Конструирование

.

 

15. Расчёт болтового соединения фланцев.

 

Расчётное растягивающее усилие , МН, в болтах определяется по формулам:

– при затяжке соединения: ;

которое должно удовлетворять условию: ,

– при рабочих условиях: ;

где a – коэффициент жёсткости соединения, принимаемый для прокладки из паронита a=1,45;

q – удельная нагрузка по площади уплотнения, обеспечивающая

герметичность, МПа, q=20 МПа;

D_п.с.-средний диаметр прокладки, м

сила осевого сжатия, МН

– расчётная сила давления среды, МН, которая вычисляется по формуле:

, МН

Для плавающего днища:

МН

МН;

 

МН – условие выполняется;

 

МН;

 

  Расчётное количество болтов Z, шт., определяется по 3-м формулам,

исходя из:

 

– затяжки соединения ,

где [s]²⁰ – допускаемое напряжение для материала болта Сталь 35Х при

температуре 20°С, МПа, [s]²⁰=230 МПа по табл.1.38.[5];

F_б – площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру

резьбы, м², F_б=2,2×10^{-4 м2} по табл.20.7 [7];

шт.

­– рабочих условий ,

 

где [s]^t – допускаемое напряжение для материала болта при его рабочей

температуре t_б=0,95×t_c=0,95×133,54=126,8°C;

[s]^t=228 МПа по табл. 1.38[5];

 

шт.

 

Количество болтов принимается по вычисленным с округлением до ближайшего большего, кратного 4-м; Z=24 шт.

Что удовлетворяет начальным данным.

 

Для крышек:

 

МН

МН;

 

МН – условие выполняется;

 

МН;

 

  Расчётное количество болтов Z, шт., определяется по 3-м формулам,

исходя из:

– затяжки соединения ,

где [s]²⁰ – допускаемое напряжение для материала болта Сталь 35Х при

температуре 20°С, МПа, [s]²⁰=230 МПа по табл.1.38.[5];

F_б – площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру

резьбы, м², F_б=2,2×10^{-4 м2} по табл.20.7 [7];;

шт.

­– рабочих условий ,

 

где [s]^t – допускаемое напряжение для материала болта при его рабочей

температуре t_б=0,95×t_c=0,95×133,54=126,8°C;

[s]^t=228 МПа по табл. 1.38[5];

 

шт.

 

Количество болтов принимается по вычисленным с округлением до ближайшего большего, кратного 4-м; Z=36 шт.

Что удовлетворяет начальным данным.

16. Расчёт цельных плоских приварных фланцев.

 

  Цель расчёта фланца это определение его высоты. Вычислим приведённую нагрузку на фланец при затяжке соединений P₁,

 

, МН

приведённая нагрузка на фланец при рабочих условиях P₂,

 

, МН

 

где .

Для плавающей крышки:

 

МН,

 

МН.

Далее вычисляем ряд вспомогательных величин:

,

 

где – предел текучести материала фланца при температуре 20°С, МПа,

=195 МПа для Ст20 по табл.1.1.[5];

 

 

,

где – предел текучести материала фланца при рабочих условиях, МПа,

при рабочих условиях =205 МПа, при t=133.54°C по табл. 1 приложения 1[3];

– функция коэффициента К, принимаемая по справочнику [4] из графиков на рисунках 21.8 и 21.9;

Y₁ =0,09

 

 

;

 

,

где Y₂ – функция коэффициента К;

Y₂=11;

S₁–толщина части обечайки, соединяемой с фланцем, м, S₁=0,008 м;

 

А=2×11×0,008²=1,4·10^{-3 м2};

 

Принимаем большее значение Ф, т.е. Ф=0,00256 .

м;

м;

За расчётную высоту принимается большая толщина, т.е. =0,051м. Полная высота фланца с учётом припуска на образование уплотняющего выступа под прокладку, принимаемого 3 мм, будет:

 

h=h^’+0,003=0,042+0,003=0,045 м,

   Стандартная высота фланца h меньше расчетной высоты, следовательно, высоту плоского приварного фланца для проектируемого аппарата принимаем h=0,05 м.

 

Для крышек:

 

МН,

 

 

МН.

 

Y₁ =0,075

 

;

Y₂=14

 

А=2×11×0,008²=1,8 м²;

 

Принимаем большее значение Ф, т.е. Ф=0,0044 .

м;

,м;

За расчётную высоту принимается большая толщина, т.е. =0,051м. Полная высота фланца с учётом припуска на образование уплотняющего выступа под прокладку, принимаемого 3 мм, будет:

 

h=h^’+0,003=0,059+0,003=0,062 м.

  

Стандартная высота фланца h меньше расчетной высоты, поэтому высоту плоского приварного фланца встык для проектируемого аппарата принимаем h=0,065 м.

17. Расчёт опор теплообменного аппарата.

 

 Установка аппарата на фундамент или несущие конструкции осуществляется в основном по средствам опор. В качестве материала для опор используем, также как и для обечайки, сталь Ст20. Схема опоры представлена на рисунке 17.1.

 

 

Рис.17.1. Схема крепления опор к аппарату.

 

Расчётная нагрузка G, Н, воспринимаемая опорами аппарата определяется силой тяжести аппарата в условиях заполнения аппарата водой, и определяется по формуле:

 

Для оптимального распределения нагрузки выбираем количество опор n=2.

Расчетная нагрузка на одну опору:

 

,

где G_max=G_апп+G_в, Н

где G_в-вес воды, заполняющей пространство аппарата;

G_апп.-а- вес аппарата, Н

,

где g -ускорение свободного падения g=9,81 м/c²;

- плотность воды =1000 кг/м³

V_в=V_о+ V_д1+V_д2,

где V_о- объем ограниченный обечайкой, м³;

V_д1, V_д2-объемы днищ верхнего и нижнего соответственно, м³;

 

(м³);

V_д1= V_д2 =0,1109 м³ из таблицы 7.1.

 

Таким образом:

(Н);

 

Вес аппарата вычисляем по формуле:

 

G_апп.=(m_п+m_об.+ m_т.р.+m_д1+m_д2+m_д3+m_фл+2m_ф1+ +m_ф2+4m_cв.)g,

 

m_д1,m_д2,m_д3,m_фл

m_п- масса патрубков, кг;

Массу каждого патрубка вычисляем по формуле:

(кг);

 

где d_н и d_вн- наружный и внутренний диаметры патрубка, м;

плотность стали принимаем (кг/м³);

Так для водяных патрубков: так как их два, то

 

(кг);

 

Для паровпускного патрубка:

 

(кг);

 

Для конденсатного патрубка:

 

(кг);

 

Таким образом, масса патрубков:

 

m_П=32,7+20,5+1,9=55,1 (кг);

 

m_фл- масса фланцев, кг;

 

Масса фланцев для водяных патрубков:

(кг);

Для фланца паровпускного патрубка:

(кг);

Для фланца конденсатного патрубка:

;

Таким образом, масса всех фланцев:

 

m_фл.=54,7+18,7+3=76,4 (кг);

 

m_ф1-масса фланца плоского приварного, соединяющего верхнюю крышку с обечайкой, кг;

 

;

(кг);

m_ф2-масса стандартного фланца, соединяющего нижнюю подвесную водяную камеру с нижней трубной решеткой, кг;

(кг);

m_об.- масса обечайки,кг;

,

 

где D_н,D_вн-наружный и внутренний диаметры обечайки,м;

-длина обечайки, =4,8 м;

 

(кг);

 

Масса верхней трубной решетки:

 

где h-высота(толщина) трубной решетки, м;

d_о- диаметр отверстия под трубку в трубной решетке;

 

(кг);

 

Масса нижней трубной решетки:

(кг);

Таким образом:

m_тр=266,1+147=413,1 (кг)

 

 

Масса анкерных связей:

 

(кг);

 

Вес всего аппарата:

G_апп.=(55,1+76,4+2*113+66,5+782,8+413,1+142,6+93,2+74,3+48,5)·9,81=

=19422,9(Н);

 

G_max=19422,9+27142,3=46565,2 (Н);

(Н);

 

Стандартная опора для аппарата выбирается исходя из нагрузки G по табл.27.3 [3] и данные заносятся в таблицу 17.1.

 

 

Таблица 17.1 Основные размеры и характеристики опор теплообменника.

G,Н	F,×104м2	q,МН/м2	L,мм	B,мм	B1,мм	H,мм	S,мм	l,мм	A,мм	d,мм	Масса лапы
		1,34									7,35

 

 

G–допустимая нагрузка на лапу, Н;

F–опорная площадь лапы, м²;

q–удельная нагрузка на опорную площадь, МН/м²;

 

Расчётная толщина ребра опоры S_p определяется по формуле:

 

, мм

 

где z–количество рёбер в опоре, z=2;

k­–коэффициент зависящий от гибкости ребра опоры;

l–вылет опоры, м, l=0,08 м;

[s]_и–допускаемое рапряжение на изгиб материала опоры, МПа;

[s]=81,33 МПа по табл. 1.2 [3];

 

  Радиус инерции ребра прямоугольного сечения равен:

 

i=0,289×S_p, мм;

  

Гибкость ребра l рассчитывается по формуле:

;

  Задаёмся коэффициентом k=0,77, тогда

 

мм;

Выбираем стандартную толщину листа по табл. [4] 2.22.

i=0,289×7,1=2,0519 мм;

 

 

 

По значению l находим коэффициент k, который должен быть больше или равен ранее принятого значения k.

l=58 откуда k=0,79–условие выполняется, следовательно, подобранная

опора удовлетворяет условию прочности.

18. Расчёт тепловой изоляции.

 

Теплоизоляция применяется для предотвращения потерь теплоты от теплообменного аппарата в окружающую среду, обеспечения безопасных условий труда, поддержания требуемой температуры при наименьших затратах энергии, повышения производительности теплообменных аппаратов вследствие стабильности теплового режима, выравнивания температур внутренней и наружной поверхностей аппарата, что способствует устранению запотевания поверхности и снижению температурных напряжений, защиты стенки сосуда от влияния внешней коррозии и, следовательно, продление срока службы аппарата.

 

Расчет теплоизоляции проводим с условием, что температура на поверхности изоляции t_П=50 ⁰С, а температура окружающей среды t_о.с.=25 ⁰С, аппарат установлен в закрытом помещении.

Для цилиндрической поверхности диаметром менее 2^х метров толщина теплоизоляции рассчитывается по формуле:

 

,

где d_из – наружный диаметр изоляции, м;

D_н – наружный диаметр обечайки, м, D_н=0,9 м;

t_т – температура теплоносителя внутри изолируемой поверхности, °C, t_т=133,54°C;

t_в – температура окружающего воздуха, °С, t_в=25°С;

t_из – температура изоляции, °С, t_из=50°С;

a_в –коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающему воздуху, Вт/м²°С, a_в=10 Вт/м²°С;

l_из – коэффициент теплопроводности материала изоляции (минераловатное покрытие), определяемый по формуле:

 

l_из=1,163(0,051+0,00016×t_ср), Вт/м²°С

 

где t_ср – средняя температура теплоносителя в обечайке, °С,

t_ср= (t_из + t_т)/2 = 91,77 °С

 

l_из=1,163(0,051+0,00016×109)=0,076 Вт/м²°С;

 

xlnx=0,073

x=1,055

откуда d_из=1,055·0,9=0,9495 (м).

 

Толщина стенки изоляции

 

(м)=25(мм).

 

19. Список использованой литературы.

 

1. Лащинский А.А., Толчинский А.Р.Основы

конструирования и расчета химической аппаратуры (справочник). - Л.: Машиностроение, 1970.

2. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и

холодильные установки-М.: Энергия,1972.-320 с.

3. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчёта хим. аппаратуры. Л.: Машиностроение 1963.

4. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация

теплоиспользующих установок. - М.: Энергия, 1970.-568 с.

5. Михалёв М.Ф., Н.П.Третьяков, А.И. Мильченко, В.В.

Зобнин; под общей редакцией М.Ф. Михалёва. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств - Л.: Машиностроение, 1984.-301 с.

6. Лебедев П.Д., Щукин А.А.Теплоиспользующие

установки промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1970.-408 с.

7. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических

аппаратов (справочник). - Л.: Машиностроение, 1981.-382с.

8. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства воды и

водяного пара: Энергия 1985г.

9. Рихтер Л.А., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 216с.

 

Конструирование

В. Б. Косминская и др.
"Теория и методика изобразительной деятельности в детском саду"
М., «Просвещение», 1977 г.
OCR Detskiysad.Ru