4. Гидравлический расчет
Сопротивления в трубах рассчитывается по формуле [2] стр.13:
Δр=(λl/dэ+Σξ)w2ρ/2
где λ – коэффициент трения; l и dэ – соответственно длина и эквивалентный диаметр трубопровода, Σξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений;w – скорость переносимого агента; ρ – плотность.
а) В трубном пространстве.
Скорость в трубах: wт=0,045 м/с
Высота выступов шероховатостей Δ = 0,0002 м.
Относительная шероховатость труб: e= Δ/dв= 0,0002/0,021=0,0095
Критерий Рельнойдса Re=1 629
Так как течение происходит в ламинарном Re<2 300 коэффициент трения рассчитывается по формуле [2] стр.12:
λ=А/Re
где А – коэффициент зависящий от сечения трубопровода, для круглого сечения 64.
λ=64/1 629=0,039
Вид сопротивления ξ Σξ
Входная или выходная камера 1,5 1,5×2=3
Вход в трубы и выход из них 1 2×1=2
Поворот на 180° из одной секции в другую 1 1×1=1
Гидравлическое сопротивление равно:
Δр=(λl/dэ+Σξ)(wт2ρ/2)=(0,039×2/0,021+6) × (806×0,0452/2)=8 Па
Т.к. это потери только в одной трубе, то ля всех труб равно:
Δробщ=8×111=888 Па
б) в межтрубном пространстве
Скорость в межтрубном пространстве:
wм=4G/(Sм×ρ)=4×0,158((3,14×0,42 – 111×3,14×0,0252) ×0,997)=2,2 м/с
Высота выступов шероховатостей Δ = 0,0002 м.
Относительная шероховатость труб:
e= Δ/dв= 0,0002/0,325=0,00126
Критерий Рельнойдса:
=4 860
Для зоны гладкого трения 2 300<Re<10/e коэффициент трения рассчитывается по формуле [2] стр.13:
λ=0,316/Re0,25
λ=0,316×4 8600,25=0,038
Вид сопротивления ξ Σξ
Входная или выходная камера 1,5 1,5×2=3
Поворот на 180° из одной секции в другую 1 1×8=8
Гидравлическое сопротивление равно:
Δр=(λl/dэ+Σξ)(wт2ρ/2)=(0,038×2/0,45+11) × (0,997×2,22/2)= 29 Па
Общие гидравлические потери в аппарате равно:
Δро= Δр+ Δробщ=888+29= 907 Па
5. Конструктивный расчёт
Условный диаметр штуцера для подачи [3] стр.14:
- Для входа смеси, скорость подачи смеси примем 1,5 м/с [2]стр. 16:
=0,038
Примем стандартных два штуцера с условным диаметром: d1=40 мм
- Для греющего пара. Скорость подачи 20 м/с стр. 16 [2]
=0,100 м
Стандартный условный диаметр штуцера: d3=100 мм
Минимальный шаг трубной решётки: t=1,3dвн=1,3×0,025=0,032 мм
Высота трубной решётки: h>1,125dвн+0,005+2×0,001=30 мм
Выбираем теплообменник в соответствии с ГОСТ 15122 – 79 с требуемой поверхностью ближе к номинальной поверхности F= 17 м2 , характеристики представлены ниже:
длина труб [2] стр. 51, L м 2
диаметр кожуха [2] стр. 51, D мм 400
диаметр труб [2] стр. 51, d мм 25×2
общее число труб [2] стр. 51, шт. 111
число ходов [2] стр. 51 1
масса аппарата [2] стр. 56, кг 780
Число сегментных перегородок [2] стр. 56, шт 6
Диаметр штуцера для смеси мм 40
Диаметр штуцера для пара, мм 100
Число труб по вертикале [3] стр.215, штук 11
Шаг трубы, мм 32
Высота трубной решётки, мм 32
6. Механический расчет
Расчёт толщины обечайки. Рабочее давление в аппарате Ру=6 атм.=0,6 МПа.
Проницаемость среды: П=0,1 мм/м [5] стр. 76. Прибавка к расчётной толщине стенки для компенсации коррозии [5] стр. 76: ск=1 мм
Диаметр теплообменника: Dв = D=600 мм
Коэффициент прочности продольных сварных швов [5] стр. 76: φ=0,95 Материал XI8Н10Т η=1
Допускаемое напряжение на растяжение [5] стр. 76: σн.д=138 МН/м
Действительное напряжение [5] стр. 76:
=138 МПа
Значение толщины обечайки [5] стр. 76:
s’=0,400×0,6/(2×138×0,95)=0,0009 м
s =s'+ск+coкp= 0,9+1+ coкp =4 мм
Исполнительную толщину стенки принимаем 0,004 м.
Расчёт толщины днища. Коэффициент учитывающий ослабление днища [5] стр. 77:
Ф0=(1 – 0,08)/1=0,9
Расчетная толщина стенки днища [5] стр. 77:
δ’=0,400×0,6/(2×138×0,95)=0,0009 м
δ=0,9+1+ coкp =4 мм
Принимаем исполнительную толщину днища 0,004 м.
Выбираем два эллиптических отбортованных стальных днища с внутренним базовыми размерами по ГОСТ 6533-68 [5] стр. 444 (рис. 2).
D=400 мм, hв=100 мм, h=25 мм, s=4 мм, m=5,5 кг
Рисунок 2 – Днище эллиптическое отбортованное ГОСТ 6533-68
Примем согласно ГОСТ 1255 – 67 плоский фланец из стали марки 12Х18Н9Т (рис. 3), материал болтов - сталь 35, прокладка согласно ГОСТ 15180-86.
Рисунок 3 – Плоский фланец ГОСТ 1255 – 67
Расчёт фланцевого соединения заключается в определении диаметра болтов, их количества и размеров элементов фланце.
Основной исходной величиной при расчёте болтов является расчётное растягивающее усилие в них. При рабочих условиях расчётное растяжение усилие в обечайках определяют по формуле [5] стр.78:
Рб=πDп2/4×Р+Рп
где Рп – расчётная сила осевого сжатия уплотняющих поверхностей в рабочих условиях, необходимая для обеспечения герметичности, МПа ,/4/ стр.78.
Рп= πDпвКР
где К – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки, выбираем прокладку для паранита для которой К=2,5; в – ширина прокладки, 0,04 м.
Рп= 3,14×0,4×0,04×2,5×0,6= 0,08 МПа
Рб=3,14×0,42/4×0,6+0,08=0,16 МПа
Диаметр болтовой окружности приближёно определяется по формуле [5] стр.78:
Dб=(1,1 – 1,2)*Dв0,933
Dб=1,1×0,40,933= 0,466 м
Катет сварного шва: Кш=δ=470 мм
Наружный диаметр обечайки:
Dн=D+2δ=0,400+2×0,004=0,408 м
Наружный диаметр сварного шва на фланце:
Dг= Dн+2 Кш= 0,408+2×0,006=0,420 м
Расчётный диаметр болтов определяют по формуле [5]стр.78:
dб=( Dб – Dг)/2 – 0,006 (13)
dб=(0,470 – 0,420)/2 – 0,006=0,019 м
Стандартный диаметр болтов 20 мм.
Площадь сечения выбранного болта по внутреннему диаметру резьбы: Fб=0,000314 м2
Наружный диаметр фланцев [5] стр.78:
D’ф= Dб+(1,8 – 2,5) dб (14)
D’ф = 0,470 +2,25×0,03=0,5375м
Выбираем наружный диаметр: Dф=0,540м
Нормативный параметр (выбираем конструктивно): е=0,034 м
Наружный диаметр прокладки: Dн.п. = Dб – е=0,470 – 0,034=0,436 м
Количество болтов [5] стр.78:
z=Pб/([σ] Fб)
z =0,16/138/0,000314 =3,7
Округляем до числа кратного 4 z=4
Вспомогательная величина Ф равна [5] стр.78:
Ф=Р/σт×φ1
σт=240МН/м2, φ1=0,9 стр. 79 [5]
Ф=0,16/240×0,9=0,00047 м2
Высота фланца определяется по формуле:
h=√Ф
h=√0, 0,00047 =0,027м
Выбираем h=28 мм
Таблица 1 – Параметры фланца при Dв=600 мм
Ру,МПа |
Dв |
Dф |
Dб |
h |
dб |
z |
мм | ||||||
Рассчитанные значения | ||||||
0,6 |
400 |
540 |
470 |
28 |
20 |
4 |
Стандартные значения [5] стр.555 | ||||||
0,6 |
400 |
530 |
490 |
24 |
20 |
16 |
Для выбранных ранее штуцеров выбираем стандартные фланцы согласно ГОСТ 1255 – 67 [5] стр.550, представленные в таблице 2.
Таблица 2 – Параметры фланца
Ру,МПа |
Dв |
Dн |
Dф |
Dб |
D1 |
h |
dб |
z |
мм | ||||||||
0,6 |
40 |
45 |
130 |
100 |
80 |
10 |
12 |
4 |
0,6 |
100 |
108 |
205 |
170 |
148 |
15 |
16 |
4 |
Расчет опор.
При подвеске аппаратов между перекрытиями или при установке их на специальные опорные конструкции применяют лапы (рис. 3).
Масса аппарата m=780 кг.
Вес аппарата: Ga=m×g= 780×9,81=7 652 Н
Рисунок 7 – Опора ОН 26 – 01 – 69 – 68
Примем число опор n=4. Тогда нагрузка на одну лапу будет G=Ga/n
G =0,077/4=0,0019 МН
Согласно ОН 26 – 01 – 69 – 68 [5] стр.573 примем опору согласно следующим размерам (таблица 3) тип I исполнение Б. Обозначение «Опора ОВ – I – Б – 800 ОН 26 – 01 – 69 – 68»
Таблица 3 – Основные размеры опоры согласно ОН 26 – 01 – 69 – 68
G, МН |
L |
L1 |
L2 |
В |
В1 |
H1 |
H |
s |
d |
мм | |||||||||
0,16 |
50 |
60 |
40 |
100 |
55 |
155 |
120 |
4 |
12 |
Так как лапа к корпусу аппарата будет приварена, то прочность сварных швов должна отвечать условию [5]:
G < 0,7×L×hш×τшс
где τш.с – допускаемое напряжение материала шва на срез, 80 МПа;
hш – катет сварного шва, 0,008 м;
L – общая длина сварного шва, равная L=4(Н +s), м.
Общая длина сварного шва равна:
L=4×(0,120 +0,04)=0,28 м.
Проверим условие прочности:
0,16 МН < 0,7×0,28×0,008×80=1,26 МН
Данное условие выполняется.