Расчёт рекуперативного теплообменника. Вариант 11

Горизонтальный.dwg

-Распределительная камера 2-кожух 3-теплообменная труба 4-опора 5-трубная решетка 6-стяжки 7-перегородка

Курсовая.docx

Федеральное агентство по образованию РФ
Кафедра высшей математики
Курсовая работа по курсу:
Преподаватель: Тимошенко Л.А.
Студент: Ищенко Д.А.
1 Определение кол-ва труб в одном ходе аппарата 10
2 Определение количества трубок в аппарате 10
3 Подбор стандартного теплообменника типа ТН 10
4 Выбор способа размещения отверстий под трубки в трубных
41 Схема расположения отверстий в решётках и
Выбор принципиальной схемы теплообменного аппарата 11
Расчёт на прочность кожуха теплообменника . 12
1 Расчётная схема кожуха теплообменника 12
2 Расчёт кожуха нагруженного внутренним избыточным
3 Определение толщины стенки с учётом коэффициента С .12
4 Определение допускаемых избыточных внутренних давлений.13
Расчёт труб на прочность ..13
1 Расчётная схема трубки ..13
2 Определение допустимых давлений для трубок ..13
3 Определение осевого растягивающего усилия .14
1 Расчётная схема крышки теплообменника 14
2 Определение толщины крышки .. 14
3 Определения толщины крышки с помощью прибавочного коэффициента . 14
4 Определяем допустимое давление на крышку ..14
Расчет трубных решеток .15
1 Определение толщины трубной решетки 15
2 Определение толщины трубной решетки из расчётной формулы в зависимости от типа теплообменника .. 15
3 Определение минимально необходимой толщины простенка между трубами в трубных решётках ..16
4 Проверка трубной решетки на изгиб 16
5 Определение минимально необходимой длины развальцовки теплообменной трубки .16
6 Выбор способа крепления труб 17
7 Выбор способа крепления трубной решетки к корпусу
Расчет фланцевых соединений .. .19
1 Выбор фланцевого соединения .19
2 Расчетная схема фланцевого соединения 19
3 Выбор типа прокладки 19
4 Расчет усилия возникающего во фланцевом соединении . 20
5 Проверка на прочность болтов или шпилек 21
Выбор опор теплообменника ..21
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ
Теплообменными аппаратами называются устройства в которых осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя другому. По принципу действия теплообменные аппараты делятся на:
Рекуперативные - это теплообменники в которых горячая и холодная среда 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.
Наибольшее применение в технике и промышленности находят рекуперативные теплообменники которые по взаимному направлению движения теплоносителей делятся на:
) с перекрестным током
) со смешанным током.
По своему назначению рекуперативные теплообменники делятся на:
) 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:
) TH - с жестким кожухом и жестко закрепленными решетками (с неподвижными решетками).
) ТК - с температурным компенсатором на кожухе.
) ТП - с плавающей головкой
) ТУ - с U-образными трубками
) 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 06 до 64МПа. Кожухотрубчатый теплообменник типа ТН применяется когда разность температур теплоносителей невысока. В остальных случаях необходимо компенсировать деформации появляющиеся в результате температурных удлинений или укорочений.
Теплообменник типа ТК
Данный теплообменник 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. Это главное достоинство ТК по сравнению с ТН. Компенсаторы ТК применяются при давлениях менее 16МПа.Линзы нормализованы и подбираются по Р и размерам кожуха. Разность температур должна быть такой. Чтобы деформации не превышали 10мм.
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 вертикальными но иногда и горизонтальными.
Теплообменники типа ТС
В данном теплообменнике на плавающей головке имеется сальник (чаще всего графитовый). Его используют при наличии агрессивных теплоносителей. ТС применяют при давлениях менее 061МПа.
1 Определение кол-ва труб в одном ходе аппарата.
-площадь проходного сечения одного хода по трубам.
Из условий расчёта .
-площадь проходного сечения по трубам. Рассчитывается по формуле: .
Т.к. в нашем случае внутренний диаметр равен 21 мм то получаем:
- количество труб в одном ходе.
2 Определение количества трубок в аппарате.
(1.2) где z-число ходов в теплообменнике. В нашем случае z=1.
3 По ГОСТУ 15118-79 учитывая количество труб и их диаметр подбираем стандартный теплообменник типа ТН.
Таблица 1.1 Размещение отверстий под трубки в трубных решётках
Число отверстий в трубных решётках
4 Выбор способа размещения отверстий под трубки в трубных решётках.
Размещение отверстий под трубы в трубных решётках производится в зависимости от типа теплообменника. Т.к. у нас теплообменник типа ТН то расположение трубок производится по вершинам треугольника (Рис. 1.1).
41 Схема расположения отверстий в решётках и перегородках
Таблица 1.2 Размещение отверстий под трубки
Выбор принципиальной схемы теплообменного аппарата. Производится по ГОСТУ 15127-79 в зависимости от заданного давления длины трубок и диаметра.
Из исходных данных:
Подбираем стандартный теплообменник при подборе учитываем число ходов теплоносителя и расположения теплообменника в пространстве.
Таблица 2.1 Выдержка из ГОСТА 15127-79
Размещение перегородок
Расчёт на прочность кожуха теплообменника.
Имеем наружный диаметр корпуса:
Давление в корпусе .
1 Расчётная схема кожуха теплообменника
2 Расчёт кожуха нагруженного внутренним избыточным давлением.
Расчёт ведём по ГОСТУ 14248-80. Кожухи нагруженные внутренним избыточным давлением рассчитываются по толщине стенки.
- внутренний диаметр кожуха;
допускаемые напряжения для стали ВСт3(материал из которого изготовлен кожух) при заданной температуре. При ;
-коэффициент сварного шва учитывает ослабление за счёт сварки в пределах от 08 до 1[3с.56]. Берём .
Учитывая все данные
3 Определение толщины стенки с учётом коэффициента С.
– расчётная толщина кожуха; С-коэффициент прибавления к расчётной толщине стенки определяется по формуле (3.3)
-величина прибавки на коррозию;
где -скорость коррозии (0.01-0.05 ммгод) -срок службы (10-12 лет) тогда =01*10=1 мм;
-прибавка на компенсацию отрицательных допусков на толщину листа. Зависит от толщины листа. Принимаем значение 1 мм.
-техническая прибавка компенсирует утончение стенки при технических операциях(гибка штамповка).Принимаем значение 05 мм.
Учитывая данные приведённые ниже получаем толщину толщину:
Действительная толщина кожуха будет равна:
значит кожух будет достаточно прочным.
4 Определение допускаемых избыточных внутренних давлений.
Кожух будет надёжен если:
Рассчитаем для нашего случая:
Расчёт труб на прочность.
При расчёте учитываем что
1 Расчётная схема трубки.
-внутренний диаметр трубки;
- берём из [3с.50] при
= 09 – берём из [3с.56];
Действительная толщина трубки 2 мм;
2 Определение допустимых давлений для трубок.
3 Определение осевого растягивающего усилия [3с.11].
1 Расчётная схема крышки теплообменника.
Применяем коническую крышку с отбортовкой [3стр.32]
2 Определение толщины крышки.
3 Определения толщины крышки с помощью прибавочного коэффициента.
Принимаем крышку с толщиной равной толщине корпуса .
4 Определяем допустимое давление на крышку.
Давление в кожухе не превышает допускаемого поэтому крышка будет работать надёжно.6.Расчет трубных решеток.
Трубная решетка нужна для крепления трубного пучка. От ее толщины зависит надежность крепления. Принимаем способ крепления трубок к трубной решетки из следующих методов:
-С развальцовкой в гладких отверстиях.
-С развальцовкой с одной канавкой.
-С развальцовкой с двумя канавками.
Самые распространенные крепления - с развальцовкой.
1 Определение толщины трубной решетки.
Предварительно определяем
где -наружный диаметр трубки.
2 Определение толщины трубной решетки из расчётной формулы в зависимости от типа теплообменника [3.с.27]:
Выбираем наибольшую площадь=154 мм
3 Определение минимально необходимой толщины простенка между трубами в трубных решётках.
4 Проверка трубной решетки на изгиб:
5 Определение минимально необходимой длины развальцовки теплообменной трубки.
-необходимая длина развальцовки теплообменной трубки
6 Выбор способа крепления труб:
Крепление труб в трубной решетке должно быть прочным герметичным и обеспечивать легкую замену труб.При давлении Ру = 1.6 МПа выбираем крепление труб развальцовкой в отверстиях с одной канавкой.
Рис.6.1 Схема развальцовки трубы с одной канавкой
В ТН теплообменниках трубную решетку к корпусу приваривают.
Рис.6.2 Схема крепления трубной решётки к корпусу
Расчет фланцевых соединений.
Фланцы предназначены для соединения различных частей аппарата: крышек люков распределительных камер и т.д.
Эти соединения должны быть герметичными поэтому снабжаются прокладками.
Прокладки могут быть с пластической деформацией и с упругой деформацией. Эти деформации определяются материалом. В данном теплообменнике можно использовать прокладку из фторопласта с наполнителями (паронит - выдерживает большие давления и высокие температуры).
1 Выбор фланцевого соединения.
Фланцы как и все детали массового производства стандартизированы и выбираются по давлению Pmax и по диаметру условного прохода Dy.
2 Расчетная схема фланцевого соединения.
Самые распространенные – фланцы выступ-впадина. Фланец состоит из 2х частей принимаем стандартные фланцы при Dy=100.
Таблица 7.1.ГОСТ 12815-80 при Py=1.6 для Dy=100:
3 Выбор типа прокладки.
Она должна быть химически и термостойкой при этом иметь пластичность при уплотнении фланцевого соединения. Используем паронит. Так как хорошо устойчив в разных средах: горячая вода водяной пар кислоты и растворители.
4 Расчет усилия возникающего во фланцевом соединении.
Усилие фланцевого соединения будет складываться:
-усилие возникающее от давления
-усилие возникающее от температуры
-усилие от дополнительных нагрузок(не учитываем)
[4-Нестеров В.И конструирование теплообменников - Москва МЭИ 1985 стр. 104]
Считаем:где - средний диаметр прокладки.
-расчетная ширина прокладки
Расчетная ширина =0.5*b при b15мм =1.9 при b15мм где b- действительная ширина прокладки b=
m- прокладочный коэффициент зависит от давления и типа прокладки принимаем по таблице [4 табл 2.5] m=2.5
-коэффициент зависящий от давления и типа фланца; =0.02
n-количество болтов или шпилек; n=8
-площадь по внутреннему диаметру болта; =1
5 Проверка на прочность болтов или шпилек.
Болты берут при давлении меньшем 1.6 Мпа и t250
Т.к P=1.6 Мпа; берем шпильку.
Проверяем на прочность в рабочих условиях
Выбор опор теплообменника.
Опоры служат для установки аппарата на фундаменты и несущие конструкции. Размеры форма лап и опор зависят от величин и характера нагрузок а также от расположения аппарата в пространстве.
Выбираем тип опоры исходя из нагрузок по осту у нас тип 1.
Теперь подберём исходя из диаметра выбираем стандартные опоры для теплообменника.
Таблица 8.1 Выдержка из ост 26-2091-81
Допускаемая нагрузка на опору кН
Масса листа подкладного
Рис.8.1.Схема опор теплообменника
Методические указания к курсовому проекту по курсу
Конструирование теплотехнического оборудования".
Николаев В.К. СФ МЭИ: Смоленск 1991
ГОСТ 14249-80. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
ОСТ 262091-84. Опоры горизонтальных сосудов и аппаратов.
Конструкция размеры и технические требования.
ГОСТ 12815-80. Фланцы арматуры соединительных
частей и трубопроводов.
Нестеров Конструирование реакционных теплообменных

Вертикальный.dwg

-Распределительная камера 2-кожух 3-теплообменная труба 4-опора 5-трубная решетка 6-стяжки 7-перегородка