Общие сведенья о тепловых пунктах

w – скорость нагреваемого теплоносителя в трубке, м/с.

 

4.2. Определяем количество трубок в одном ходу n_X аппарата по формуле:

                                                                                       _(4.2)

По условиям на конструирование  используем трубки латунные Æ16´1 мм, то есть d_вн=14 мм. Получаем количество трубок:

 

 

 

 

 

 Так как проектируемый аппарат является одноходовым z=1, то общее число трубок m также будет равно:

 

           

 

 

 

 

В водоподогревателях по ОСТ применяется разбивка трубок по концентрическим окружностям (рисунок 4.1). Назначаем шаг разбивки трубной решетки по рекомендациям:

 

                                                                                              

         Принимаем  шаг разбивки S = 23 мм.

 

 

Рисунок 4.2 - Разбивка трубной  решетки по концентрическим окружностям.

Действующее значение D_тр находят в результате компоновочного построения поперечного сечения теплообменника на миллиметровке.  Вычисляем ориентировочно диаметр трубной решетки D_тр по центрам наружного ряда трубок:

 

                                                      

          где h_тр – коэффициент заполнения трубками трубной решетки, для одноходовых аппаратов принимаем h_тр=1.

 

Принимаем разбивку трубной  решетки по концентрическим окружностям. Диаметры обечайки принимаем равные D_у=400 мм, D_н=426 мм соответствующие стандартным размерам обечаек. Разбивка трубной решетки – Приложение А.

 

 

 

Площадь поверхности теплообмена  трубного пучка F, м² составляет:

 

                                                                                                          

откуда активная длина l, м будет равна:

,                                                                                                             

           где  d_р — расчетный диаметр трубок, мм.

 

При одинаковой по сторонам трубок теплоотдаче d_р принимают:

мм                                                              

м.                                                                               

 

         4.7 Выполняем  проверку конструктивности. Должно  выполняться условие:

,                                                                                     

т.к.

то условие верно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.5 ВЫБОР СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ТРУБОК С ТРУБНЫМИ РЕШЁТКАМИ

В настоящее время  наиболее распространенным способом соединения трубок с трубной решеткой является развальцовка в том или ином конструктивном исполнении. Отбортовка выступающих концов усиливает прочность соединения и обеспечивает плавный вход жидкости в трубки, снижая местные гидравлические сопротивления. На рисунке 5.1 показана развальцовка трубки с отбортовкой выступающих концов.

 

Рисунок 5.1 - Развальцовка с отбортовкой выступающих концов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОВЕРКА ШТУЦЕРОВ НА ПРОЧНОСТЬ

Толщина стенки патрубка, нагруженного избыточным давлением, определяется по формуле:

 

, м                                                                                           

где Р_р - расчетное давление в патрубке, МПа;

d_н – наружный диаметр патрубка, м;

φ₁ – коэффициент прочности сварного шва;

[σ]₁ – допускаемое напряжение для материала патрубка.

 

Коэффициент прочности  сварного шва принимается равным φ₁=1, так как штуцер является монолитным.

Патрубок для греющего теплоносителя:

Р₁=0,6 МПа;

d_н=219 мм.

Допускаемое напряжение при статических однократных  нагрузках:

,

где η – поправочный коэффициент, принимается равным η=1.

σ^* - нормативное допускаемое напряжение

 

Для материала патрубка сталь 20 при t_1ср=67,5˚С по ГОСТ 14249 - 73 нормативное допускаемое напряжение равно σ^*=144 МПа.

 м.                                                                         

Исполнительная толщина:

                                                                                                    

где  С=С₁+С₂+С₃                                                                                       

 С₁ – прибавка при компенсации допусков на толщину листа, принимаем С₁ =1 мм,

 С₂ – прибавка на коррозию.

 

С₂ = υ_к ^. τ,

           где υ_к – скорость коррозии мм/год, υ_к=0,2 мм/год; t- время эксплуатации теплообменника, лет; t = 15 лет;

         С₂ = 0,2 ^. 15 =3,0 мм;

        С₃ – принимаем конструктивно 3,24 мм

        С=1+3,0+3,24=7,24 мм.

                                                                            

С учетом всех прибавок окончательно толщину штуцера принимаем

                                                                                                 Патрубок для нагреваемого теплоносителя

Р₂=0,27 МПа,

d_н=273 мм.

Допускаемое напряжение при статических однократных нагрузках:

,                                                                                                      

где η – поправочный коэффициент, принимаем равным η=1.

σ^* - нормативное допускаемое напряжение.

 

Для материала патрубка сталь 20 при t_2ср=27˚С по ГОСТ 14249 - 73 нормативное допускаемое напряжение равно σ^*=146,56 МПа

_;                                                                                              

м;                                                                  

                                                                                                        

где  С=С₁+С₂+С₃                                                                                          

С₁ – прибавка при компенсации допусков на толщину листа, принимаем С₁ =1 мм

С₂ – прибавка на коррозию.

С₂ = υ_к ^. τ,

где υ_к – скорость коррозии мм/год, υ_к=0,2 мм/год;

t- время эксплуатации теплообменника, лет; t = 15 лет;

С₂ = 0,2 ^. 15 =3,0 мм;

С₃ – принимаем конструктивно 3,75 мм;

С=1+3,0+3,75=7,75мм                                                                                    

С учетом всех прибавок окончательно толщину штуцера принимаем 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.6 РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБЕЧАЙКИ

 

Толщина стенки аппарата, находящегося под внутренним избыточным давлением, определяется по формуле:

,                                                                                                  

где Р₁ – давление в межтрубном пространстве, МПа;

[σ] – допускаемое напряжение для материала обечайки, МПа;

D_вн – внутренний диаметр обечайки, м;

φ – коэффициент прочности сварного шва.

 

Коэффициент прочности  сварного шва φ назначается в  зависимости от типа сварки. Выбираем автоматическую дуговую сварку и принимаем φ=1.

Исполнительная толщина  стенки обечайки определяется по формуле:

                                                                                         

           где С₁ – прибавка при компенсации допусков на толщину листа, принимаем С₁=1 мм;

         С₂ – прибавка на коррозию.

 

         С₂ = υ_к ^. τ,

         где    υ_к – скорость коррозии мм/год, υ_к=0,2 мм/год;

          t- время эксплуатации теплообменника, лет; t = 15 лет;

          С₂ = 0,2 ^. 15 =3,0 мм;

         С₃ – прибавка, назначаемая конструктивно, принимаем С₃=2,16 мм.

 

С=1+3,0+2,16= 6,16 мм;                                                                                   

Р₁=0,6 МПа;

D_вн=0,400 м.

 

,                                                                                                       

где η – поправочный коэффициент, учитывающий характер эксплуатации аппарата, принимаем равным η=1.

σ^* - нормативное допускаемое напряжение.

 

Для материала обечайки сталь 20 при t_1ср=67,5˚С по ГОСТ 1050-74 нормативное допускаемое напряжение равно σ^*=144МПа

 м.                                                                             

 

С учетом всех прибавок окончательно толщину стенки обечайки принимаем

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ТРУБНОЙ  РЕШЁТКИ

 

Трубная решетка предназначена  для прочного и плотного крепления  в ней труб с целью разграничения  пространства с греющей и нагреваемой  средой, то есть разграничение трубного и межтрубного пространства.

Для расчета введем обозначения  вспомогательных величин:

а – внутренний радиус обечайки, м,

,

где D_вн – внутренний диаметр обечайки

,

а₁ – расстояние от оси обечайки до центра наиболее удаленной трубки, м

по компоновке трубного пучка (рисунок 4.1) принимаем а₁=0,230 мм.

m_n – характеристика беструбной зоны,

i=245 – общее количество трубок в аппарате, штук.

d_н=0,016 – наружный диаметр трубок, м.

d_о= d_н[1+(0,016..0,02)] – диаметр отверстий в трубной решетке под трубки, м

принимаем d_о=0,0163 м.

d=0,001 - толщина стенки теплообменной трубки, м.

Коэффициенты влияния  давления на трубную решетку h_м, h_т:

;                                                                                                

                                                                                        

 

Коэффициент ослабления трубной решетки отверстиями j_р:

,                                                                                                    

где t=0,023 – шаг разбивки трубок в трубной решетке, м.

 

Коэффициент жесткости  перфорированной плиты y_о принимаем равным y_о=0,37.

Модуль упругости К_у, МПа/м, системы труб вычисляется по формуле:

,                                                                                           

где Е_т – модуль продольной упругости трубок,

в качестве материала  трубок выбираем Латунь Л63 ГОСТ 1020-77Е,

по таблице IХ[5] принимаем Е_т=1,069×10^-5 МПа;

l_т – половина длины труб, м

принимаем l_т=1,30 м.

 

 

Приведенное отношение жесткости труб к жесткости обечайки r:

,