Рихтер Л.А. и др. Вспомогательное оборудование ТЭС (распознан)

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.4. Принципиальная схема многоступенчатой испарительной установки.

И1—И6

— испарители первой --

шестой

ступеней,

К1—К5

— дополнительные конденсаторы пер-

вой— пятой ступеней;

Кб

— конденсатор испарителя шестой ступени; 1 — подвод греющею пара

от отбора

турбины;

2 — подвод питательной воды; 3 — отвод конденсата греющего пара, 4 — про

дувка; 5 — отвод вторичного пара;

— отвод дистиллята

промышленному отбору турбины или

к выхлопу пара из проточной части

(для турбин с противодавлением). Це-

лесообразность такого применения ис-

парителей обусловлена прежде всего

тем, что отпуск пара от ТЭЦ связан,

как правило, с потерей его конденса-

та. Установка испарителей позволяет

сохранить конденсат отбираемого из

турбины пара в цикле электростан-

ции. По сравнению с прямым отпуском

пара потребителям при установке ис-

парителей имеет место недовыработка

электрической энергии турбогенера-

тором. Однако в ряде случаев такой

способ отпуска пара является един-

ственно приемлемым.

В схемах отпуска пара с использо-

ванием испарителей предусматрива-

ется установка охладителей конденса-

та и пароперегревателей. В паропере-

гревателях происходит перегрев вто-

ричного пара испарителей за счет теп-

лоты перегрева пара, отбираемого из

турбины. В охладителе конденсата

теплота конденсата греющего пара

испарителя используется для подо-

грева питательной воды испарителя.

Производительность испарителей,

применяемых для отпуска пара про-

мышленным потребителям, определя-

ется уравнениями (4.1), при этом па-

раметры вторичного пара являются

заданными, а температурный напор

обычно принимается равным

8—10

°С.

В ряде случаев, когда требуются

большие количества вторичного пара,

используются многоступенчатые испа-

рительные установки (рис.

4.4).

4.4. РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЕЙ

В отличие от вышеописанных теп-

лообменных аппаратов для испарите-

лей кроме теплового расчета выпол-

няется также расчет качества полу-

чаемого вторичного пара.

Тепловой расчет

испаршелей

про-

водится, как правило, для уточнения

принятого при определении оптималь-

ной поверхности нагрева коэффициен-

та теплопередачи и найденной поверх-

ности нагрева.

Теплообмен от конденсирующего-

ся пара к стенкам труб греющей сек-

ции может протекать при ламинарном

или смешанном (в верхней части при

ламинарном, в нижнем при турбу-

лентном) течении пленки конденсата.

Режим течения пленки определяется

значением числа Рейнольдса на ниж-

ней кромке труб греющей секции. Это

значение определяется из выражения

Re=^^-, (4.5)

rpv

где v — кинематическая вязкость

жидкости,

/с;

— высота тепло-

обменной поверхности труб, м; г —

теплота

парообразования при давле-

нии насыщения греющего пара, Дж/кг;

р — плотность жидкости, кг/'м

;

<7нар

— удельный тепловой поток на

наружной поверхности труб, Вт/м

Удельный тепловой поток на на-

ружной поверхности теплообмена

Яп*р

0/Р

(4.6)

При значении Re

<С

100 средний

коэффициент теплоотдачи от конденси-

рующегося пара с наружной поверхно-

сти труб греющей секции может быть

определен из выражения

= l,18A,(g/v»)

Re-

(4.7)

а при Re> 100

_i/

2\1/з

0,l6Pr'

—100

+ 63,2Рг

1/3

(4.8)

Значения

определяемые фор-

мулами (4.7) и (4.8), всегда оказы-

ваются выше имеющих место в дейст-

вительности. Это различие вызвано на-

личием термического сопротивления

слоя накипи, окиси и шероховатости.

Для испарителей, трубы которых вы-

полнены из углеродистой стали, обыч-

но принимают

—

0,67a!.

Интенсивность теплообмена при

кипении движущейся жидкости внут-

ри труб греющей секции можно рас-

считывать по формуле

150M-(-P:

Nu [

rp"

p'i

\0,3310,7

(4.9)

где

— число Нуссельта в про-

цессе теплообмена кипящей жидко-

сти;

—

число Нуссельта для ус-

ловий теплообмена при отсутствии

кипения.

В условиях, когда

ф"

р'

0.3

0,4-Ю-

значения

= Nu коэффициент

теплоотдачи от стенок труб к жид-

кости определяется из выражения

^0,023

Рг

(4.10)

Для определения коэффициента

теплоотдачи

= Nu

-т

с использо-

ванием выражений (4.9) или (4.10)

необходимо знать скорость движения

пароводяной смеси в трубах (скорость

циркуляции). Расчет скорости цир-

куляции проводится графоаналити-

ческим методом, при этом принима-

ется несколько (три, четыре) значений

скорости циркуляции

и для каждо-

го из них определяются полезный на-

пор и потери в подводящих линиях*.

Коэффициент теплоотдачи от сте-

нок труб к кипящей жидкости прини-

мается также с учетом термического

сопротивления оксидной пленки на

внутренней поверхности, т. е.

аг

1/(1/сс

окс

При найденных значениях

а{

а\

коэффициент теплопередачи по

отношению к внутренней поверхно-

сти труб греющей секции определяет-

ся из выражения

1 . <*вк.

_-+

Лг,т

нар

(4.11)

Качество вторичного пара, полу-

чаемого в испарителях, должно удов-

летворять требованиям эксплуатации

паротурбинных электростанций (или

требованиям внешних потребителей).

Задачей расчета является определение

условий, при которых эти требования

удовлетворяются.

Наличие примесей во вторичном

паре вызвано в основном попаданием

в него капель жидкости, из которой он

генерируется. Количество капельной

влаги со, поступающей в паровой объ-

ем испарителя, оснащенного паро-

промывочными листами, определя-

ется выражениями

\2,76

(4.12)

«У

2,3

7,46

• Ю-

Ga'

О" \0,35

\Р —Р

кр

со

о2

6,5

(4.13)

* Подробнее расчет скорости цирку-

ляции в испарителях см. в книге А.

М.

Ку-

тепова, Л. С.

Стермана,

Н. Г. Стюшина.

Гидродинамика и теплообмен при парооб-

разовании. — М.: Высшая школа,

1983.

С-11

А»

1,0

0,8

0,6

0,4

в-

1,0

о,ь

0,4

0,1

opt

о,04

0,10,10,^0,61,0г

' о,ог

0,100/0,40,61,0

Рис.

4.5. Зависимость коэффициентов С и

от давления

где

— скорость пара в паровом

объеме, м/с; Н — высота парового

объема, м; С, В — коэффициенты,

определяемые из графиков рис. 4.5;

Ga' = g

(V'о/

(g(>")

— число Га-

лилея.

Значение среднего объемного паро-

содержания

в формулах (4.12) и

(4.13) определяется по зависимости

0,26

К)

gVo'g

(p'—р")

р" \0.'2

0,4

(-7—;)" •

(

4Л4

)

-р /

Количество примесей, подносимых

паром к дырчатому паропромывоч-

ному листу,

дл

(о

о;

К)

(4.15)

где

— содержание примесей в во-

де (концентрате), из которой гене-

рируется пар.

Промывка пара в слое промывочной

воды над дырчатым листом протека-

ет эффективно. Количество примесей,

не задержанных слоем промывочной

воды, по отношению к общему коли-

честву поступающих с паром составля-

ет

8—12

%. Однако столь высокая

степень очистки пара достигается

только при условиях гидродинамичес-

кой устойчивости промывочного

слоя

воды над дырчатым листом, т.е. когда

<w" . (4.16)

пр

отв

Значение минимальной скорости

пара на входе в отверстия дырчатого

листа

Юпр,

при которой обеспечива-

ется беспровальный режим его ра-

боты, может быть определено из зави-

симости (1.36).

Максимальная скорость пара в па-

ровом объеме, при которой слой жид-

кости над паропромывочном листом

существует устойчиво, т. е.

аУк

определяется из выражения (1.37).

Количество примесей, выносимых

в паровой объем паром из слоя жид-

кости над дырчатым листом,

5д_

=ю

пр

в>

(4.17)

где

р.

— содержание примесей в

слое жидкости над листом;

а>

—

количество капельной влаги, выноси-

мой паром из слоя воды и определяе-

мой из зависимости

)

Р"

(4.18)

при N <

или из зависимости

'Л

р'—р"\-2,6

(4.19)

при N >

С учетом выражений (4.18), (4.19)

содержание примесей в паре на входе

в жалюзийный сепаратор будет рав-

но:

S;=^S

KSK.

(4-20)

где |3 — коэффициент

недопромывки

(0,008—0,10).

Эффективность очистки пара от

примесей жалюзийным сепаратором

оценивается

0,75—0,85.

Тогда для

испарителя с одной ступенью про-

мывки содержание примесей во вторич-

ном паре

«S;

(1-л

(4.21)

Испарители с одноступенчатой

промывкой пара в слое питательной во-

ды применяются на электростанциях с

барабанными котельными агрегатами,

где требования к добавочной воде не

столь

высоки.

Для электростанций с прямоточ-

ными котлами применяются испа-

рители с двумя ступенями промывки.

Первая ступень промывки пара про-

исходит в слое питательной воды,

вто.

рая — в слое конденсата При этом

обычно количество конденсата, пода-

ваемого для промывки, составляет

3—4

°о

производительности испари-

теля

4 5 ПРИМЕР РАСЧЕТА УСТРОЙСТВ

ДЛЯ

ОЧИСТКИ

ПАРА

Рассмотрим пример

расчеы

уиройегв

для очистки пара и качество вторичного

пара

испарителя, включенного в тепловую

схему конденсационного энергоблока с пря

моточным котельным агрегатом

Исходные

данные

произво

дительность испарителя

— 20 т ч, дав

ление греющего пара

гр

= 0,224 МПа

(2,24

кгс/см

давление вторичного пара

Рвт

0,12 МПа (1,2

кгс

см

), содержание

примесей в концентрате 60 г кг, питатель-

ная вода испарителя имеет солесодержание

1000 мг/л, поступает с давлением 0,12 МПа

(1,2 кгс/см

) и имеет температуру 100

°С

Испаритель имеет диаметр корпуса 3 м

и две ступени промывки пара

Р а с ч е г Приведенная скорость па-

ра в корпусе испарителя (без учета конден-

сации в слое промывочной воды)

«и

ЗЬООр"

0,785d

20 000

*00

0,7 0,785 3,0

•=•1

,12 м с

Примем

диаме1р

О1верс1ий

дырча!ых

паропромывочных листов равным 6 мм,

а высоту слоя воды над каждым из них —

60 мм Тогда минимальная скорость пара,

соответствующая беспровальному режиму

работы дырчатого листа,

Кр

-41

/о(()'-

р")«

р'

р"

\1/

4,81

0,7

5,8 10

(954,6 — 0,7) 9 81 х

954,6 0,7

9,81 5,8

Ю-

\(6

10-У

°(6

10-

)

1/У

20.3м с.

Принимаем

=\,2w"

, получим, что

общая площадь отверстий дырчатого листа

равна

U,,

20 000

отв

~ 3600 0,7

1,2-20,3

—0,325

а число отверстии

отн

0,325

0,785(6

-=11

528.

Максимальная

скорое)

ь в паровом объ

evie,

соответствующая устойчивой работе

дырчатого листа, определяется

изеоотношения

>'-

Р")

-=1

,256

\0\

g{p'—p")

=1,256

0 06

5,8

Ю-

9,81 (954,6—0,7)

(282-1Q-")

1/9Т81

(954,6 — 0,7)

"«

' (5.8

10~

)

3/2

954,6

0,118

Откуда

1,98 м с, что удовлетво-

рительно, так как значительно превышает

скорость пара в паровом объеме испарите-

ля

Среднее обьемное паросодержание слоя

жидкости над греющей секцией равно

Р")

и,

Р' -Р"

= 0.2<:

5,8

1,81

(954,6 — 0,7)

0,7

954,6

— 0 7

а значение /V =

0,527,

0,527-9,81

0,8

= 0,302.

Значение

=-7,46

10-".(Ga')'

,0,56

V [»' — Р"

9.81

(УбХ

,0,85

7,46

10-"

9,81

•

0,7)0,3

0,7

= 0,658

954,6—0,7

Так

как N

<С

величину

опре-

деляем по формуле (4 12)

2,76

, ,,-,2,70

С>0|

т„

- = 0,63

Ю-

= 0,000144

Содержание примесей, подносимых

паром к промывочному листу (при значе-

нии

60 г/кг),

5д.

=шо,

0,000144-60000

8.4

мг

кг.

Количество капельной влаги, уноси-

мой паром из слоя воды над первым паро-

промывочным

листом,

сто' Л

р'—р"

\- ' •

а>

ш5410

1а

М~-

/5,8-10-

-954,6-0,06

= 0,000144-5,4-10

— К

(282

10«)

954,6 — 0,7

0,7

(282-

10-«)

=0,000323.

Содержание примесей в паровом объе-

ме на входе в отверстия второго паропро-

мывочного листа (содержание примесей

в питательной воде

В1

= 1000 мг'кг)

(о

11P

Рт„,

0,000323-10004-

0,10-0,000144-60

000=

,163мг/кг.

Содержание примесей в паровом объе-

ме на входе в жалюзийный сеператор (при

подаче на второй паропромывочный лист

конденсата с содержанием примесей

p.B2

МКГ/КГ)

s;;

o).

пр

в2

-fps;,

o,000323-0.050+

+ 0,1 •!

,163мг/кг.

Количество примесей во вторичном

паре после

жалюзийного

сепаратора

0,0232

23,2мкг/кг.

Полученное значение вполне удовлет-

воряет требованиям к дистилляту испари-

телей электростанций с прямоточными ко-

тельными агрегатами.

В практике проектирования может ре-

шаться также задача определения необ-

ходимой продувки при заданном качестве

вторичного пара. В этом случае расчет про-

водится в обратном

порядке,

а продувка

II.

определяется

из зависимости

—

~с

ГЛАВА

ПЯТАЯ

РАСЧЕТЫ СТАНЦИОННЫХ ТЕПЛООБМЕННИКОВ НА ПРОЧНОСТЬ

5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Различают конструкторский и по-

верочный расчеты на прочность. Зада-

ча первого — определение конструк-

тивных размеров, обеспечивающих на-

дежную по прочности работу теплооб-

менного аппарата. Задача второго —

проверка прочности существующего

изделия путем определения величин

действующих в нем в рабочем состоя-

нии напряжений и сопоставления их

с характеристиками статической проч-

ности материала. Если сосуды и ап-

параты работают при циклическом на-

гружении, но число циклов за срок

службы не превышает

такие на-

грузки в расчетах на прочность услов-

но считаются однократными и расчет

ведется только на статическую проч-

ность. Если количество циклов нагру-

жения превышает

тогда кроме рас-

сматриваемого ниже расчета на стати-

ческую нагрузку требуется проверка

усталостной прочности изделия.

Расчеты станционных теплооб-

менников на прочность должны про-

изводиться в соответствии с требо-

ваниями отраслевого стандарта

ОСТ

108.031.02-75

Министерства энер-

гетического машиностроения, который

действует совместно с Правилами уст-

ройства и безопасной эксплуатации

паровых и водогрейных котлов и тру-

бопроводов пара и горячей воды Гос-

гортехнадзора СССР. Эти стандарт и

правила распространяются на все обо-

рудование, в котором рабочее избы-

точное давление среды превышает

0,07

МПа или температура воды вы-

ше

115

"С.

Кроме того, при расчетах теп-

лообменников следует учитывать

ГОСТ 14249-80 «Сосуды и аппараты.

Нормы и методы расчета на проч-

ность», разработанный Министерст-

вом химического и нефтяного машино-

строения

СССР.

Определяемые расчетом размеры

теплообменников должны обеспечи-

вать их прочность как в рабочих усло-

виях, так и при гидравлических ис-

пытаниях.

Расчет на прочность может выпол-

няться по предельным напряжениям

или по предельным нагрузкам. При

расчетах

по

предельным напряжениям

считается, что пределом несущей

способности конструкции является до-

стижение максимальным напряжением

в любом ее месте предела текучести.

При расчетах по предельным нагруз-

кам за опасную нагрузку принимается

такая, которая вызывает общую плас-

тическую деформацию всей конструк-

ции.

В основу действующих в СССР

Норм расчета на прочность сосудов и

трубопроводов, находящихся под внут-

ренним давлением, положен метод

расчета прочности по предельным на-

грузкам, позволяющий лучше исполь-

зовать резервы, заложенные в конст-

рукции, и снизить ее металлоемкость.

До начала прочностного расчета

необходимо принять расчетные пара-

метры проектируемой установки. За

расчетную температуру стенки аппа-

рата, используемую для определения

физико-механических характеристик

материалов и допускаемых напряже-

ний, принимают ее наибольшее значе-

ние, которое для станционных теплооб-

менников принимается равным наи-

большей температуре протекающей

в них среды. Допускаемые отклонения

температуры среды от номинальной

при этом не учитываются. Расчетное

давление или давление, на которое

производится расчет аппарата на

прочность, принимается равным наи-

большему рабочему давлению тепло-

носителя, т. е. максимальному внут-

реннему избыточному давлению при

нормальном протекании рабочего про-

цесса. Допустимое кратковременное

повышение давления во время дейст-

вия предохранительных клапанов

учитывается, только когда оно превы-

шает более чем на 10 % рабочее дав-

ление. В этом случае расчетное давле-

ние принимается равным 90 "о давле-

ния при полном открытии предохрани-

тельных клапанов. Гидростатическое

давление среды учитывается при зада-

нии расчетного давления только в

том случае, когда оно превышает 5 %

рабочего давления.

Для элементов, разделяющих про-

странства с разными давлениями, за

расчетное принимается либо каждое

давление по отдельности, либо то, ко-

торое требует наибольшей толщины

стенки. В любом случае при расчетах

на прочность расчетное давление долж-

но быть не менее 0,2 МПа.

При выводе формул для предель-

ных нагрузок используются условия

пластичности по теории максималь-

ных касательных напряжений.

При расчетах на прочность необ-

ходимо знать допускаемые напряжения

\о\.

Поскольку для станционных теп-

лообменников расчетная температу-

ра металла ниже 400 С, допускаемое

напряжение принимается равным ми-

нимальному из двух значений:

Ов"/пв

<JJ,

-2

<rtT.

где

°—временное

со-

противление материала разрыву при

температуре 20 С; ст'

— условный

предел текучести при расчетной тем-

пературе. Согласно ГОСТ 14249-80

коэффициенты запасов прочности при-

нимаются

пв

= 2,4 и

Пт=

1,5.

Проч-

ностные характеристики и допускае-

мые напряжения для сталей, исполь-

зуемых при изготовлении станцион-

ных теплообменников, принимаются

по справочникам.

5.2. РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ

Номинальная толщина

стенки

(мм) цилиндрического элемента (обе-

чайки, корпуса, трубы), нагружен-

ного внутренним давлением среды,

определяется по формуле

•С. (5.1)

2[а|ф-р

Здесь р — расчетное избыточное дав-

ление, МПа;

— номинальный внут-

ренний диаметр цилиндрического эле-

мента, мм;

|ст|

— номинальное допу-

скаемое напряжение, МПа; С — при-

бавка к расчетной толщине стенки,

мм, в общем случае равная сумме

=•

С,

С;,

-\-

где

— при-

бавка, компенсирующая минусовое от-

клонение по толщине стенки полуфаб-

риката, а также утонение при штам-

повке или гибке обечаек;

— при-

бавка, учитывающая искажение пра-

вильной геометрической формы ок-

ружности в сечении и характерная

для гибов. Для прямолинейных ци-

линдрических элементов, обечаек и

прямолинейных участков труб при-

бавка не учитывается;

— прибавка,

компенсирующая потери металла в

эксплуатации за счет коррозии, эро-

зии и окалинообразования. Для стан-

ционных теплообменников с расчетной

температурой стенки менее 400

по-

правку

можно не учитывать.

Прибавка

С]

пропорциональна

толщине стенки: С,

BS.

Коэффи-

циент В принимается в зависимости от

предельного относительного минусово-

го отклонения 6S толщины стенки:

Минусовое отклонение

&S.

Коэффициент В

0,048

0,099

0,123

0,152

Минимальная прибавка С для

цилиндрических корпусов, сваренных

из

листов

толщиной

до

мм,

долж-

Рис.

5.1.

Способы укрепления отверстий в

стенках сосудов:

—с

помощью утолщенного штуцера;

б—с

по-

мощью накладки; в с помощью выпущенного

внутрь сосуда разгруженного штуцера

на составлять 1 мм, а для труб —

0,5— 1 мм.

Коэффициент

прочно-

сти

(ф

ф„.,„

.„)

учитывает

ослабление цилиндрических элемен-

тов продольным сварным швом или

отверстиями (поперечные сварные швы

в расчетах цилиндрических элементов

на внутреннее давление не учитывают-

ся).

В соответствии с ГОСТ 14249-80

при расчетах сосудов и аппаратов

рекомендуется принимать коэффици-

ент прочности

в зависимости от вида

сварного шва в пределах от 0,65 до

1,0.

Кроме сварных швов стенки ци-

линдрических элементов ослабляют

отверстия. Для восстановления проч-

ности стенки производят укрепление

отверстий с помощью накладок, утол-

щенных штуцеров, разгруженных

внутренних отростков штуцеров

(рис. 5.1) и наплавкой металла. Ук-

реплению подлежат отверстия, диа-

метр которых превышает предельное

значение, определяемое по формуле

(5.2)

х |

S)iS

-С)

где

— внутренний диаметр цилинд-

ра, в котором выполнено отверстие

(рис. 5.1). Если

d>d

Mpen

отверстие

должно быть укреплено. Расчет ук-

репления отверстий осуществляется по

принципу компенсации изъятого отвер-

стием металла. Сумма компенсирую-

щих площадей укрепляющих элемен-

тов должна

удовлетворять

условию

/м,

+/„

-Ь/

—d

liveg

)

(5.3)

где /

, /

и /

— компенсирующие

площади соответственно утолщенно-

го штуцера, накладки и внутреннего

отростка штуцера, мм

;

pdj

М-р).

При одновременном использова-

нии двух накладок (наружной и внут-

ренней) или утолщенного штуцера

в комбинации с внутренним отрост-

ком компенсирующая площадь этих

элементов суммируется.

Если

Отверстие

не укреплено, сле-

дует учитывать ослабление цилиндри-

ческой

стенки

с помощью коэффици-

ента прочности.

Рассмотрим коэффициент прочно-

сти при ослаблении цилиндрической

стенки одиночным отверстием. Одиноч-

ным считается отверстие, кромка кото-

рого удалена от кромки ближайшего

другого отверстия на расстояние не

менее

21/(d

+ S) (S — С).

Коэффициент прочности цилиндри-

ческого элемента, ослабленного оди-

ночным неукрепленным отверстием,

определяется по формуле

г,

Г d

1,75

(S -С)

Г"

(5.4)

Диаметр отверстия d при опреде-

лении коэффициента прочности при-

нимается из нижеследующих сообра-

жений. Для отверстий, в которых тру-

бы развальцованы или приварены к

поверхности цилиндрического эле-

мента (корпуса, обечайки или каме-

ры — рис. 5.2) и которые имеют вы-

точку для установки штуцера глуби-

ной менее 30 % толщины стенки,

диаметр d принимается равным номи-

нальному диаметру отверстия в свету.

Снятие фасок и скругление кромок от-

верстий с внутренней стороны корпу-

са при этом не учитывается. Не учиты-

вается также углубление под штуцер,

если последний приваривается по всей

толщине стенки с при

плавлением.

Для

отверстий, имеющих резьбу,

диаметр

отверстия принимается равным сред-

нему диаметру резьбы.

Для отверстий, имеющих по тол-

щине стенки разный диаметр

(рис. 5.2, б), в формулу (5.4) подстав-

ляется условный диаметр, опреде-

ляемый по формуле

= d

—

— d)/S. Если цилиндрический корпус

или камера ослаблены продольным, по-

перечным или косым рядом отверстий

с расстояниями между центрами

менее 2

V(d

+ S) (S — С) + d, тог-

да при определении коэффициента

прочности следует руководствоваться

специальными указаниями, приведен-

ными в ОСТ 108.031.02-75.

Рис. 5.2. Типы соединения штуцеров (труб)

с цилиндрическим корпусом, с камерой или

с трубной доской:

—наружная

приварка по кромке отверстия под

номинальный диаметр штуцера (трубы); б — на-

ружная приварка по кромке отверстия с выточ-

кой; в — на развальцовке

Коэффициент прочности цилинд-

рического элемента, ослабленного

одиночным укрепленным отверстием,

определяется по формуле

Фу.о=Фн.о

(S-l

(5.5)

5.3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ДНИЩ

Для станционных теплообменни-

ков и аккумуляторных баков приме-

няются

выпуклые

или

плос-

кие

днища.

Область применения

последних ограничивается избыточ-

ным внутренним давлением 0,05 МПа.

Выпуклые

днища под-

разделяются на полусферические, эл-

липтические и торосферические

(рис. 5.3). Полусферические днища

требуют большей затраты металла, и

их применяют при высоком давлении

среды

(11—15,5

МПа). Днища могут

быть глухие и ослабленные отверстия-

ми. Форма торосферических днищ

(рис. 5.3, г) регламентируется тремя

модификациями А, В и С, определяю-

щие размеры которых подчиняются

следующим соотношениям:

Тип днища

1,0

0.9

0,8

0,095

0,170

0,150

Толщина стенки полусферическо-

го и эллиптического днищ, нагружен-

ных внутренним давлением, опреде-

ляется по формуле (ГОСТ 14249-80)

2ф

[а]—

0,5р

С.

(5.6)

Рис. 5.3. Форма и основные размеры вы-

пуклых днищ:

— полусферическое с постоянной толщиной

стенки; б

—

полусферическое с переменной тол-

щиной стенки; в — эллиптическое; г — торосфери-

ческое

Для эллиптических днищ радиус

кривизны в вершине днища принима-

ется равным

сЦ/(4Н).

При пере-

менной толщине стенки днища

(рис.

5.4,

б) в качестве расчетного по

ОСТ 108.031.02-75 принимается сред-

неарифметическое значение толщи-

ны стенки

1ср

= 0,5

Если

длина цилиндрической отбортован-

ной части для эллиптического днища

равна

0,8Vd

(Si

— С), а для

полусферического

0,3

(Sj

— С), тогда толщина стенки

днища должна быть не меньше тол-

щины обечайки, рассчитанной по фор-

муле (5.1) при

ь-

810~

Рис. 5.4. Значения коэффициента

Р[

к фор-

муле (5.7) в зависимости от отношения

р/[а]

для торосферических днищ трех мо-

дификаций А, В

Рис. 5.5. Типы конструкций плоских круг-

лых днищ и крышек сосудов и аппаратов,

работающих под внутренним давлением

Для днищ, изготовляемых из целой

заготовки, в формуле (5.6) коэффи-

циент

= 1. Для днищ, изготовляе-

мых из нескольких заготовок, коэф-

фициент

определяется так же, как

и для формулы (5.1). Формула (5.6)

применима при следующих ограниче-

ниях:

0,002

<-^^

<0,1;

0,2

<—

<0,5.

Для торосферических днищ, нагру-

жаемых внутренним давлением, тол-

щина стенки в краевой зоне

[а]

(5.7)

Коэффициент

в формуле (5.7) оп-

ределяется по графикам, представ-

ленным на рис. 5.4. Для сварных днищ

следует дополнительно проверить тол-

щину

стенки в центральной зоне по

формуле (5.1) с заменой в ней

на

Наиболее употребительные конст-

рукции плоских

круглых

д н и щ и крышек сосудов и аппара-

тов, работающих под внутренним из-

быточным давлением, приведены на

рис. 5.5. Толщина стенки круглого

плоского днища рассчитывается по

формуле (ГОСТ 14249-80)

'«l/

[<Т]ф

-С. (5.8)

Расчетный диаметр

в формуле

(5.8) в зависимости от конструкции

днищ и крышек (рис. 5.6) для типов от

а до д принимается равным

для типа е

—

В)

для типа

и для типа з

—

Коэффициент

соответственно лежит

в пределах от 0,38 до 0,53.

Коэффициент ослабления

для

днищ и крышек без отверстий при-

нимается равным 1, а при одном от-

верстии определяется по формуле

где d — диаметр отверстия.

Коэффициент ослабления

/С„

для

днищ и крышек, имеющих несколько

отверстий, определяется для наиболее

ослабленного диаметрального сече-

ния по ГОСТ 14249-80.

5.4. РАСЧЕТ ТРУБНЫХ ДОСОК

В основу расчета трубных досок

положена теория расчета, разрабо-

танная Л. М. Качановым и А. А. За-

харовым и дополненная теоретичес-

кими и экспериментальными исследо-

ваниями ПО «Красный котельщик» и

НПО

ЦКТИ.

Для определения усилий, вырыва-

ющих трубы, развальцованные в

отверстиях досок или приваренные к

ним, использованы эксперименталь-

ные результаты ЦНИИТмаш, ЗиО и

ТКЗ.

Трубные доски могут закреплять-

ся в корпусах теплообменников раз-

личными способами (рис. 5.6): зажа-

Рис.

5.6. Соединение трубной доски с кор-

пусом теплообменника:

— фланцевое; 6 — приваркой по контуру труб-

ной доски, вставленной в корпус; в — встроенное

с приваркой встык к корпусу

тием между фланцами, вставкой

внутрь корпуса с приваркой по кон-

туру, использованием встроенной кон-

струкции. Различают теплообменники

с U-образными и прямыми трубами.

Последние подразделяются на тепло-

обменники с «плавающей головкой»,

где имеется вторая подвешенная на

трубах водяная камера со второй труб-

ной доской (см. рис. 2.3), и теплооб-

менники жесткого типа — с двумя

фиксированными трубными досками

(см. рис. 2.5).

Условия нагружения трубных до-

сок давлением теплоносителей для

теплообменников с U-образными труб-

ками и с «плавающей головкой» прак-

тически одинаковы. Для теплообмен-

ников с двумя фиксированными труб-

ными

досками-

приходится дополни-

тельно учитывать их нагружение за

счет разности температурных удли-

нений труб и корпуса.

Для

теплообменников

с U-образ-

ными трубами и с «плавающей голов-

кой» независимо от того, действует

давление среды внутри труб и водя-

ных камер или со стороны междутруб-

ного пространства, результирующая

нагрузка на трубные доски одинако-

ва и может быть принята равной про-

изведению расчетного давления сре-

ды и полной площади трубной доски

в пределах внутреннего диаметра ци-

линдрического корпуса теплообмен-

ника

.д.

. Трубы поверхности на-

грева выполняют здесь функцию пере-

датчиков части давления среды на

трубные доски. При большом коли-

честве труб это давление распределя-

ется по поверхности трубных досок

достаточно равномерно. Сами трубы в