Обобщение результатов расчета.

В результате проведенных расчетов разработан подогреватель, имеющий следующие характеристики:

1. Расход воды 181м³/ч;

2. Расход греющего пара 6,73 кг/с

3. Температура:

воды на входе 11 ^оС

воды на выходе 81°С

пара на входе 166°С

4. Размеры подогревателя:

внутренний диаметр корпуса 780 (800) мм

толщина стенок корпуса 4 мм

высота трубок 3200 (3000) мм

5. Число ходов 3

6. Число трубок 273 (301)шт.

7. Поверхность нагрева 84,94 (90) м²

8. Необходимая мощность насоса 0,36 кВт.

МЕХАНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.

Произведем расчет основных узлов и деталей аппарата на прочность. Конструкция и элементы аппаратов должны рассчитываться на наибольшее допускаемое рабочее давление с учетом возможных температурных напряжений, особенностей технологии изготовления деталей, агрессивности действия рабочей среды и особенностей эксплуатации.

3.1. Определим толщину стенки кожуха.

где

р – расчетное давление (давление греющего пара), Па;

s_доп – допускаемое напряжение, Па, s_доп = 132,2 МПа

j_св – коэффициент прочности сварного шва; j_св = 1

C – прибавка на минусовые допуски проката, коррозию и др., м,

Выбираем стандартную толщину кожуха, близкую к полученному значению - мм.

3.2.Производим расчет толщины эллиптического днища. Исходя из условия технологичности изготовления, принимаем предварительно d_д = d_к = 4 мм, тогда толщина стенки днища, имеющего
отверстие, определяется по выражению

Условия применимости этой формулы:

где

h_вып – высота выпуклой части днища (рис.4), м;

h_вып = 0,4×D_вн = 0,4×0,8=0,32 м

D_вн - внутренний диа-
метр корпуса. м;

d – наибольший диаметр отверстия в днище, м;

C – прибавка, учитывающая допуск на прокат, коррозию и т.д., м;

z - коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия.

3.3.Определяем коэффициент, учитывающий ослабление днища
из-за отверстия

3.4. Произведем расчет трубной решетки.

Расчетное давление при расчете трубной решетки выбирается
по большему из трех следующих значений:

где

P_м, P_т – давление в межтрубном и трубном пространстве соот-
ветственно, Па, , ;

P_м.п, P_т.п - пробное давление при гидравлическом
испытании в межтрубном пространстве и в трубах, Па, , ;

r - отношение жесткости трубок к жесткости кожуха;

g - расчетный температурный коэффициент;

k - модуль упругости системы трубок, МПа/м;

a – коэффициент перфорации.

3.5.Определяем коэффициент, выражающий отношение жесткости трубок к жесткости кожуха.

где

Е_т, Е_к - модули упругости материала трубок и кожуха соответственно, (т. к. кожух и трубки стальные, ), МПа;

F_т, F_к – площади сечения ма-
териала трубок и кожуха, м².

3.6.Вычисляем площадь сечения материала трубок

где

n – количество трубок, шт.;

d_н, d_вн - наружный и внутренний диаметры трубок, м , .

.

3.7. Определяем площадь сечения материала кожуха

.

3.8.Вычисляем расчетный температурный коэффициент

где

t_т, t_к – температуры трубок и кожуха °С;

a_т, a_к – коэффициенты линейного удлинения трубок и кожуха соответственно, 1/град. a_т = 14×10^-61/град; a_к = 11,7×10^-61/град.

t_к = t_гр.п. – (70¸85) = 166 – 76 = 90 °С

t_т = t_гр.п. – (15¸20) = 166 – 16 = 150 °С

3.9.
Определяем модуль упругости системы трубок

где

- длина трубок, м:

- внутренний радиус корпуса, м.

.

3.10.
Вычисляем коэффициент перфорации

.

.

3.11.Определяем толщину трубной решетки

3.12.Определяем толщину трубной решетки из условия прочности на изгиб

где

D₀ - диаметр окружности, на которую опирается трубная доска,

P_р - расчетное давление, Па;

y - коэффициент, зависящий от
формы и способа крепления трубной доски;

j - коэффициент, учитывающий ослабление трубной решетки;

С - поправка на минусовые допуски проката, коррозию и т.д., м.

При расчетном давлении, действующем со стороны крышки, в
качестве D₀ принимается внутренний диаметр корпуса, поэтому
D₀ = D_вн = 0,8 м.

В данном подогревателе используем круглые трубные доски,
не подкрепленные анкерными связями, следовательно, y = 0,5.

3.13.Вычисляем коэффициент, учитывающий ослабление трубной
доски,

где

D_н - наружный диаметр кожуха, м;

N₁ - наибольшее количество
трубок в одном ряду, шт.;

d₀ - диаметр отверстия под трубку в
трубной доске, м.

d₀ = d_н + 0,0008 = 0,029+ 0,0008 = 0,0298, м.

3.14.Определяем наибольшее количество трубок в одном ряду

где

К - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, м, ;

S - шаг между трубками, м, .

.

3.15.Производим определение толщины трубной решетки, исходя
из условия надежности развальцовки:

где

q - допускаемое напряжение на вырывание трубок из решетки,
МПа;

Р_тр - осевое усилие в наиболее нагруженной трубке, Н.

d_н - наружный диаметр трубок, м.

Для трубок, завальцованных с отбортовкой, q = 40 МПа.

3.16.Определяем осевое усилие в наиболее нагруженной трубке

Р_тр = sp(d_н - d_т)d_т, Н,

г де

d_т - толщина трубки, м;

s - напряжение изгиба в трубной решетке, МПа.

Р_тр = 132,2×3,14(0,029 – 0,001)0,001=0,0116 Н

3.17. Расчет фланцевых соединений и болтов.

3.17.1.Определяем полное усилие, действующее на все болты фл-
анцевого соединения,

Q = Р + Р_упл, Н,

где

Р - сила внутреннего давления среды на площадь, Н;

Р_упл - сила,
необходимая для обеспечения плотности соединения

при давлении
рабочей среды, Н.

Р = 0,785×D²_пр×Р_с, Н,

где

D_пр - средняя линия прокладки, м;

Р_c - сила внутреннего давления среды на площадь, Па.

3.17.2.Определяем среднюю линию прокладки

D_пр = 0,5(D_н + D_в), м,

где

D_н и D_в - наружный и внутренний диаметры прокладки соот-
ветственно, м.

D_пр = 0,5(0,82 + 0,8) = 0,81, м

Р = 0,785×0,81×0,7×10⁶ = 0,36×10⁶, Н

3.17.3.Определяем силу, необходимую для обеспечения плотности
соединения

Р_упл = q×F_пр, Н,

где

q - расчетное удельное давление на единицу площади прокладки, Па, ;

F_пр - площадь прокладки, м².

3.17.4.Вычисляем площадь прокладки

F_пр = 0,785×(D²_н - D²_в), м²,

F_пр = 0,785×(0,82² – 0,8²) = 0,025, м²

Р_упл = 15×10⁶×0,025 =0,375×10⁶, Н

Q = 0,36×10⁶ + 0,375×10⁶ = 0,735×10⁶, Н

Проверка расчетной нагрузки (q_max = 130 МПа):

Q £ q_max×F_пр.

Расчетная нагрузка не превышает максимальную и не будет вызывать повреждение прокладки или превосходить ее прочность, т. к.

условие соблюдается.

1.17.5. Определяем диаметр болта

где

Q - полное усилие на все болты, Н;

D_пр - средняя линия про-
кладки, м;

h - поправочный коэффициент (h = 0,9);

s_т - предел текучести материалов болтов при рабочей температуре (s_т = 245 МПа), Па.

3.17.6.Вычисляем количество болтов во фланцевом соединении

где

L – общая длина окружности, на которой расположены центры болтов, мм;

t_б - шаг между болтами, мм.

Из конструктивных соображений шаг между болтами прини-
маем в пределах 2,5¸5 диаметров болтов: 3.17.7Определяем длину окружности, на которой расположены цен-
тры болтов,

L = p (D_вн + d_к + d_б +К), мм,

где

d_к - толщина стенки кожуха, мм;

К - монтажный зазор
(К = 25¸30 мм):

d_б - диаметр болтов, мм;

D_вн - внутренний диа-
метр корпуса. мм.

L = 3,14 (800 + 4 + 18 + 27) = 2665,86 мм,

3.17.8. Определяем расчетное усилие на болт

3.17.9. Определяем толщину приварного фланца

где

r₀ - радиус окружности расположения болтов, м;

r – внутренний
радиус корпуса, м;

s_доп = 230 - допускаемое напряжение на изгиб,
МПа;

а = 0,6 - для фланцев, подверженных изгибу.

3.17.10. Определяем радиус окружности расположения болтов

r₀ = (D_вн + d_к + d_б + К)×0,5, мм,

r₀ = (0,8 + 0,0004 + 0,018 + 0,027)×0,5 = 0,422 м

r = D_вн/2=0,8/2=0,4 м

Обобщение результатов механического расчета:

1. Толщина стенок кожуха и днища 4мм

2. Параметры трубной решётки:

расчётное давление 11,1МПа

толщина 170 мм

3. Характеристики фланцевого соединения:

количество болтов 30 шт

расчётное усилие на болт 70 кН

диаметр болтов 18 мм

высота фланца 55 мм

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Для закрепления теоретических знаний по курсу «Тепломассообмен» была выполнена курсовая работа: «Расчет пароводяного подогревателя»

В конструктивном расчете теплообменного аппарата решались 3 задачи:

1. тепловая;

2. гидравлическая;

3. механическая.

В тепловом расчете были определены: физические параметры воды и водяного пара; средняя логарифмическая разность температур: для первой зоны , для второй зоны ; количество тепла, передаваемое паром воде, для двух зон теплообмена Q = 14485,16 кВт; массовый расход пара D_п = 6,73 кг/с; коэффициенты теплоотдачи: для воды , для пара ; коэффициент теплопередачи: для первой зоны: для первой зоны: , для второй зоны , поверхность нагрева составила F= 90 м². Общее количество трубок n=301 шт, их длина L=3 м.

В гидравлическом расчете определили: полный напор, необходимый для перемещения воды через аппарат, который составил , а также мощность, необходимую для движения воды через подогреватель N= 0,36 кВт, размеры патрубков: для воды: F_пат = 0,05 м², d_пат = 0,25 м, для входа пара: F_пат = 0,07 м², d_пат = 0,23 м, для выхода конденсата: F_пат = 0,002 м², d_пат = 0,05 м, для откачки воздуха: F_пат = 0,0003 м², d_пат = 0,02 м.

В механическом расчете при расчете на прочность были определены:

расчетное давление Р_р = 11,1 МПа

количество болтов z = 30 шт, их диаметры d_б = 18 мм

высота фланца h = 55 мм

расчетное усилие на болт P_б = 70 кН

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Тепломассообмен. Проектирование поверхностного кожухотрубного теплообменника: Учебно-методическое пособие / В.Н. Федяева, А.А. Федяев, С.В. Белокобыльский.- Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2004-124 с.

2. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация теплоиспользующих установок. – М.: Энергия, 1970.

3. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. – М.: Энергия, 1975.

4. Промышленные тепломассообменные процессы и установки: Учебник для вузов / А.М. Бакластов, В.А. Горбенко, О.Л. Данилов и др.; Под ред. А.М. Бакластова. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

5. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина.- М.: Энергоатомиздат, 1991.