Расчет аппарата воздушного охлаждения Последовательность расчета (стр. 4 из 6)

Условие прочности выполняется.

4.2 Определение толщины трубной решетки

Предварительно рассчитываем необходимые коэффициенты и параметры:

- безразмерная характеристика нагружения решетки болтовым изгибающим моментом:

Λ_р =

, (47)

Λ_р =

;

- относительная ширина беструбного края:

λ_р = (В_р - В_т)/ В_т, (48)

λ_р = (234 - 204)/204 = 0,147;

- безразмерная характеристика нагружения решетки давлением, действующим на беструбную зону:

ψ_р = λ_р (λ_р + 2) (49)

ψ_р = 0,147·(0,147 + 2) = 0,316;

- вспомогательные коэффициенты:

, (50)

;

, (51)

;

- допускаемая нагрузка на единицу площадки трубного пучка из условия прочности труб, с учетом того, что для материала труб - стали 10Х17Н13М3Т при рабочей температуре t = 144^оС допускаемое напряжение [σ]_т =146,7 МПа [4, с. 147], модуль продольной упругости Е_т = 2,06 ·10⁵ МПа [4, с. 147]:

, (52)

МПа.

- коэффициент уменьшения допускаемого напряжения труб при продольном изгибе

, (53)

.

- коэффициент несущей способности трубного пучка Ω при P_pη₁ > φ_Т[q]_T (Р_рη₁= 0,12·0,885 = 0,1062 МПа; φ_Т[q]_T = 0,006·1,73 = 0,0104 МПа):

, (54)

.

Так как Ω < 1, толщину труб увеличивать не следует.

- расчетное усилие в зоне уплотнения:

F₁ = [F_o /(L_p + В_р)]^.(Р_р/ Р_исп), (55)

F₁= [106797,6/ (1270 + 234)] (0,12/0,156) = 54,62 МН/мм;

- плечи изгибающих моментов, действующих на фланцевое соединение решетки с крышкой:

l₁ = 0,5(В_Б - В_р), (56)

l₁= 0,5 (296 - 234) = 31 мм,

l₂ = 0,5 (В_Б - В_пр), (57)

Принимаем для основного материала трубной решетки - стали 10Х17Н13М2Т допускаемое напряжение [σ]_р = 146,72 МПа [4, с.147]. Тогда толщина трубной решетки в пределах зоны перфорации

, (58)

где принимаем С = 0,5;

мм.

Принимаем s₁ = 20 мм.

Толщина трубной решетки в месте уплотнения

, (59)

мм.

Принимаем толщину основного слоя s₂ = 6 мм

Толщина трубной решетки вне зоны уплотнения

, (60)

мм

4.3 Проверка условия прочности крепления труб в трубной решетке

Определим параметр трубного основания:

, (61)

.

По [4, с. 87] найдем значения коэффициентов Z_F, Z_M: Z_F = 1,1, Z_M = 0,2.

Учитывая, что трубки крепятся в решетке способом развальцовки с канавками на глубину l₀ = 19 мм, определяем допускаемую нагрузку на единицу площади трубного пучка из условия прочности крепления труб в решетке:

[q]_TP =

, (62)

где μ_РВ = 0,5 – для развальцовки с канавками,

[q]_TP =

МПа.

Проверяем условие прочности крепления труб:

P_P[Z_F -η₁ + Z_M (Λ_р + ψ_p)] = 0,12·[1,1- 0,885+0,2·(5,55 + 0,316)]= 0,167, (63)

0,167 < [q]_TP = 1,45.

Условие выполняется.

4.4 Определение размеров стенок крышки

Предварительно вычисляем необходимые коэффициенты:

- безразмерная характеристика нагружения крышки болтовым изгибающим моментом:

, (64)

;

- безразмерная характеристика нагружения крышки давлением, действующим на ее фланцевую часть:

, (65)

где Н_к – высота крышки, принимаем Н_к = 100 мм [4, с.120]

;

- поправочный коэффициент для свободно опертой плиты:

, (66)

;

- поправочный коэффициент для защемленной плиты

f₂ = 0,5 f₁, (67)

f₂= 0,5. 0,845 = 0,423;

- коэффициент сопротивления фланцевой части крышки

, (68)

где предварительно принимаем, что S₄ = 17 мм, S₅ = 17 мм, S₆ = 23 мм;

;

- поправочный коэффициент:

, (69)

,

Принимаем

= 0,779;

- коэффициент сопротивления фланцевой части крышки

, (70)

;

- допускаемое напряжение для материала крышки при расчетной температуре [σ]_к = 146,72 МПа;

- коэффициент прочности сварного шва φ_св= 0,95.

Толщина донышка крышки:

, (71)

мм;

Толщина стенки крышки в месте присоединения к фланцу

, (72)

мм;

Толщина фланца крышки

, (73)

мм;

Толщина боковой стенки крышки s₇ ≥ s₅.

Принимаем окончательно, что s₄ = 5 мм, s₅ = 5 мм, s₆ = 18 мм, s₇ = 15 мм.

4.5 Подбор сортамента опорных балок металлоконструкции

Масса трубной секции аппарата исполнения Б4 на давление 0,6 МПа с трубами длиной 8 м и числом рядов труб 4, согласно [4, с.143], составляет М_сек = 3050 кг, соответственно масса трех секций – 3^.3050 = 9150 кг.

Масса жидкости в трубном пространстве аппарата АВГ при φ = 14,6 с внутренним диаметром труб 21 мм составляет М_ж = 800 кг [4, с.145].

Масса диффузора, коллектора вентилятора и предохранительной сетки Муз ≈ 800 кг [4, с. 122].

Масса всего аппарата составляет М_ап= 15205 кг [4, с.130].

Значение распределенной нагрузки от веса трех, заполненных средой секций, приходящееся на три поперечные опорные балки:

q_P = (3 М_сек + М_ж) g / (n_с L_з), (74)

q_P = (3·3050 + 800)·9,81/(3 ·4,15) = 7840,12 Н/м.

Максимальный изгибающий момент от этой нагрузки:

М = q_P L₃² /12 (75)

М = 7840,12. 4,15²/12 = 11252,21 Н,м = 11,3 кН,м.

Допускаемое напряжение материала опорных балок (Сталь ВСт3) [σ] = 140 МПа [4, с.147].

Ориентировочный момент сопротивления сечения балки:

, (76)

см³.

По [4. c.148] принимаем балку двутавровую №18 с моментом сопротивления сечения балки W_сеч = 109 см^З; статическим моментом площади сечения балки М_сеч = 62,3 см³; шириной полки профиля балки b_СЕЧ = 8,1 см; главным линейным моментом инерции сечения балки относительно горизонтальной оси I_сеч = 873 см⁴.

Тогда:

- нормальное напряжение

, (77)

МПа;

- касательное напряжение [4, с. 123]

, (78)

Н/см² = 1,48 МПа;

- эквивалентное напряжение

, (79)

МПа ≤ [σ] = 140 МПа.

Условие прочности балки выполняется.

4.6 Выбор опоры-стойки металлоконструкции

Определяем:

- суммарный вес секций и жидкости в них:

(3^.М_сек + М_ж) g = (3. 3050 + 800). 9,81 = 97609,5 Н; (80)