Расчет на прочность элементов аппарата

Курсовой проект

 

 

 «Расчет вертикального подогревателя сетевой воды

с прямыми трубками»

 

 

Выполнил:                                                           студент       группы

                                                                                     

 

 

Проверил:                                                                 Белоусов В.Н.

 

 

Санкт-Петербург

 

2013

Содержание

 

стр.

Исходные данные.......................................................................................................................................3

1. Тепловой расчет.....................................................................................................................................-

2. Конструктивный расчет......................................................................................................................4

3. Гидравлический расчет.........................................................................................................................6

4. Расчет на прочность.............................................................................................................................-

4.1. Расчет цилиндрических обечаек........................................................................................................-

4.2. Расчет выпуклых крышек и днищ.....................................................................................................7

4.3. Расчет болтов и шпилек фланцевого соединения............................................................................-

4.4. Расчет толщины трубной доски в аппаратах нежёсткой конструкции....................................9

 

 

Исходные данные

 

Производительность аппарата по воде: G_в = 400 т/ч;

Температура воды на входе: t₁ = 70˚C;

Температура воды на выходе: t₂ = 145˚C;

Абсолютное давление греющего пара: P_п = 0,7 МПа;

Абсолютное давление воды: P_в = 2,2 МПа;

Диаметр латунных трубок: d_вн/ d_н = 17/19 мм.

 

 

Тепловой расчет

 

1) Средняя температура воды:Р

    C.

2) Температура греющего пара при давлении P_п = 0,7 МПа:

    t_п = 164,3˚C.

3) Температура стенки трубок:

    C.

4) Температура пленки конденсата:

    C.

5) Расход греющего пара (из уравнения теплового баланса):

    кг/с,

где Cp_в = 4,213 кДж/(кг·˚C) – теплоёмкость воды при средней температуре t_ср;

           η = 0,98 – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

6) Тепловая нагрузка аппарата:

    Вт.

7) Среднелогарифмический температурный напор:

    С.

 

8) Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:

Вт/(м²·˚C),

где c = 0,943 – эмпирический коэффициент пропорциональности для вертикальных труб;

    ρ = 917 кг/м³ – плотность пленки конденсата при t_пл;

    λ = 0,68 Вт/(м·˚C) – коэффициент теплопроводности пленки конденсата при t_пл;

    ν = 0,203·10^-6 м²/c – кинематическая вязкость пленки конденсата при t_пл;

    H_пр = 3,5 м – принятая высота трубок.

9) Расчетный коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:

    Вт/(м²·˚C),

где φ₁ = 0,85 – коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности труб и чистоты пара;

    φ₂ = 0,85 – коэффициент, учитывающий наличие в паре воздуха и неравномерность омывания паром трубного пучка.

10) Коэффициент теплоотдачи от нагреваемой воды к стенке:

   

где λ = 0,683 Вт/(м·˚C) – коэффициент теплопроводности воды при t_ср;

    ν = 0,281·10^-6 м²/c – кинематическая вязкость воды при t_ср;

     - число Рейнольдса для воды при t_ср;

Pr_п = 1,663 – число Прандтля для воды при t_ср;

    Pr_ст = 1,332 – число Прандтля для воды при t_ст;

    W = 2 м/с – принятая скорость воды в трубках.

11) Расчетный коэффициент теплоотдачи от нагреваемой воды к стенке:

    Вт/(м²·˚C),

где φ₃ = 0,85 – коэффициент, учитывающий слой накипи на внутренней поверхности трубок.

12) Коэффициент теплопередачи:

    Вт/(м²·˚C),

где δ = 0,001 м – толщина стенок трубок;

    λ_ст = 107 Вт/(м·˚C) – коэффициент теплопроводности латуни.

13) Поверхность нагрева подогревателя:

    м².

 

Конструктивный расчет

1) Проходное сечение трубок (из уравнения расхода по стороне воды):

    м²,

где ρ = 952,2кг/м³ – плотность воды при t_ср;

                                                

 

2) Количество трубок в одном ходе (из уравнения для проходного сечения для воды):

    шт.

3) Длина трубок при одноходовом исполнении аппарата:

    м.

4) Число ходов по воде:

    .

5) Общее число трубок в аппарате:

    шт.

6) Высота трубного пучка:

    м.

7) Погрешность полученной высоты по сравнению с принятой в тепловом расчете:

    % = 14,2% < 30 %.

8) Диаметр трубной доски:

    м,

где - шаг между трубками;

    η_тр – коэффициент заполнения трубной доски.

9) Конструктивное соотношение:

    , что соответствует рекомендуемым значениям (2 ÷ 4).

10) Диаметр патрубков для входа и выхода воды:

    м,

где W_в – принятая скорость воды в патрубках;

    ρ_в – плотность воды при t_ср.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром D_у = 250 мм (d_н· δ = 273·8 мм).

11) Диаметр патрубка для подвода пара:

    м,

где W_п – принятая скорость пара в подводящем патрубке;

    ρ_п – плотность пара при P_п.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром D_у = 350 мм (d_н· δ = 377·9 мм).

12) Диаметр патрубка для отвода конденсата:

    м,

где W_к – принятая скорость конденсата в патрубке;

    ρ_к – плотность конденсата при t_п.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром D_у = 250 мм (d_н· δ = 273·8 мм).

 

Гидравлический расчет

 

1) Коэффициент сопротивления трению (закон Никурадзе):

    ,

где Re – число Рейнольдса.

2) Потери напора на трение:

    Па,

где - общая длина пути движения воды в аппарате;

ρ = 952,2кг/м³ – плотность воды при t_ср;

W = 2 м/с – принятая скорость воды в трубках.

3) Коэффициенты местных сопротивлений:

вход в водяную камеру: ψ₁ = 1,5;

вход в трубки: z· ψ₃ = 6·1 = 6;

выход из трубок: z· ψ₄ = 6·1 = 6;

поворот на 180˚ между ходами в водяной камере: (z-1)· ψ₅ = 5·2,5 = 12,5;

выход из водяной камеры: ψ₂ = 1,5.

Итого: ∑ ψ _i = 27,5.

4) Потери напора на местные сопротивления:

    Па.

5) Общие потери напора:

    Па.

6) Затраты мощности на прокачку воды в подогревателе:

    кВт,

где η – коэффициент полезного действия нагнетателя.

Курсовой проект

 

 

 «Расчет вертикального подогревателя сетевой воды

с прямыми трубками»

 

 

Выполнил:                                                           студент       группы

                                                                                     

 

 

Проверил:                                                                 Белоусов В.Н.

 

 

Санкт-Петербург

 

2013

Содержание

 

стр.

Исходные данные.......................................................................................................................................3

1. Тепловой расчет.....................................................................................................................................-

2. Конструктивный расчет......................................................................................................................4

3. Гидравлический расчет.........................................................................................................................6

4. Расчет на прочность.............................................................................................................................-

4.1. Расчет цилиндрических обечаек........................................................................................................-

4.2. Расчет выпуклых крышек и днищ.....................................................................................................7

4.3. Расчет болтов и шпилек фланцевого соединения............................................................................-

4.4. Расчет толщины трубной доски в аппаратах нежёсткой конструкции....................................9

 

 

Исходные данные

 

Производительность аппарата по воде: G_в = 400 т/ч;

Температура воды на входе: t₁ = 70˚C;

Температура воды на выходе: t₂ = 145˚C;

Абсолютное давление греющего пара: P_п = 0,7 МПа;

Абсолютное давление воды: P_в = 2,2 МПа;

Диаметр латунных трубок: d_вн/ d_н = 17/19 мм.

 

 

Тепловой расчет

 

1) Средняя температура воды:Р

    C.

2) Температура греющего пара при давлении P_п = 0,7 МПа:

    t_п = 164,3˚C.

3) Температура стенки трубок:

    C.

4) Температура пленки конденсата:

    C.

5) Расход греющего пара (из уравнения теплового баланса):

    кг/с,

где Cp_в = 4,213 кДж/(кг·˚C) – теплоёмкость воды при средней температуре t_ср;

           η = 0,98 – коэффициент, учитывающий потери в окружающую среду.

6) Тепловая нагрузка аппарата:

    Вт.

7) Среднелогарифмический температурный напор:

    С.

 

8) Коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:

Вт/(м²·˚C),

где c = 0,943 – эмпирический коэффициент пропорциональности для вертикальных труб;

    ρ = 917 кг/м³ – плотность пленки конденсата при t_пл;

    λ = 0,68 Вт/(м·˚C) – коэффициент теплопроводности пленки конденсата при t_пл;

    ν = 0,203·10^-6 м²/c – кинематическая вязкость пленки конденсата при t_пл;

    H_пр = 3,5 м – принятая высота трубок.

9) Расчетный коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке:

    Вт/(м²·˚C),

где φ₁ = 0,85 – коэффициент, учитывающий влияние состояния поверхности труб и чистоты пара;

    φ₂ = 0,85 – коэффициент, учитывающий наличие в паре воздуха и неравномерность омывания паром трубного пучка.

10) Коэффициент теплоотдачи от нагреваемой воды к стенке:

   

где λ = 0,683 Вт/(м·˚C) – коэффициент теплопроводности воды при t_ср;

    ν = 0,281·10^-6 м²/c – кинематическая вязкость воды при t_ср;

     - число Рейнольдса для воды при t_ср;

Pr_п = 1,663 – число Прандтля для воды при t_ср;

    Pr_ст = 1,332 – число Прандтля для воды при t_ст;

    W = 2 м/с – принятая скорость воды в трубках.

11) Расчетный коэффициент теплоотдачи от нагреваемой воды к стенке:

    Вт/(м²·˚C),

где φ₃ = 0,85 – коэффициент, учитывающий слой накипи на внутренней поверхности трубок.

12) Коэффициент теплопередачи:

    Вт/(м²·˚C),

где δ = 0,001 м – толщина стенок трубок;

    λ_ст = 107 Вт/(м·˚C) – коэффициент теплопроводности латуни.

13) Поверхность нагрева подогревателя:

    м².

 

Конструктивный расчет

1) Проходное сечение трубок (из уравнения расхода по стороне воды):

    м²,

где ρ = 952,2кг/м³ – плотность воды при t_ср;

                                                

 

2) Количество трубок в одном ходе (из уравнения для проходного сечения для воды):

    шт.

3) Длина трубок при одноходовом исполнении аппарата:

    м.

4) Число ходов по воде:

    .

5) Общее число трубок в аппарате:

    шт.

6) Высота трубного пучка:

    м.

7) Погрешность полученной высоты по сравнению с принятой в тепловом расчете:

    % = 14,2% < 30 %.

8) Диаметр трубной доски:

    м,

где - шаг между трубками;

    η_тр – коэффициент заполнения трубной доски.

9) Конструктивное соотношение:

    , что соответствует рекомендуемым значениям (2 ÷ 4).

10) Диаметр патрубков для входа и выхода воды:

    м,

где W_в – принятая скорость воды в патрубках;

    ρ_в – плотность воды при t_ср.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром D_у = 250 мм (d_н· δ = 273·8 мм).

11) Диаметр патрубка для подвода пара:

    м,

где W_п – принятая скорость пара в подводящем патрубке;

    ρ_п – плотность пара при P_п.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром D_у = 350 мм (d_н· δ = 377·9 мм).

12) Диаметр патрубка для отвода конденсата:

    м,

где W_к – принятая скорость конденсата в патрубке;

    ρ_к – плотность конденсата при t_п.

Выбираем стандартную трубу с условным диаметром D_у = 250 мм (d_н· δ = 273·8 мм).

 

Гидравлический расчет

 

1) Коэффициент сопротивления трению (закон Никурадзе):

    ,

где Re – число Рейнольдса.

2) Потери напора на трение:

    Па,

где - общая длина пути движения воды в аппарате;

ρ = 952,2кг/м³ – плотность воды при t_ср;

W = 2 м/с – принятая скорость воды в трубках.

3) Коэффициенты местных сопротивлений:

вход в водяную камеру: ψ₁ = 1,5;

вход в трубки: z· ψ₃ = 6·1 = 6;

выход из трубок: z· ψ₄ = 6·1 = 6;

поворот на 180˚ между ходами в водяной камере: (z-1)· ψ₅ = 5·2,5 = 12,5;

выход из водяной камеры: ψ₂ = 1,5.

Итого: ∑ ψ _i = 27,5.

4) Потери напора на местные сопротивления:

    Па.

5) Общие потери напора:

    Па.

6) Затраты мощности на прокачку воды в подогревателе:

    кВт,

где η – коэффициент полезного действия нагнетателя.

Расчет на прочность элементов аппарата