Расчет охладителя конденсата пара (стр. 9 из 12)

Рис. 5.3. Эскиз плоского приварного фланца для аппарата

Расчет толщин днищ и крышек цилиндра теплообменного аппарата.

Наиболее распространенным типом днищ в сварных аппаратрах является эллиптический тип днищ. Как правило, такие днища имеют отбортовку на цилиндр.

Выбираем эллиптические днища табл. 16.1 [6], эскиз которых представлен на рис. 5.3.

Рис. 5.4. Эллиптическое днище.

Расчетную толщину эллиптических отбортованных днищ, определяем по формуле:

, мм

где

- рабочее давление, МПа;

R– радиус кривизны в вершине днища, мм; R = D_BH

[s] – допускаемое напряжение для материала днища при его рабочей температуре

[s] = 138,88 МПа;

мм.

Выбираем стандартную толщину днища: S=8 мм.

Высоту выпуклой части крышки h_в, м находим по формуле:

H_в = 0,25 D_вн = 0,25×800=200 мм.

Таблица 5.3.

Днище	D_BH	h_в, мм	h, мм	F_в, м²	V*10³, м³	D, мм	m, кг	S, мм
Верхнее	800	200	25	0,76	79,6	988	48,5	8
Нижнее	800	200	25	0,76	79,6	988	48,5	8

Укрепление отверстий.

В обечайках, днищах, крышках цилиндрических аппаратов вырезаются отверстия под патрубки, штуцеры и другие элементы. В результате механическая прочность стенок оболочки аппарата уменьшается. Если отверстие не укреплено, то под влиянием внутреннего избыточного давления на краю отверстия возникают местные напряжения, достигающие значительной величины.

Чтобы скомпенсировать потерю прочности, существуют 2 принципиальных способа:

1. Повышение толщины стенки всей оболочки аппарата.

2. Повышение толщины оболочки только в некоторой зоне, расположенной вокруг отверстия. Последний способ более целесообразен, так как требует меньших затрат металла. Нормы и методы расчета на прочность, укрепление отверстий установлены ГОСТ 24755–81.

В данном случае для укрепления отверстий используем укрепляющие кольца.

Рис. 5.5. Отверстие, укрепленное с помощью кольца.

В этой схеме (на рис. 5.4) толщина укрепляющего кольца примерно равна толщине оболочки. Кольцо имеет сигнальное отверстие резьбой М10, которое предназначено для испытания сварочных швов на плотность. В это отверстие с резьбой при испытании подводится воздух давлением 0,6 МПа.

Прежде чем укреплять отверстие, нужно убедится в необходимости этой операции, для этого предварительно вычисляем наибольший диаметр одиночного отверстия в цилиндрическом корпусе, не требующего дополнительного укрепления.

где S- исполнительная толщина укрепляемого элемента, мм;

S_р=S- c-расчетная толщина оболочки, мм;

D_R- расчетный диаметр оболочки, для оболочки D_R=D_в,

c₂- прибавка на коррозию;

Для обечайки:

мм

Если

, то отверстия можно не уплотнять.

Если диаметр штуцера больше предельного диаметра отверстия, то такое отверстие должно быть укреплено. Условие достаточности укрепления отверстий за счет толщины стенки штуцера определяется по формуле:

где S_p-расчетная толщина оболочки;

d_в.шт. -внутренний диаметр штуцера, мм;

– длина штуцера, мм;

– расчетная толщина стенки штуцера, мм;

-исполнительная толщина стенки штуцера, мм;

c₂- прибавка на коррозию, мм;

c₃- прибавка для округления расчетной толщины штуцера до размера по сортаменту, мм;

В случае выполнения этого неравенства отверстие не требует укрепления дополнительными элементами.

Из расчетов следует, что отверстия нужно укреплять.

Диаметр укрепляющего кольца находится по формуле:

где d_н.шт.- наружный диаметр штуцера, м;

Рассчитаем диаметр укрепляющего кольца для патрубков конденсата пара:

м.

Действительную толщину укрепляющего кольца определяют из неравенства:

где S_K-толщина укрепляющего кольца, мм;

D_K-наружный диаметр кольца, мм;

d– диаметр укрепляемого отверстия, мм;

S-исполнительная толщина оболочки (обечайки), мм;

d₀^пред- предельный допускаемый диаметр, мм;

Из этого неравенства следует:

Таким образом, для патрубков конденсата пара:

мм

Исполнительную толщину кольца принимаем 8 мм.

Рассчитаем диаметр укрепляющего кольца для патрубков воды на ХВО:

м.

Действительную толщину укрепляющего кольца определяют из неравенства:

где S_K- толщина укрепляющего кольца, мм;

D_K- наружный диаметр кольца, мм;

d– диаметр укрепляемого отверстия, мм;

S- исполнительная толщина оболочки (обечайки), мм;

d₀^пред- предельный допускаемый диаметр, мм;

Из этого неравенства следует:

Таким образом, для патрубков воды на ХВО:

мм

Исполнительную толщину кольца принимаем 8 мм.

Расчет трубной решетки

Трубная решетка (трубная доска) предназначена для прочного и плотного крепления в ней теплообменных трубок с целью разграничения пространства с греющей и нагреваемой средами, то есть разграничения трубного и межтрубного пространства. Крепление трубок в решетке и толщина трубной решетки должны удовлетворять условиям прочности и гидравлической плотности.

Толщину трубной решетки определяем:

где

средний диаметр под прокладку,

мм

– допускаемое напряжение для материала решетки;

C=4 мм – прибавка к расчетной высоте;

коэффициент ослабления трубной решетки отверстиями под трубки;

диаметр отверстия под трубку;

м,

м.

Дополнительные условия проверки прочности трубной решетки.

Условие прочности безтрубной зоны:

где d_E– максимальный диаметр окружности, вписанной в безтрубную зону решетки меж ду обечайкой и трубками, м; принимаем по компоновке D_e = 10 мм;

Р_т – давление в трубном пространстве, МПа; Р_т = 0,6 МПа;

Р_м – давление в межтрубном пространстве, МПа; Р_м = 0,4МПа;

- допускаемое напряжение для материала решетки, МПа;

=154,76МПа;

S³0,00418 м.

Толщина трубной решетки в сечении уплотнительной канавки должна быть не менее:

где (S – С) – расчетная толщина трубной решетки, м; (S – С) = 26 мм;

t_p– шаг разбивки трубной решетки t_p = 31,4 мм;

t_п – расстояние между ближайшими рядами труб, принимаем по компоновке t_п = 62,5 мм

b_п – ширина паза в трубной решетке; b_n = 10 мм;

d_o– диаметр отверстия под трубки в трубной решетке.

φ_р – коэффициент прочности трубной решетки,

мм.

Минимальная толщина трубной решетки, обеспечивающая надежность вальцовки труб:

где l_В – высота вальцовки, м;

[q] – допускаемая нагрузка, приходящаяся на единицу условной поверхности развальцовки и зависящая от способа развальцовки, МПа; для развальцовки с отбортовкой [q] = 30 МПа;