Выбор принципиальной схемы теплообменного аппарата. Расчет цилиндрической обечайки, толщины решетки для аппаратов жесткого типа. Определение минимально необходимой длины развальцовки теплообменной трубки. Выбор типа прокладки и фланцевого соединения.
Аннотация к работе
Теплообменные аппараты - устройства, в которых происходит процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Рекуперативные - это теплообменники, в которых горячий и холодный теплоноситель протекают одновременно, а теплота передается через разделительную стенку. Регенеративные - это теплообменники, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячим, то холодным теплоносителем. Наибольшее применение в технике и промышленности находят рекуперативные теплообменники, которые по взаимному направлению движения теплоносителей делятся на: 1) прямоточные Конденсаторы - аппараты, применяющиеся для охлаждения и конденсации пара в жидкость.Необходимое количество труб в одном ходе аппарата определяется по формуле: (1.1) где FX - площадь проходного сечения одного хода по трубам, FTP - площадь проходного сечения трубки.Размещение отверстий под трубы в трубных решетках и перегородках. Основные размеры» подбираем стандартный теплообменник данного типа, учитывая количество трубок. n =100 - общее число трубок.Размещение отверстий под трубы в трубных решетках зависит от типа теплообменника. ТН, ТК - трубы размещают по вершинам равнобедренных треугольников, в ТП, ТУ - по вершинам квадратов. По госту 15118-79 находим схему расположения отверстий под трубы в трубных решетках.Таблица 1.2 Размеры и шаг отверстий в решетке и перегородках2.1 Подбираем стандартный теплообменник Руководствуясь диаметром, давлением, длиной трубок, а также учитывая число ходов и расположение теплообменника, по ГОСТУ 15122-79 подбираем стандартный теплообменник.Теплообменник горизонтальный многоходовой по трубам с кожухом диаметрами от 325 до 1200 мм.DBH - внутренний диаметр обечайки, DBH = 400 мм, [у] допускаемое напряжение для корпуса при заданной t. Определяем толщину обечайки с учетом поправочного коэффициента. S = SR C (3.2) где С - поправочный коэффициент, учитывающий коррозию, дефекты изготовления и т.д. Определяется, как С1 = vф*ф, vф - ск-ть коррозии (в год) (0,05 - 0,1) мм/год, ф - предполагаемый срок службы (10-12 лет). С3 - коэффициент. учитывающий утопление изделия в результате технологической операции - вытяжка, штамповка, вальцовка.Трубка испытывает внутреннее избыточное давление и в ней возникает растягивающее усилие. Sr ТР = (3.6) где РТ - давление в трубке, РТ = 1,0 МПА; [у] допускаемое напряжение для трубки при заданной t. Действительная толщина трубки STP ДЕЙСТВ = 2 мм, Определим коэффициент С: S ТР ДЕЙСТВ = S R TP CЭллиптические днища (крышки) получили наибольшее распространение благодаря рациональной форме и надежности в работе при изготовлении аппаратов работающих под давлением и вакуумом. Таблица 3.1 Основные размеры эллиптической крышки. Для ТН - крышки находятся под давлением в трубах (РТР ) |3, стр 20, (50) ф-ла|Трубные решетки рассчитывают как перфорированные круглые пластины, нагруженные давлением. Для предварительной оценки минимальной толщины трубной решетки может быть использована зависимость: S ТР = , где DH - наружный диаметр теплообменных труб, d = 25 мм. [] - допускаемое напряжение для материала решетки, [у]М= 108 МПА, [у]ТР = 113 МПА, K1 - коэффициент, принимаемый в зависимости от конструкции крепления трубной решетки к корпусу аппарата.Процесс заключается в том, что конец трубы, вставленный в отверстие трубной решетки, расширяется роликами инструмента, называемого вальцовкой. Величина сечения между двумя соседними трубками определяется по формуле: fmin = (t - dt)*STP ?[f], где t - шаг между трубками, d1 - диаметр отверстия в трубной решетке под трубу, STP - толщина трубной решетке. fmin = (32-25,5)*24,845 = 161,5 мм2 fmin >[f] = 120 мм2 - условие выполняется.Изгибные напряжения в трубных решетках в пределах площади, ограниченной прямоугольником abcd, определяются по формуле: ? ? [у]F, Элемент разметки трубной решетки , = 27,7 мм, - для разметки по вершинам равносторонних треугольников;В общем случае обечайка и трубы всегда испытывают растягивающее усилие QP от давления теплоносителя., определяемое по зависимости: FK = AK, FT = AT. В теплообменнике типа ТН сила QP распределяется между обечайкой и пучком труб.Для вальцованных соединений определяют усилие, приходящееся на единицу периметра трубы: K = ? [K] = (4 6) Н/ммКрепление труб в трубной решетке должно быть прочным, герметичным и обеспечивать легкую замену труб. Способ развальцовки труб наиболее распространен, так как позволяет при необходимости выбить из решетки бракованную трубку и заменить ее новой. Рис.5.1 Схема крепления труб в трубной решетке: Развальцовка трубки в отверстиях под теплообменные трубки в трубной решетке при развальцовке с одной кольцевой проточкойФланцы - наиболее ответственная часть аппарата и служат для соединения отдельных частей. Фланцевое соединение состоит из двух симметрично расположенных фланцев, уплотнительного устройства и крепежных элементов. Соединение должно быть прочным, плотным, технологичным (не дорогим в производстве), относительно дешевым и обеспечивать быструю раз
План
Содержание
Введение
1. Выбор параметров, неопределенных ТЗ и оценка их оптимальных величины
1.1 Определение количества труб в одном ходе теплообменника
1.2 Определение общего количества труб в теплообменнике
1.3 Подбор стандартного теплообменника по количеству трубок
1.4 Выбор способа размещения отверстий под трубы в трубных решетках
1.5 Определение расстояния между трубками в трубной решетке и перегородке
2. Выбор принципиальной схемы теплообменного аппарата
2.1 Подбираем стандартный теплообменник
2.2 Схема теплообменного аппарата ТН
3. Расчет корпусных деталей теплообменника
3.1 Расчет цилиндрической обечайки
3.2 Расчет теплообменных трубок аппарата
3.3 Расчет крышки теплообменного аппарата
4. Расчет трубных решеток и выбор конструктивных решений
4.1 Расчет трубных решеток
4.2 Расчет толщины решетки для аппаратов жесткого типа (ТН)
4.3 Определение минимально необходимой величины сечения простенка между трубами в трубной решетке
4.4 Проверка трубной решетки на изгиб
5. Усилия в теплообменных трубках от давления теплоносителей
5.1 Усилия в теплообменных трубках от давления теплоносителей
5.2 Определение надежности закрепления труб в трубной решетке
5.3 Определение минимально необходимой длины развальцовки теплообменной трубки
5.4 Выбор способа крепления труб в трубной решетке
6. Выбор и расчет фланцевого соединения
6.1 Выбор фланцевого соединения
6.2 Выбор типа прокладки
6.3 Расчет полного болтового усилия в рабочих условиях
6.4 Проверка шпилек фланцевого соединения на прочность
7. Выбор опор теплообменного аппарата
7.1 Опоры и лапы
7.2 Выбор опор теплообменного аппарата
7.3 Расчет опор горизонтальных аппаратов
Список литературы
Введение
Теплообменные аппараты - устройства, в которых происходит процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому.
По принципу действия теплообменные аппараты делятся на: 1) рекуперативные;
2) регенеративные;
3) смесительные;
Рекуперативные - это теплообменники, в которых горячий и холодный теплоноситель протекают одновременно, а теплота передается через разделительную стенку.
Регенеративные - это теплообменники, в которых одна и та же поверхность нагрева через определенные промежутки времени омывается то горячим, то холодным теплоносителем.
Смесительные теплообменники предназначены для осуществления тепло и массообменных процессов при непосредственном соприкосновении теплоносителей, они смешиваются с передачей тепла.
Наибольшее применение в технике и промышленности находят рекуперативные теплообменники, которые по взаимному направлению движения теплоносителей делятся на: 1) прямоточные
2) противоточные
3) с перекрестным током
4) со смешанным током.
По своему назначению рекуперативные теплообменники делятся на: 1) испарители
2) конденсаторы
3) холодильники
4) подогреватели
5) кожухотрубчатые теплообменники
Испарители - аппараты, служащие для восполнения потерь конденсата в теплоиспользующих и промышленных установках. Испарители работают под низкими давлениями.
Конденсаторы - аппараты, применяющиеся для охлаждения и конденсации пара в жидкость. Конденсаторы используются в тех областях промышленности, где есть необходимость в использовании сконденсированного пара.
Холодильники - аппараты, предназначенные для охлаждения теплоносителя. Применяются в основном в пищевой, биологической, медицинской и химической отраслях промышленности.
Подогреватели - аппараты, предназначенные для предварительного подогрева теплоносителя.
Наибольшее распространение в промышленности получили кожухотрубчатые аппараты. Они широко используются для нагрева и охлаждения жидкостей и газов, а также для испарения и конденсации пара. Кожухотрубчатые теплообменники получили распространение практически во всех отраслях промышленности, использующих тепло в технологических процессах.
По ГОСТУ изготавливают теплообменники следующих типов: 1) TH - с неподвижными решетками.
2) ТК - с температурным компенсатором на кожухе.
3) ТП - с плавающей головкой
4) ТУ - с U-образными трубками
5) ТС - с сальником на плавающей головке
Теплообменники типа ТН
Кожухотрубчатый теплообменник типа ТН изготавливают горизонтальными и вертикальными из углеродистой стали. Их применяют для нагрева и охлаждения жидких и газообразных сред с температурами от -300С до 3500С на условное давление от 0,6 до 6,4МПА. Кожухотрубчатый теплообменник типа ТН применяется, когда разность температур теплоносителей невысока (не более 50° С). В остальных случаях необходимо компенсировать деформации, появляющиеся в результате температурных удлинений или укорочений. Решетки крепятся неподвижно (привариваются) к корпусу.
Теплообменник типа ТК
Данный теплообменник выгодно отличается от ТН тем, что у него есть линзовый компенсатор, который позволяет деформироваться корпусу и уменьшать температурные напряжения. При разности температур линза сжимается или расширяется. Линзы нормализованы и подбираются по давлениям и размерам кожуха. Решетка жестко закреплена к корпусу. Разность температур должна быть такой, чтобы деформации не превышали 10 мм. Компенсаторы применяются при давлениях менее 1,6 МПА.
Теплообменники типа ТП
ТП отличается от ТН наличием подвижной трубной решетки, которая позволяет полностью компенсировать температурные деформации. Подвижную головку с днищем называют плавающей головкой. Такие теплообменники могут быть использованы при высоких давлениях и больших разностях температур. Данные теплообменники позволяют производить очистку межтрубного пространства.
Теплообменники типа ТУ
Отличается от ТН тем, что у него одна трубная решетка, а трубки имеют U-образную форму. В данном теплообменнике трубки могут свободно перемещаться и он применяется при большой разности температур. Недостатком является то, что существует трудность очистки изогнутых трубок. В основном теплообменники данного типа делают горизонтальными, но иногда и вертикальными. Всегда двухходовые.
Теплообменники типа ТС
В данном теплообменнике на плавающей головке имеется сальник (чаще всего графитовый). Его используют при наличии агрессивных теплоносителей. Сальник свободно перемещается внутри корпуса. Отсутствуют температурные напряжения. ТС применяют при давлениях менее 0,6 ? 1,0МПА. теплообменный развальцовка решетка фланцевый