перегородке
25	25,5	26,0	32,0

2. Выбор принципиальной схемы теплообменного аппарата

2.1 Подбираем стандартный теплообменник

Руководствуясь диаметром, давлением, длиной трубок, а также учитывая число ходов и расположение теплообменника, по ГОСТу 15122-79 подбираем стандартный теплообменник. (Давление не более указанного)

Таблица 2.1 Основные размеры теплообменного аппарата

Диаметр кожуха	Давление PУ, МПа (кгс/см2)	l	L*	l0	A	DУ при числе ходов по трубам	DУ1	H/ 2	А0	h	l1*	l2 ТНГ	l3	Число
Наружный	Внутренний
426	400	1,6	2000	2770	800	1550	150	150	363	445	352	270	500	250	6

2.2 Схема теплообменного аппарата ТН

Теплообменник горизонтальный многоходовой по трубам с кожухом диаметрами от 325 до 1200 мм.



Рис. 2.1: 1 - распределительная камера, 2 - кожух, 3 - теплообменная труба, 4 - опора, 5 - трубная решетка, 6 - крышка, 7 - перегородки, 8 - обтекатель, l - длина труб.

3. Расчет корпусных деталей теплообменника

3.1 Расчет цилиндрической обечайки

Рис. 3.1. Расчетная схема цилиндрической обечайки

Расчет толщины цилиндрической обечайки

S_R = (3.1)

где Р - давление в кожухе, P_K = 0,8 МПа ;

D_ВН - внутренний диаметр обечайки, D_ВН = 400 мм, [у] допускаемое напряжение для корпуса при заданной t.

Материал - ВСт3, Т_К = 300°С |3, стр 50-51|

[у] = 108 МПа (1080кгс/см³)

ц _R - коэффициент сварного шва, ц _R = 0,9.

S_R = = 1,65 мм.

Определяем толщину обечайки с учетом поправочного коэффициента.

S = S_R+C (3.2)

где С - поправочный коэффициент, учитывающий коррозию, дефекты изготовления и т.д.

С = С₁+С₂+С_3, (3.3)

С₁ - учитывает коррозию. Определяется, как С₁ = v_ф*ф, v_ф - ск-ть коррозии (в год) (0,05 - 0,1) мм/год, ф - предполагаемый срок службы (10-12 лет).

С₂ - коэффициент, учитывающий отрицательные допуски. (0,5 мм)

С₃ - коэффициент. учитывающий утопление изделия в результате технологической операции - вытяжка, штамповка, вальцовка. (Если <20мм, С₃ =1, Если >20 мм, С₃ <1)

С₁ = 0,1* 10 = 1 мм.

С₂ = 0,5 мм.

С₃ = 1 мм.

С = 1+0,5+1 = 2,5 мм.

S = 1,65+2,5 = 4,15 мм

Минимальная толщина стенки корпуса теплообменного аппарата, изготовленного из углеродистой и низколегированной стали 5 мм при данном диаметре теплообменника. |5, стр14|

S_действ = ; S_действ = = 13 мм - действительная толщина стенки корпуса. S_ДЕЙСТВ = 13 мм.

Сравниваем действительную толщину с расчетной: S _действ > S

Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле:

[Р] = (3.5) |3, стр 8, (8) - ф-ла|

[Р] = = 4,97 МПа

[Р] >Р_К, Р_К = 0,8. Условие прочности выполняется.

3.2 Расчет теплообменных трубок аппарата

Трубка испытывает внутреннее избыточное давление и в ней возникает растягивающее усилие.

Рис. 3.2. Расчетная схема теплообменной трубки

Расчет теплообменной трубки

S_{r ТР} = (3.6)

где Р_Т - давление в трубке, P_Т = 1,0 МПа;

d_ВН - внутренний диаметр, d_ВН = 21 мм.

[у] допускаемое напряжение для трубки при заданной t.

Материал - ВСт3, Т_К = 280°С |3, стр 50-51|

[у] = 113 МПа (1130кгс/см³),

ц _R - коэффициент сварного шва, ц _R = 0,9.

S_{r ТР}= = 0,104 мм

Действительная толщина трубки S_{ТР ДЕЙСТВ} = 2 мм,

Определим коэффициент С:

S _{ТР ДЕЙСТВ} = S _{R TP} +C

С = S _ДЕЙСТВ - S _{ТР R}

С = 2 - 0,104 = 1,896 мм.

Определение допускаемого избыточного давление для трубки.

[p] = (3.7) |5, стр 20|

[p] = = 1,002 МПа

[p] ? p_ТР, Р_ТР = 1,0 МПа - условие прочности выполняется.

Расчет допускаемого осевого растягивающего усилия

[F] = р*(d_ВН + S_ДЕЙСТВ)*(S_ДЕЙСТВ - C)*[у]*ц_T, (3.8) |3, стр 11, (18) ф-ла|

[f] = р*(21+0,104)*(0,104)*113*0,9 = 701,244 Н

3.3 Расчет крышки теплообменного аппарата

Эллиптические днища (крышки) получили наибольшее распространение благодаря рациональной форме и надежности в работе при изготовлении аппаратов работающих под давлением и вакуумом.

Рис. 3.3 Расчетная схема эллиптической крышки

Таблица 3.1 Основные размеры эллиптической крышки.

DН, мм	h1 , мм	H, мм	S, мм	F, м2	V, дм3	Масса, кг
426	25	105	14	0,20	10,73	23,5

Для ТН - крышки находятся под давлением в трубах ( P_ТР ) |3, стр 20, (50) ф-ла|

R ? D₁ - D _ВН = 426 мм, r₁ ? 0,095 D₁.

S_1r = , S_1R = = 2,1 мм

P = P_ТР = 1,0 МПа, ц₁ = 0,9 [у]=113МПа

C = 2,5, также, как и в расчетах для корпуса (обечайки).

S₁ ?S_1R +C, S₁=2,1+2,5 = 4,6 мм

Определение допускаемого внутреннего избыточного давления

[у] = 113, ц = 0,9

[Р] = ,

[p]= = 1,0002 МПа

[p] ? p_ТР, Р_ТР = 1,0 МПа - условие прочности выполняется, т.к. заданное давление не превышает допустимого.

У крышек толщина кратна 2. Так как S _{ДЕЙСТВ КОЖУХА} = 13 мм), то S _{ДЕЙСТВ КРышки} =14 мм.

Расчет трубных решеток и выбор конструктивных решений

4.1 Расчет трубных решеток

Трубные решетки рассчитывают как перфорированные круглые пластины, нагруженные давлением. Для предварительной оценки минимальной толщины трубной решетки может быть использована зависимость:

S _ТР = ,

где d_Н - наружный диаметр теплообменных труб, d = 25 мм.

С = 10 мм для стальных трубных решеток. |5, стр 31|

S_ТР = = 13,125 мм

4.2 Расчет толщины решетки для аппаратов жесткого типа (ТН)

Толщину решетки принимают по наибольшему из двух значений:

S_ТР =

S_TP =

Р_М, Р_Т - расчетные давления теплоносителя в кожухе, в трубах.

- коэффициент ослабления трубной решетки отверстиями,

t - шаг трубок,

d_H - наружный диаметр трубок,

D - внутренний диаметр теплообменника,

С - прибавка к расчетным толщинам

[] - допускаемое напряжение для материала решетки, [у]_М= 108 МПа, [у]_ТР = 113 МПа,

K₁ - коэффициент, принимаемый в зависимости от конструкции крепления трубной решетки к корпусу аппарата. К₁ = 0,53 (а?1,7*S, D_R = D)

С_М= ; С_Т = , - безразмерные коэффициенты ; |5, стр 31|

с = - отношение жесткости труб к жесткости корпуса.

n - число трубок,

d_H - наружный диаметр трубок,

S_K - толщина стенки кожуха,

S_T - толщина стенки теплообменной трубки.

E_K - модуль продольной упругости материала кожуха,

E_T - модуль продольной упругости материала труб, если кожух аппарата и трубы из одинакового материала (Е_К=Е_Т=Е)

^300°С Е_К = 1,71 * 10^5 МПа, ^280°С Е_T = 1,73 * 10^5 МПа ; t = 32,0 мм, d_H=25 мм

с = = 0,4967 ; = 0,21875

С_М= = 0,5004; С_Т = = 0,7077

S_ТР = = 18,236 мм

S_ТР = =24,845 мм

4.3 Определение минимально необходимой величины сечения простенка между трубами в трубной решетке

Самым распространенным способом закрепления стальных труб в трубной решетке является их развальцовка. Процесс заключается в том, что конец трубы, вставленный в отверстие трубной решетки, расширяется роликами инструмента, называемого вальцовкой. В результате материал трубы пластически деформируется и плотно соединяется с материалом трубной решетки.

Величина сечения между двумя соседними трубками определяется по формуле:

f_min = (t - d_t)*S_TP ?[f],

где t - шаг между трубками,

d₁ - диаметр отверстия в трубной решетке под трубу,

S_ТР - толщина трубной решетке.

f_min = (32-25,5)*24,845 = 161,5 мм²

f_min >[f] = 120 мм² - условие выполняется.

График для определения минимальной площади простенка

Рис. 4.1

4.4 Проверка трубной решетки на изгиб

Изгибные напряжения в трубных решетках в пределах площади, ограниченной прямоугольником abcd, определяются по формуле:

у ? [у]_F,

Элемент разметки трубной решетки

Рис. 4.2

, = 27,7 мм, - для разметки по вершинам равносторонних треугольников;

l=t - для разметки по вершинам квадрата ;

Р = 1,0 МПа - наибольшее давление на трубную решетку. [у]_F - допускаемое напряжение на изгиб для материала трубной решетки,

= 0,84 МПа ? [у]_F, условие прочности выполняется.

5. Усилия в теплообменных трубках от давления теплоносителей

5.1 Усилия в теплообменных трубках от давления теплоносителей

В общем случае обечайка и трубы всегда испытывают растягивающее усилие Q_P от давления теплоносителя., определяемое по зависимости:

F_K = A_K, F_T = A_T.

В теплообменнике типа ТН сила Q_P распределяется между обечайкой и пучком труб.

Q^Р = Q^P_K+Q^P_T

Q^P_K - сила, растягивающая обечайку и отрывающая ее от трубной доски.

Q^P_T - сила, растягивающая пучок труб и вырывающая их из трубной доски.

;

Q^t - полное усилие, действующее на корпус и трубы от действия температурных напряжений при изготовлении их из одинаковых материалов. При этом: E_K = E_T, б_K = б_T = б, б = 12,5 * 10^(-6) 1/градус

Усилие приходящееся на одну трубку от температурных напряжений:



= 95387,4 Н

F_T = A_T = n* = 16040,97 мм²,

F_K = A_K = = 16867,21 мм²,

q^t_TР = Q^t /n = 351484,46 /111= 3166,53 Н ;

q^P_TР = Q^P /n= 95387,4 / 111 = 859,35 Н ;

q^t =| q^t_T -q^P_T | = 3166,53 - 859,35 = 2307,18 Н.

= 48891,17 Н ;

= 46496,24 Н;

= 351484,46 Н ;

Q^P = 95387,4 Н ; Q^P_K = 48891,17 Н ; Q^P_T = 46496,24 Н ; Q^t = 351484,46 Н

5.2 Определение надежности закрепления труб в трубной решетке

Для вальцованных соединений определяют усилие, приходящееся на единицу периметра трубы:

K = ? [K] = (46) Н/мм

К = 2307,18 / р*25 = 29 Н/мм

Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать легкую замену труб

5.3 Определение минимально необходимой длины развальцовки теплообменной трубки

l_P<S_ТР,

где l_P - необходимая длина развальцовки теплообменной трубки,

q_Т - усилие приходящееся на одну трубку. [a] = 30 МПа - допускаемая нагрузка в отверстиях с проточками.

, = 3,1 мм

5.4 Выбор способа крепления труб в трубной решетке

Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать легкую замену труб. Способ развальцовки труб наиболее распространен, так как позволяет при необходимости выбить из решетки бракованную трубку и заменить ее новой.

Крепление труб развальцовкой в отверстиях с одной канавкой при Р_У = (0,64) МПа, S_ТР ? 26 мм.

Рис.5.1 Схема крепления труб в трубной решетке:

Развальцовка трубки в отверстиях под теплообменные трубки в трубной решетке при развальцовке с одной кольцевой проточкой

Для аппаратов ТН и ТК выбирают жесткий тип закрепления трубной решетки. Как правило, сварное встык или по периметру.

Выбрали способ крепления трубных решеток к корпусу аппарата: сварное по периметру.

Эскиз закрепления трубной решетки:

Рис. 5.2: 1 - фланец, 2 - обечайка, 3 - подкладное кольцо, 4,5 - сварной шов, 6 - трубная решетка.

6. Выбор и расчет фланцевого соединения

6.1 Выбор фланцевого соединения

Фланцы - наиболее ответственная часть аппарата и служат для соединения отдельных частей. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного устройства и крепежных элементов. По конструктивному исполнению и способу соединения с корпусом они могут быть плоские приварные, с утолщением у основания (с шейкой), свободные на отбортовке и бурте.

Соединение должно быть прочным, плотным, технологичным (не дорогим в производстве), относительно дешевым и обеспечивать быструю разборку и сборку. Существуют разные типы фланцев. Самые распространенные -типа «выступ-впадина».

Фланцы с «выступом - впадиной» находят широкое применение для небольших давлений, в том случае если необходимо обеспечить соосность присоединяемых частей аппарата. Выбираем фланцевое соединение типа «выступ - впадина».

P_У = max (P_T,P_K), Р_У = 1,0 МПа. Так как Т > 250 °С, то повышаем условное давление по ряду номинальных давлений, установленных по ГОСТ 9493-73 (СТ СЭВ 1327-78)

Р_У = 0,6 ; 0,8 ; 1,0 ; 1,25 ; 1,6 ; 2,0 ; 2,5 ; 3,2 ; 4,0 МПа |5, стр 7|

По ГОСТ 12815-80 - ГОСТ 12822-80 для условного диаметра D_у = 150 мм и давления P = 1,6 МПа выбираем стандартный фланец.

Таблица 6.1 Основные размеры фланцев

DУ	D	D1	D2	D3	D4	D5	D6	d	n	h	h1	h2	B	Номинальный диаметр болтов или шпилек
150	280	240	212	183	203	182	204	22	8	3	4,5	3,5	-	М20

6.2 Выбор типа прокладки

Материал и форму прокладок выбирают в зависимости от давления, температуры и свойств уплотняемой среды. Прокладка должна быть химически стойкой, термостойкой, иметь достаточную пластичность, обеспечивающую ее деформацию при уплотнении фланцевого соединения.

Выбираем распространенный прокладочный материал - паронит. Он представляет собой композицию из асбеста, каучука и резиновых наполнителей. Выдерживает температуру до 450 °С и давление до 6 МПа. Применяется в различных средах - горячая вода, водяной пар, кислоты и растворители.

6.3 Расчет полного болтового усилия в рабочих условиях

Болтовая нагрузка рассчитывается по формуле:

Р_{б 2} = Q_P +R_C +Q_t (6.1)

Q_P - усилие от давления,

R_С - усилие для деформации прокладки.

Q_t - температурное усилие.

Равнодействующая сил внутреннего давления:

Q_P = (6.2)

D_СП - диаметр середины прокладки |6, стр 30|

D_СП = D_У + ,

D_СП = 177 мм

Реакция прокладки R_C

Усилия необходимые для деформации прокладки:

R_С = 2*р* D_СП *b₀*m*Р_У (6.3)

b₀ - расчетная ширина прокладки.

b₀ = 0,5 b при b<15мм,

b₀ = 1,9 при b>15мм

b = = 27

b₀ =1,9 = 9,87

m - прокладочный коэффициент, |6, табл. 2.5|

По таблице находим, что m = 2,5.

R_C = 2*р* 177 *9,87*2,5*1,6 = 43906,65 Н

Температурное усилие

Q_t = г* n* f _б *E_б *t_ф (б_ф - б_б*k),

г - коэффициент, определяем по графику, г = 0,02, n = 8, |5, стр 29|

D - наружный диаметр фланца, D=280мм, Внутренний диаметр болта d_ВН=18 мм

f_б = , f_б = = 254,5 мм^2.



Рис. 6.2 График для определения коэффициента г

E_б - модуль упругости болта при заданной температуре. ^{300 С} Е = 1,71 * 10^5 МПа

t_ф - температура теплоносителя, t_ф = 300 °С, k = 0,95

б_ф,б_б - коэффициент линейного расширения, б = 12,5 * 10^ (-6) [1/градус]

Q_t = 0,02* 8* 254,5*1,71* 10⁵ *300* (12,5 * 10^(-6) - 12,5 * 10 ^(-6) *0,95) = 1305,6 Н

Определение полного болтового усилия в рабочих условиях

Р_{б 2} = 39369,2 Н +43906,65 Н +1305,6 Н = 84581,45 Н

6.4 Проверка шпилек фланцевого соединения на прочность

После определения полного болтового усилия крепежные элементы проверяют на прочность. В рабочих условиях:

- условие прочности выполняется. Шпилька прочная.

7. Выбор опор теплообменного аппарата

7.1 Опоры и лапы

Опоры и лапы служат для установки аппаратов на фундаменты и несущие конструкции. Только простые резервуары не имеют лап и устанавливаются непосредственно на фундамент. Размеры, форма лап и опор зависят, в основном, от величины и характера нагрузок, материала, из которого изготавливают аппарат, а также от расположения аппарата в пространстве. Для предотвращения продавливания корпуса под действием тяжести при оперании на лапу, корпус упрочняют, приваривая к нему накладные пластины. Обычно подбор опор по весу теплообменника с учетом веса теплоносителя и по размерам наружного диаметра теплообменника бывает достаточным.

7.2 Выбор опор теплообменного аппарата

Принимаем опоры по наружному диаметру теплообменника, а также в зависимости от расположения теплообменника в пространстве. |7, стр 3|

Таблица 7.1 Основные параметры опор

Диаметр аппарата	Допускаемая нагрузка на опору, кН	S1	S2	R	L	L1	l	B	BI	h	h1	A	A1	Масса, кг	Масса подкладного листа
DH	DB
426	400	25	6	12	217	450	470	236	180	260	120	155	320	130	17,0	5,7



Сечение А-А:

Подвижная опора

Неподвижная опора

Рис. 7.1. Опора для аппарата диаметром 426 мм

7.3 Расчет опор горизонтальных аппаратов

Опоры (лапы) снабжены отверстиями для крепления оборудования к фундаменту. Для точной установки аппарата при монтаже применяют отжимные болты. Число опор обычно от 2 до 4. У легких аппаратов можно применить 2 опоры. У тяжелых - 4.

Стальные сварные аппараты имеют приварные опоры к корпусу, у литых - отливают за одно с корпусом. Основная расчетная величина - нагрузка на лапу. Расчет ведут по формуле:

, (7.1)

где n - количество лап,

G_MAX - вес теплообменника с учетом веса теплоносителя. Берется из таблиц в зависимости от типа теплообменника и размеров.

Площадь опоры подошвы лапы определяется исходя из максимального допустимого удельного давления на опорную поверхность.

, (7.2)

где q_удельн - удельное давление. Зависит от свойств фундамента.

Для кирпичной кладки q = 1,6 МПа, Для бетонного фундамента q = 24 МПа.

Обычно выбирают стандартную опору и проверяют ее по напряжениям в ребре.

, (7.3)

где k - коэффициент определяемый по графику,

m - число ребер в опоре,

S - толщина ребра,

a - вылет ребра.

Одна опора делается подвижной, другие неподвижные.

Массу теплообменника вместе с теплоносителем примем M_MAX = 820 кг.

G_MAX = M_MAX*g, g = 9,81 м/с².

,

Пусть фундамент выполнен из бетона, q = 3 МПа (Н/мм²), тогда

мм².

Допустимая нагрузка на лапу [Q] = 25 кН,

Q < [Q] - условие прочности выполняется.

Список литературы

1. ГОСТ 15118-79. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Размещение отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках. Основные размеры. (ККП).

2. ГОСТ 15122-79. Теплообменники кожухотрубчатые с неподвижными трубными решетками и кожухотрубчатые с температурным компенсатором на кожухе. Основные параметры и размеры. (ККП).

3. ГОСТ 14249-80. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.

4. ГОСТ 12815-80...ГОСТ 12822-80. Фланцевые арматуры соединительных частей и трубопроводов на Р_У от 0,1 до 20,0 МПа. Типы. Присоединительные размеры уплотнительных поверхностей. (ККП).

5. Тимошенко Л.А., Степанов А.П. «Методические указания к курсовой работе по курсу «Прикладная механика»», Смоленск, ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, 2010 г.

6. Нестеров В.И. Конструирование реакционных и теплообменных устройств, Москва, ГОУВПО МЭИ ТУ, 1985 г.

7. ОСТ 262091-81. Опоры горизонтальных сосудов и аппаратов. Конструкция, размеры и технические требования.

????????? ?? Allbest.ru