Материал: Расчет выпарного аппарата

где ψ₁ ψ₂ - коэффициенты, определяемые по формулам:

,

,

,

где Е_с - модуль упругости материала фланца, Н/м²;_с - высота свободного кольца, м (h_с= h_ф).

Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции:

.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:

,

где: F - внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (-) сила (F = 0 - в нашем случае);

М - внешний изгибающийся момент (М = 0);

[σ]_σ20 - допускаемое напряжение для материала болта при 20º С, Н/м²

Р_пр - минимальное давление обжатия прокладки, МПа.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

Н

Приведённый изгибающий момент:

Проверяем условия прочности болтов

,

,

где [σ]_б = 168 МПа- допускаемое напряжение для материала болта при расчётной температуре

Проверяем условие прочности неметаллических прокладок:

,

,

[Р_пр] - допускаемое давление на прокладку 20 МПа

Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S₀:

,

,

где σ₁ - максимальное напряжение в сечение фланца, ограниченном размером S_х, МПа,_ф - безразмерный параметр, определяемый по монограмме в зависимости от S1/S0

Т_ф - безразмерный параметр, находим по формуле:

.

Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное

МПа,

меридиональное

МПа,

Проверяем усилие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S0:

где [σ]_б - допускаемое напряжение для фланца в сечении, принимаемое при количестве нагружении соединений 2·103

Проверяем условие прочности для свободного кольца:

МПа,

где М₀^с - приведённый изгибающийся момент, определяемый из условия.

.

Допускаемое напряжения для материала свободного кольца при 20º С и расчётной температуре соответственно

[σ]_с20 = σ_т.с.20,

[σ]_с = σ_т.с,

где σ_т.с.20 и σ_т.с.- предел текучести материала кольца соответственно при 20º С и расчётной температуре.

Проверяем условие герметичности, определяемое углом поворота свободного кольца:

где [Q]_c = 0,026 рад - допустимый угол поворота кольца.

5. Подбор и расчёт опор

Предварительно выбираем опору по ГОСТ сварную (рис. 6а) либо штампованную (рис. 6б), учитывая вес аппарата. Вес аппарата рекомендуется определять, суммируя вес деталей, сборочных единиц с учетом веса, находящегося в аппарате продукта.

Рисунок 6 - Лапы опорные: а - сварные лапы, б - штампованные лапы.

Рисунок 7 - Схема к определению плеча нагрузки

Выбираем сварную опору

Определяем плечо нагрузки по следующей формуле (см. рис.7):

 мм

где b - ширина лапы

Рисунок 8 - Схема к определению плеча нагрузки

Определяем соотношение параметров аппарата и опоры:

.

Определяем напряжение от действия внутреннего давления

МПа.

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяем по формуле

МПа.

Коэффициент k₁=1 определяют по рис., а максимальное напряжение при изгибе от реакции опоры определяем по следующей формуле:

МПа.

Проверим условие прочности

.

. Укрепление вырезов отверстий

Расчет на прочность укреплений одиночных отверстий выполняют в следующей последовательности:

Определяем расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

мм

где s - толщина стенки укрепляемой оболочки;

s_p - расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки, мм

D_р - расчетные диаметры укрепляемых элементов, определяемые по формулам:

) для цилиндрической обечайки D_p=D;

Расчетную толщину стенки штуцера, нагруженного как внутренним, так и наружным давлением, определяем по формуле

мм

Если ось сварного шва обечайки (днища) удалена от наружной поверхности штуцера на расстояние более чем три толщины укрепляемого элемента, то коэффициент прочности этого сварного соединения при расчете укрепления отверстий следует принимать . В исключительных случаях, когда сварной шов пересекает отверстие или удален от наружной поверхности штуцера на расстояние менее 3s, принимают  в зависимости от вида и качества сварного шва.

Определяем расчетные диаметры в зависимости от выбранного типа укрепления. Определяют расчетный диаметр отверстия в стенке обечайки, перехода или днища при наличии штуцера с круглым поперечным сечением, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия или кругового отверстия без штуцера определяют по формуле

мм

Если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию

то дальнейших расчетов укрепления отверстий не требуется.

Заключение

Широкая номенклатура теплообменников по типам, размерам, параметрам и материалам позволяет выбрать для конкретных условий теплообмена аппарат, оптимальный по размерам и материалам. Выбор конструкции аппарата для определенных условий теплообменного процесса зависит в основном от эрудиции и интуиции конструктора. Однако существуют рекомендации общего характера, которыми можно руководствоваться при выборе конструкции теплообменника и схемы движения в нем теплоносителей:

при высоком давлении теплоносителей предпочтительнее трубчатые теплообменники; в этом случае в трубное пространство желательно направить теплоноситель с более высоким давлением, поскольку из-за малого диаметра трубы могут выдержать большее давление, чем корпус;

коррозионный теплоноситель в трубчатых теплообменниках целесообразно направлять по трубам, так как в этом случае при коррозионном изнашивании не требуется замена корпуса теплообменника;

при использовании коррозионных теплоносителей предпочтительнее теплообменные аппараты из полимерных материалов, например фторопласта и его сополимеров, обладающих уникальной коррозионной стойкостью;

если один из теплоносителей загрязнен или дает отложения, то целесообразно направлять его с той стороны теплообмена, которая более доступна для очистки (в змеевиковых теплообменниках - это наружная поверхность труб, в кожухотрубчатых - внутренняя);

для улучшения теплообмена не всегда требуется увеличение скорости теплоносителя (так, например, при конденсации паров для улучшения теплообмена необходимо обеспечить хороший отвод конденсата с теплообменной поверхности, для чего следует подобрать аппарат соответствующей конструкции).

Список литературы

1.   Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - М.: Машиностроение, 1983. - 447 с.

2.      Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов пищевых производств. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1992.

3.   Харламов С.В Практикум по расчету и. конструированию машин и

4.      аппаратов пищевых производств: Учебное пособие. - Л.: Агропромиздат, 1991.

5.   Кононюк Л.В., Басанько В.А. Справочник конструктора оборудования пищевых производств. - К.: Техника, 1981.

6.      Остриков А.Н., Абрамов О. В, Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Учебник для вузов. - СПб.: ГИОРД, 2003.

7.   Курочкин А.А., Зимняков В.В. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств. - М.: Колос, 2006.

8.      ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность

.        ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий