Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji

PROJEKT

NACZYNIA CIŚNIENIOWEGO

POJEMNOŚCIOWY

WYMIENNIK CIEPŁA

PROWADZĄCY:

dr inż. Wiesław Szadkowski

WYKONAŁA:

Bartłomiej Pająk

COWiG 1

Warszawa, 02 czerwca 2011r

1. Parametry wymiennika ciepła

   Dane do projektu:

• Średnica obliczeniowa D₀= 700 mm,

• Ciśnienie obliczeniowe p₀ = 0,25 MPa,

• Pojemność zbiornika V₀= 0,4 m³,

• Ciśnienie wody grzewczej p_g = 1,6 MPa,

• Temperatura wody grzewczej t_g = 150^oC.

1. Obliczenia dla walczaka

   1. Grubość blachy

• f_min

  

  

  

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

  s = 0,04 mm/rok

  τ=20 lat

  

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,22 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 4mm

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Wymiary blachy i rzeczywista pojemność

• wymiary zbiornika

  

  

  

  

  Zakładam:

  

• rzeczywista pojemność

• 

• 

  

  1. Dennice

     r = D₀*0,17 = 115 mm

     R = D₀*0,9 = 630 mm

• Grubość obliczeniowa = max[e_s,e_y,e_b]

• e_s – wymagana grubość dna ze względu na naprężenia membranowe w centralnej części dna

  

  

  

• e_y – wymagana grubość wyoblenia do uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

  

  β – odczyt z wykresu dla wartości:

  =0,002

  oraz :

  to β= 0,775

  

  

• e_b – grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego

  

  

  

  

  e₀ = max[e_s,e_y,e_b]

  e₀ = max [0,6566; 0,9890; 0,1522]

  e₀ = 0,9890 mm

• odchyłka na korozję c

  c = 0,8 mm

• ujemna odchyłka grubości dennicy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,30 mm

• pocienienie grubości ścianki podczas procesu wytłaczania δ_m

  

• grubość nominalna e_n

  +δ_m

  

  

  Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 4mm

• naddatek e_ex

  

  

1. Obliczenia dla głowicy

   Średnica głowicy D_e

   D_e = 1/3 D₀

   D_e = 1/3*700

   D_e = 233 mm

   Przyjmuję: D_e = 219 mm

   1. Grubość blachy

• f_min

  

  

  

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

  s = 0,04 mm/rok

  τ=20 lat

  

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,30 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 7 mm

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Wymiary blachy

     wymiary zbiornika

     

     

     

     

     Zakładam:

     

     rzeczywista pojemność

     

     

     

  2. Dennica

     r = D_e*0,17 = 37,23 mm

     R = D_e*0,9 = 197,1 mm

• Grubość obliczeniowa = max[e_s,e_y,e_b]

• e_s – wymagana grubość dna ze względu na naprężenia membranowe w centralnej części dna

  

  

  

• e_y – wymagana grubość wyoblenia do uniknięcia osiowo-symetrycznego płynięcia materiału

  

  β – odczyt z wykresu dla wartości:

  =0,0144

  oraz :

  to β= 0,775

  

  

• e_b – grubość wyoblenia dla uniknięcia wyboczenia plastycznego

  

  

  

  

  e₀ = max[e_s,e_y,e_b]

  e₀ = max [1,465; 2,2; 0,1760]

  e₀ = 2,2 mm

• odchyłka na korozję c

  c = 0,8 mm

• ujemna odchyłka grubości dennicy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,30 mm

• pocienienie grubości ścianki podczas procesu wytłaczania δ_m

  

• grubość nominalna e_n

  +δ_m

  

  

  Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 7 mm

• naddatek e_ex

  

  

1. Dobór króćców

   1. Króciec wody sieciowej

      D₁= 76,1 mm

      Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 5,6 mm

      D_1i= 64,9 mm

• f_min

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,50 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Założona grubość ścianki króćca jest dobra.

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Króciec wody instalacyjnej

     D₂= 76,1 mm

     Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 5,6 mm

     D_2i= 64,9 mm

• f_min

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,50 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Założona grubość ścianki króćca jest dobra.

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Króciec cyrkulacyjny

     Założono rurę bez szwu o średnicy zewnętrznej D=26,9 i grubości 4 mm, po przewalcowaniu uzyskano rurę o wymiarach:

     D₃= 25,4 mm

     Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 3,25 mm

     D_3i= 18,9 mm

• f_min

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,30 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Założona grubość ścianki króćca jest dobra

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Króciec manometru

     D₄= 20 mm

     Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 3 mm

     D_4i= 14 mm

• f_min

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,22 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Założona grubość ścianki króćca jest dobra

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Króciec termometru

     D₅= 25 mm

     Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 4 mm

     D_5i= 17 mm

• f_min

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,30 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Założona grubość ścianki króćca jest dobra

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Króciec spustowy

     D₆= 25 mm

     Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 4 mm

     D_6i= 17 mm

• f_min

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,30 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Założona grubość ścianki króćca jest dobra

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

  1. Króciec zaworu bezpieczeństwa

     1. Dobór zaworu bezpieczeństwa

        Na podstawie zadanych parametrów, dobieram membranowy zawór bezpieczeństwa o następujących parametrach:

Zawór	Średnica d0 [mm]	Ciśnienie początku otwarcia [bar]	Moc maks. kotła [kW]	Współczynnik wypływu dla cieczy
				b1=10%
	27	3,0	394	0,36

Obliczenia dla doboru zaworu bezpieczeństwa:

• m

  

  b=2

  A_r – średnica rurki ( d_r = 15mm ) A_r = 0,0001767 mm²,

  p₁- ciśnienie w głowicy,

  p₂ – ciśnienie zbiornika,

  ρ₁ - gęstość wody przy wzroście ciśnienia o Δp= p₁-p_2,.

  

  

• A_p- pole przekroju zaworu bezpieczeństwa

  

  p_z – ciśnienie zrzutu,

  p_n = 0,

  ρ – gęstość wody dla temperatury 70^oC,

  

  

  

  

  Dobrany zawór jest odpowiedni dla tego wymiennika.

  1. Obliczenia króćca zaworu bezpieczeństwa

     D₇= 31,8mm

     Ze względów konstrukcyjnych przyjmuję, e = 3,2 mm

     D_7i= 25,4 mm

• f_min

  

• e₀

  

  

  

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,22 mm

• grubość nominalna e_n

  

  

  

  Założona grubość ścianki króćca jest dobra

• grubość dodatkowa e_ex

  

  

1. Wzmocnienia króćców

   Musi być spełniona następująca nierówność:

   

   1. Wzmocnienia króćca wody sieciowej

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

PRAWDA – brak podkładki

1. Wzmocnienia króćca wody instalacyjnej

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

PRAWDA – brak podkładki

1. Wzmocnienia króćca cyrkulacyjny

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

PRAWDA – brak podkładki

1. Wzmocnienia króćca manometru

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

PRAWDA – brak podkładki

1. Wzmocnienia króćca termometru

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

PRAWDA – brak podkładki

1. Wzmocnienia króćca spustowy

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

PRAWDA – brak podkładki

1. Wzmocnienia króćca zaworu bezpieczeństwa

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

PRAWDA – brak podkładki

1. Wzmocnienia króćca głowicy

• A_fs

  

  

  

  

  

  

  

  

  

• A_fw

  

  

  

• A_fp

  Założono:

  

• A_ps

  

  

  

  

  

  

• A_pb

  

  

  

• A_pφ

  

  

Sprawdzam, czy króciec potrzebuje wzmocnienia:

FAŁSZ – zastosowanie podkładki

Należy zastosować podkładkę o wymiarach:

e_ap = 5 mm

l_p = 55 mm

PRAWDA

1. Ściana sitowa

   1. Dobór kołnierzy dla ściany sitowej

      Kołnierze przyspawane są do końców rury bez szwu walcowanej na gorąco według normy PN-80/H-74219.

      Do rury o średnicy D_e = 219 mm, w który będzie panowało ciśnienie p_g =1,6 MPa, dobieram kołnierz DN 200.

      Parametry kołnierza DN 200 zgodnie z normą PN-ISO 7005-1:1996:

      - średnica zewnętrzna kołnierza D = 340 mm,

      - średnica podziałowa śrub K = 295 mm,

      - średnica otworu pod śruby L = 22 mm,

      - liczba śrub/gwint 12/M20,

      - średnica otworu B = 221,5 mm,

      - grubość kołnierza C = 26 mm .

   2. Obliczenia

      Materiał dla ściany sitowej : stal grupy 1.1 P275N.

      R_p0,2/50 = 264 N/mm²,

      R_p0,2/100 = 245 N/mm²,

      R_p0,2/150 = 226 N/mm²,

      R_m=390-510 N/mm²,

      A5 = 24%.

      Dane do obliczeń:

      P_s – ciśnienie wewnątrz płaszcza zbiornika, P_s = 0,25 Mpa

      P_t – ciśnienie po stronie rurek, P_t = 1,6 Mpa

      δ –odchyłka, δ=0,8 mm

      Założenia do obliczeń:

      p – podziałka, p = 30 mm

      d_t – średnica wewnętrzna rurki, d_t = 15 mm

      e_t – grubość ścianki rurki, e_t = 1,5 mm

      l_tx – długość zgrzewu, l_tx = 10 mm

      G_s(=G_c) – średnia średnica uszczelki ściany sitowej G_s=G_s=

      od strony płaszcza(głowicy)

      D_o-średnica obejmująca ostatni rząd rurek, D_o = 190 mm

      h_g- głębokość rowka pod uszczelkę, h_g = 1 mm

      1. Obliczenia grubości rurek wężownicy

• f – nominalne naprężenia

  

  

  f = 150,6 MN/m²

• pierwsza założona grubość e

  

  

  

  

  Rozważane przypadki obciążeń:

• podczas działania jedynie ciśnienia wewnątrz rurek (P_s=0)

  

  

• podczas działania jedynie ciśnienia wewnątrz płaszcza zbiornika (P_t=0)\

  

  

  1. Obliczenie grubości ściany sitowej

• minimalna grubość e_a

  

  

  

Ze względów technologicznych przyjmuję e = 20 mm

• naddatek na korozje c

  

• ujemna odchyłka grubości blachy δ_e

  δ_e odczytuję z normy dla blach PN-62/H-92200

  δ_e= 0,8 mm

• grubość nominalna e_n

  Założono, że ściana będzie korodowała z dwóch stron

  

  

  

  Przyjmuję e_n = 23 mm

  1. Obliczenia pośrednich współczynników

     1. Stosunki średnic oraz moment M_TS

        

        

        

        M_TS – moment wynikający z ciśnień działających na wieniec poza rurkami

        

        

        

     2. Stosunek średnic K dla ściany sitowej oraz współczynnik F

• K

  

,

• F

  

  v* i - odczyt z tabelki dla wartości:

  

oraz

To: v* = 0,28

Stąd F:

1. Momenty działające na uszczelkę ściany sitowej

• Moment M^* działający na pierścień ściany sitowej poza pęczkiem rur

  M = M_TS

  M = -0,0019 MN

• Moment M_p działający na obrzeże ściany sitowej

  

  Założono, że P_t=0

  

  

• Moment M₀ działający na środek ściany sitowej

  

  Założono, że P_s=0

  

  

• Maksymalny moment zginający działający na ścianę sitową

  

  

  

  1. Naprężenia projektowe w śrubach kołnierz działające na uszczelkę ściany sitowej

• Naprężenia zginające w ścianie sitowej

  Maksymalne naprężenia zginające promieniowe w ścianie sitowej

  

  

  

  Musi być spełniona nierówność:

  

  

  PRAWDA – warunek spełniony

• Naprężenia ścinające w ścianie sitowej

  Maksymalne naprężenia ścinające w ścianie sitowej

  

  

  

  Musi być spełniona nierówność:

  

  

  PRAWDA – warunek spełniony

1. Masa zbiornika

   1. Blachy

• walczak : 2200x800 grubość 4 mm = 55,25 kg

• głowica: 688x510 grubość 7 mm = 19,28 kg

  1. Dennice

• walczak: 40,4 kg

• głowica: 3,5 kg

  1. Rury

• rura D₀=76,1x5,6 L=522mm

  5,084 kg

• rura D₀=26,9x4 L=140mm

  0,3164 kg

• rura D₀=20x3 L=140mm

  0,140 kg

• rura D₀=25x4 L=280mm

  0,5796 kg

• rura D₀=22x3 L=140mm

  0,1974 kg

  1. Kołnierze

• kołnierz DN200 PN16 płaskie typ 01 = 9,25 kg

• 3xkołnierz DN65 PN16 typ płaskie 01 = 8,85 kg

  1. Śruby

• 12xM20 L=55 = 2,16 kg

• 24xM16 L=45 = 2,373 kg

  1. Uszczelki

     0,14 kg

  2. Masa wody

• w zbiorniku m=977,78*0,4 = 391,11 kg

• w wężownicy

  

395,1 kg

1. Ściana sitowa

   14,25 kg

2. Masa nóg

   zakładam 4x10 kg

3. Izolacja

   14,5 kg

4. Farby

   11,6 kg

5. Spawy

   23,2 kg

   SUMA: 630 kg

1. Projekt nóg

   1. Dobór nóg

      Na nogi będzie działać siła F (masę zwiększono dla bezpieczeństwa do 700kg)

      

      

      

      Na nogę przypada ciężar:

      

      Spełniona musi być nierówność:

      

      

      A – przekrój nogi

      

      

      Z normy PN-86/H-93403 dobrano ceownik o wyróżniku oznaczenia 65 i polu przekroju

      A= 903 mm².

      W celu sprawdzenia wytrzymałości spoin należy sprawdzić nierówność:

      

      A’ – pole spawu jednej nogi

      A’ = g* obwód = 4*(65+2*(42+7,5)= 656 m²

      kt’ = 0,6*kr = 0,6*253,3 = 151,98

      

      

      PRAWDA – warunek spełniony

   2. Jako materiał na nogi przyjęto ceownik [80 o długości 531mm .

      Zaprojektowano wzmocnienie z blachy o grubości 4mm przyspawanej do płaszcza zbiornika, a także podstawki pod nogi wykonane z blachy o grubości 4mm.

2. Wzmocnienie wężownicy wykonane z blachy o grubości 3 mm o φ202 z wyciętymi odpowiednio pod rurki wężownicy otworami.

   Zaprojektowano także podstawkę pod wężownicę wykonaną z dwóch ceowników: [50 L=129mm oraz [40 L=50mm. Ceowniki zespawane pod kątem prostym, całość przyspawana do dna zbiornika.

3. Zestawienie wyników

   Wymiary wymiennika ciepła:

długość [m]	szerokość [m]	wysokość [m]
2,042	900	1290

Ciężar :

bez wody [kg]	z wodą [kg]
235	630

Wymiary wężownicy:

długość [m]	szerokość [m]
1266	185

Wymiary ściany sitowej

rozmiar: ϕ 340 grubość: 20 mm otwory: ϕ 16

B lachy:

• dla walczaka: 2200x800 grubość 4 mm

• dla głowicy: 510x688 grubość 7 mm

  Dennice:

Ilość	Dw [mm]	g [mm]	hz [mm]	hc [mm]
1	700	4	176	40
3	219	7	55	20

Króćce – rury bez szwu

Króciec	D [mm]	g [mm]	L [mm]
wody sieciowej	76,1	5,6	174
wody instalacyjnej	76,1	5,6	174
cyrkulacyjny	26,9 (=> 25,4)	4 (=>3,25)	140
manometru	20	3	140
termometru	25	4	140
spustowy	25	4	140
zaworu bezpieczeństwa	31,8	3,2	140

Wzmocnienia:

Tylko dla króćca głowicy: l = 55 mm grubość: 5 mm

Kołnierze:

Kołnierze dla	DN	Dz [mm]	K [mm]	L [mm]	śrub/gwint	średnica otworu kołnierza [mm]	grubość kołnierz [mm]
ściany sitowej	200	340	295	22	12/M20	221,5	26
wody sieciowej i instalacyjnej	65	185	145	18	8/M16	77,5	20