moje do oddania, OBLICZENIE GŁÓWNYCH WYMIARÓW ZBIORNIKA


Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

0x08 graphic
Podstawy konstrukcji mechanicznych

Pojemnościowy wymiennik ciepła.

Wykonała:

Anna Płocka COWiG 3

I. Parametry wymiennika.

II. Obliczenia wymiennika:

  1. Obliczanie wymiarów głównych zbiornika

  2. Obliczenia wymiarów blachy na zbiornik.

  3. Obliczenia grubości blachy zbiornika.

  1. Obliczenia grubości ścianki dennicy zbiornika.

  1. Obliczenia grubości ścianki głowicy.

  1. Obliczenia grubości ścianki dennicy głowicy.

  1. Dobór kołnierza ściany sitowej.

  1. Dobór króćców.

III. Wzmocnienia otworów.

IV. Obliczenia ściany sitowej.

PARAMETRY WYMIENNIKA

- ciśnienie obliczeniowe dla zbiornika 0x01 graphic

- ciśnienie obliczeniowe dla głowicy 0x01 graphic

- pojemność całkowita zbiornika Vc=2,0 [m3]

- średnica wewnętrzna zbiornika Ddi=1100 [mm]

- temperatura obliczeniowa dla zbiornika 0x01 graphic

- temperatura obliczeniowa dla głowicy 0x01 graphic

- okres eksploatacji wymiennika 0x01 graphic

OBLICZANIE GŁÓWNYCH WYMIARÓW ZBIORNIKA

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x08 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

L=1,8

L0=3,5~3,46

OBLICZENIE GRUBOŚCI ŚCIANEK PŁASZCZA ZBIORNIKA - Stal P275N.

Rp0,250=264N/mm2, Rp0,2100=245N/mm2, Rm=390-510 N/mm2,

Dla temp. 80oC Rp=252,6 N/mm2

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

ujemna odchyłka grubości blachy ( z normy dla blach) δe=0,4 mm,

Grubość nominalna

en>e+c+ δe=3,24+0,8+0,4=4,44 mm.

en=4,5

eex=4,5-4,44=0,06 mm

OBLICZENIA GRUBOŚCIA DENNICY PŁASZCZA ZBIORNIKA

es - wymagana grubość dna ze względu na naprężenia membranowe w centralnej części dna.

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

e y - wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału.

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

eb - pożądana grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego.

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

ujemna odchyłka grubości dennicy ( z normy dla blachy o grubości 6 mm) δe=0,6 mm,

Pocienienie grubości ścianki podczas procesu wytłaczania dna przyjęto w wielkości:

δm= 0,1*emin=0,1*(7-0,7)=0,63 mm

Grubość nominalna

en>e+c+ δe+ δm =2,91 +0,8+0,63+0, 6=5,04mm.

Nadwyżka ekstra grubości:

eex=7-5,04=1,96 mm

Przyjęto en=7,0 mm

Obliczenie grubości ścianki płaszcza głowicy:

średnica zewnętrzna głowicy zbiornika De=356 mm,

z=0,7,

materiał płaszcza głowicy wykonanej z rury bez szwu: stal grupy 1.1 nr1.0345, -P235GH

Rp0,2100=190N/mm2, Rp0,2150=180N/mm2, Rp0,2110=188 N/mm2,

Rm=360 N/mm2,

A5=25%

Minimalna praca łamania w temperaturze 0˚C ( udarność)=40J

maksymalna temperatura głowicy wyniesie Td = +110˚C, dla tej temperatury

0x01 graphic

fd =min(112,8; 135)

0x01 graphic
0x01 graphic

Ze względów technologicznych( spawanie kołnierza o dużej grubości) przyjęto rurę bez szwu w/g PN-80/H-74219 o grubości en=10 mm.

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

dodatnia i ujemna odchyłka grubości y ( z normy dla rur) wynosi +/-15% grubości nominalnej to znaczy δe=1,5 mm,

Grubość nominalna:

en>e+c+ δe=1,81 +0,8+1,5=4,02 mm.

Przyjęto en=10 mm

Nadwyżka ekstra grubości: eex=10-4,01=5,89 mm

Obliczenie grubości dennicy głowicy zbiornika:

R=0,9*Di=0,9*336=302 mm

es - wymagana grubość dna ze względu na naprężenia membranowe w centralnej części dna.

0x01 graphic

ey=wymagana grubość wyoblenia dla uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

eb - pożądana grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego.

0x01 graphic
r/Di=0,17

0x01 graphic

Gdzie fb - naprężenia projektowe dla wyboczenia:

0x01 graphic
fb=241/1,5=160,66 MN/m2

przyjęto największą wartość: ey=1,534 mm

odchyłka na korozję c=s*τ=20*0,04=0,8 mm,

ujemna odchyłka grubości dennicy (dla blachy o grubości 4,5 mm) δe=0,4 mm,

Pocienienie grubości ścianki podczas procesu wytłaczania dna przyjęto w wielkości:

δm= 0,1*emin=0,1*(4,5-0,4)=0,41 mm

Grubość nominalna:

en>e+c+ δe+ δm =1,44 +0,8+0,5+0,41=3,15mm.

Nadwyżka ekstra grubości:

eex=4,5-3,15=1,35 mm

Przyjęto en=4,5 mm

Dobór króćców

Przyjęto według PN-ISO 7005-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany)

  1. średnica króćca wody grzejnej

DN=100 mm

Dzew=220 mm,

średnica podziałowa śrub K=180 mm

Średnica otworów pod śruby L=18 mm,

Przyjęto 8 śrub M16

Średnica zewnętrzna rury A=114 mm,

Średnica otworu kołnierza B1=116 mm,

Grubość kołnierza C1=22 mm.

Liczba śrub = 8 stal 4.8 Re=320 MN/m2

Gwint M16

  1. średnica króćca wody ciepłej

DN=100 mm

z normy na kołnierze znalazłam średnicę rury

Przyjęto według PN-ISO 7005-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany)

Dzew=210 mm,

średnica podziałowa śrub K=170 mm

Średnica otworów pod śruby L=18 mm,

Przyjęto 4 śruby M16

Średnica zewnętrzna rury A=114 mm,

Średnica otworu kołnierza B1=116 mm,

Grubość kołnierza C1=18 mm.

Liczba śrub = 4 stal 4.8 Re=320 MN/m2

Gwint M16

  1. średnica króćca zaworu bezpieczeństwa

DN=20mm

Dzew=90 mm,

Średnica zewnętrzna rury A=26,9 mm,

Średnica otworu kołnierza B1=27,5 mm

Grubość kołnierza C1=14mm.

  1. średnica króćca termometru

M20x1,5

Przyjęto według PN-ISO 7005-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany)

Dzew=90 mm,

Średnica zewnętrzna rury A=26,9 mm,

  1. średnica króćca manometru

M20x1,5

Przyjęto według PN-ISO 7005-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany)

Dzew=90 mm,

Średnica zewnętrzna rury A=26,9 mm,

  1. średnica króćca cyrkulacyjnego

2'' DN50

Dzew=140mm

Średnica zewnętrzna rury DAe=60,3 mm,

  1. średnica króćca spustowego

DN=25mm

Przyjęto według PN-ISO 7005-1 kołnierz typu 01(płaski, spawany)

Dzew=100 mm,

Średnica zewnętrzna rury A=33,7 mm,

WZMOCNIENIA OTWORÓW

Obliczenia pokazane na przykładzie:

1. Króciec wody grzejnej

en=4,5mm - grubość płaszcza walczaka

c=0,8mm - odchyłka na korozję

Demin=DAi-15%en=113,3mm

Demax=DAi+15%en=115mm

0x01 graphic

0x01 graphic

ujemna odchyłka grubości δe=0,125*4,5=0,5625 mm

eex=en-e-c- δe

eex=4,5-0,41-0,8-0,5625=2,73 mm

eb=eex=2,73 mm

eab=eex+e = 2,73+0,41=3,14 mm

Szerokość pola biorącego udział we wzmocnieniu wynosi:

0x01 graphic

Przyjęto lso=60 mm

Długość króćca wspawanego, biorącego udział we wzmocnieniu (od strony zewnętrznej):

0x01 graphic

a dł. króćca od strony wewnętrznej

0x01 graphic

di= 113-2*4,5=104,3mm

Sprawdzenie stosunków grubości

2ri=2*550+33=1103,3mm

0x01 graphic
dla tego stosunku średnic, stosunki grubości nie mogą przekraczać 2 : 0x01 graphic
warunek spełniony

dla tego samego stosunku średnic z wykr. 9.4-15 stosunek grubości dla produkcji: 0x01 graphic
warunek spełniony.

Ogólne równanie wzmocnienia

0x01 graphic

W I podejściu nie uwzględniamy wzmocnienia - Afp=0. Również człon A=0, bo króciec prostopadły do powłoki.

fob= min(fs; fb) = min(146,2;119,76) =119,76 MN/m2

fop= min(fs; fp) = 112,8 MN/m2 dla głowicy

dla powłoki walcowej

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Równanie jest spełnione - otwór nie wymaga dodatkowego wzmocnienia.

0x01 graphic

Obliczenia dla kolejnych króćców wykonano analogicznie i przedstawiono w tabeli


 Króciec

De

Demin

Demax

e

eex=eb

eab

lbo

di

di/2ri

eb/eas

lb1

 wody grzejnej

114

113

116

0,58

7,37

7,95

7,70

53

27,8

92,5

363,7

 Wody ciepłej

114

113

115

0,41

2,73

3,14

17,4

104,3

0,095

0,827

8,686

 Zaworu bezpieczeństwa

26,9

26

28

0,10

3,04

3,14

8,4

17,2

0,016

0,921

4,197

 termometru

26,9

26

28

0,10

3,04

3,14

8,4

17,2

0,016

0,921

4,197

 manometru

26,9

26

28

0,10

3,04

3,14

8,4

17,2

0,016

0,921

4,197

 cyrkulacyjny

60,3

60

61

0,22

2,92

3,14

12,9

50,6

0,046

0,885

6,434

 spustowy

33,7

33

34

0,12

3,01

3,14

9,5

24,0

0,022

0,914

4,756

Dla wody grzejnej

eab=3,3 eab=7,95

lob=60 lob=27,8

2*ri=1103,3 2*ri=363,7

0x08 graphic
0x08 graphic

 Króciec

Afs

Afw

Afb

a

As

Aps

Apb

lewa

prawa

Pmax

wody grzejnej

407,641

59,321

364,371

46,250

17881,356

18237,573

1643,470

110673,672

11928,626

4,62

Wody ciepłej

198,000

10,890

80,104

52,163

61823,970

61996,106

1078,282

39830,022

37844,633

0,63

Zaworu bezpieczeństwa

198,000

10,890

48,297

8,613

37819,210

37847,631

100,718

36116,238

22769,009

0,95

termometru

198,000

10,890

48,297

8,613

37819,210

37847,631

100,718

36116,238

22769,009

0,95

manometru

198,000

10,890

48,297

8,613

37819,210

37847,631

100,718

36116,238

22769,009

0,95

cyrkulacyjny

198,000

10,890

65,999

25,313

47024,250

47107,781

409,250

38183,097

28510,219

0,81

spustowy

198,000

10,890

52,966

12,013

39693,290

39732,931

153,904

36661,384

23932,101

0,92

ris2=551,2

dla wody grzejnej ris2=180,3


OTWÓR w DENNICY DLA GŁOWICY

De=355,6mm; odchyłka średnicy +1,5%;

Demax=360,9 mm

Demin=350,2 mm

Odchyłka grubości ścianki -15%

Grubość ścianki e=10,0 mm; δe=1,5 mm

Naddatek na korozje i erozję c=0,8 mm

Przyjęto materiał rury L235GA:

Re=235 MN/m2 Rp0.270=199,6 MN/m2 Rm=360 MN/m2; A=23%

f=112,8MN/m2

grubość ścianki rury

0x01 graphic

eex=10-1,366-0,8-1,5=6,334 przyjęto 6,33 mm

Dla dennicy : en=7 mm; c=0,8mm; δe=0,7mm; δm=0,63mm; e=2,91 mm

eex=7-0,8-0,7-0,63-2,91=1,96mm

eas=e+eex=2,91+,96=4,87 mm

materiał jak dla płaszcza: P275N Re=275 Rp0.270=256,4

f=min (153,8; 146,2) = 146,2 MN/m2

W dennicy wykonujemy tylko jeden otwór - otwór można traktować jako pojedynczy.

Dla dna eliptycznego : 0x01 graphic

Przyjęto lso=98 mm.

Z wykonanego w skali rysunku otrzymano wielkość kąta φ=11o

0x01 graphic

kąt φ<arc sin(1-δ) φ<56,49o - warunek jest spełniony

Ponieważ króciec nie jest wspawany prostopadle do powierzchni powłoki, ale równolegle do osi, należy w obliczeniach uwzględnić:

Wymiar 0x01 graphic
(rzut połowy średnicy na styczną do powłoki), oraz powierzchnię 0x01 graphic

0x01 graphic

di=360,9-2*10=240,9 ri=2*ris+eas=2*0,9*1100+4,87=1984,9mm

Dla di/2ri = 0,8587 eb=eex=1,3006 eb/eas0x01 graphic
2 i 7,7/4,87<2

warunek spełniony

eab=eex+e=6,33+1,366=7,7 mm

długości króćców do obliczeń wzmocnienia:

0x01 graphic

lbi=0,5*lbo=23,33mm Afs=76*4,87=477,26 mm2 Afb=(lbi+eas+lbo)*eab=364,64

Afw=2*(4,872/2)=23,71

Promień powłoki ri=0,9*Di+eas=0,9*1100+4,87=994,87

Pole przekroju takiej powłoki ma pole 0x01 graphic

obwód 0x01 graphic

Wycinek takiego koła o długości a+lso=276,38mm ma przekrój

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

z ogólnego wzoru na wzmocnienie sprawdzamy:

(Afs+Afw)(fs-0,5P)+Afp*(fp-0,5P)+Afb(fob-0,5P)0x01 graphic
P(Aps+Apb+0,5*Apφ)

(477,26+23,71)(112.8-0.3)+Afp(fp-0,5p)+364,64(112,8-0,3)

0x01 graphic
0,6(137479,7+8627,8+0,5*11919,4)

97381,64+Afp(fp-0,3)0x01 graphic
91240,3

Afp=0

Warunek spełniony

ŚCIANA SITOWA

Stal 1.1 P275N

t=1300C

Rp02130=233,6 N/mm2

0x01 graphic
0x01 graphic

Przymuję dla ciśnienia 0,8 MPa według PN-ISO 7005-1 kołnierz:

Średnica nominalna: DN = 350 mm

0x08 graphic
Średnica zewnętrzna: D = 505 mm

Średnica podziałowa śrub: K = 460 mm

Średnica otworów pod śruby: L = 22 mm

Średnica otworu kołnierza: B1 =359,5 mm

Grubość kołnierza: C1 = 28 mm

Założono średnicę

0x01 graphic
0x01 graphic

p = 30mm p - podziałka,

dt = 20mm dt - średnica rurki

Digłowicy = 356mmm ,

ro = 4 *35 = 140 mm

Do = 2ro + dt

Do = 2 * 140 +20 = 300mm

założona średnica D0=300m

Dla przypadku, kiedy występuje ciśnienie wody zarówno w sieci jak i w instalacji wodociągowej grubość ściany sitowej można policzyć z następującej zależności:

0x01 graphic
0x01 graphic

Dla przypadku, kiedy ciśnienie wody wodociągowej spadnie do zera P­­s = 0

0x01 graphic

Założono, że rurki wężownicy będą wykonane z rury stalowej o średnicy zewnętrznej dt=21,3 mm wg PN-74/H-74209. Minimalna grubość ściany sitowej

ea ≥ 0,75 * dt

ea ≥ 15 mm.

Ze względów technologicznych założono minimalną grubość ściany sitowej wykonanej z blachy wg PN-80/H-92200 i przyjęto

e = 23 mm.

odchyłka na korozję 0x01 graphic

dodatnia i ujemna odchyłka grubości y wynosi +0,3/-0,8 mm grubości nominalnej to znaczy

δe = -0,8mm

Grubość nominalna:

Założono, że ścianka będzie korodowała z obydwu stron.

0x01 graphic

Przyjęto 0x01 graphic

Uszczelki:

Założono: Gs = Gc = 360 + 25 = 385mm

(Do - średnica tej części ściany sitowej, w której wykonane są otwory rurki, średnica okręgu opisanego na części perforowanej ściany sitowej).

Do = 300 mm

Stosunki średnic ρs, ρc oraz momenty MTS

ρs = Gs / Do = 385 / 300 = 1,28

ρc = Gc / Do = 385 / 300 = 1,28

Gs - średnia średnica uszczelki ściany sitowej od strony płaszcza,

Gc - średnia średnica uszczelki ściany sitowej od strony głowicy.

Moment wynikający z ciśnień Ps oraz Pt działający na wieniec poza rurkami

0x01 graphic

Dla ciśnienia w płaszczu Ps = 0

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
dla ściany sitowej

Założono, że:

Lt,x = 10mm, ściana sitowa i rurki wykonane są z materiałów o takich samych własnościach wytrzymałościowych Et = E, ft = f ( dla uproszczenia obliczeń ).

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
.

0x01 graphic

Do dalszych obliczeń przyjęto:

d* = 19,3 mm.

Jeżeli jest to tylko jedno pole bez otworów na rurki na średnicy ściany sitowej o szerokości UL.

0x01 graphic

UL ≤ 4 * p

UL ≤ 4 *35 = 140 mm

UL ≥ 2 * rgmin

rgmin - minimalny promień gięcia rury.

rgmin =2 * dt = 2* 20 = 40mm

UL ≥ 2 * 10 = 40mm

Założono UL = 40 mm

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

Wartości efektywnych współczynników sprężystości E*/E oraz ν* w funkcji μ* dla różnych wartości stosunku e/p podane są w nomogramie dla rozmieszczenia rurek w wierzchołkach kwadratu.

Dla μ* = 0,48 i e/p = 0,66 mamy E*/E = 0,57 oraz ν* = 0,27.

K = A / Do = 505 / 300 = 1,683

0x01 graphic

Moment M* działający na pierścień ściany sitowej poza pęczkiem rur.

0x01 graphic

ponieważ Gs = Gc to M* = MTS

M* = MTS.

Moment Mp działający na obrzeże ściany sitowej

0x01 graphic

przy założeniu, że ciśnienie w głowicy Pt = 0

0x01 graphic

Moment Mo działający na środek ściany sitowej

0x01 graphic

Dla ciśnienia w sieci wodociągowej: Ps = 0

. 0x01 graphic

Maksymalny moment zginający działający na ścianę sitową

0x01 graphic

M = 0,00581

Naprężenia zginające w ścianie sitowej.

Maksymalne naprężenia zginające promieniowe w ścianie sitowej.

0x01 graphic

hg - głębokość rowka pod uszczelkę, założono że hg = 0.

0x01 graphic

Dla wszystkich rozpatrywanych przypadków naprężenia zginające nie mogą przekraczać wartości 2*f.

0x01 graphic

2*155,73 MN/m2 = 311, 46 MN/m2

0x01 graphic
Warunek jest spełniony.

Naprężenia ścinające w ścianie sitowej.

Maksymalne naprężenia ścinające w ścianie sitowej:

0x01 graphic

0x01 graphic

Dla wszystkich rozpatrywanych przypadków maksymalne naprężenia ścinające w ścianie sitowej nie mogą być większe od wartości 0,8*f.

0x01 graphic

0x01 graphic
.

0x01 graphic

Warunek jest spełniony.

19

L

L0

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka