Проектирование вакуум-аппарата

         

 (3.1.5) 

    

,

    Принимаем F_к=215 м². 

    3.2 Расчет элементов паровой камеры на прочность:

    Толщина стенки обечайки паровой камеры, работающей под внутренним давлением, см [6]:

                        

,  (3.2.1)

                            

, (3.2.2)

    где p – расчетное давление, p=0,395 МПа,

    D – наружный диаметр обечайки паровой камеры, D=343,4 см,

    φ_р – коэффициент прочности сварного шва, φ_р=0,9 [6],

    [σ] – допустимое напряжение при расчетной температуре стенки паровой камеры 143 ºС,

      [6],

    С=С₁=0,2 см - прибавка на коррозию [6].

    

     ,

    

    

    Рис. 3.1 К расчету элементов паровой камеры на прочность

    Принимаем толщину стенки наружной обечайки паровой  камеры

    S=0,8 см

    Допускаемое внутреннее избыточное давление, МПа [6]:

                         

, (3.2.3)

    

,

    

    

    Производим  проверочный расчет обечайки паровой  камеры при пробном давлении, чтобы  напряжение не превышало предела  текучести углеродистой стали [6]:

                           

,  (3.2.4)

                     откуда

, (3.2.5)

    P_проб=0,53 МПа,

    

,

    Номинальное допускаемое напряжение [7]:

                                 

,  (3.2.6)

     – минимальное значение предела текучести при t=+20ºC,

     , [8]

    n_T=1,1 [7]

     , что больше фактического 127 МПа.

    Толщина стенки обечайки циркуляционной трубы, работающей под наружным давлением, см [7]:

                      

 (3.2.7)

    где D – внутренний диаметр циркуляционной трубы D=80,8 см,

    p – расчетное давление в камере,

    Коэффициент K_г определяем по номограмме [7], определив предварительно коэффициент [7]:

                            

; (3.2.8)

    П_у – коэффициент запаса устойчивости,

    П_у=2,4 – для рабочих условий [7],

    

    E – модуль продольной упругости при расчетной температуре:

     [7];

    

;

                                  

,  (3.2.9)

    где l – расчетная длина обечайки, l=122,7 см,

    

;

    

, [7]

    

;

    

;

    

,

    Принимаем толщину стенки циркуляционной трубы: .

    Допускаемое наружное давление, МПа [7]:

                              

, (3.2.10)

    где допускаемое давление из условия  прочности, МПа [6]:

                            

; (3.2.11)

    

,

    а допускаемое давление из условия  устойчивости в пределах  
упругости, МПа [6]:

            

, (3.2.12)

            

     ,

                  где

; (3.2.13)

    

;

     ,

    

;

    

 

    3.3 Расчет трубной решетки:

    α – коэффициент перфорации трубной решетки по внутреннему диаметру труб [6]:

                            

, (3.3.1)

    где i – количество труб, i=514;

    α_T – коэффициент линейного расширения труб, α_T=10,2 см [6];

    a₁ – расстояние от оси наиболее уделенной трубы до оси аппарата, a₁=160,2 см;

    S_T – толщина стенок труб, S_T=0,35 см;

    

.

    α_p – расчетный коэффициент перфорации [6]:

                            

, (3.3.2)

    где S_пр=δ – высота сварного шва в месте приварки трубы к решетке, S_пр=0,3 см;

    

    S_р – расчетная толщина трубной решетки, S_р=1,6 см;

    

.

    ψ_р – коэффициент жесткости трубных решеток [6]:

                           

, (3.3.3)

    где ψ₀ – коэффициент прочности решетки, ψ₀=0,25 [6];

    α₀ – диаметр отверстий в решетке, α₀=10,3 см;

    

.

    Цилиндрическая  жесткость трубных решеток, МН·м [6]:

                            

,  (3.3.4)

 где E_р – модуль упругости материала решетки, E_р=1,86 МПа;

    

.

    Определяем  основные характеристики жесткости  и упругости элементов паровой  камеры.

    Модуль  упругости основания (система труб), МН/м³ [6]:

                            

 (3.3.5)

    где ,

    L – расстояние между трубными решетками, см;

    E_T – модуль упругости материала труб, E_Т=1,86 МПа;

    S_T – толщина стенок кожуха и труб, S_T=0,35см;

    

    

    Девиационный коэффициент основания [6]:

                            

, (3.3.6)

    где l_пр=l=62 см

    I_T – момент инерции поперечного сечения трубы, I_T=131,2 см⁴;

    

.

    Коэффициент системы решетка-труба-кожух-решетка [6]:

                               

; (3.3.7)

                               

; (3.3.8)

                               

                                , (3.3.9)

    где ;

    

;

    

;

    

.

    Определяем  приведенное отношение жесткости  труб к жесткости кожуха, см [6]:

                               

, (3.3.10)

    где E_к – модуль упругости материала кожуха, E_к=1,86 МПа [8];

    S_к – толщина стенок кожуха, S_к=0,8 см;

    

.

    Коэффициенты, учитывающие влияние беструбного края решетки и поддерживающие влияние труб [6]:

                         

; (3.3.11)

                                  

; (3.3.12)

                                  

                                   , (3.3.13)

                                 где

, (3.3.14)

                            

, (3.3.15)

                            

; (3.3.16)

    

;

                        

, (3.3.17)

    при значении ω более 10 коэффициенты , , и [6]:

                                 

;  (3.3.18)

                                    

; (3.3.19)

    

;

    

;

    

;

    

;

    

. 

    3.4 Определение усилий

    Приведенное давление, МПа [6]:

    

 (3.4.1)

                              где

; (3.4.2)

                              

; (3.4.3)

                              

; (3.4.4)

                              

     ;

    

;

    

;

    α_к – коэффициент линейного расширения материала кожуха;

    t_к, t_Т, t₀ – средняя температура стенки корпуса, стенок труб, температура сборки аппарата, t_к=143ºС, t_Т=143 ºС, t₀=20 ºС;

    P_T – расчетное давление в трубном пространстве, P_T=0,093 МПа;

    P_м – расчетное давление в межтрубном пространстве P_м=0,395 МПа.

    

    Изгибающий  момент и перерезывающая сила в месте  соединения решетки с обечайкой  паровой камеры, МН·м/м, МН/м [6]: