- •1. Задание на курсовой проект
- •2. Описание теплообменного аппарата
- •3. Тепловой и конструктивный расчеты
- •8120 Ккал/м2.Ч.Град
- •5402 Ккал/м2.Ч.Град
- •1889 Ккал/м2.Ч.Град
- •4. Гидравлический расчет
- •Механический расчет
- •6. Расчет опор аппарата
- •7. Расчет линзовых компенсаторов
- •11. Список использованной литературы
Механический расчет
Расчет корпуса аппарата:
Корпус изготовлен из стали типа Ст-3; коэффициент прочности сварных швов - ;
допускаемое напряжение для марки стали Ст-3 - [] =142,7 МПа; труба, служащая для изготовления корпуса бесшовная горячекатаная по ГОСТ 8732-58.
Определение толщины стенки корпуса:
где P = 0,8 МПа – расчетное давление;
[] = 134,3 МПа – допускаемое напряжение для марки стали Ст-3;
р = 0,9 – расчетный коэффициент прочности сварных швов;
С = 4 мм – прибавка к расчетной толщине стенки;
= 1 – коэффициент, учитывающий класс аппарата;
Напряжение при гидравлическом испытании аппарата:
следовательно принимаем Sф = 6мм. тогда,
Максимально допустимое избыточное давление среды в аппарате:
;
Проверка на прочность латунных трубок:
Трубки изготовлены из латуни Л68 ГОСТ 494-52; dнар=16мм; толщина s = 1мм;
допускаемое напряжение доп = 4,5 кг/мм2; на минусовой технологический допуск и коррозию добавить величину С = 0,5мм.
Определение необходимой толщины стенки трубок:
Расчет термических напряжений и относительных удлинений материалов трубок и корпуса:
Т.е. корпус аппарата термических напряжений не выдержит, поэтому необходим защита от относительных удлинений в виде температурной компенсации. Для этого установим линзовые компенсаторы.
Расчет трубных решеток:
Рассчитаем на прочность трубные доски, имеющие жесткую конструкцию, одинаковые по форме, закреплению и размерам.
где:
D = 309мм – диаметр трубной доски, на которой распространяется давление;
К = 0,162 – коэффициент;
P = 15кг/см2 – перепад давлений по сторонам трубной доски;
n = 151 – число труб в трубной доске;
доп = 14кг/см2 – допустимое напряжение для стали Ст3 при t = 20-200о С
С = 2мм – величина, принимаемая на коррозию (принимаем по 1мм на каждую сторону);
- коэффициент ослабления решетки отверстиями.
= ; где b – расстояние между осями труб.
Проверка на надежность развальцовки труб в стальной трубной доске:
По конструктивным соображениям принимаем толщину трубной доски равной толщине приварного фланца по ГОСТ 1255-54, так как они выполняются вместе.
Определим, выполнено ли условие надежности вальцовочного соединения по сечению мостика между отверстиями. Площадь мостика должна быть ≥ минимально допустимой.
fmin = 4,8dн = 4,8.16 = 77мм2
f = S.5 = 24,2.5 = 121мм2
fmin ≤ f => условие надежности выполнено.
Проверка прочности конического перехода:
;
Переход имеет продольный сварной шов, выполненный сваркой под флюсом с одной стороны, поэтому .
Из конструктивных и технологических соображений принимаем S1 = 8мм
Расчет фланцевых соединений.
Выбор типа фланца:
Выбираем тип фланца плоский приварной;
Толщина стенки S = 8мм;
Диаметр фланца D = Dвн = 325мм;
Толщина цилиндрической части фланца S1 = S + C = 8 + 8 = 16мм;
Толщина тарелки фланца:
;
Выбор и расчет шпилек:
Выбираем шпильки, изготовленные из стали марки 20К. Рабочая температура шпильки – tш = 155о С; допускаемое напряжение при рабочей температуре σдоп = 102,7 МПа.
Расчетное давление в аппарате – сумма избыточных давлений теплоносителей:
Номинальный диаметр шпилек: dош = 23мм; соответственно рекомендуемый тип шпилек М20 (dо = 0,023м; l = 0,035м)
Значение шага шпилек lш выбирается, исходя из условия, что при величине расчетного давления (P < 2,5МПа), величина шага находится в пределах: 2,1dо ≤ lш ≤ 5 dо; следовательно:
lш = 5.0,023 = 0,115м.
Расчетное количество шпилек:
; где:
Dб – диаметр болтовой окружности шпильки;
Dб = Dнп + dо + 0,01 = 0,381 + 0,023 + 0,01 = 0,414м = 414мм;
Dнп – наружный диаметр прокладки;
Dнп = D + 2S + 2bо + 2u = 325 + 2.6 + 2.12 + 2.8 = 381мм;
u – расстояние от внутренней кромки фланца до внутренней кромки прокладки;
u = 2.δ = 2.4 = 8мм;
δ = 4мм – толщина прокладки;
S = 6мм – толщина стенки корпуса;
bо = 12мм – ширина прокладки.
Конструктивно задано 12 шпилек, следовательно количество шпилек Zp = 12 шт удовлетворяет расчетным условиям.
Проверка выполнения условия прочности для шпилек:
Минимальное усилие R на прокладку, необходимое для сохранения ее плотности при рабочих условиях:
; где:
Dрп = Dнп - bо = 0,365 - 0,012 = 0,353мм – расчетный диаметр прокладки;
b = - эффективная ширина прокладки;
q = mxP = 1,50 . 1,375 . 2,2 = 4,54МПа – удельное давление на прокладку в рабочих условиях; (коэффициенты m и x выбираются по таблице).
Растягивающее усилие в шпильках от рабочего давления:
Расчетное усилие, воспринимаемое шпильками в рабочих условиях:
Fp = R + Q = 0,191 + 0,215 = 0,406МН
Напряжение в шпильках в рабочих условиях:
; где:
;
Следовательно рассчитанное количество шпилек удовлетворяет прочностным условиям.
Расчет изгибающего момента от усилий, действующих в рабочем состоянии: По таблицам определяем параметры фланцев (в зависимости от размера шпилек):
dо = 23мм; е = 35мм; а = 10мм; 2а1 = 6мм.
Наружный диаметр фланца:
Dнф1 = Dб + е + 2а1 = 414 + 35 + 6 = 455мм. Dнф2 = Dб + е + 2а1 = 350 + 35 + 6 = 390мм.
Рассчитаем плечи моментов сил, действующих на фланцы.
• усилие от давления в корпусе:
• усилие на прокладку:
• усилие внутренний участок тарелки фланца:
Изгибающий момент от усилий:
=
Редуцированный диаметр отверстия под шпильки:
dor = 0,5 . do = 0,5 . 0,023 = 0,0115м = 11,5мм
Момент сопротивления фланца:
Напряжение в теле фланца: