Общие сведенья о тепловых пунктах

 

где Е_о – модуль продольной упругости обечайки, МПа,

по таблице VII[5] принимаем Е_о=1,95×10^-5 МПа;

S_о – толщина стенки обечайки, м.

 

Коэффициенты изменения  жесткости системы «труба-обечайка» К_p и K_q:

          Для аппаратов с неподвижными  трубными решетками принимаем К =0;   

K =0

Коэффициенты линейного  расширения a_о и a_т, К^-1, определяются по формулам:

,                                                                           

где t_о – расчетная температура стенки обечайки, ° С.

,                                                                          

где t_T – расчетная температура теплообменных трубок, ° С.

.

.

 

Приведенное давление Р_о, МПа, определяется по формуле:

,                где t_c – температура сборки аппарата,

принимаем t_c=20 °С.

m_ср – вспомогательный коэффициент,

,                                                                                     

где S_т – толщина стенки трубы, м.

.

 

Расчетная толщина трубной  решетки S , м, определяется по формуле:

,                                                                                               

где  - некоторый коэффициент,

,

где  ;                                                                                 

;                                                                                                       

[s]_А – допускаемое амплитудное напряжение, МПа,

принимаем [s]_А=550 МПа.

.

.

Тогда принимаем .

 м.

 

Исполнительная толщина  трубной решетки S₂, м:

S₂= S +C,

где С – поправка к расчетной толщине, м

принимаем С=0,003 м.

          S₂=0, 122+0,003=0,125 м.

 

Проверка толщины трубной  решетки

Толщина стальных трубных  решеток должна удовлетворять условию:

.

.

Для изготовления трубной  решетки выбираем по таблице 2.22 [6] сталь  прокатную толстолистовую ГОСТ 5681-57. Толщина листа S=12 мм. Материал: Сталь20 ГОСТ1050-74*.

 

          Определение необходимой глубины вальцовки

Высота вальцовки труб в трубной решетке l_В, м, определяется по формуле:

,

           где [q] – допускаемая нагрузка, приходящаяся на единицу условной поверхности развальцовки, МПа,

для развальцовки с отбортовкой  назначаем [q]=50 МПа;

N_т – осевое усилие, действующее на трубку в месте развальцовки, МН,

,                                                                 

где Р_о – приведенное давление, МПа;

f_2р – некоторый коэффициент,

,                                                                                             

где z – некоторый коэффициент,

,                                                                                  

где S_o – исполнительная толщина стенки обечайки, м;

В¢ - некоторый коэффициент,

.                                                                                                   

 

.

.

.

.

 

Необходимое условие  для толщины трубной решетки S³ l_В выполняется:

0,012 м ³ 0,0038 м.

 

            10.5  Толщина решетки в месте уплотнения под кольцевую прокладку S^рп, м, должна удовлетворять условию:

,                                                         

где Р – максимальное избыточное давление на трубную решетку, МПа;

[s] – допускаемое напряжение материала решетки на растяжение, МПа;

D_в – внутренний диаметр прокладки, м;

D_н – наружный диаметр прокладки, м;

D_сп – средний диаметр прокладки, м,

,                                                                                              

.

 

Условие S³S^рп выполняется:

0,012 м ³ 0,005 м.

Эскиз сечения решетки  в месте прокладочного уплотнения изображен на рис.6.1

Рис.6.1 - Сечение решетки в месте прокладочного уплотнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.7 РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННЫХ ТРУБОК

 

Проверка теплообменных  трубок на прочность.

Расчетные напряжения в  осевом направлении s_1т, МПа, в трубах составляют:

,                                                                                    

где S_T – толщина стенки трубки, м.

.

 

Расчетные напряжения в  окружном направлении s_2т, МПа, в трубах составляют:

          ,                                                   

.

 

Условие статической прочности труб:

,                                                                                        

где [s]^Т – допускаемое напряжение для материала трубки, МПа,

по таблице 1.5[5] принимаем [s]^Т=107,8 МПа.

.

 

Таким образом, условие  статической прочности труб выполняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОВЕРКА НАПРЯЖЕНИЙ В ОБЕЧАЙКЕ И ТРУБАХ АППАРАТА

 

На обечайку аппарата кроме избыточного внутреннего  давления действуют еще и температурные усилия. При различных температурах нагрева труб и обечайки деформации в свободном состоянии оказались бы различными, однако жесткое соединение труб с обечайкой через трубные решетки не допускает свободных деформаций, что и обуславливает температурные усилия. Предположим, что трубные решетки не деформируются, а следовательно, температурные усилия равномерно распространяются на все трубы.

Осевые усилия от действия среды

Осевые усилия Q¢, МН, возникающие под действием среды и стремящиеся раздвинуть трубные решетки и разорвать трубки, выражаются формулами:

;                                                           

,                                                                                                  

            где Q_T¢ - осевое усилие,  возникающее в трубах  от  давления  среды и отрывающее их от трубной решетки, МН

;                                                                                         

F_T – площадь поперечного сечения всех трубок аппарата, м²

;                                                                                       

F_О – площадь поперечного сечения обечайки аппарата, м²

;                                                                        

Q_о¢ - осевое усилие, возникающее в обечайке от давления  среды и отрывающее ее от трубной решетки, МН

;                                                                                        

          .

          .

          .

          .

 

Осевые напряжения, отражающие действия давления среды

Осевые напряжения в  обечайке s_о¢, МПа, и трубах s_т¢, МПа, аппарата, отражающие действия давления среды в трубном и межтрубном пространстве выражаются формулами:

;                                                                                                      

          ;                                                                                                       

         ;

          .

 

Температурные усилия от действия среды

Температурные усилия в трубах Q_т¢¢, МН, и обечайке Q_о¢¢, МН, определяются по формулам:

;                                                                                                          

;                                                     

;

;

 

Температурные напряжения в трубах и обечайке

Температурные напряжения в трубах s_т¢¢, МПа, и обечайке s_о¢¢, МПа, составят:

;                                                                                                         ;                                                                                                       

;

;

 

Полные напряжения в  трубах и обечайке

Условия прочности для  жесткотрубного аппарата записываются в виде:

;                                                                                              

;                                                                                             

64+3,8=67,8 МПа £ 146,5 МПа;

48+2=50 МПа £ 66,6 МПа;

 

Условия прочности для  проектируемого аппарата выполняются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТ ПРОКЛАДОЧНОЙ ОБТЮРАЦИИ

 

Обтюрация достигается сжатием  с определенной силой, обеспечивающей герметичность уплотняемых поверхностей непосредственно друг с другом или посредством расположенных между ними прокладок из более мягкого материала.

Для герметичности соединения обечайки с жидкостными крышками используем прокладки типа 1. Тип обтюрации – I-А. Обтюрация типа I-А изображена на рисунке 13.1. Расчетная сила осевого сжатия для прокладок типа I определяется по формуле:

,                                                                                               

где D_сп – средний диаметр прокладки, м;

P – расчетное давление среды, воздействующей на фланцевое соединение, МПа,

K – коэффициент, зависящий от материала прокладки и ее конструкции,

для паронита K=2,5;

b_экв – эффективная ширина уплотнения, м

,                                                                                                      

b – ширина прокладки, м

;                                                                                                     

.

.

 

 

 

 

Р_п¢=3,14*×0,413*×0,00432*×0,6*×2,5=0,084 МН.

 

 

 

 

 

Рисунок 13 - Обтюрация  типа I-А:

1 - прокладка; 2 – уплотняемые  поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3.8 РАСЧЁТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

 

В качестве фланца проектируемого аппарата по таблице 20.10[6] выбираем плоский приварной фланец. Материал фланца: Сталь 20. Базовые размеры выбранного фланца сведены в таблицу 14.1. Эскиз плоского приварного фланца для аппаратов с указанием базовых размеров представлен на рисунке 14.1.