4.Механический расчет теплообменника
Рис 4. Теплообменник типа Н.
1- распределительная камера; 2 – поперечные перегородки; 3 – трубный пучок;
4 – трубные решетки;
Необходимо обеспечить поверхность теплообмена 25,0 м2, на основании этого выбираем основные параметры теплообменника [9].
Основные параметры теплообменного аппарата:
Диаметр кожуха: 325 мм;
Диаметр труб: 20 мм;
Длинна труб: 4,0 м;
Число ходов: 1;
Общее число труб: 80 шт;
Поверхность теплообмена: 20,0м2;
4.1 Расчет толщины стенки кожуха
Расчет производится по формулам, приведенным в литературе [4]
,
(1)
где Pp– расчетное давление;Pu– пробное давление в аппарате;
D– диаметр аппарата,- коэффициент прочности сварных швов; [] – допускаемое напряжение для аппарата при рабочей температуре; []u– допускаемое напряжение для аппарата при гидравлических испытаниях;
(2)
где *- нормативное допускаемое напряжение при рабочей температуре,- коэффициент, учитывающий вид заготовки, из которой будет изготовлен элемент сосуда или аппарата.
= 1 (листовой прокат);
[]20= 160МПа;
[]Т20= 240МПа;
*= 152МПа
[] = 152 · 1 = 152МПа
Рассчитаем расчетное давление
,
(3)
где P– рабочее давление в аппарате;PГ– гидростатическое давление.
;
(4)
МПа
,
(5)
МПа
МПа
= 1 (автоматическая электродуговая сварка)
мм
τ = 15 лет при П = 0,07 мм/год
С = τ · П (6)
С = 15 · 0,07 = 1,05 мм
мм
В соответствии с ГОСТ Р 53677-2009 [8] толщину стенки кожуха принимаем S= 3 мм.
4.2 Расчет толщины стенки эллиптической крышки
Расчет производится по формулам, приведенным в литературе [4]
,
(7)
мм
Т.к не известно какой теплоноситель будет подаваться в трубы теплообменника то примем поправку на коррозию С = 1,05 мм
Исполнительную толщину рассчитываем по формуле:
(8)
мм
4.3 Расчет толщины стенки труб
Расчет производится по формулам, приведенным в литературе [4]
(9)
мм
Исполнительную толщину рассчитываем по формуле:
мм
4.4
Расчет крышек
Рис 5. Схема нагружения крышки внутренним давлением
h= 0.25·D
где D– внутренний диаметр аппарата (рис 5).
h= 0.25 ∙ 325 = 81,25 мм
(10)
мм
(8)
мм
4.5 Выбор толщины трубных решеток
Трубные решетки представляют собой перегородки, отделяющие трубное пространство от межтрубного. Толщину трубной решетки примем равной 10 мм согласно рекомендациям [8]. Для диаметра кожуха 325 мм трубные решетки изготавливают штамповкой.
5. Определение краевых нагрузок в узле сопряжения
кожух – фланец (трубная решетка)
Для примера расчета краевых нагрузок рассмотрим сопряжение узла кожух-фланец. Кожух жестко закреплен в не деформируемую деталь – фланец.
Рис 6. Схема к определению краевых сил моментов.
а – соединение кожуха и фланца; б – схема к определению краевых сил моментов;
в – схема радиальных и угловых перемещений
Расчет проводится по формулам, изложенным в литературе [4].
(11)
(12)
(13)
(14)
после преобразования уравнений 13 и 14 получим
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
МПа
Меридиональное напряжение
(20)
(21)
МПа
МПа
Кольцевое напряжения
(22)
(23)
= 35,24 МПа
= 32,54 МПа
[] = 152МПа
[]кр= 1,3 · [] = 1,3 ·152 = 197,6 МПа
Максимальное напряжение
МПа
Таким образом, условие прочности в месте сопряжения элементов аппарата выполняется, т.е узел работоспособен.