Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 233
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
– ширина прокладки, м. Принимаем для плоской неметаллической прокладки при диаметре аппарата менее 1000 мм равной 12 мм. [8, стр. 143]
Наружный диаметр прокладки определяем по формуле
, (45)
где
– диаметр болтовой окружности фланца, м,
а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, м. Принимается в зависимости от наружного диаметра болта. Для аппарата диаметром 400 мм и давлением менее 0,6 МПа принимаем болты с наружным диаметром 20 мм. Следовательно конструктивная добавка для размещения гаек равна 40 мм. [8, стр. 142]
Диаметр болтовой окружности фланца определяем по формуле
, (46)
где
– диаметр болта, м,
– нормативный зазор между гайкой и обечайкой. Принимаем равным 8 мм,
– внутренний диаметр свободного кольца, м. Определяем по формуле
, (47)
где
– толщина втулки фланца, м. Принимается равной или больше толщины стенки аппарата. Принимаем равной 0,006 м.
Последовательно подставляя имеющиеся данные в формулы (47-43) получим
,
,
,
,
.
Усилие, возникающее от разности температур фланца и болта в период эксплуатации, определяем по формуле
, (48)
где
– коэффициент, значение которого определяем по рис. 10 в зависимости от диаметра аппарата. Принимаем равным 0,025
1 – плоский фланец, 2 – угловой фланец
Рисунок 13 – Диаграмма для определения коэффициента
– число болтов, шт. Определяем по формуле
, (49)
где
– рекомендуемый шаг расположения болтов. Определяем по следующей формуле
мм, (50)
– площадь поперечного сечения болта, м. Определяем по следующей формуле
мм2, (51)
– модуль упругости материала болта при рабочей температуре, МПа. Зададимся рабочей температурой фланца 60ºС. Тогда рабочая температура болта равна 0,95*60 = 57ºС. Модуль упругости при данной температуре составляет 1,95·105 МПа,
– рабочая температура фланца, ºС. Принимаем равной 60ºС,
, 
– коэффициент линейного расширения соответственно для фланца и болта при рабочей температуре, 1/ºС. Принимаем равными соответственно для стали 12Х18Н12Т при температуре от 20 до 100ºС 16·10-6 1/ºС.
Подставляя имеющиеся данные в формулы (49-48) получим
шт.,
МПа.
Расчетное осевое усилие для болтов принимают большим из решений следующих трех уравнений
, (52)
, (53)
. (54)
где
, 
, 
– соответственно усилие, действующее на болты при предварительном обжатии прокладок, усилие затяжки болтов при монтаже и предельное усилие, действующее на болты при эксплуатации,
– эффективная ширина прокладки, м. При 
м 
м,
– удельная нагрузка на прокладку, МПа. Для резиновой прокладки принимаем равным 2,5 МПа, [5, стр. 402],
– отношение допускаемых напряжений для материалов фланцев и болтов. Выбирают меньшее из отношений
– коэффициент жесткости фланцевого соединения. Для случая с резиновыми прокладками приравнивается 1,
– расчетная сила осевого сжатия фланцев, требуемая для обеспечения герметичности соединения, МПа. Определяем по формуле
, (55)
где
– коэффициент, зависящий от конструкции и материала прокладки. Принимаем равным 0,6. [5, стр. 402]
Последовательно подставляя имеющиеся данные в формулы (55-52) получим
МПа,
МПа,
МПа,
МПа.
Принимаем
МПа.
Выполним проверку прочности болтов по условию
, (56)
где
– допускаемое напряжение для материала болтов при температуре, соответствующей действию максимальной нагрузки 
, т.е. при температуре 57ºС. Принимаем равным 224,74 МПа.
Подставляя имеющиеся данные в формулу (56) получим
.
Условие прочности болтов выполняется.
Проверим прочность прокладок по следующей формуле
, (57)
где
– допускаемая удельная нагрузка на прокладку. Принимаем равной 18 МПа. [5, стр. 402]
Подставляя имеющиеся данные в формулу (57) получим
.
Условие прочности прокладки выполняется.
2.6 Расчет комплектующего оборудования
2.6.1 Расчет кожухотрубного конденсатора
В конденсаторе происходит конденсация вторичного пара молока. Температура конденсации пара 60ºС, давление 0,0199 МПа, удельная теплота конденсации 2356,9 кДж/кг.
Рисунок 14 – Схема кожухотрубного конденсатора с технологическими потоками
Тепловую нагрузку конденсатора Qконд, кВт, определяем по формуле
, (58)
где
– производительность аппарата по испаряемой влаге, кг/с;
– удельная теплота конденсации, кДж/кг.
Подставляя числовые значения в формулу (58) получим
кВт.
Определим расход воды Gв, кг/с, по формуле
, (59)
где
– температура воды на выходе из конденсатора, ºС. Принимаем равной 40ºС;
– температура воды на входе в конденсатор, ºС. Принимаем равной 22ºС;
– удельная теплоемкость воды при 
. Принимаем равной 4,18 кДж/(кг·К).
Подставляя числовые значения в формулу (59) получим
.
Среднюю разность температур Δtср, ºС, определяем по формуле
.
Для определения ориентировочного значения площади поверхности теплообмена зададимся коэффициентом теплоотдачи Кор = 1000 Вт/(м2·К) [3, стр. 171].
Наружный диаметр прокладки определяем по формуле
, (45)где
– диаметр болтовой окружности фланца, м,а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, м. Принимается в зависимости от наружного диаметра болта. Для аппарата диаметром 400 мм и давлением менее 0,6 МПа принимаем болты с наружным диаметром 20 мм. Следовательно конструктивная добавка для размещения гаек равна 40 мм. [8, стр. 142]
Диаметр болтовой окружности фланца определяем по формуле
, (46)где
– диаметр болта, м, – нормативный зазор между гайкой и обечайкой. Принимаем равным 8 мм, – внутренний диаметр свободного кольца, м. Определяем по формуле , (47)где
– толщина втулки фланца, м. Принимается равной или больше толщины стенки аппарата. Принимаем равной 0,006 м.Последовательно подставляя имеющиеся данные в формулы (47-43) получим
, , , , .Усилие, возникающее от разности температур фланца и болта в период эксплуатации, определяем по формуле
, (48)где
– коэффициент, значение которого определяем по рис. 10 в зависимости от диаметра аппарата. Принимаем равным 0,025 1 – плоский фланец, 2 – угловой фланец
Рисунок 13 – Диаграмма для определения коэффициента
– число болтов, шт. Определяем по формуле , (49)где
– рекомендуемый шаг расположения болтов. Определяем по следующей формуле мм, (50) – площадь поперечного сечения болта, м. Определяем по следующей формуле мм2, (51) – модуль упругости материала болта при рабочей температуре, МПа. Зададимся рабочей температурой фланца 60ºС. Тогда рабочая температура болта равна 0,95*60 = 57ºС. Модуль упругости при данной температуре составляет 1,95·105 МПа, – рабочая температура фланца, ºС. Принимаем равной 60ºС, , – коэффициент линейного расширения соответственно для фланца и болта при рабочей температуре, 1/ºС. Принимаем равными соответственно для стали 12Х18Н12Т при температуре от 20 до 100ºС 16·10-6 1/ºС.Подставляя имеющиеся данные в формулы (49-48) получим
шт., МПа.Расчетное осевое усилие для болтов принимают большим из решений следующих трех уравнений
, (52) , (53) . (54)где
, , – соответственно усилие, действующее на болты при предварительном обжатии прокладок, усилие затяжки болтов при монтаже и предельное усилие, действующее на болты при эксплуатации,
– эффективная ширина прокладки, м. При м м, – удельная нагрузка на прокладку, МПа. Для резиновой прокладки принимаем равным 2,5 МПа, [5, стр. 402], – отношение допускаемых напряжений для материалов фланцев и болтов. Выбирают меньшее из отношений – коэффициент жесткости фланцевого соединения. Для случая с резиновыми прокладками приравнивается 1, – расчетная сила осевого сжатия фланцев, требуемая для обеспечения герметичности соединения, МПа. Определяем по формуле , (55)где
– коэффициент, зависящий от конструкции и материала прокладки. Принимаем равным 0,6. [5, стр. 402]Последовательно подставляя имеющиеся данные в формулы (55-52) получим
МПа, МПа, МПа, МПа.Принимаем
МПа.Выполним проверку прочности болтов по условию
, (56)где
– допускаемое напряжение для материала болтов при температуре, соответствующей действию максимальной нагрузки , т.е. при температуре 57ºС. Принимаем равным 224,74 МПа.Подставляя имеющиеся данные в формулу (56) получим
.Условие прочности болтов выполняется.
Проверим прочность прокладок по следующей формуле
, (57)где
– допускаемая удельная нагрузка на прокладку. Принимаем равной 18 МПа. [5, стр. 402]Подставляя имеющиеся данные в формулу (57) получим
.Условие прочности прокладки выполняется.
2.6 Расчет комплектующего оборудования
2.6.1 Расчет кожухотрубного конденсатора
В конденсаторе происходит конденсация вторичного пара молока. Температура конденсации пара 60ºС, давление 0,0199 МПа, удельная теплота конденсации 2356,9 кДж/кг.
Рисунок 14 – Схема кожухотрубного конденсатора с технологическими потоками
Тепловую нагрузку конденсатора Qконд, кВт, определяем по формуле
, (58)где
– производительность аппарата по испаряемой влаге, кг/с; – удельная теплота конденсации, кДж/кг.Подставляя числовые значения в формулу (58) получим
кВт.Определим расход воды Gв, кг/с, по формуле
, (59)где
– температура воды на выходе из конденсатора, ºС. Принимаем равной 40ºС; – температура воды на входе в конденсатор, ºС. Принимаем равной 22ºС; – удельная теплоемкость воды при . Принимаем равной 4,18 кДж/(кг·К).Подставляя числовые значения в формулу (59) получим
.Среднюю разность температур Δtср, ºС, определяем по формуле
.Для определения ориентировочного значения площади поверхности теплообмена зададимся коэффициентом теплоотдачи Кор = 1000 Вт/(м2·К) [3, стр. 171].