Прочностной расчёт конденсатора с числом трубок 703, длинной трубок 3 м

Страницы работы

8 страниц (Word-файл)

Содержание работы

Прочностной расчёт конденсатора

Исходные данные для расчета:

          ▪ диаметр трубок dT = 38·3 мм;

           число трубок  i = 703 шт; длина трубок 3 м;

давление: в трубках РТ = 1,0 МПа,

                  в межтрубном  пространстве    РМ = 0,7 МПа;

температура: в трубках tT =  115 оС,

                         в межтрубном пространстве (кожухе)  tK =  290 оС;

материалы:  труб  - сталь 0Х18Н10Т,

                      кожуха – сталь 0Х18Н10Т,

                      трубной решетки – сталь  ОХ18Н10Т

1.  Расчет внутреннего диаметра кожуха.

1.1. Выбираем способ размещения трубок в трубной решетке по вершинам правильных равносторонним треугольников (рис 1).

Шаг между трубками для труб диаметром 25 мм ориентировочно принимаем равным:

  1,3 dн = 1,3·38= 49,4 мм (0,05 м)

Согласно [1, c.53] внутренний диаметр кожуха равен:

          DВн = t·(b - 1) + dн + 2· (t - dн) ,

где DВн – внутренний диаметр кожуха, b – число трубок, определяемое из выражения:

          →→

          DВн = 0,05·(31 - 1) + 0,038 + 2· (0,03-0,038) = 1,562 м.  

Принимаем диаметр кожуха DВн = 1,6 м.  

          Расчетная схема теплообменника приведена на рис.2.

2.  Расчет толщины стенки корпуса проводим по формуле:

         

где S  – исполнительная толщина обечайки; φ – коэффициент прочности сварных швов. Для автоматической сварки с двусторонним сплошным проваром φ =1; [σ] = [σ*]·η – допускаемое напряжение, берется из таблиц при соответствующей   температуре; [σ*] – нормативное допускаемое напряжение, для стали 0Х18Н10Т при 290 оС [σ*] = 98 МН/м2; поправочный коэффициент η принимаем равным 1. [σ] = 98 МН/м2;  С = С1 + С2  – сумма добавок к расчетной толщине стенки. Складывается из прибавки на коррозию рабочей среды  С1 и дополнительной прибавки С2  для компенсации минусового допуска и округление размера до стандартного значения (прибавка технологическая).

C1 = П·Т1; П – скорость коррозии металла. Принимаем скорость коррозии 0,0001м/год, срок службы аппарата 10 лет, тогда имеем:

          С1 = 0,0001·10 = 0,001 м;  С2 = 0,001 м. 

Принимаем толщину стенки теплообменника 10 мм или 0,01 м.

          3. Расчет напряжений возникающих в стенках корпуса и трубок от разности температур и давлений  в трубках и межтрубном пространстве.

          3.1. Площадь поперечного сечения:

          а) корпуса

                    Fк = π(Dв – Sк) · Sк = 3,14 ·(1,6 – 0,01) ·0,01 = 0,005 м2

          б) трубок

                    Fт  = π(dн – π) Sт ·i = 3,14 ·(0,058- 0,02)·0.002·703 = 0,157 м2.

          3.2. Сила взаимодействия между трубками и корпусом:

          ,

где - коэффициенты термического расширения материала корпуса и трубок при расчетных температурах; - модули упругости материала корпуса и трубок при расчетных температурах. Определяются из справочных таблиц.

Корпус, сталь 0Х18Н10Т при 290 оС:                      

Трубки, сталь 0Х18Н10Т при 115 оС

3.3. Сила, растягивающая корпус и трубки от давления среды в трубках и межтрубном пространствах.

Р=0,785[(= =0,785[(

3.4. Температура корпуса больше температуры трубок, поэтому суммарные напряжения в корпусе и трубках определяем по формулам:

         

         

4.Определяем необходимость постановки компенсатора.

Жесткое соединение трубок с корпусом допустимо, если напряжения в трубках и корпусе не превышают допустимые.

               и        

 и   пределы текучести материала труб и корпуса при рабочих температурах:

корпус  - сталь 0Х18Н10Т при 290 оС ,   =200 МН/м2

трубы  - сталь 0Х18Н10Т при 115оС  = 240 МН/м2

       - условие выполняется

       - условие не выполняется

Условие прочности для корпуса не выполняется. Напряжение в корпусе превышают допустимые. Требуется постановка компенсатора.

5. Подбор компенсаторов и определение из числа. Расчет компенсатора.

Для диаметра корпуса Dвн = 1,6 м принимаем диаметр линзы 1,77 м.

5.1. Расчетная толщина стенки линзы.

 ,

где К = 0,0326,

β = Dвн/Dл = 1,6/1,77 = 0,904  - параметр конденсатора; [σ]и = 98 МН/м2.

         

Принимаем толщину стенки линзы 0,005 м.

          5.2. Реакция компенсатора.

          Pк = 4,9

          5.3. Распор в линзах от действия теплоносителя

          Pp = 0,8K1Pm = 0,8·0,086· 0,7·1,62 =0,123 МН

 

K1 =

          5.4. Допустимая деформация одной линзы:

          ,

где К2 определяется по формуле:

К2 =

         

          5.5. Относительная деформация корпуса и труб в результате теплового расширения.

3|17,5·10-6(290-20)-16,5·10-6(115-20)| = 0,0103 м

5.6 Деформация  корпуса от действия реакции компенсатора

 Деформация  труб  от действия реакции компенсатора

Деформация труб и корпуса от действия сил Р + Рр

Деформации компенсатора определим из выражения:

Δк =  Δt + 0,0103 – 3,8·10-5 - 1,17·10-5 - 3,95·10-5

- 2,4·10-5 = 0,01019 м.

           Число линз компенсатора

         

Принимаем 2 предварительно напряженные линзы.

          6. Расчет толщины трубной решетки.

          Для теплообменника с компенсатором толщина трубной решётки рассчитывается по уравнению:

           

где КК = 1+ ,

QK – усилие в компенсаторе

          QK = ,

         

где  n – число линз; α – коэффициент, зависящий от β; β= 0,904; α = 0,053

QK = = 0,023 МН

 КК = 1+

ξр – коэффициент прочности решетки.

[σ] – допускаемое напряжение для стали 0Х18Н10Т при 290 оС, [σ] = 98 МН/м2.

                    

          7. Расчет крепления труб в трубной решетке.

          Примем крепление труб в трубной решетке развальцовкой. Расчет крепления труб проводим по формуле:

                   

где [q] – допускаемое напряжение; lВ – глубина вальцовки;  σт – напряжения в трубках, FT – площадь сечения труб.

          Для гладко развальцованных труб  [q] принимается, как наименьшее из двух значений:

          [q] = 0,252[σ]р – 0,234[σ]т

          [q] = 0.107[σ]т ,      но не менее 14,7 МПа

[σ]р  и [σ]т – пределы текучести при 20 оС для материала решетки и труб.

[σ]р = 244 МН/м2 – сталь 0Х18Н10Т ;  [σ]т = 244 МН/м2 - сталь 0Х18Н10Т

          [q] = 0,252·244– 0,234·250 = 2,98 МПа

          [q] = 0.107·244 = 24,75 МПа

Принимаем [q] = 14,7 МПа

         

;     

Условие выполняется.

Литература:

1.Шляхтов В.Г. Теплообменные аппараты химических производств. Расчет и конструирование  (учеб. пособ.). Иваново 1977

2. Прочностные расчеты кожухотрубчатых теплообменников (методические указания) . Иваново 1979 (метод. 179)

3.Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. – Л.: Машиностроение, 1970.

Похожие материалы

Информация о работе