Автор: Пользователь скрыл имя, 21 Декабря 2012 в 08:54, курсовая работа
Теплообмен- учение о самопроизвольном необратимо протекающем процессе распространения теплоты в пространстве. Процессы теплообмена сопровождаются химическими реакциями и физическими превращениями (нагревание, охлаждение, кипение, конденсация и др.). Процессы теплообмена делятся на: теплопроводность, конвекцию, излучение.
Введение…………………………………………………………………….4
Тепловой расчет подогревателя…………………………………….8
Гидравлический расчет подогревателя…………………………….22
Механический расчет подогревателя………………………………27
Заключение…………………………………………………………………38
Список использованной литературы……………………………………...39
Спецификация……………………………………………………………....40
Условия применимости этой формулы:
где
hвып – высота выпуклой части днища (рис.4), м;
hвып = 0,4×Dвн = 0,4×0,8=0,32 м
Dвн - внутренний диаметр корпуса. м;
d – наибольший диаметр отверстия в днище, м;
C – прибавка, учитывающая допуск на прокат, коррозию и т.д., м;
z - коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия.
3.3. Определяем коэффициент, учитывающий ослабление днища из-за отверстия
3.4. Произведем расчет трубной решетки.
Расчетное давление при расчете трубной решетки выбирается по большему из трех следующих значений:
где
Pм, Pт – давление в межтрубном и трубном пространстве соответственно, Па, , ;
Pм.п, Pт.п - пробное давление при гидравлическом испытании в межтрубном пространстве и в трубах, Па, , ;
r - отношение жесткости трубок к жесткости кожуха;
g - расчетный температурный коэффициент;
k - модуль упругости системы трубок, МПа/м;
a – коэффициент перфорации.
3.5. Определяем коэффициент, выражающий отношение жесткости трубок к жесткости кожуха.
где
Ет, Ек - модули упругости материала трубок и кожуха соответственно, (т. к. кожух и трубки стальные, ), МПа;
Fт, Fк – площади сечения материала трубок и кожуха, м2.
3.6. Вычисляем площадь сечения материала трубок
где
n – количество трубок, шт.;
dн, dвн - наружный и внутренний диаметры трубок, м , .
.
3.7. Определяем площадь сечения материала кожуха
.
3.8. Вычисляем расчетный температурный коэффициент
где
tт, tк – температуры трубок и кожуха °С;
aт, aк – коэффициенты линейного удлинения трубок и кожуха соответственно, 1/град. aт = 14×10-61/град; aк = 11,7×10-61/град.
tк = tгр.п. – (70¸85) = 166 – 76 = 90 °С
tт = tгр.п. – (15¸20) = 166 – 16 = 150 °С
3.9. Определяем модуль упругости системы трубок
где
- длина трубок, м:
- внутренний радиус корпуса, м.
.
3.10. Вычисляем коэффициент перфорации
.
.
3.11. Определяем толщину трубной решетки
3.12. Определяем толщину трубной решетки из условия прочности на изгиб
где
D0 - диаметр окружности, на которую опирается трубная доска,
Pр - расчетное давление, Па;
y - коэффициент, зависящий от формы и способа крепления трубной доски;
j - коэффициент, учитывающий ослабление трубной решетки;
С - поправка на минусовые допуски проката, коррозию и т.д., м.
При расчетном давлении, действующем со стороны крышки, в качестве D0 принимается внутренний диаметр корпуса, поэтому D0 = Dвн = 0,8 м.
В данном подогревателе используем круглые трубные доски, не подкрепленные анкерными связями, следовательно, y = 0,5.
3.13. Вычисляем коэффициент, учитывающий ослабление трубной доски,
где
Dн - наружный диаметр кожуха, м;
N1 - наибольшее количество трубок в одном ряду, шт.;
d0 - диаметр отверстия под трубку в трубной доске, м.
d0 = dн + 0,0008 = 0,029+ 0,0008 = 0,0298, м.
3.14. Определяем наибольшее количество трубок в одном ряду
где
К - кольцевой зазор между крайними трубками и корпусом аппарата, м, ;
S - шаг между трубками, м, .
.
3.15. Производим определение толщины трубной решетки, исходя из условия надежности развальцовки:
где
q - допускаемое напряжение на вырывание трубок из решетки, МПа;
Ртр - осевое усилие в наиболее нагруженной трубке, Н.
dн - наружный диаметр трубок, м.
Для трубок, завальцованных с отбортовкой, q = 40 МПа.
3.16. Определяем осевое усилие в наиболее нагруженной трубке
Ртр = sp(dн - dт)dт, Н,
где
dт - толщина трубки, м;
s - напряжение изгиба в трубной решетке, МПа.
Ртр = 132,2×3,14(0,029 – 0,001)0,001=0,0116 Н
3.17. Расчет фланцевых соединений и болтов.
3.17.1.Определяем полное усилие, действующее на все болты фланцевого соединения,
Q = Р + Рупл, Н,
где
Р - сила внутреннего давления среды на площадь, Н;
Рупл - сила, необходимая для обеспечения плотности соединения
при давлении рабочей среды, Н.
Р = 0,785×D2пр×Рс, Н,
где
Dпр - средняя линия прокладки, м;
Рc - сила внутреннего давления среды на площадь, Па.
3.17.2. Определяем среднюю линию прокладки
Dпр = 0,5(Dн + Dв), м,
где
Dн и Dв - наружный и внутренний диаметры прокладки соответственно, м.
Dпр = 0,5(0,82 + 0,8) = 0,81, м
Р = 0,785×0,81×0,7×106 = 0,36×106, Н
3.17.3. Определяем силу, необходимую для обеспечения плотности соединения
Рупл = q×Fпр, Н,
где
q - расчетное удельное давление на единицу площади прокладки, Па, ;
Fпр - площадь прокладки, м2.
3.17.4. Вычисляем площадь прокладки
Fпр = 0,785×(D2н - D2в), м2,
Fпр = 0,785×(0,822 – 0,82) = 0,025, м2
Рупл = 15×106×0,025 =0,375×106, Н
Q = 0,36×106 + 0,375×106 = 0,735×106, Н
Проверка расчетной нагрузки (qmax = 130 МПа):
Q £ qmax×Fпр.
Расчетная нагрузка не превышает максимальную и не будет вызывать повреждение прокладки или превосходить ее прочность, т. к.
условие соблюдается.
где
Q - полное усилие на все болты, Н;
Dпр - средняя линия прокладки, м;
h - поправочный коэффициент (h = 0,9);
sт - предел текучести материалов болтов при рабочей температуре (sт = 245 МПа), Па.
3.17.6. Вычисляем количество болтов во фланцевом соединении
где
L – общая длина окружности, на которой расположены центры болтов, мм;
tб - шаг между болтами, мм.
Из конструктивных соображений шаг между
болтами принимаем в пределах 2,5¸5 диаметров болтов:
L = p (Dвн + dк + dб +К), мм,
где
dк - толщина стенки кожуха, мм;
К - монтажный зазор (К = 25¸30 мм):
dб - диаметр болтов, мм;
Dвн - внутренний диаметр корпуса. мм.
L = 3,14 (800 + 4 + 18 + 27) = 2665,86 мм,
3.17.8. Определяем расчетное усилие на болт
3.17.9. Определяем толщину приварного фланца
где
r0 - радиус окружности расположения болтов, м;
r – внутренний радиус корпуса, м;
sдоп = 230 - допускаемое напряжение на изгиб, МПа;
а = 0,6 - для фланцев, подверженных изгибу.
3.17.10. Определяем радиус окружности расположения болтов
r0 = (Dвн + dк + dб + К)×0,5, мм,
r0 = (0,8 + 0,0004 + 0,018 + 0,027)×0,5 = 0,422 м
r = Dвн/2=0,8/2=0,4 м
расчётное давление
количество болтов 30 шт
расчётное усилие на болт 70 кН
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Для закрепления теоретических знаний по курсу «Тепломассообмен» была выполнена курсовая работа: «Расчет пароводяного подогревателя»
В конструктивном расчете теплообменного аппарата решались 3 задачи:
1. тепловая;
2. гидравлическая;
3. механическая.
В тепловом расчете были определены: физические параметры воды и водяного пара; средняя логарифмическая разность температур: для первой зоны , для второй зоны ; количество тепла, передаваемое паром воде, для двух зон теплообмена Q = 14485,16 кВт; массовый расход пара Dп = 6,73 кг/с; коэффициенты теплоотдачи: для воды , для пара ; коэффициент теплопередачи: для первой зоны: для первой зоны: , для второй зоны , поверхность нагрева составила F= 90 м2. Общее количество трубок n=301 шт, их длина L=3 м.
В гидравлическом расчете определили: полный напор, необходимый для перемещения воды через аппарат, который составил , а также мощность, необходимую для движения воды через подогреватель N= 0,36 кВт, размеры патрубков: для воды: Fпат = 0,05 м2, dпат = 0,25 м, для входа пара: Fпат = 0,07 м2, dпат = 0,23 м, для выхода конденсата: Fпат = 0,002 м2, dпат = 0,05 м, для откачки воздуха: Fпат = 0,0003 м2, dпат = 0,02 м.
В механическом расчете при расчете на прочность были определены:
расчетное давление Рр = 11,1 МПа
количество болтов z = 30 шт, их диаметры dб = 18 мм
высота фланца h = 55 мм
расчетное усилие на болт Pб = 70 кН
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.