Metodichka_po_plastinchatym_TO (1176211), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Для оборудования исполнения ОМ pпр 1,5 Рр , но неменее 0,4 МПа.Стандартные аппараты и их элементы могут быть выбраны приконструировании на ближайшее большее условное давление ру и напрочность не рассчитываются. Для стандартной арматуры и элементовтрубопроводов ряд условных давлений установлен ГОСТ 356–80,а для стандартных аппаратов и их элементов – ГОСТ 9493–80.При стандартизации аппаратов и их элементов используетсяусловное давление ру, под которым понимают расчетное давление притемпературе элементов аппарата 20 °С.
Для более высоких температурусловное давление снижается пропорционально отношению допускаемых напряжений при расчетной температуре и температуре 20 °С.Важной характеристикой аппаратов, используемой при определении физико-механических свойств материала и допускаемых напряжений, является расчетная температура, определяемая на основаниитепловых расчетов или результатов испытаний. При положительныхтемпературах за расчетную температуру стенки элемента аппаратапринимают наибольшее значение температуры стенки. При отрицательной температуре стенки элемента за расчетную температуру приопределении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.Самая низкая температура, ограничивающая применение тогоили иного материала, связана с изменением его вязкопластических58свойств, характеризуемых ударной вязкостью KCU. Для углеродистыхсталей характерно скачкообразное изменение ударной вязкости в интервале температур от –10 до –30 °С.
При более высоких температурахнаблюдаются вязкие изломы образцов при испытаниях, а при меньших –хрупкие.Явление резкого падения ударной вязкости называют хладноломкостью. Наинизшей температурой применимости углеродистых сталейсчитают температуру, ниже которой может наблюдаться хрупкий излом,а выше которой – только вязкий излом. При этом ударная вязкостьдолжна быть KCU ≥ 0,3 МДж/м2 при рабочей температуре [26].
Для различных углеродистых сталей наинизшие температуры применимостиразличны и приводятся в справочнике [26]. Ударная вязкость легированных сталей с понижением температуры уменьшается плавно. Температурой их хладноломкости считают такую температуру, при которойударная вязкость составляет 60 % величины, соответствующей 20 °С.Цветные металлы и сплавы не подвержены хладноломкости.Кроме соответствующих прочностных и пластических характеристик в рабочих условиях, материалы, применяемые для изготовления элементов теплообменных аппаратов, должны быть химическии коррозионно-стойкими в заданной среде при ее рабочих параметрах,обладать хорошей свариваемостью, допускать холодную и горячуюмеханическую обработку, а также иметь возможно низкую стоимостьи быть недефицитными.Рекомендуемые для изготовления различных элементов аппаратов марки листовой стали, листовой двухслойной стали, сортовой сталив виде полос, круглых, квадратных и фасонных профилей, стальныхтруб, поковок, отливок, крепежных деталей, сварочные материалы,а также технические требования к ним и виды испытаний в зависимости от расчетных давлений и температур приведены в ОСТ 26–291–94и справочнике [26].На практике в подавляющем большинстве случаев для теплообменных аппаратов холодильных установок количество цикловнагружения от давления, стесненности, температурных деформацийи других воздействий не превышает 103 за расчетный срок службы,а колебания нагрузки в рабочих условиях не выходят за пределы 15 %от расчетной величины.
Такая нагрузка в соответствии с ГОСТ 14249–89считается однократной статической. Допускаемое напряжение опре-59деляется по этому же стандарту как меньшая из двух следующих величин:– для углеродистых и низколегированных сталей[ ]тили0,2nт; [ ]вnв;(83)– для аустенитных сталей1,0[ ]nт; [ ]вnв,(84)– поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям,гдеимеющий следующие значения:1 для всех деталей, кроме отливок;0,8 для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами;0,7 для остальных отливок;т , 0,2 , 1,0 – предел текучести и условные пределы текучести материала при 0,2 %-м и 1 %-м остаточном удлинении; в – предел прочности материала; nт и nв – коэффициенты запаса прочности, которыедля рабочих условий следует принимать равными: nт 1,5 ; nв 2, 4 .Допускаемое напряжение для условий испытаний определяетсячерез механические характеристики материала при температуре 20 °Спо формуле2020т или0, 2[ ],(85)nтгде nт 1,1 при гидравлических испытаниях и nт 1,2 при пневматических.Для некоторых широко используемых в аппаратостроении марокстали допускаемые напряжения при1 приведены в ГОСТ 14249–89.Как указано в работе [27], пределы прочности, текучести и допускаемые напряжения при изгибе для сталей примерно на 20 % превышают допускаемые напряжения при растяжении, т.
е.[ ]и1, 2 [ ] .60(86)Большинство элементов плит пластинчатых теплообменниковрассчитывают по этому напряжению.В теплообменных аппаратах пищевой промышленности в связис частыми мойками число циклов нагружения может превышать 103.При таких условиях допускаемые напряжения определяют поРТМ 26–01–92–76 с учетом малоцикловой прочности.Приводимый в дальнейшем расчет элементов пластинчатыхтеплообменных аппаратов излагается на базе РД РТМ 26–01–86–83и ОСТ 26–373–78 для расчета плоских прокладок.Расчет прокладокПри небольших рабочих давлениях в пластинчатом аппаратеуплотнения стыков между пластинами могут осуществляться плоскимипрокладками из резины по ГОСТ 7338–77 с твердостью по прибору ТШР0,76–1,2 МПа.
Ширину bпр и толщину hпр прокладок назначаютв соответствии с размерами канавки под прокладку в пластине. Условияработы прокладки в этом случае полностью аналогичны условиям работыпрокладки на соединительном выступе фланцевого соединения. Параметрнагружения m таких прокладок от внутреннего избыточного давления составляет 0,5, а монтажное давление на поверхности q = 2 МПа [8].Эффективная ширина прокладки bэ = 0,5bпр при bпр 15 мм;при bпр > 15 мм bэ = 0,6 bпр .Реакция прокладки в рабочих условияхRпр2 Lпр bэ pR m ,(87)где Lпр – длина прокладки по среднему слою.Реакция прокладки в условиях монтажаRп.мLпр bэ q .(88)Погонную реакцию прокладки получают делением выражений (87) и (88) на Lпр (Н/мм):2b mp(89)q0 max э R ,bэ qгде bэ – эффективная ширина прокладки, мм; p R и q – расчетноеи монтажное давления, МПа.61При большом давлении РД РТМ 26–01–66–83 рекомендуетприменять прокладки шестиугольного поперечного сечения.
Конструкция такой прокладки показана на рис. 13.Рис. 13. Конструкция и расчетные размерыпрокладки шестиугольного сеченияВеличины q0 для этих прокладок устанавливают экспериментально. Они также могут быть определены приближенно расчетнымпутем. Расчетные формулы приведены в РД РТМ 26–01–86–83.
Длясправки отметим, что прокладка из резины марки 4526 с размерамиa0в 1,5 мм, a04,5 мм, c0д 5,65 мм, h0в h0 3 мм, помещеннаяв канавку шириной a* 4,58 мм и tg 0 = 0,383, при монтажной осадке V 1,5 мм обеспечивает погонную реакцию q0 35 Н/мм.Расчет неоребренных нажимных плитНажимные плиты являются несущими элементами конструкциии передают усилия, обусловленные внутренним давлением и упругостью прокладок, на шпильки или винты, сжимающие пакеты пластин.Неоребренные нажимные плиты применяют при небольших размерахпластин или при низких расчетных давлениях (например, в пластинчатых пастеризаторах-охладителях молока). Конструкция неоребреннойнажимной плиты теплообменника со стяжными шпильками и ее основные размеры показаны на рис.
14.62Рис. 14. Конструкция и основные размерынеоребренной нажимной плитыРасчетное межцентровое расстояние2(90)r2 .3Приводимые далее формулы применимы при условиях b/s ≥ 5и L1/s ≥ 2, где s – толщина плиты. При расчете рассматриваются триусловные панели (см. рис. 14).Расчетные давления для панелей определяют по следующимформулам, МПа:– для крайней панелиq0 Lп(91)pпpR ;Fпbl4– для промежуточной панелиpпq0 Lпb1 t63pR ;(92)– для средней панелиpR ,pп(93)где Lп – длина прокладки, приходящаяся на рассматриваемую панель, мм; Fп – площадь пластины в пределах рассматриваемой панели, нагруженная внутренним давлением, мм2; b1 и t – размеры панели, мм.При расчетах на прочность в период гидравлических испытаний в формулы (87)–(89) вместо p R следует подставить пробное давление pпр .Необходимую толщину крайней панели рассчитывают поформулеs13 pп Fп (b b1 / 2).2a4 [ ]и(94)Выражения для расчета толщины промежуточной и среднейпанелей зависят от параметра α = b/t и его соотношения с граничнымпараметром αп (рис.
15).Рис. 15. Зависимость граничного параметра αп отpпbq0Необходимая из условий прочности толщина промежуточнойи средней панелей определяется следующими зависимостями:– при α < αпs2,36q0b[ ]и264pп bq02;(95)– при αп ≤ α ≤ 1,56q0b([ ]иs2,3– при α > 1,5s2,3где1,1,2,21pп bq01);(96)3 pп b1 (b b1 / 2) 2q0 (b b1 ),2[ ]и(97)– коэффициенты (табл. 11).Таблица 11Коэффициенты к расчету нажимных плит10,30,40,50,60,70,80,91,01,11,21,31,41,50,25900,20600,16700,14000,12100,10800,09850,09200,08730,08390,08150,07970,0784210,2000,1780,1610,1500,1420,1360,1320,1290,1270,1260,1250,1240,1240,9400,5740,4030,3110,2540,2170,1900,1690,1530,1400,1290,1190,11120,39900,24400,17100,13200,10800,09220,08070,07180,06500,05950,05480,05060,047231,0900,6600,4670,3620,2980,2550,2230,2000,1810,1650,1520,1410,13230,46300,28000,19800,15400,12700,10800,09480,08500,07690,07010,06460,05990,0561Толщина плиты в зоне опорной площадки под шайбу размером 2r2 :– при α ≤ 1,5pп b6(98)s0q0b( 33) ;[ ]иq0– при > 1,5s0где3,12(1 )(3 )[ ]иpпb12q0 ln1,(r1 r2 )2sin2t(99)принимают по табл.
11; – коэффициент Пуассона.Толщину плиты назначают равной максимальной толщинепанели.365Расчет оребренных нажимных плитОребрение плит позволяет существенно уменьшить их толщинуи металлоемкость. Предпочтительно применять ребра с прямолинейной осью, используя для их изготовления неравнобокий уголок илиполосу, привариваемые к основной плите. Вариант конструкции оребренной нажимной плиты показан на рис. 16.Рис. 16. Вариант конструкции оребренной нажимной плитыи ее расчетные размерыРасчетное межцентровое расстояние определяют по формуле (90), а приведенное расчетное давление для любой панели – поформуле (91), в которую следует подставлять Lп и Fп , соответствующие каждой рассчитываемой панели.
Расчетные зависимости применимы при условияхbs5;hsр15,где s – толщина плиты; h – высота ребер; sр – толщина ребер.66При расчетах необходимо предварительно задать отношение sр / s , предпочитая неравенство sр < s , а также задать расположение ребер на плите. При числе продольных ребер n2 рекомендуется принимать расстояние между ребрами a b2 / n2 , а расстояние открая плиты до ребра lк a / 2 .Расчетом на прочность определяют толщину каждой панели,а толщину плиты s принимают равной максимальной из полученныхзначений.Толщину панели, ограниченной ребрами с двух сторон (дведругие стороны свободны), рассчитывают по формуле(t B ) 0,75s1 2sрpп[ ]иp0,75 п[ ]иs,(100)где конструктивные размеры t и B соответствуют размерам на рис. 16.Толщину панели, ограниченную ребрами с четырех сторон,рассчитывают в такой последовательности.Длина панелиl2tl2a1;B 2sп .(101)Расчетные параметры:k1 k21 3k 2k21 k2k2;(102).Расчетная толщина панелиsapп.6 [ ]и67(103)Расчет панели, ограниченной ребрами с трех сторон, когда четвертая сторона свободна, выполняют в следующем порядке.Приведенная длина панелиlпр0, 43 l2 .(104)Ширина панелиb2lк(n2t )a sр2.(105)Коэффициент нагрузки3kрiBi0lк, i = 0; 1; 2; 3:l20292410 Bi1973221030,19Расчетная толщина панелиs l2kр pп0,75q0lпр[ ]и.(106)Панель с круглым отверстием, радиус которого r3 , показана нарис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
