Файл: Учебнометодическое пособие по выполнению лабораторных работ и самостоятельной работе обучающихся Стерлитамак 2018.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.04.2024
Просмотров: 46
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, Ek, 
.
Предположим, что трубные решетки и корпус не деформируются и поэтому температурные усилия распределяются равномерно на все трубы.
В материале труб при нагреве на величину равную разности температур трубок и корпуса (tm-tк) возникают напряжения равные
(6.4)
В действительности корпус упруго деформируется, в результате чего напряжения в трубах уменьшаются.
Представим случай, когда трубы и корпус между собой не связаны и имеют возможность независимо друг от друга расширяться.
При этом удлинение трубок составит
(6.5)
а удлинение корпуса
(6.6)
Удлинение труб больше удлинения корпуса на величину
,
(6.7)
В действительности трубы и корпус связаны между собой. При нагревании до различных температур, менее нагретый корпус дополнительно удлиняется, а более нагретые трубы сжимаются. Действительное удлинение будет меньше удлинения труб и больше удлинения корпуса,
(6.8)
Очевидно, что усилие сжатия труб Qm равно усилию растяжения корпуса Qk и равно температурному усилию,
Qm=Qk=Qt
Согласно закону Гука, деформация труб и корпуса равна
; 
(6.9)
Подставляя выражения деформации (6.7) и (6.9) в формулу совместности деформаций (8), получим значение температурного усилия
(6.10)
Температурные напряжения в трубах и корпусе соответственно равны:
(6.11)
(6.12)
В случаи изготовления трубок и корпуса из одного материала,
; 
и 
, получим
; 
(6.13)
Зная диаметр корпуса, толщину стенок, наружный и внутренний диаметр теплообменных трубок, и число трубок в пучке, определяем площади сечения материала трубок и корпуса по формулам:
, (6.14)
(6.15)
Из выражения (6.13) следует, что для каждой данной конструкции температурные напряжения зависят от разности температур (tm-tk). Таким образом эта разность может служить первым указателем на допустимость применения теплообменника жёсткой конструкции. Принято считать, что при разности температур (tm-tk)>(40-50)0C в жёсткой конструкции теплообменников возникают уже недопустимо большие напряжения.
Но это не совсем верно. Во-первых, действительные напряжения получаются значительно меньше расчетных, вследствие прогиба трубных решеток и продольного изгиба трубок. В этом отношении особенно благоприятны длинные теплообменники с трубками длиной 5-7 м, в которых (tm>tk). Во-вторых, большая величина силы Qtопасна преимущественно для конструкций, в которых трубки соединены с трубками решётки посредством развальцовки. Для таких теплообменников сила, приходящаяся на 1 см периметра всех труб, не должна превышать определенную величину, при которой ещё сохраняется прочность и плотность соединения и которая при отсутствии перепада давлений по обеим сторонам трубной доски будет равна
мн/м (6.16)
В теплообменниках, в которых трубки приварены к трубным доскам, или в теплообменниках типа "труба в трубе" можно допускать большие разности
.
6.2 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Схема установки представлена на рисунке. Установка состоит из теплообменника жесткого типа, с внутренней трубой, диаметром 130х5 и наружной диаметром 200х5 и из стали марки , 08Х18Н10Т. Нагрев осуществляется теплоэлектронагревателями, расположенными во внутренней трубе. Регулируется работа ТЭНов с помощью регулятора, напряжения РНС-250. В межтрубное пространство подаётся вода, расход которой измеряется ротаметрами 10 типа РС-5. Регулировка расхода осуществляется вентилями 9. Температура в разных точках теплообменника измеряется ртутными термометрами 11, и термопарами 13, установленными в трех сечениях аппарата. Сигналы с термопар подаются на потенциометр 19. Терморегулятор 4 работает совместно с контактным термометром 14. Контроль силы тока и напряжения, подаваемого на теплоэлектронагреватель, осуществляется амперметрами и вольтметрами 15-18. Температурные напряжения, возникающие в трех сечениях корпуса теплообменника, снимаются тензодатчиками 12 и считываются с тензостанции 20.
6.3. ВКЛЮЧЕНИЕ УСТАНОВКИ В РАБОТУ.
6.3.1. Перед включением установки убеждаются в герметичности шланговых соединений и наличии заземления.
6.3.2. Установить на контактном термометре 14 заданную температуру, включить потенциометр.
6.3.3. Вывести ручки РНС-250 в крайнее левое положение и нажать кнопку пуск 7 и тумблер на терморегуляторах ТРР-2М. Установка включена.
6.3.4. Ввести движки реостатов на РНС-250 и установить напряжение на вольтметрах 17, 18 в пределах 100-150 В показания амперметров при этом не должны превышать 10-15 А.
6.3.5. После прогрева установки в течении 10-15 мин. открыть воду вентилем 8 и установить расход воды не более 1л/м вентилем 9.
6.3.6. О выходе установки на установившийся режим будет свидетельствовать автоматическое отключение одной пары нагревателей 2 контактным термометром 16.
6.3.7. Отключение установки: снять напряжение путём поворота рукояток реостатов РНС-250 в крайнее левое положение; нажать кнопку "стоп" и выключить тумблер на ТРР-2М; отключить потенциометр и тензостанцию, увеличить расход воды для более быстрого охлаждения теплообменника, после чего воду закрыть.
6.4 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
6.4.1. К выполнению работы допускаются студенты, изучившие методические указания и инструкции по ТБ к данной работе.
6.4.2. Перед включением установки в работу, снять показания тензодатчиков при комнатной температуре и занести в таблицу.
6.4.3. Включить установку и после её выхода на заданный режим снять показания тензодатчиков и занести в таблицу.
6.4.4. Окончив опыты, отключить установку от сети как описано в пункте.
6.4.5. Привести установку в порядок, доложить преподавателю об окончании работы.
Таблица
где tm - температура внутренней трубы аппарата
tk - температура корпуса аппарата;
∆t=tm-tk.
6.5 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Пусть начальным показанием прибора будет число 12580, а повторное показание - число 12595. Здесь первая цифра - это номер сечения. Число 2580 - условный нуль. Тогда абсолютное значение относительной деформации в точке 1 будет
о. ед.
Для вычисления напряжений воспользуемся законом Гука при растяжении
где
- значение найденной деформации;
E - модуль упругости для стали.
Сравнить экспериментальные данные с данными полученными расчетным путем.
По выполненной работе составляется отчет, содержащий:
1) номер и наименование работы
;
2) краткое описание работы;
3) схему установки;
4) расчет температурных напряжений;
5) таблицу с данными эксперимента;
6) сравнение полученных результатов. Выводы.
Студент должен уметь объяснить полученные результаты.
Список использованных источников
.Предположим, что трубные решетки и корпус не деформируются и поэтому температурные усилия распределяются равномерно на все трубы.
В материале труб при нагреве на величину равную разности температур трубок и корпуса (tm-tк) возникают напряжения равные
(6.4)В действительности корпус упруго деформируется, в результате чего напряжения в трубах уменьшаются.
Представим случай, когда трубы и корпус между собой не связаны и имеют возможность независимо друг от друга расширяться.
При этом удлинение трубок составит
(6.5)а удлинение корпуса
(6.6)Удлинение труб больше удлинения корпуса на величину
, (6.7)В действительности трубы и корпус связаны между собой. При нагревании до различных температур, менее нагретый корпус дополнительно удлиняется, а более нагретые трубы сжимаются. Действительное удлинение будет меньше удлинения труб и больше удлинения корпуса,
(6.8)Очевидно, что усилие сжатия труб Qm равно усилию растяжения корпуса Qk и равно температурному усилию,
Qm=Qk=Qt
Согласно закону Гука, деформация труб и корпуса равна
; (6.9)Подставляя выражения деформации (6.7) и (6.9) в формулу совместности деформаций (8), получим значение температурного усилия
(6.10)Температурные напряжения в трубах и корпусе соответственно равны:
(6.11)
(6.12)В случаи изготовления трубок и корпуса из одного материала,
; и , получим ; (6.13)Зная диаметр корпуса, толщину стенок, наружный и внутренний диаметр теплообменных трубок, и число трубок в пучке, определяем площади сечения материала трубок и корпуса по формулам:
, (6.14) (6.15)Из выражения (6.13) следует, что для каждой данной конструкции температурные напряжения зависят от разности температур (tm-tk). Таким образом эта разность может служить первым указателем на допустимость применения теплообменника жёсткой конструкции. Принято считать, что при разности температур (tm-tk)>(40-50)0C в жёсткой конструкции теплообменников возникают уже недопустимо большие напряжения.
Но это не совсем верно. Во-первых, действительные напряжения получаются значительно меньше расчетных, вследствие прогиба трубных решеток и продольного изгиба трубок. В этом отношении особенно благоприятны длинные теплообменники с трубками длиной 5-7 м, в которых (tm>tk). Во-вторых, большая величина силы Qtопасна преимущественно для конструкций, в которых трубки соединены с трубками решётки посредством развальцовки. Для таких теплообменников сила, приходящаяся на 1 см периметра всех труб, не должна превышать определенную величину, при которой ещё сохраняется прочность и плотность соединения и которая при отсутствии перепада давлений по обеим сторонам трубной доски будет равна
мн/м (6.16)В теплообменниках, в которых трубки приварены к трубным доскам, или в теплообменниках типа "труба в трубе" можно допускать большие разности
.
6.2 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Схема установки представлена на рисунке. Установка состоит из теплообменника жесткого типа, с внутренней трубой, диаметром 130х5 и наружной диаметром 200х5 и из стали марки , 08Х18Н10Т. Нагрев осуществляется теплоэлектронагревателями, расположенными во внутренней трубе. Регулируется работа ТЭНов с помощью регулятора, напряжения РНС-250. В межтрубное пространство подаётся вода, расход которой измеряется ротаметрами 10 типа РС-5. Регулировка расхода осуществляется вентилями 9. Температура в разных точках теплообменника измеряется ртутными термометрами 11, и термопарами 13, установленными в трех сечениях аппарата. Сигналы с термопар подаются на потенциометр 19. Терморегулятор 4 работает совместно с контактным термометром 14. Контроль силы тока и напряжения, подаваемого на теплоэлектронагреватель, осуществляется амперметрами и вольтметрами 15-18. Температурные напряжения, возникающие в трех сечениях корпуса теплообменника, снимаются тензодатчиками 12 и считываются с тензостанции 20.
6.3. ВКЛЮЧЕНИЕ УСТАНОВКИ В РАБОТУ.
6.3.1. Перед включением установки убеждаются в герметичности шланговых соединений и наличии заземления.
6.3.2. Установить на контактном термометре 14 заданную температуру, включить потенциометр.
6.3.3. Вывести ручки РНС-250 в крайнее левое положение и нажать кнопку пуск 7 и тумблер на терморегуляторах ТРР-2М. Установка включена.
6.3.4. Ввести движки реостатов на РНС-250 и установить напряжение на вольтметрах 17, 18 в пределах 100-150 В показания амперметров при этом не должны превышать 10-15 А.
6.3.5. После прогрева установки в течении 10-15 мин. открыть воду вентилем 8 и установить расход воды не более 1л/м вентилем 9.
6.3.6. О выходе установки на установившийся режим будет свидетельствовать автоматическое отключение одной пары нагревателей 2 контактным термометром 16.
6.3.7. Отключение установки: снять напряжение путём поворота рукояток реостатов РНС-250 в крайнее левое положение; нажать кнопку "стоп" и выключить тумблер на ТРР-2М; отключить потенциометр и тензостанцию, увеличить расход воды для более быстрого охлаждения теплообменника, после чего воду закрыть.
6.4 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
6.4.1. К выполнению работы допускаются студенты, изучившие методические указания и инструкции по ТБ к данной работе.
6.4.2. Перед включением установки в работу, снять показания тензодатчиков при комнатной температуре и занести в таблицу.
6.4.3. Включить установку и после её выхода на заданный режим снять показания тензодатчиков и занести в таблицу.
6.4.4. Окончив опыты, отключить установку от сети как описано в пункте.
6.4.5. Привести установку в порядок, доложить преподавателю об окончании работы.
Таблица
-
tm
tк
Показания тензодатч.
Сечение
∆t
Температурные напряжен.
I
II
III
где tm - температура внутренней трубы аппарата
tk - температура корпуса аппарата;
∆t=tm-tk.
6.5 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Пусть начальным показанием прибора будет число 12580, а повторное показание - число 12595. Здесь первая цифра - это номер сечения. Число 2580 - условный нуль. Тогда абсолютное значение относительной деформации в точке 1 будет
о. ед. Для вычисления напряжений воспользуемся законом Гука при растяжении
где
- значение найденной деформации;E - модуль упругости для стали.
Сравнить экспериментальные данные с данными полученными расчетным путем.
По выполненной работе составляется отчет, содержащий:
1) номер и наименование работы
;
2) краткое описание работы;
3) схему установки;
4) расчет температурных напряжений;
5) таблицу с данными эксперимента;
6) сравнение полученных результатов. Выводы.
Студент должен уметь объяснить полученные результаты.
Список использованных источников
-
Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 327 с. -
Доронин В.Н. Критические скорости вращающихся валов. Основы теории расчета. - Казань: Изд. КХТИ, 1972. - 217 с. -
Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. - 3-е Изд. перераб. и доп. - М: Машгиз, 1960. - 743 с. -
Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета j химической аппаратуры: Справочник. - М.: Машиностроение, 1970. - 752с. -
Топтуненко Е.Т. Основы конструирования и расчета химических аппаратов и машин. - Харьков: Изд. Харьковского университета, 3968. - 275 с. -
ГОСТ 14249-80 (СТ СЭВ 596-77, СТ СЭВ 597-77, СТ СЭВ 1039-78 - СТ СЭВ 1041-78). Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. - Взамен ГОСТ 14249-73. Введ.01.07.80. Группа Г02.