"Расчет аппарата воздушного охлаждения"

    Ширина B₁ определяется по формуле: 

          (3.3) 

    В₁=4∙50=200 (мм). 

    Длина L₁ определяется по формуле: 

          (3.4) 

    L₁=21∙58=1218(мм). 

    Ширину прокладки примем равной b_p = 25 мм.

    Наружный размер прокладки в поперечном направлении: 

          (3.5) 

    B₂= 200+2∙25=250(мм). 

    Наружный размер прокладки в продольном направлении: 

          (3.6) 

    L₂=1218+2∙25=1268(мм). 

    Крепление крышки и трубной решетки производится болтами М20 при номинальном давлении до 2,5 МПа, соответственно задается диаметр отверстия под болтовое соединение: d=22 мм.

    Расстояние между осями болтов в поперечном направлении: 

          (3.7) 

                                        L₃=L₂+2d      (3.8) 

    В₃=250+2∙22=294(мм). 

    L₃=1268+2*22=1312 (мм). 

    Наружный размер трубной решетки и крышки в поперечном направлении: 

          (3.9) 

                                        L₄=L₃+2d             (3.10) 

    В₄=294+2∙22=338 (мм). 

    L₄=1312+2*22=1356 (мм). 

    Высоту камеры принять равной одной трети наружного размера трубной решетки:  

     ,      (3.11) 

    

(мм). 

    Также для расчета понадобятся:

Расчетное давление P=0,2 МПа;

пробное давление 

     (3.12) 

      Таким образом P_пр=0,31 МПа;

расчетная температура t=160 °С;

допускаемое напряжение для материала крышки [s]_k, МПа;

      Выбираем 20Л. [s]_k=116,5 МПа.

допускаемое напряжение для материала решетки [s]_p, МПа;

      Выбираем сталь 09Г2С. [s]_р=149,3 МПа.

        - материал болтов Сталь 40. [σ]=154,1 МПа.

коэффициент прочности сварного шва j = 1.

прибавка для компенсации коррозии и эрозии С₁ = 2 мм;

прибавка для компенсации минусового допуска С₂ (принять по 18 квалитету): С₂=0,1 мм.

прибавка технологическая С₃ = 0;

сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, мм: 

С = С₁ + С₂ + С₃     (3.13) 

С = 2 + 0,1 + 0 = 2,1 (мм). 

          4.2 Определение расчетного болтового усилия и проверка на прочность болтов 

    Расчетное усилие в болтах в условиях эксплуатации определяется по формуле: 

, (3.14) 

    где m - прокладочный коэффициент, для прокладки из паронита m = 2,5. 

0,086 (МПа*м²).

    Расчетное усилие в болтах в условиях испытания или монтажа определяется из условия: 

       (3.15) 

    где h_р - коэффициент податливости фланцевого соединения крышки и решетки, h_р = 2.

    Расчетная ширина плоской прокладки определяется по условию: 

                       (3.16) 

    

(мм). 

    Расчетный размер решетки в продольном направлении определяется по 
формуле:

    L_p = L₂ - b_pR.      (3.17) 

    L_p=1268 - 19,35= 1248,65 (мм). 

    Расчетный размер решетки в поперечном направлении определяется по 
формуле: 

    B_p = B₂ - b_pR    (3.18) 

    В_р=250-19,35=230,65 (мм). 

    Тогда: 

    

, 

    

= 0,1333 (МПа/м²); 

    

, 

(МПа*м²). 

    F₀=max{0,1333 МПа*м²;0,223 МПа*м²}=0,223 (МПа*м²). 

    Определить требуемое количество болтов из условия прочности из условия прочности болтов: 

           (3.19) 

           (3.20) 

    где , - допускаемые напряжения для материала болтов при температурах монтажа и эксплуатации, МПа. (Материал болтов сталь 20).

A_в - расчетная площадь поперечного сечения болтов, мм² 

=130 МПа, 

=154,1 МПа, 

(мм²), 

    Количество болтов необходимых для прочности определяют по формуле, исходя из условия большей необходимой площади при максимальной нагрузке: 

     ,     (3.21) 

    

. 

    Из условия прочности требуется установить не менее 6 болтов. 
 
 

          4.3 Расчет трубной решетки 

    Толщина трубной решетки в пределах зоны перфорации должна отвечать условию: 

       (3.22) 

    Расчетная ширина перфорированной зоны решетки: 

    

      (3.23) 

    В_т=min{200;230,65}=200 (мм). 

    Коэффициент ослабления решетки: 

           (3.24) 
 

    где d_E = d₀ - 2*s_т - для решеток с трубами, закрепленными на всю толщину решетки, где d₀ - диаметр отверстий в решетке, s_т - толщина стенки трубы. 

    d_E = 25 - 2*1,5=22 (мм); 

    

φ_p=1-22/58=0,62  

    Коэффициенты определяют по формулам:

    Безразмерная характеристика нагружения решетки болтовым изгибающим моментом:  

     ,                    (3.25) 

    

. 

    Безразмерная характеристика нагружения решетки давлением, действующим на ее беструбную зону: 

                          (3.26) 

Коэффициент несущей способности трубного пучка принять равным 1,0.

    Относительная ширина беструбного края: 

                    (3.27) 

    

; 

    

; 

(мм). 

Принимаем S₁=20 мм.

    Толщины трубной решетки в месте уплотнения s₂ и вне зоны уплотнения s₃ должны отвечать условиям: 

        (3.28) 

        (3.29) 

    Расчетное усилие F₁ определяется по формуле: 

                                      (3.30) 

    

(кН) 

    Плечи изгибающих моментов определяются по формулам: 

                       (3.31) 

    l₁=0,5∙(294-230,65)=31,675 (мм). 

         (3.32) 

    l₂=0,5∙(294-250)=22 (мм). 

    

(мм).

    Примем S₂=9 мм. 

    

(мм). 

    Примем S₃=8 мм. 

    Условие прочности крепления труб в трубной решетке: 

      ,   (3.33) 

    Коэффициенты z_F и z_M определяют по графику в зависимости от величины: 

      ,    (3.34) 

    где L - длина труб, мм.

    Вспомогательные коэффициенты: 

      ,                    (3.35) 

    

.  

      ,    (3.36) 

    

.

    

 

    Из графика получаем значения Z_М и Z_F: 

    

    Z_М=0,4; Z_F=1,3; 

    Р=0,2[1,3-0,869+0,4(5,8+0,32)]=0,58 МПа 

    Допускаемая нагрузка из условия прочности крепления трубы в решетке для развальцовки: 

          (3.37) 

    где l₀ - глубина развальцовки, принимается равной на 5 мм меньше толщины трубной решетки в пределах зоны перфорации;

      

    

(МПа).

    4.4  Расчет крышки 

    Толщина донышка крышки должна отвечать условию: 

       (3.38) 

    Безразмерная характеристика нагружения крышки болтовым изгибающим моментом: 

         (3.39) 

    

. 

    Безразмерная характеристика нагружения крышки давлением, действующим на ее фланцевую часть: 

    

 

    

 

    Поправочный коэффициент для свободно опертой плиты: 

          (3.40) 

    

. 

    Поправочный коэффициент для защемленной плиты: 

          (3.41) 

    f₂=0,5∙0,85=0,425.