Расчет теплообменного аппарата (стр. 3 из 5)

Конструктивный механический расчет обеспечивает прочность элементов в процессе эксплуатации. Для цилиндрических теплообменных аппаратов производится расчет следующих элементов конструкции: толщины стенок корпуса, крышек и днищ; трубных досок; фланцевых соединений.

В качестве материала корпуса используем сталь марки Ст20.

При выполнении расчета за нормативное допускаемое напряжение

принимается наименьшее из двух напряжений и :

МПа;

МПа,

где

и - значения предела прочности и предела текучести при расчетной температуре, МПа.

Расчет корпуса аппарата. Толщина стенки корпуса S цилиндрического аппарата, работающего с избыточным давлением P, определяется выражением:

, м

Величину прибавки С суммируют из трех поправок:

С = С₁ +С₂ +С₃

С₁ – прибавка на коррозию, исходя из условий разъединения материала стенки и срока службы аппарата, м;

С₂ – прибавка на эрозию, если таковая имеет место при работе аппарата, м;

С₃ - прибавка на минусовый допуск по толщине листа, из которого изготовлен корпус, м.

Величина прибавки С принимаю 3 мм;

- коэффициент прочности сварного шва, =0,65 ;

D_вн = 500 мм – внутренний диаметр корпуса;

P_изб = 0,7 МПа;

м.

Принимаем стандартную толщину стенки S = 5 мм.

Во всех случаях принятая толщина стенки подлежит контрольной поверке на напряжение в ней σ_и при гидравлическом испытании аппарата:

Расчет днищ и крышек.

Днища и крышки изготавливаются из того же металла, что и корпус аппарата. В теплообменных аппаратах чаще всего применяются эллиптические или сферические днища с отбортовкой для обеспечения качественной сварки с цилиндрической части корпуса или крышки.

Расчетная толщина стенки крышки, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле:

м

h_в =0,25·0,530=0,1325 м - высота выпуклой части крышки, м;

k – коэффициент,

,

d – наибольший диаметр неукрепленного отверстия в крышке;

- коэффициент прочности сварного шва, ;

С – прибавка на коррозию, м.

Принятая толщина S=6 мм стенки крышки подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:

Расчетная толщина стенки днища, м, подверженной внутреннему давлению, определяется по формуле:

м

h_в =0,1325 м - высота выпуклой части днища, м;

k – коэффициент,

,

- коэффициент прочности сварного шва, ;

С – прибавка на коррозию, м.

Принятая толщина S=5 мм стенки днища подлежит контрольной проверке на допустимые напряжения при гидравлическом испытании аппарата:

Расчет трубных решеток.

Для теплообменных аппаратов жесткой конструкции толщина решетки, м, определяется по выражению

,

где К = 0,162 – конструктивный коэффициент;

р – разница давлений по сторонам доски, Па, принимается равному наибольшему из избыточных давлений теплоносителей:

p= 0,49 МПа;

Коэффициент ослабления доски отверстиями φ определяется по формуле:

- минимальный шаг между отверстиями.

м

полученная величина проверяется на допустимые напряжения от изгиба:

.

Условие выполняется.

Расчет укрепления отверстий.

Неукрепленными считаются отверстия под развальцовку, под резьбу, а также отверстия, уплотненные лазовыми лючками или другими затворами, но не имеющие укреплений по контуру.

Наибольший диаметр, м, неукрепленных отверстий сосудов и аппаратов, работающих под давлением не должен превышать предельное значение, определяемое по формуле:

,

- предельный диаметр, м, неукрепленного отверстия. Отверстия, имеющие больший диаметр, укрепляются штуцерами или накладками, либо тем и другим вместе. Для корпуса:

м

Расчетная высота, м, внешней части укрепляющего штуцера

и наименьшая толщина стенки штуцера , м, вычисляются по формулам:

м;

м, принимаем S_ш=4 мм

где d – диаметр укрепляемого отверстия, м;

- нормативное допускаемое напряжение, МПа.

Для крышки:

м

м;

м, принимаем S_ш=4 мм

Расчет фланцевых соединений.

Расчет фланцевых соединений состоит из расчета фланцев и болтов.

Нагрузка на болты в рабочих условиях складывается из силы Q_Р, компенсирующей силу внутреннего давления, и силы R, создающей давление на прокладку, обеспечивающее герметичность соединения, которые определяются по формулам:

,

D_ср.п. – средний диаметр прокладки;

b – ширина прокладки, м;

q_п – предварительное удельное давление на прокладку, МПа; для прокладок из паронита q= 15 МПа;

Р – расчетное давление, Па;

Расчет толщины тарелки плоского приварного фланца h для корпуса аппарата.

0,160∙10⁶ Н;

Н,

Задаемся диаметром болта D_б=0,024 м, определяем допускаемую нагрузку, Н, на один болт:

,

и число болтов:

, принимаем n_б=20 шт.

плечи моментов сил, действующих на фланец, м: для паронитовых прокладок