POLITECHNIKA KRAKOWSKA im. T. Kościuszki Wydział Mechaniczny Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych

PROJEKT Z PRZEDMIOTU

WYMIENNIKI CIEPŁA

WYMIENNIK CIEPŁA

WĘŻOWNICA GRZEWCZA NA PŁASZCZU ZBIORNIKA

14E6

1. Dane projektowe

Czynnik ogrzewany	Kwas stearynowy
Przekrój wężownicy	kołowy
Masa czynnika	m [kg]
Temperatura początkowa	t start [°C]
Temperatura końcowa	t target [°C]
Ciśnienie pary w wężownicy	p pary [bar]
Średnica zbiornika	Dz [m]
Wysokość zbiornika	H [m]
Temperatura otoczenia	tot [C]
Współczynnik przewodnictwa cieplnego stali	λstali[W/m·K]

1. Wyznaczenie właściwości fizycznych czynników pary wodnej i kondensatu oraz PCM w temperaturze średniej (ciało stałe) i temperaturze otoczenia (ciecz).

Właściwości pary wodnej dla wartości ciśnienia 3 bar
Ciepło skraplania
Lepkość kinematyczna
Gęstość
Współczynnik przewodnictwa cieplnego
Ciepło właściwe
Temperatura pary
Lepkość dynamiczna
Kondensat
Lepkość kinematyczna
Gęstość
Współczynnik przewodnictwa cieplnego
Ciepło właściwe
Lepkość dynamiczna
Kwas stearynowy
Gęstość
Lepkość kinematyczna
Ciepło parowania
Współczynnik przewodnictwa cieplnego
Ciepło topnienia
Ciepło właściwe
Lepkość dynamiczna

PCM
Gęstość
Lepkość kinematyczna
Współczynnik przewodnictwa cieplnego
Temperatura topnienia
Ciepło właściwe
Lepkość dynamiczna

1. Obliczenie ilości ciepła, jakie musi być dostarczone do czynnika ogrzewanego aby podgrzać go do zadanej temperatury i stopić.

Izolacja – pianka poliureatynowa	giz [m]	0,1
Współczynnik przewodnictwa cieplnego	λiz [W/m·K]	0,023
Czas ogrzewania	Tog [s]	10000

Powierzchnia zbiornika na której znajduję się wężownica

$$A_{1} = Dz \times 3,14 \times 2 \times \frac{H}{2} = 3,925\ m^{2}$$

Ilość ciepła straconego od pary znajdującej się w wężownicy do otoczenia

$$Q_{\text{str}} = \frac{\lambda_{\text{iz}}}{g_{\text{iz}} \times A_{1}} \times \left( t_{\text{pary}} - t_{\text{ot}} \right) = \frac{0,023}{0,1 \times 3,925} \times \left( 133,5 - 20 \right) = 102,57\ W$$

Ilość energii potrzebnej na zaspokojenie strat ciepła do otoczenia

$$E_{\text{str}} = \frac{Q_{\text{str}} \times T_{\text{og}}}{1000} = \frac{102,57 \times 10000}{1000} = 1025,7\ kJ$$

Ilość energii potrzebna na stopienie kwasu

E_top = m × q_kwas = 1450 × 200, 966 = 291401 kJ

Ilość energii potrzebna na podgrzanie ciekłego kwasu do końcowej temperatury

E_ogrz = q_kwas × (t.top_PCM−t start ) × m + (t target−t.top_PCM) × m = 200, 966 × (70−20) × 1450 + (77 − 70)×1450 × 1, 996 = 154747 kJ

Całkowita ilość energii dostarczona w podgrzewaniu kwasu

E = E_str + E_top + E_ogrz = 1025, 7 + 291401 + 154747 = 447173 kJ

1. Obliczenie mocy cieplnej wymiennika jako ilość ciepła dostarczonego do czynnika ogrzewanego w określonym czasie τ.

$$P = \frac{E}{T_{\text{og}}} = \frac{447173}{10000} = 44,7173\ kW$$

1. Dobór rury na wężownice:

Obliczenie masowego natężenia przepływu ${\dot{m}}_{\text{pary}}$ czynnika grzewczego (pary).

Wartość prędkości wlotu pary do wężownicy	wpary [m/s]	30

$${\dot{m}}_{\text{pary}} = \frac{P}{r_{\text{pary}}} = \frac{44,7173}{2164,1} = 0,02066\ kg/s$$

Powierzchnia przekroju rury w wężownicy

$$a_{\text{rury}} = \frac{{\dot{m}}_{\text{pary}}}{\rho_{\text{pary}} \times w_{\text{pary}}} = \frac{0,02066}{1,65084 \times 30} = 0,00042\ m^{2}$$

Promień rurki w wężownicy

$$r_{\text{rury}} = \sqrt{\frac{a_{\text{rury}} \times 2}{3,14}} = \sqrt{\frac{0,00042 \times 2}{3,14}} = 0,0163\ m = 16,3\ mm$$

Dobrana rurka na wężownice ma następujące parametry:

Producent	ITALINOX POLSKA
Rury ciągnione	R04RC
Materiał	Stal nierdzewna 316L szlifowana
Średnica nominalna DN	32
Średnica Dzew.r [mm]	42,16
Grubość s [mm]	2,77
Ciężar grury [kg/m]	2,74
Źródło	http://www.italinox.pl/pdf_pl/rury_ciagn.pdf

Wartość średnicy wewnętrznej rury

D_rury = D_zew.r − 2 × s = 42, 16 − 2 × 2, 77 = 36, 62 mm

Wartość przekroju dobranej rury wężownicy

$$A_{\text{rury}} = \frac{{D_{\text{rury}}}^{2} \times \pi}{8} = \frac{{36,62}^{2} \times 3,14}{8} = 526,35\ \text{mm}^{2}$$

Wartość rzeczywistej prędkości kondensatu:

$$W_{\text{kond}} = \frac{{\dot{m}}_{\text{pary}}}{\rho_{\text{kond}} \times A_{\text{rury}}} = \frac{0,02066}{931,723 \times \frac{526,35}{1000000}} = 0,04172\ m/s$$

Wartość wysokości pokrycia zbiornika wężownicą:

$$H_{\text{wym}} = \frac{2}{3} \times H = \frac{2}{3} \times 1,25 = 0,83\left( 3 \right)\text{\ m}$$

Liczba zwojów na zbiorniku:

$$l_{zwojow} = \frac{H_{\text{wym}}}{D_{\text{zew.r}}} = \frac{0,83\left( 3 \right)}{\frac{42,16}{1000}} = 19,76 \approx 20\ zwojow$$

Wartość całkowitej długości zwojów

L =  l_zwojow × D_z × π

L = 20 × 1, 5 × 3, 14 = 94, 2 m

Wartość masy wężownicy

m_wez = L × g_rury = 94, 2 × 2, 74 = 258, 108 kg

1. Obliczenie współczynnika wnikania ciepła od strony czynnika grzewczego

Założenie: konwekcja wymuszona w wężownicy (kondensacja pary)

Średnica hydrauliczna wężownicy

$$d_{h} = \frac{4 \times A_{\text{rury}}}{L} = \frac{4 \times 0,000526}{2 \times 0,0183 + 3,14 \times 0,0183} = 0,02237\ m$$

Ustalenie typu przepływu pary w wężownicy

$$Re = \frac{d_{h} \times W_{\text{kond}}}{\eta_{\text{kond}}} = \frac{0,02237 \times 0,04172}{0,00000021} = 4152$$

Liczba Reynoldsa zawiera się w przedziale od 2000 do 10000 co oznacza że przepływ jest przejściowy

Wartość współczynnika wnikania ciepła dla pary z równań (źródło plik ch2_4.pdf)

$$Pr = \frac{\eta_{\text{kond}} \times c_{\text{kond}} \times 1000}{\lambda_{\text{kond}}} = \frac{{2,3}^{- 7} \times 4,2735 \times 1000}{0,68567} = 1,3057$$

$$\alpha_{\text{pary}} = 0,024 \times \frac{\lambda_{\text{kond}}}{d_{h}} \times \text{Re}^{0,8} \times \Pr^{0,43} \times \frac{\sqrt{\frac{v}{v_{m}}_{i}} + \sqrt{\frac{v}{v_{m}}_{0}}}{2}$$

$$\frac{v}{v_{m}}_{i} = 1 + \frac{\rho_{\text{kond}} - \rho_{\text{pary}}}{\rho_{\text{pary}}} = 1 + \frac{931,712 - 1,65084}{1,65084} = 564,3863$$

$$\frac{v}{v_{m}}_{o} = 1$$

$$\alpha_{\text{pary}} = 0,024 \times \frac{0,68567}{0,0224} \times 4152^{0,8} \times {1,3057}^{0,43} \times \frac{\sqrt{564,3863} + \sqrt{1}}{2} = 8012,3597\ W/m^{2} K$$

Wartość współczynnika oporu cieplnego pary

$$R_{\text{pary}} = \frac{1}{\alpha_{\text{pary}}} = \frac{1}{8012,3597} = 0,0001248\ m^{2} K/W$$

1. Obliczenie minimalnej wymaganej grubości ścianki

Wartość ciśnienia obliczeniowego

p_obl = p_atm + p_hyd

Wartość ciśnienia atmosferycznego

p_atm = 100000 Pa

Wartość ciśnienia hydrostatycznego

p_hyd = g × H × ρ_PCM = 9, 81 × 1, 25 × 941 = 11539, 01 Pa

p_obl = 100000 + 11539, 01 = 111539, 01 Pa

Wartość grubości ścianki zbiornika

$$g_{0} = \frac{p_{\text{obl}} \times Dz}{2,3 \times k_{r} \times z + p_{\text{obl}}}$$

Wartość naprężenia dopuszczalnego

$$k_{r} = \frac{R_{e}}{x_{e}}$$

Wartość granicy plastyczności stali w temperaturze pracy zbiornika

R_e = 200 × 10⁶ N/m²

x_e = 1, 65

$$k_{r} = \frac{200 \times 10^{6\ }}{1,65}$$

Wartość współczynnika złącza spawanego

z = 1

$$g_{0} = \frac{111539,01 \times 1,5}{2,3 \times \frac{200 \times 10^{6\ }}{1,65} \times 1 + 111539,01} = 0,0005999\ m = 0,6\ mm$$

Wartość grubości rzeczywistej ścianki zbiornika

g_rz = g₀ + c₁ + c₂ + c₃

Wartość naddatków grubości ścianki
Technologiczny naddatek
Eksploatacyjny naddatek
Ze względu na dodatkowe naprężenia

g_rz = 0, 06 + 0, 3 + 1 + 1 = 2, 9 mm

Wartość znormalizowanej grubości ścianki

g_PN = 3 mm = 0, 003 m

Wartość szerokości blachy zbiornika

$$\text{Sz}_{\text{balchy}} = \frac{\text{Dz}}{2} \times 2 \times \pi = \frac{1,5}{2} \times 2 \times 3,14 = 4,71\ m$$

Na postawie poniższych danych należy dobrać blachę

Szerokość blachy Szbalchy [m]	4,71
Długość blachy H [m]	1,25
Grubość blachy gPN [m]	0,003

Według powyższych danych dobieram blachę

Szerokość blachy Szbalchy′ [m]	6
Długość blachy H’ [m]	2
Grubość blachy gPN [m]	0,003
Masa blachy mblachy [kg/m^2]	12

Należy dociąć blachę: z długości 0,75 m na 1,25 m oraz szerokości 1,29 m na 4,71

Masa blachy wynosi:

m_blachy = m_blachy × H × Sz_balchy = 12 × 4, 71 × 1, 25 = 70, 65 kg

Źródło: http://www.investa.pl/oferta/stal_nierdzewna_blachy_zimnowalcowane.html

Norma: PN-81/H-9123

Wartość oporu cieplnego ścianki zbiornika

$$R_{\text{sc}} = \frac{\lambda_{\text{stali}}}{g_{\text{PN}}} = \frac{14,65}{0,003} = 4883,33\ m^{2} K/W\ $$

1. Sprawdzenie wartości temperatury pary wodnej na wlocie do wężownicy

Wartość temperatury ścianki zewnętrznej zbiornika

$$T_{\text{s.zew}} = \left( t_{\text{pary}} + 273 \right) - \frac{P \times 1000}{\alpha_{\text{pary}} \times A_{1}} = \left( 133,5 + 273 \right) - \frac{44,7173 \times 1000}{8012,3597 \times 3,925} = 405,128\ K = 132,128C$$

Wartość temperatury ścianki wewnętrznej zbiornika

$$T_{\text{s.wew}} = T_{\text{s.zew}} - \frac{P \times 1000}{\alpha_{\text{pary}} \times R_{\text{sc}}} = 404,49 - \frac{44,7173 \times 1000}{8012,3597 \times 4883,33} = 402,7951\ K = 129,7951\ C$$

Założenie: konwekcja swobodna w zbiorniku (równania kryterialne)

Wartość współczynnika wnikania ciepła kwasu

$$Gr = \frac{g \times {(\frac{2}{3} \times H)}^{3} \times \beta \times T}{{\text{t.top}_{\text{PCM}}}^{2}}$$

$$\beta = \frac{2}{\text{t\ target} + 273 \times 2 + \text{t.top}_{\text{PCM}}} = \frac{2}{77 + 273 \times 2 + 70} = 0,002886\frac{1}{K}$$

$$T = T_{\text{s.wew}} - \frac{\text{t\ target} + \text{t.top}_{\text{PCM}}}{2} = 130,063 - \frac{77 + 70}{2} = 56,5633607$$

$$Gr = \frac{9,81 \times \left( \frac{2}{3} \times 1,25 \right)^{3} \times 0,002886 \times 56,633607}{70^{2}} = 10519371643$$

$$Pr = \frac{\nu_{\text{PCM}}}{\frac{\lambda_{\text{PCM}}}{\rho_{\text{PCM}} \times c_{\text{PCM}} \times 1000}} = \frac{{9,39 10}^{- 6}}{\frac{0,172}{847 \times 1,996 \times 1000}} = 92,25697674$$

GrPr = 9, 1E + 11

Nu = C × GrPrⁿ

Z warunków na konwekcję swobodną w zbiorniku

C = 0, 135

n = 0, 333

Nu = 0, 135 × GrPr^0, 333 = 1324, 344924

Wartość współczynnika wnikania ciepła dla cieczy

$$\alpha_{\text{cieczy}} = \frac{Nu \times \lambda_{\text{PCM}}}{H} = \frac{1324,344924 \times 0,172}{1,25} = 182,298615\ W/m^{2} K\ $$

Wartość oporu cieplnego dla cieczy

$$R_{\text{cieczy}} = \frac{1}{\alpha_{\text{cieczy}}} = \frac{1}{182,298615} = 0,0054876\ m^{2} K/W$$

Wartość całkowitego oporu cieplnego w zbiorniku

$$k = \frac{1}{R_{\text{cieczy}} + R_{\text{sc}} + R_{\text{pary}}} = 171,926685\ W/m^{2} K\ $$

Wartość temperatury pary wodnej dostarczanej do zbiornika

$$t_{\text{pary}}^{'} = \text{t.top}_{\text{PCM}} + \frac{P}{k \times A_{1}} = 70 + \frac{44717,26}{172,603953 \times 3,925} = 135,7662\ C$$

1. Dobór dennicy górnej zbiornika

Wartość grubości dna tłocznego (,,Zbiornik ciśnieniowy spawany’’ Dudek, Łaczek)

Norma: DIN 28011

$$g_{o}^{w} = \frac{Dz \times p_{\text{obl}} \times y_{w}}{4 \times k_{\text{rd}}}$$

Wartość współczynnika wytrzymałościowego części wypukłej dna

y_w = 3

Wartość naprężenia dopuszczalnego

$$k_{\text{rd}} = \frac{R_{e}}{x_{e}}$$

Wartość granicy plastyczności stali w temperaturze pracy zbiornika

R_e = 200 × 10⁶ N/m²

x_ed = 1, 4

$$k_{\text{rd}} = \frac{200 \times 10^{6\ }}{1,4}$$

$$g_{o}^{w} = \frac{1,5 \times 111539,01 \times 3}{4 \times \frac{200 \times 10^{6\ }}{1,4}} = 0,000878\ m$$

Wartość grubości rzeczywistej ścianki zbiornika

g_rz^w = g_o^w + c₁ + c₂ + c₃

Wartość naddatków grubości ścianki
Technologiczny naddatek
Eksploatacyjny naddatek
Ze względu na dodatkowe naprężenia

g_rz^w = 0, 000878 + 0, 3 + 0 + 1 = 2, 2 mm

Wartość znormalizowanej grubości dna

g_PN^w = 3 mm

Na podstawie grubości dna oraz średnicy zewnętrznej

Rysunek 1. Przekrój dennicy. Źródło: Zbiornik ciśnieniowy spawany - wytyczne projektowania wg UDT.

	hw [m]	0,375
	hc [m]	0,04
Objętość dennicy	Vden [m^3]	0,442
Masa dennicy	mden [kg]	84

Spoina bez podspawania PN-65/M-69014

1. Dobór dolnego dna w kształcie stożka

Wartość grubości dna stożkowego

$$g_{o}^{d} = \frac{Dz \times p_{\text{obl}}}{2 \times k_{\text{rd}} \times \frac{\sqrt{2}}{2}} = \frac{1,5 \times 111539,01}{2 \times \frac{200 \times 10^{6\ }}{1,4} \times \frac{\sqrt{2}}{2}} = 0,000828\ m$$

Wartość grubości rzeczywistej ścianki zbiornika

g_rz^d = g_o^d + c₁ + c₂ + c₃

Wartość naddatków grubości ścianki
Technologiczny naddatek
Eksploatacyjny naddatek
Ze względu na dodatkowe naprężenia

g_rz^d = 0, 000828 + 0, 3 + 1 + 1 = 3, 2 mm

Wartość znormalizowanej grubości dna

g_PN^d = 4 mm

Wartość wysokości dna stożkowego

H_dna = 0, 5 × Dz = 0, 5 × 1, 5 = 0, 75 m

Wartość objętości dolnej dennicy stożkowej

$$V_{\text{dna}} = \frac{3,14 \times \text{Dz}^{2} \times H_{\text{dna}}}{3 \times 4} = \frac{3,14 \times {1,5}^{2} \times 0,75}{12} = 0,442\ m^{3}$$

Ze strony producenta http://www.italinox.pl/produkty/dennice zamawiam dennice o następujących wymiarach:

Rysunek 2. Przekrój dennicy stożkowej. Źródło www. ITALINOX.pl.

D [m]	1,5
H [m]	0,75
s [m]	0,004
d [m]	0,05
h [m]	0,01
r [m]	0,01
Vdna [m^3]	0,442
Masa [kg]	70

Spoina bez podspawania PN-65/M-69014

1. Całkowita objętość zbiornika

$$V_{cal} = V_{\text{dna}} + V_{\text{den}} + H \times \pi \times \frac{\text{Dwew}^{2}}{4} = 0,442 + 0,442 + 1,25 \times 3,14 \times \frac{{1,494}^{2}}{4} = 3,07\ m^{3}\ $$

1. Dobór otworów nasypowego i wylotowego z warunków na napełnianie i opróżnianie oraz aparatury. Obliczenia wytrzymałościowe

Wartość średnicy otworu nasypowego

d_nas = 0, 2 × Dz = 0, 2 × 1, 5 = 0, 3 m

Dobierano króciec nasypowy firmy TASTA Armatura Sp. z o.o.:

Rysunek 3. Kołnierz szyjkowy DN 300. Źródło: tasta.com.pl

Wartość średnicy otworu wylotowego

$$d_{\text{wyl}} = \sqrt{\frac{a \times A_{\text{wyl}}}{3,14}}$$

Wartość powierzchni przekroju otworu wylotowego

$$A_{\text{wyl}} = \frac{{\dot{V}}_{\text{wyl}}}{w_{\text{wyl}}}$$

Wartość strumienia objętościowego wypływającego kwasu

$${\dot{V}}_{\text{wyl}} = \frac{V_{\text{wyl}}}{t_{\text{wyl}}}$$

Objętość kwasu w zbiorniku

$$V_{\text{wyl}} = \frac{m}{\rho_{\text{PCM}}} = \frac{1450}{847} = 1,711924\ m^{3}$$

Założenia

t_wyl = 300 s

w_wyl = 3 m/s

$${\dot{V}}_{\text{wyl}} = \frac{1,711924}{300} = 0,005706\ m^{3}/s$$

$$A_{\text{wyl}} = \frac{0,005706}{3} = 0,001902\ m^{2}$$

$$d_{\text{wyl}} = \sqrt{\frac{4 \times 0,001902}{3,14}} = 0,049225\ m$$

Znormalizowana średnica otworu wylotowego

d_wyl = 0, 05 m

Dobierano króciec wylotowy firmy TASTA Armatura Sp. z o.o.:

Rysunek 4. Kołnierz szyjkowy DN 50. Źródło: tasta.com.pl

Dobrano króćce firmy TASTA Armatura Sp. z o.o. na aparaturę pomiarowa w ilości 5 sztuk, jeden umieszczony na dennicy stożkowej, pozostałe 4 sztuki na górnej dennicy elipsoidalnej:

Rysunek 5. Kołnierz szyjkowy DN 25. Źródło: tasta.com.pl

Dla wężownicy wymiennika dobrano 2 sztuki króćca wlotowy i wylotowy firmy TASTA Armatura Sp. z o.o.:

Rysunek 6. Kołnierz szyjkowy DN 32. Źródło: tasta.com.pl

Na krócieć rewizyjny dobrano kołnierze firmy TASTA Armatura Sp. z o.o.

Rysunek 7. Kołnierz szyjkowy DN 400.. Źródło: tasta.com.pl

Obliczenia dotyczące wzmocnień otworów wyciętych pod króćce i właz:

Zestawienie wielkości koniecznych do obliczenia minimalnej średnicy nie wymagającej wzmocnienia:

P_o[Pa] 108873,4783

D_w[m] 1,494

g_rz[m] 0,002989

C₂ [m] 0,001

k_f[Pa] 143000000

a 1

Obliczenie współczynnika wytrzymałości dla powłoki osłabionej:

$$z_{r} = \frac{P_{o}(D_{w} + g_{\text{rz}} - C_{2})}{\frac{2,3}{a}k_{f}(g_{\text{rz}} - C_{2})}$$

$$z_{r} = \frac{108873,4783(1,494 + 0,002989 - 0,001)}{\frac{2,3}{1}143000000(0,002989 - 0,001)} = 0,248972765$$

Obliczenie najmniejszej średnicy wymagającej wzmocnienia:

d₃ = 0,2[m]

d₂ = 0, 35 * D_z =  0,525[m]

$d_{1} = 0,81\sqrt[3]{D_{w}\left( g_{\text{rz}} - C_{2} \right)\left( 1 - z_{r} \right)}$=$0,81\sqrt[3]{1,494\left( 0,002989 - 0,001 \right)\left( 1 - 0,248972765 \right)}$

d₁ = 0, 105851912[m]

d_min = d₁ = 105, 85 [mm]

Minimalna średnica nie wymagająca wzmocnienia wynosi 105,85 mm.

Wzmocnienia wymaga króciec nasypowy i rewizyjny

Źródło: Zbiornik ciśnieniowy spawany - wytyczne projektowania wg UDT

Obliczenie średnicy i grubości wzmocnienia dla króćca rewizyjnego i nasypowego:

Obliczeniowa grubość ścianki:

$${g_{o}}^{k} = \frac{D_{z}P_{o}y_{k}}{4k}$$

g_o^k = g₀ = 0, 0032 [m]

grubość wzmocnienia:

g_wz = 0, 0040

średnica wzmocnienia króćca rewizyjnego:

F_str = (D_zw − (d_z+2C₂))* g₀ = 0, 00125056[m]

$$D_{\text{wz}} = \frac{F_{\text{str}}}{g_{\text{wz}}} + \frac{d_{z} + 2}{1000} = \frac{0,00125056}{0,0040} + \frac{406,4 + 2}{1000} = 0,72104\ \lbrack m\rbrack$$

średnica wzmocnienia króćca nasypowego:

F_str = (D_zw − (d_z+2C₂))* g₀ = 0, 00098656[m]

$$D_{\text{wz}} = \frac{F_{\text{str}}}{g_{\text{wz}}} + \frac{d_{z} + 2}{1000} = \frac{0,00098656}{0,0040} + \frac{323,9 + 2}{1000} = 0,65504\ \lbrack m\rbrack$$

Rysunek 8. Przekrój wzmocnienia. Źródło: Zbiornik ciśnieniowy spawany - wytyczne projektowania wg UDT.

Źródło: Zbiornik ciśnieniowy spawany - wytyczne projektowania wg UDT

Na postawie dobranych króćców zamawiam na wymiar rury kotłowe od producenta http://www.euro-tubes.pl/index.php?page=153 wg normy PN-87/H-74728 i PN-85/H-74252

Przeznaczenie rury kotłowej	DN	Grubość [mm]	Długość [mm]	Ilość
Króciec nasypowy	300	7,1	100	1
Króciec wylotowy	50	2,9	100	1
Aparatura pomiarowa	25	2,6	100	5
Wężownica	32	2,6	100	2
Króciec rewizyjny	400	7,1	100	1

1. Obliczenie całkowitej masy własnej i eksploatacyjnej zbiornika

PCM	1450 kg
Blacha	70,65 kg
Króćce(razem z rurami):
- rewizyjny	22 kg
- aparatura(suma)	3,35 kg
- wężownica(wlot i wylot)	1,88 kg
- zasypowy	15 kg
- opróżniający	1,34 kg
Wężownica	258,108 kg
Dno górne	84 kg
Dno dolne	70 kg
Masa całkowita [kg](powiększona o 10%)	2173,96 kg
Masa własna	723,96 kg

1. Obliczenia naprężeń zbiornika i sprawdzenie wytrzymałościowe.

Naprężenia obwodowe wynoszą:

p_o = 111539, 01[Pa]

D_w = 1, 494 [m]

g_rz = 0, 0029

$$\sigma_{1} = \frac{P_{o}*D_{w}}{2*g_{\text{rz}}}$$

$$\sigma_{1} = \frac{111539,01*1,494}{2*0,0029} = 28730910,51\left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack$$

Naprężenia wzdłużne:

$$\sigma_{2} = \frac{P_{o}*D_{w}}{4*g_{\text{rz}}}$$

$$\sigma_{2} = \frac{111539,01*1,494}{4*0,0022} = 37872563,85\ \left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack$$

Obliczenie naprężeń zastępczych i porównanie z naprężeniami dopuszczalnymi:

$$\sigma = \sqrt{\sigma_{1} + \sigma_{2} - (\sigma_{1}*\sigma_{2})} = 34229856,39\left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack$$

$$k_{f} = 121212121,2\left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack$$

σ < k_f

1. Dobór podpór i uszczelek

Dobór podpór zgodnie z DIN-28021 według normy UDT

Masa robocza zbiornka: 2173,96 [kg]

Nogi podporowe aparatów wg BN-62/2212-01

Gmax [kg]	Rurda poz. dz x g [mm]	Krążek poz. 2 i 3 dz x g [mm]	Liczba nóg	Pmin [MPa]	Hmax [mm]
2500	88,9 x 3,6	200 x 6	4	0,25	3700

Dz [mm]	Dp [mm]	a [mm]
1500	1080	765

Rysunek 9. Przekrój i rozmieszczenie podpór.

Na postawie książki ,,Zbiornik ciśnieniowy spawany’’ dobieram kołnierz zaślepiający o wymiarach:

Rysunek 10. Przekrój uszczelki

Oraz uszczelki:

Rysunek 11. Wymiary dobranych uszczelek