Конструктивно-механический расчет

В задачу конструктивно-механического расчета входит оп­ределение необходимых геометрических размеров отдельных де­талей и узлов, которые определяют конструкцию теплообменного аппарата, его механическую прочность и геометрические разме­ры. Следует различать детали, которые являются ответственными за механическую прочность всего аппарата в целом и детали, ко­торые не обеспечивают его механическую прочность. В первом случае геометрические размеры рассчитываются на основе зако­нов механики (сопротивления материалов), во втором случае гео­метрические размеры определяются из конструктивных соображений и обуславливаются соответствующими ГОСТами. По­скольку полный конструктивно-механический расчет представля­ет собой сложную задачу и выходит за рамки программы, то в данном методическом пособии по расчету теплообменных аппа­ратов приводится краткий минимальный перечень необходимых расчетных задач, а именно:

1. Расчет размеров штуцеров для подвода и отвода теплоно­сителей.

2. Подбор крышек, днищ, фланцевых соединений.

3. Проверка на механическую прочность обечайки аппарата.

4. Определение толщины трубных решеток.

Расчет и подбор штуцеров

Присоединение труб к химическим аппаратам бывает разъемное и неразъемное. Первое осуществляется в основном с помощью фланцев или на резьбе, второе — на сварке или пайке.

Кроме труб к аппаратам часто присоединяется всевозможная арматура (вентили, задвижки, краны, клапаны и т. д.), а также различные измерительные приборы (термометры, манометры, уровнемеры и т. д.). В большинстве случаев трубы и особенно арматура и измерительные приборы имеют разъемное присоединение к аппаратам, что обусловливается главным образом удобством (при необходимости) их осмотра, ремонта и замены.

Для разъемного присоединения труб, арматуры и измерительных приборов на аппарате обычно предусматриваются штуцера (патрубки) фланцевые или резьбовые.

Наибольшим распространением пользуются фланцевые штуцера для присоединения труб, арматура и приборов с,а резьбовые штуцера — с

В табл. 12, 13, 14(см. приложение) приведены основные данные о нормализованных штуцерах: для аппаратов из двухслойной стали, стальных с эмалевым покрытием, медных.

При конструировании аппаратов штуцера следует принимать нормализованные. В случаях отсутствия нормали на штуцера, последние принимают по конструктивным соображениям. При этом рекомендуется: в изолируемых аппаратах вылет штуцеров принимать из расчета, чтобы фланцевое или резьбовое соединение штуцера было бы за пределами изоляции аппарата с целью доступа к этим соединениям для осмотра и подтяжки; в неизолируемых аппаратах вылет штуцеров принимать из расчета заводки болтов или шпилек со стороны аппарата (во фланцевых штуцерах), что часто диктуется удобством сборки. Данное условие не является обязательным, поскольку во многих случаях заводить болты возможно и в сторону аппарата, что позволяет уменьшить величину вылета штуцеров.

Рис. 7.1 Конструкция присоединения малых штуцеров к стенкам сварных и паянных аппаратов

Во всех случаях рекомендуется вылеты штуцеров в аппаратах из любых материалов делать возможно меньшими (определяется соответствующими ГОСТами), за исключением тех случаев, когда это не идет вразрез с конструктивными особенностями того или иного аппарата или спецификой его монтажа.

В отдельных случаях, когда к аппарату на незначительном расстоянии, хотя и превышающем рекомендуемый вылет, требуется присоединить другой аппарат, арматуру и т. п. с целью исключения лишних фланцевых или резьбовых соединений, целесообразно предусматривать удлиненные штуцера, а иногда и фасонные штуцера с заворотами, коленами и т. п.

Присоединение к аппарату на сварке или пайке штуцеров с рекомендуется укреплять одной или двумя планками согласно рис. 7.1.

Диаметр условного прохода (внутренний диаметр) штуце­ров для подвода и отвода теплоносителей рассчитывается на ос­нове уравнения массового расхода:

(7.1)

откуда

(7.2)

здесь - скорость течения теплоносителя в штуцере, м/с.

Обычно расход перекачиваемой среды известен и, следовательно, для расчета диаметра штуцера требуется определить единственный параметр — . Чем больше скорость, тем меньше требуемый диаметр штуцера, т. е. меньше стоимость, его монтажа и ремонта. Однако с увеличением скорости растут потери напора в трубопроводе, что приводит к увеличению перепада давления, необходимого для перемещения среды, и, следовательно, к росту затрат энергии на ее перемещение.

Оптимальный диаметр, при котором суммарные затраты на перемещение жидкости или газа минимальны, следует находить путем технико-экономических расчетов. На практике можно исходить из следующих значений скоростей, обеспечивающих близкий к оптимальному диаметр трубопровода:

Перекачиваемая среда ω, м/c

Ж и д к о с т и

При движении самотеком:

вязкие 0,1 – 0,5

маловязкие 0,5 – 1,0

Г а з ы

При естественной тяге 2 – 4

При небольшом давлении (от вентиляторов) 4 – 15

При большом давлении (от компрессоров) 15 – 25

П а р ы

Перегретые 30 – 50

Насыщенные при давлении, Па:

больше 10⁵ 15 – 25

(1— 0,5) 10⁵ 20 – 40

(5—2)10⁵ 40 – 60

(2—0,5) 10⁵ 60 – 75

Рассчитанный по уравнению 7.2. диаметр округляют до ближайшего большого размера в соответствии с таблицей 2 (см. приложение).