Общие сведенья о тепловых пунктах

Таблица 14.1 Базовые размеры  плоского приварного фланца для аппарата

Dвн, мм	D, мм	DБ, мм	D1, мм	dБ, мм	d, мм	z, штук	h, мм
400	515	475	450	М16	23	20	20

 

Цель расчета –  определение расчетной толщины фланца и сравнение ее с толщиной, заданной по ГОСТ.

Рисунок 14.1 Эскиз плоского приварного фланца для аппарата

 

Приведенная нагрузка на фланец Р₁, МН, при затяжке соединения определяется по формуле:

,                                                                            

где k – некоторый коэффициент,

;                                                                                                           

.                                                                                

Расчетное растягивающее  усилие в болтах Р¢_Б1, МН, при затяжке соединения определяется по формуле:

,                                                                                               

где a - константа жесткости соединения a=1,45;    Р¢_С – расчетное усилие от давления среды, МН,

;                                                                                                  \

;

;

.

 

Приведенная нагрузка на фланец Р₂, МН, при рабочих условиях определяется по формуле:

;                                                  

Расчетное растягивающее  усилие в болтах Р¢_Б2, МН, при рабочих условиях определяется по формуле:

;                                                                                                 

;

;

Вспомогательная величина при затяжке соединения Ф₁ , м², определяется по формуле:

          ,                                                                                                       

           где  - предел текучести материала фланца при температуре сборки, МПа,  .

.

Вспомогательная величина при рабочих условиях Ф₂ , м², определяется по формуле:

,                                                                                                       

где  - предел текучести материала фланца при рабочей температуре, МПа, ;

y₁ –коэффициент,

.

Вспомогательная величина А, м², определяется по формуле:

,                                                                                                        где S₁ – толщина стенки обечайки в месте присоединения фланца, м;

y₂ – некоторый коэффициент,

по рисунку 21.9[7] принимаем y₂=13

.

Вспомогательная величина Ф, м², определяется по формуле:

Ф=max{Ф₁;Ф₂};                                                                                         

Ф=max{0,0005;0,00049}=0,00049 м²;

 

При расчетная высота плоского фланца h¢¢, м, определяется по формуле:

;                                                                       

;

 

Полная высота фланца h¢, м, с учетом образующего выступа на прокладку составит:

м;                                                                                             

h¢=0,0011+0,003=0,0041 м;

 

Стандартная высота фланца h меньше расчетной высоты h¢, следовательно конструктивно увеличиваем высоту, плоского приварного фланца для проектируемого аппарата до  значения h=0,02 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

              

 

 

 

 

 

 

 

4.4 РАСЧЁТ ОПОР АППАРАТА

 

Установка аппаратов  на фундаменты или на специальные несущие конструкции осуществляется в основном посредством опор. Непосредственно на фундаменты устанавливаются аппараты с плоским днищем. Опоры могут размещать или снизу аппарата или с боков. Выбор типа опоры зависит от места установки теплообменного аппарата (в помещение или вне его), соотношения высоты к диаметру и массы аппарата.

Выбираем горизонтальную опору, так как аппарат располагается  горизонтально. Чтобы избежать вмятин на стенках теплообменного аппарата и распределить усилие на большую часть площади обечайки под опорами располагаем подкладки, приваренные к обечайке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.4.1 Расчет усилий на опору

Максимальное усилие G_max определяется по формуле:

;                                                                                    

Для расчета составляющих, входящих в формулу используем известное  соотношение для i-го элемента:

,(15.1)

где V_i – объем i-го элемента, м³

ρ_i – плотность материала элемента, кг/м³

 

Для стали: ρ_ст=7850 кг/м³

Для воды: ρ_в=1000 кг/м³

Для латуни: ρ_л=8430 кг/м³

Усилие от обечайки G_o определяем по следующей формуле:

;                                                                                   

где  D_н – наружный диаметр обечайки, м

D_вн – внутренний диаметр обечайки, м

l – длина обечайки, м

g=9,81 м²/с

D_н=0,426 м

D_вн=0,40 м

l=2,60 м 

;

 

Усилие от эллиптических  днищ:

;                                                                                                  

где m_дн – масса днища, кг.

 

принимаем стандартную массу днища m_дн=17,1 кг

;

 

Усилие, действующее на опоры со стороны трубных решеток:

;                                                                 

где  D_н.р. – наружный диаметр трубной решетки, м

h – высота трубной решетки, м

d_н – наружный диаметр трубки в аппарате, м

D_н.р.=0,379 м

h=0,007 м

d_н=0,016 м

Усилие от фланцев на обечайке:

                                                                            

            где h_ф – высота фланца, м

D_ф – наружный диаметр фланца, м

D_в – внутренний диаметр фланца, м

h_ф=0,02 м

D_ф=0,515 м

D_в=0,40 м

;

Усилие от фланцев  на крышке:

                                                                                      

.

Усилия, действующие со стороны теплообменных трубок, находятся  из соотношения:

                                                                                 

где i – количество трубок,

l_т – полная длина трубки, м

ρ_л – плотность латуни, кг/м³

d_н – наружный диаметр трубки, м

d_вн – внутренний диаметр трубки, м

;

 

Усилие, действующее со стороны патрубков греющего теплоносителя:

                                                                                   

где l_п.г. – вылет патрубков греющего теплоносителя, м

D_н – наружный диаметр патрубка, м

D_вн – внутренний диаметр патрубка, м

 

;

 

Усилие, действующее со стороны патрубков нагреваемого теплоносителя:

                                                                           

где l_п.г. – вылет патрубков нагреваемого теплоносителя, м

D_н – наружный диаметр патрубка, м

D_вн – внутренний диаметр патрубка, м

;

 

Усилие, действующее на опоры со стороны всего аппарата:

;

 

Усилие,  действующее со стороны воды, заполняющей весь аппарат:

Объем обечайки находится  по формуле:

;                                                                                                   

;

 

Емкость днищ определяется по формуле:

                                                                                      

где h – высота цилиндрической части днища, м

V^* - емкость эллиптического днища, м³

h=0,096 м

V^* =0,0116 м³

;

 

Суммарный объем воды в аппарате:

;                                                      

Вес воды, заполняющей  аппарат:

;                                                   

Определяем усилие, действующее на опору со стороны всего аппарата, заполненного водой:

;                         

Количество опор составляет обычно от двух до четырех и нагрузка приходящаяся на одну опору равна:

,                                                                                                       

где n – количество опор

Принимаем количество опор в аппарате равным п=2.

;

 

 

 

 

 

4.4.2 Прочностной  расчет опоры

 

Прочностной расчет опоры для кожухотрубного теплообменика проводился в программной среде   APM FEM для КОМПАС-3D.

 

 

 

 

 

Для того чтобы произвести расчет в программе необходимо задать нагрузки, действующие на конструкцию. В качестве основных нагрузок задаются – вес теплообменика.

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{Результаты  статического расчета}

 

 

 

 

_{Рассмотрев  результаты статического расчета крепления  теплообменика, получаем что в опасном  сечении максимальная нагрузка составит 240 Мпа.}

_{Данная  нагрузка допустима  для данного класса стали (сталь 40), следовательно опасное сечение конструкции выдержит нагрузку.}

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перемещения в  несущей конструкции рамы.

 

 

На основании проведенных  исследований получаем, что максимальное перемещение составит 2,5 мм. Данное перемещение является незначительным.

Спроектированная конструкция  удовлетворяет по всем конструктивным особенностям, работоспособна и имеет  большой запас по прочности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 В курсовом  проекте  была спроектирована индивидуальный тепловой пункт муниципального медицинского учреждения. Было выбрано основное оборудование теплового пункта. Подобранное оборудование подходит по всем техническим характеристикам и удовлетворяет все санитарно-гигиенические требования предъявляемые к оборудованию устанавливаемому в медицинских учреждениях. Проведен механический и конструктивный анализ элементов теплового пункта. Была спроектирована опора для теплообменика и произведен ее прочностной расчет.