Тепловой, гидравлический и прочностных расчет горизонтального кожухотрубного испарителя, страница 2

3. Гидромеханический расчет

Гидравлическое сопротивление аппарата:

.

Суммарное гидравлическое сопротивление трения:

.

При турбулентном режиме:

где - эквивалентная абсолютная шероховатость для новых чистых стальных цельнотянутых труб.

Суммарное местное гидравлическое сопротивление:

,

где - коэффициент местного сопротивления.

где - число входных камер в крышке испарителя,

      - коэффициент местного сопротивления входной камеры,

      - число выходных камер,

      - коэффициент местного сопротивления выходной камеры,

      - число поворотов потока рассола внутри трубной решетки на ,

      - коэффициент местного сопротивления поворота на .

Тогда гидравлическое сопротивление аппарата:

     4.Прочностной расчет

 4.1.Расчет обечайки

  Обечайка изготавливается из листовой стали, сварная, продольный стыковой шов двусторонний, выполненный ручной электродуговой сваркой. Коэффициент прочности сварного соединения  в [2] ст. 390. Допускаемые напряжения:

   нормативное для стали ВСт3сп  в [3];

для рабочего состояния

при гидравлических испытаниях

Расчетное давление , испытательное давление .

Исполнительная толщина  стенки обечайки:

где - сумма всех прибавок толщины обечайки.

Допускаемое давление в рабочем состоянии:

Допускаемое давление при гидравлическом испытании:

  

4.2.Расчет эллиптического днища

Расчетное давление .

В днище имеются два отверстия диаметром  для входа и выхода воды. Коэффициент ослабления днища отверстиями:

.

Исполнительную толщину днища по технологическим причинам принимаем равной толщине обечайки .

Допускаемое давление в камере в рабочем состоянии:

 что больше .

Допускаемое давление при гидравлическом испытании:

4.3.Определение типа конструкции кожуха теплообменного аппарата

Согласно ОСТ 26-1185-81 предусматриваются конструкции теплообменных ап -паратов с неподвижными трубными решетками, компенсаторами, подвижной го - ловкой, в которой закреплена одна из решеток. Наиболее простой является жест - кая конструкция кожуха аппарата с неподвижными трубными решетками.

Возможность такой конструкции необходимо подтвердить расчетом.

Площадь поперечного сечения обечайки кожуха при толщине стенки :

Площадь поперечного сечения труб при толщине стенки  и числе труб :

При жестком соединении кожуха с трубами (посредством трубной решетки) сила их взаимодействия вследствие температурных деформаций составит:

где - коэффициент линейного расширения стали ВСт3,

       - модуль продольной упругости для стали ВСт3.

Сила, растягивающая в основном направлении обечайку кожуха и трубы от дей- ствия давления в межтрубном пространстве р_р и в камерах(трубном пространстве) р_тр:

Суммарное напряжение растяжения кожуха при полномерной толщине стенок обечайки и труб:

 что указывает на возможность принятия жесткой конструкции кожуха.

Должно выполняться еще одно условие, а именно: при отсутствии давления в межтрубном и трубном пространстве, но при рабочих температурах стенок обечай- ки и труб:

Таким образом, результаты расчетов показали, что жесткая конструкция кожуха испарителя с неподвижными трубными решетками оправдана.

4.4.Расчет фланцевого соединения крышки.

Рис.2.Фланцевое соединение: 1-втулка фланца; 2-днище крышки; 3-плоский приварной фланец крышки; 4-трубная решетка; 5-болт; 6-обечайка; 7-теплообмен- ная труба.

Установим конструктивные размеры фланца (рис.2). Толщину  втулки фланца выберем из условия . При  . Высота втулки фланца:

примем  .

Диаметр окружности размещения болтов:

где - номинальный (наружный) диаметр болта;

- зазор между гайкой и втулкой.

Наружный диаметр фланца:

где - вспомогательная величина.

Принимаем .

Наружный диаметр прокладки:

где - вспомогательная величина.

Средний диаметр прокладки:

где - ширина уплотняющей прокладки.

Шаг размещаемых по окружности болтов:

Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:

Принимаем .

Тогда окончательно шаг болтов:

Толщина фланца:

,

где - рекомендуемое значение для плоских приварных фланцев.

Принимаем .

Длина болтов между опорными поверхностями гайки и головки болта с учетом толщины шайбы (2мм) и прокладки:

Расчетная длина болта:

где - диаметр отверстия под болт.

 Равнодействующая внутреннего давления, отрывающая крышку:

Сила сжатия прокладки, обеспечивающая герметичность фланцевого соедине - ния (реакция прокладки):

где - коэффициент, зависящий от материала прокладки (для паронита),

- расчетное давление в трубном пространстве.

Коэффициент жесткости фланцевого соединения для плоских фланцев:

где  - податливость болтов, прокладки и фланцев соответственно.

где  - модуль продольной упругости материала болтов (сталь35);              - площадь сечения для болтов диаметром .

где  - модуль продольной упругости для паронита.

Нагрузка на болтовое соединение при сборке, до подачи внутреннего давления:

а)

б)

где .

Таким образом, далее расчет ведем по большей нагрузке .

Нагрузка на болтовое соединение в рабочих условиях:

Примем, что на крышки испарителя не действуют внешние нагрузки, например, силы и моменты от присоединенных трубопроводов. Однако, и в этом случае во фланце возникает изгибающий момент от действия пары сил с плечем .

Значение приведенного изгибающего момента:

а)

б) ,

где - ввиду близких значений температур монтажа и рабочей.

Следовательно, изгибающий момент .

Проверка прочности и герметичности соединения. Условие прочности болтов:

1) при сборке фланцевого соединения ;

2) в рабочем состоянии .

Окружное напряжение в кольце фланца:

Условие герметичности соединения. Угол поворота фланца:

 для плоских фланцев.

4.5. Расчет трубной решетки

Минимальная конструктивно необходимая толщина трубной решетки:

Принимаем .

Трубную решетку можно рассматривать как круглую пластинку, на которую действует сила  (см.4.3). Условная равномерно распределенная нагрузка, действующая на всю поверхность пластинки:

При значительной жесткости узла сварки обечайки и трубной решетки можно рассматривать ее как пластинку, защемленную по контуру.

В этом случае максимальное напряжение , возникающее на контуре пластинки:

Напряжение в центре пластинки:

где  - Коэффициент Пуассона,

- коэффициент ослабления пластинки.

При этом максимальный прогиб будет в центре пластинки:

где

- цилиндрическая жесткость пластинки.

Следует произвести проверку труб на продольный изгиб. Определим гибкость теплообменной трубы:

 

где  - расстояние до перегородки,

 - радиус инерции трубы.

Условие устойчивости трубы при осевом сжатии:

,

где по формуле Эйлера:

- коэффициент устойчивости.

Вывод

Список использованной литературы

1.  Н.Н. Кошкин, И.А. Сакун и др. Холодильные машины. – Л.: Машиностроение, 1985 – 542 с.

2.  Е.М. Бамбушек, Н.Н. Бухарин и др. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин. – Л.: Машиностроение, 1987 – 424 с.

3.  Н.М. Чернавский. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Машиностроение, 1989.

4.  С.Л. Ривкин., А.А. Александров. Термодинамические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия , 1975.