UNIVERZITET U TUZLIMAŠINSKI FAKULTET Odsijek: Energetsko mašinstvoPredmet: Toplotni aparati i uređaji

Projektni zadatakbr.2

Br.indeksa: I-305/09 Hadžić Adisa

Tuzla, 2012

POSTAVKA ZADATKA

Za potrebe procesne industrije potrebno je uraditi mašinski projekat niskotlačnog izmjenjivača toplote para – voda prikazanog na slici.Parametri fluida su :

Primarni fluid – vodena para:

-Radni pritisak p1 = 400kPa-Ulazna temperatura t 1ul = 175 °C-Izlazna temperatura t 1iz = t zas

Sekundarni fluid – voda koja se grije :

-Protočna masa M = 44 kg / s-Radni pritisak p2 = 1,7 MPa-Ulazna temperatura t 2 ul = 20°C-Izlazna temperatura t 2 iz = 80°C

Gubitak toplote doveden parom iznosi 1,5 % , radne pritiske usvojiti kao projektne što također odnosi i na temperature.Projektno riješenje treba da sadrži:

-toplotni proračun izmjenjivača toplote,

-proračun pada pritiska,

-proračun čvrstoće osnovnih elemenata(prirubnice, dance, omotač, cijevi itd.)

-proračun zavarenih spojeva,

-specifikacija materijala sa orijentacionim cijenama,

-sklopni crtež rezervoara sa detaljima veza i karakterističnih dijelova,

-popis korištenih propisa pri izradi projekta.

2

TEHNIČKI PODACI

Najveci dozvoljeni radni pritisak ¿ 19Radni medij voda,paraNajveca i najmanja radna temperature [°C] 150, 20

Karakteristika radnog medija neutralanZapremina [m3 ] 1,3

Masa prazne posude [ kg ] 505

Zapremina MalaDebljina zida SrednjaMasa MalaRadni pritisak VisokRadna temperature VisokaAgregatno stanje radne materije Tečno i gasovitoOsnovni oblik CilindričanIzvedba Stabilna,horizontalna,zatvorena,s jednostrukim

zidom,pod pritiskomMaterijal Ugljenični čelikTehnologija izrade i spajanja Oblikovanje u hladnom stanju

Namjena Za teh. procesna postrojenja-izmjenjivač toplote

ODREĐIVANJE KLASE POSUDE

R.B Faktor Iznos/opis Broj bodova1. Pritisak p ¿ 19 22 Zapremina V [m3 ] 1,3 03. Temperatura t [°C] 150 34. Djelovanje radne materije na okolinu neutralan 05. Rizik za ljude Bez rizika 06. Ekonomski rizik Bez rizika 07. Ekoloski rizik Bez rizika 08. Lokacijski faktor Bez lok. faktora 0Ukupan broj bodova 5Klasa posude IV

3

1. TOPLOTNI PRORAČUN

1.1Toplotni bilans

Količinu toplote koja se preda vodi, određujem prema izrazu:

Qv= M (i ' '2−i'

2 )=52∙ (335,15−85,4 )=12987 KW

gdje je:- entalpija vode na izlazu iz izmenjivača pri p2=19 bar i t2ul=20°C: i’2=85,4 [kJ/kg]- entalpija vode na ulazu u izmjenjivač pri p2=19 bar i t2izl =70°C: i”2=335,15 [kJ/kg]

Količina toplote koju predaje para računa se na osnovu izraza:

Q p=Qv

ηp=12987

0,985=13184,77 KW

gdje je:- ηp=1−1,5%=1−0,015 = 0,985

Protočna masa ogrijevne pare je:

M p=Q p

(i '1−i ' '

1 )= 13184,77

2744−604,7=6,16 kg

s

gdje je:- entalpija pare na ulazu u izmjenjivač za p1=4 bar i t1ul=175°C: i’1=2744 [kJ/kg]- entalpija kondenzata na izlazu iz izmjenjivača za p1=4 bar i t1ul=tzas=143,62°C: i”1=604,7 [kJ/kg]

1.2 Komora za obaranje predgrijanja

Predgrijanje pare računam kao:

∆ T p=t 1ul−t zas=150−12 3,62=26 ,38 ° C>5 °C

Potrebna je komora za obaranje predgrijanja.

1.3 Srednje temperaturne razlike

Srednja logaritamska temperaturana razlika računa se na osnovu izraza:

4

∆ T log=∆ T v−∆T m

ln∆ T v

∆ T m

=123,62−63,62

ln 123,6263,62

=90,36 K

gdje je:

- ∆ T m=t zas−t2 i=123,62−80=43,62° C- ∆ T v=t zas−t2u=123,62−20=10 3,62° C

Srednja temperatura vode:

t 2=t zas−∆ T log=123,62−90,36=33,26 °C

1.4 Koeficijent prenosa toplote

1.4.1 Ukupni koeficijent prenosa toplote

Ukupni koeficijent prenosa toplote određuje se na osnovu izraza:

K= 11α 1

+∑ δλ+ 1

α2

gdje je:

- α 1,2=1

R1,2– koeficijent prelaza toplote sa zasićene vodene pare na vanjsku površinu

- R1 – otpor prelaza toplote na strani zasićene pare- R2 – toplotni otpor na strani vode- δ – debljina zida cijevi- λ – koeficijent provođenja toplote za materijal cijevi

Dati izraz se usvaja u slučaju da je zid cijevi ravna ploča. Ogrijevnu površinu možemo računati prema vanjskom, unutrašnjem ili srednjem prečniku.

Za referentne ogrijevne površine, uzimaju se sledeći principi:- ako je cijev s jedne strane orebrena, onda se za referentnu površinu bira glatka- ako je koeficijent prelaza toplote približno isti za obje strane, onda se za referentnu površinu uzima

srednja površina- ako je velika razlika između koeficijenata prelaza toplote, za referentnu površinu uzima se ona sa čije

strane je manji koeficijent prelaza toplote

Treba naglastiti i to da slojevi kamenca ili drugih naslaga mogu biti sa obje strane cijevi, prema tome za slučaj kada je vanjska površina referentna koristi se formula:

5

K= 11α v

+∑ δ v

λv+ δ

λ∙

dv

d sre+∑ δu

λu∙dv

du+ 1

α u∙d v

du

U slučaju da je unutrašnja površina referentna, koristi se izraz:

K= 11α v

∙du

dv+∑ δ v

λv∙du

dv+ δ

λ∙

dv

dsre+∑ δu

λu∙ 1α u

…(1)

U našem slučaju manji je koeficijent prelaza toplote na strani vode. Zbog toga uzimamo unutrašnju površinu kao referentnu. Dati izraz (1) možemo pisati kao:

R=R1+R c+∑ R k+R2

gdje je:

- R – ukupni toplotni otpor sveden na unutrašnju površinu cijevi- R1 – toplotni otpor na strani kondenzata pare, i računamo ga kao:

R1=1

1α v

∙du

dv

- Rc – toplotni otpor provođenja kroz cijevi:

Rc=δλ

∙dv

d sre

- ΣRk – toplotni otpor kroz slojeve sa obje strane cijevi:

∑ R k=∑ ( δ v

λv∙du

dv+

δ u

λu)

- R2 – toplotni otpor na strani vode:

R2=1α 2

1.4.2Koeficijent prelaza toplote na strani vode

Za proračun koeficijenta prelaza toplote sa unutrašnje strani cijevi na hladnu vodu koristim izraz za Nusseltov broj za okrugle cijevi:

Nu=0,023 ∙R c0,8 ∙ Pr0,4

Dati izraz ima ograničenja, te vrijedi za Reynoldsov broj veći od 104 (Re>104) i Prandtlov broj u rasponu od 1÷200 (1 < Pr < 200).

6

Reynoldsov broj računamo:

ℜ=du ∙ w

ν= 0,03 ∙ 1,5

0,587 ∙ 10−6 =76660,9>104−uslov zadovoljen

gdje je:

- du – prečnik cijevi- w – brzina strujanja fluida kroz cijev- υ – kinematska viskoznost fluida za srednju temperaturu vode (t2=53,26)

Prema preporukama, usvajam cijev narednih karakteristika: ϕ30x2, iz čega slijedi:

dv = 30mm du=26mm δ=2mm

sa kvadratnim rasporedom cijevi i korakom:

t=(1,25÷1,30)∙dv = 1,25∙30 = 37,5mm

Vrijednost brzine strujanja prema preporukama za dati fluid iznosi:

w=(1,5÷3) [m/s] = 1,5m/s

Koeficijent prelaza toplote na strani vode tada određujemo:

∝2=λ2

du∙ N u=0,023 ∙

λ2

du∙(du ∙w

ν2)

0,8

∙ Pr0,4=7791,8 Wm2 K

Pri pritisku od p2=18 bar i temperaturi od 46,44°C, fizička svojstva vode imaju iduće vrijednosti:

- λ2 = 0,639 W/mK – koeficijent provođenja toplote- υ2 = 0,587 ∙10-6 m/s2 – kinematska viskoznost za vodu- Pr2=3,798 – Prandtlov broj

Iz dobivenih podataka vidimo da Prandtlov broj ispunjava uslov. (1<Pr2<200)

⟹ R2=1α 2

=1,2834 ∙ 10−4 m2 KW

1.4.3Toplotni otpori kroz stjenku cijevi

Toplotni otpor kroz stjenku cijevi određujemo prema izrazu:

Rc=δλc

∙d sre

du=0,002

46∙ 0,0280,026

=0,468 ∙ 10−4 m2 KW

gdje je:

7

- δ = 2 mm – debljina stjenke cijevi- λc = 46 W/mK – koeficijent provođenja toplote za materijal cijevi, u našem slučaju čelik

Kod određivanja koeficijenta provođenja toplote, uzeta je vrijednost koja odgovara kotlovskoj cijevi, a zanemaren je uticaj temperature.

1.4.4Toplotni otpori naslaga kamenca i drugih nečistoća

Usvajam vodu kotlovskog kvaliteta, pa je:

1) toplotni otpor unutrašnjeg sloja naslaga i kamenca za w=1,5 m/s i t2=53,26°C

Ru=0,9∙ 10−4 m2 KW

2) toplotni otpor na cijevima kod kondenzacije pare

R v=Ru ∙dv

du=0,9 ∙10−4 ∙ 0,03

0,026=1,038 ∙ 10−4 m2 K

W

1.4.5Ukupni otpor provođenja toplote

Na osnovu svih parcijalnih podataka, ukupni otpor provođenja toplote računam kao:

R s=Ru+Rv+Rc+R2=3,689 ∙10− 4 m2 KW

1.4.6 Toplotni otpor na strani vodene pare

S obzirom da mi nije poznata temperaturana razlika u sloju kondenzata ∆T1, a koja se pojavljuje u izrazima za određivanje toplotnog otpora na strani pare, onda ću ovaj otpor odrediti metodom približavanja.

Kao orijentacione podatke koristit ću sljedeće vrijednost za slučaj kondenzacije vodene pare:

Izvor I : λ=2000 ÷ 4250 Wm2 K

odnosnouoblikuizraza R=(2,353 ÷5,0 ) ∙ 10−4 m2 Kw

Izvor II : λ=1700÷ 3400 Wm2 K

odnosnou oblikuizraza R=(2,941÷ 5,882 ) ∙10−4 m2 Kw

8

Vrijednost ukupnog toplotnog otpora treba da bude u okviru navedenih granica, a da pri tome bude i veći od Rs (R01> RS).

Na osnovu preporuka izvora II pretpostavljam ukupnu vrijednost toplotnog otpora.Za određivanje broja cijevi po vertikali na osnovu koje definišem kakvo je stanje kondenzata, prepostavljamo da je ukupna orijentaciona vrijednost toplotnog otpora (pri čemu zadovoljavam da odabrana vrijednost bude unutar granica izvora):

R01=4 ∙10−4 m2 Kw

>RS

Orijentaciona vrijednost ogrijevne površine (površine razmjene topline) A0 računam kao:

A0=Q v ∙ R01

∆ T log=10989 ∙103 ∙4 ∙ 10−4

90,36=48,64 m2 ≈ 49 m2

Broj cijevi u jednom vodenom putu, tj.pri jednom prolazu vode:

M=du

2 ∙ π4

∙ n1∙ w2∙ ρ2 ;υ2=1ρ2

⟹n1=4 ∙ M ∙ υ2

du2∙ π ∙ w2

= 4 ∙ 44 ∙ 1,01 ∙ 10−3

( 26∙ 10−3 )2∙ π ∙ 1,5

=55,8 2≈ 56cijevi

gdje je:

- υ2 =1,01∙10-3 m3/kg - specifična zapremina pri p=19bar i t2=tsr=53,26°C

Za slučaj jedno vodenog puta (jednog prolaza vode):

A0=du ∙ π ∙ n1 ∙ L0⟹ L0=A0

du ∙ π ∙ n1= 49

0,026 ∙ π ∙56=10,71 m

Prema preporukama gdje stoji da dužina cijevnog registra treba da bude 2÷5m, kao i zbog ograničenja dužine izmjenjivača topline, za broj vodenih puteva usvajam n=2, budući da prema preporukama, broj vodenih puteva treba da bude paran, osim ako se to drugačije ne zahtijeva.

Dužina cijevi u tom slučaju iznosi:

L4=L0

2=10,71

2=5,35 m

U tom slučaju na cijevnoj ploči imamo:

ncp=n ∙ n1=4 ∙56=224 cijevi

Prečnik plašta na osnovu usvojenog rasporeda

9

t = 37,5 mm

dv = 30 mm

r = 8 * 30 + 37,5/2r = 258,7 mm usvajam r=260

ru = 2 dv + r + 38,1

ru = 60 + 260 + 38,1

ru = 358,1 mm usvajam ru=360 mm

Du = 2 ruDu = 2 * 360;Du = 720 mm

Broj cijevi po vertikali i = 10

Red cijevi na kojem počinje turbulentni tok fluida kondenzata određujemo na osnovu izraza:

φkr=0,16 ∙ BA

∙ 4√dv ∙∆T 101

gdje je:

- A i B – izvedeni koeficijent fizičkih osobina kondenzata- ∆T1 – temperaturni pad u sloju kondenzata

Orijentacioni specifični tok za prvo približavanje:

q01=∆ T log

R01= 90,36

4 ∙ 10−4 =225900 Wm2

Toplotni otpor provođenja toplote kod kondenzacije pare:

R101=R01−R s=4 ∙10−4−3,689∙ 10−4=0,311 ∙10−4 m2 KW

Toplotni pad u sloju kondenzata:

∆ T 101=q01 ∙ R101=225900 ∙ 0,311 ∙10−4=7,02 K

Orijentaciona temperatura u sloju kondenzata kod prvog približavanja iznosi:

t 101=t zas−0,5∙ ∆ T 101=143,62−0,5 ∙7,02=140,11°C

Za temperaturu t101 iz priloženih tablica određujem koeficijente fizičkih osobina kondenzata:

A=13037,16 ; B=43845,24

φkr=0,16 ∙ BA

∙ 4√dv ∙ ∆T 101=0,16 ∙ 43845,2413037,16

∙ 4√0,03∙ 7,02=0,364

10

Prema dijagramu iz priloženih tablica, na osnovu φkr → ikr = 5, tj. na petoj cijevi po vertikali s gornje strane počinje turbulentni tok u stanju kondenzata. Kako je ikr< i=10 imam turbulentni tok u sloju kondenzata.Za slučaj turbulentnog strujanja koristi se idući izrazi za proračun koeficijenta prelaza toplote:

α 11=φi ∙ikr

i∙ 0,72 ∙ A

4√dv ∙∆ T 101

+0,16(1−ikr

i )∙ B=7110,2 Wm2 K

Sa dijagrama: φ i=0,52 - koeficijent koji zavisi od vertikalnih redova za i=10

Specifični toplotni otpor na strani pare sveden na unutrašnju površinu cijevi iznosi:

R11=1

α11∙dv

du= 1

7110,2∙ 0,030,026

=1,61∙ 10−4 m2 KW

Specifični toplotni tok u prvom koraku kod prvog približavanja iznosi:

q11=∆ T 101

R11= 7,02

1,61∙ 10−4 =43602,48 Wm2

Kod drugog približavanja uzimam da je ukupni toplotni otpor:

R02=4,1∙ 10− 4 m2 KW

Korištenjem iste procedure kao i u prvom koraku dolazim do idućih podataka:

q02=∆ T log

R02= 90,36

4,1 ∙10−4 =220390,24 Wm2

R102=R02−R s=4,1∙ 10−4−3,689 ∙10−4=0,411∙ 10−4 m2 KW

∆ T 102=q02 ∙R102=220390,24 ∙ 0,411 ∙10−4=9,05 K

t 102=t zas−0,5∙∆ T 102=143,62−0,5 ∙ 9,05=139,09 °C

Interpolacijom dobijam koeficijente fizičkih osobina kondenzata:

A=12852,35; B=43284,62

φkr=0,16 ∙ BA

∙ 4√dv ∙ ∆T 102=0,16 ∙ 43284,6212852,35

∙ 4√0,03 ∙ 9,05=0,388

Sa dijagrama ⟹ ikr=5. Ponovno usvajamo izraz za turbulentno strujanje:

11

α 12=φi ∙ikr

i∙ 0,72 ∙ A

4√dv ∙ ∆ T 10 2

+0,16(1−ikr

i ) ∙B=5868,7 Wm2 K

Sa dijagrama: φ i=0,52 - koeficijent koji zavisi od vertikalnih redova za i=10

R12=1

α 12∙

dv

du= 1

5868,7∙ 0,030,026

=1,966 ∙ 10−4 m2 KW

q12=∆ T102

R12= 9,05

1,966 ∙10−4 =46032,5 Wm2

Stvarni toplotni tok je:

q=q01 ∙ q12−q11∙ q02

(q01+q12)−(q11+q02)=99395,54 W

m2

Ukupni stvarni toplotni otpor:

R=∆T log

q= 90,36

99395,54=9,09 ∙ 10−4 m2 K

W

Stvarni toplotni otpor na strani kondenzata:

R1=R−Rs=9,09 ∙10−4−3,689∙ 10− 4=5,4 ∙10−4 m2 KW

Toplotni pad u sloju kondenzata je:∆ T 1=q ∙ R1=99395,54 ∙5,4 ∙ 10−4=53,67 K

Ogrijevna površina iznosi:

A=Q v

q= 10989

99395,54=110,5m2

Stvarna dužina cijevi u cijevnom registru:

L= Adu ∙ π ∙ncp

= 110,50,026 ∙192 ∙ π

=7,04 m

1.5 Određivanje dimenzija priključaka

1.5.1 Priključak za odvod i dovod vode

Du=√ 4 ∙ M ∙ vw ∙ π

=√ 4 ∙ 44 ∙1,01 ∙10−3

1,5 ∙ π=0,194 m

gdje je:

12

- v =1,01∙10-3 – specifična zapremina fluida za uslove od p2=17bar i t2=53,26°C.

Usvajam čeličnu bešavnu cijev sa prirubnicom, materijal Č.1214 i nazivnog prečnika NO200, sa debljinom stjenke od δ=5,9mm. Spoljni prečnik iznosi Dv=219,1mm, a unutrašnji Du=207,3mm.

1.5.2 Priključak za dovod pare

Du=√ 4 ∙ M ∙ vw ∙π

=√ 4 ∙5,13 ∙0,5030540 ∙ π

=0,286 m

gdje je:- v=0,50305 – specifična zapremina fluida za uslove p1=4 bar i t1u=175°C.- w=40 m/s - brzina za vodenu paru, usvojena prema prilogu

Usvajam čeličnu bešavnu cijev sa prirubnicom, materijal Č.1214 i nazivnog prečnika NO300, sa debljinom stjenke od δ=7,1mm. Spoljni prečnik iznosi Dv=323,9mm, a unutrašnji Du=309,7mm.

1.5.3 Priključak za odvod kondenzata

Du=√ 4 ∙ M ∙ vw ∙ π

=√ 4 ∙ 5,13 ∙0,503050,7 ∙ π

=0,122m

gdje je:

- v=0,17187 – specifična zapremina fluida za uslove p1=4 bar i tzas=143,6°C.- w=0,7 m/s - brzina za vodenu paru, usvojena prema prilogu

Usvajam čeličnu bešavnu cijev sa prirubnicom, materijal Č.1214 i nazivnog prečnika NO125, sa debljinom stjenke od δ=4mm. Spoljni prečnik iznosi Dv=133mm, a unutrašnji Du=125mm.

2. PRORAČUN PADA PRITISKA NA VODENOJ STRANI

Hidraulički otpori pri prolazu vode kroz izmjenjivač topline računaju se kao:

∆ P=( λ∙ z ∙ ldu

+∑ ξ )∙ w2

2∙ ρ=30 840,5 Pa<[50kPa]

gdje je:

13

- λ=0,03 – koeficijent trenja za čelične cijevi- z=2 – broj vodnih puteva- l=2,67m – dužina cijevnog registra- ∑ξ=15,5 – suma lokalnih otpora- w=1,5 m/s – brzina strujanja vode kroz izmjenjivač- ρ=985,4 kg/m2 – gustina vode pri uslovima od p2=17bara i t2=53,26°C

∑ ξ=ξ1+ξ2+ξ3+ξ4+ξ5=15,5

gdje je:

- ξ1= 2 ∙ 2,5 = 5 – promjena usljed promjene smijera kretanja kroz pregrade- ξ2= 2 ∙ 1,5 = 3 – udar i promjena smijera na ulaznoj i izlaznoj komori- ξ3= 1 – izlazak iz cijevnog registra- ξ4= 1,5 – promjena smijera iz jednog u drugi vodeni tok za 180°

3. PRORAČUN ČVRSTOĆE OSNOVNIH ELEMENATA

Projektna temperatura i korozione naslage dozvoljavaju korištenje ugljeničnih čelika kotlovskog kvaliteta. Za sledeće parametere, biram mehaničke osobine materijala:

t1max = 175°C p1

=4 bart2max = 80°C p2 = 17bar

3.1 Proračun omotača

3.1.1 Proračun omotača parnog dijela

Ds=2s+Du

s=

DS⋅p

20 KS

ν+ p+c1+c2

Za usvojeni materijal (ugljenični čelik za kotlovske limove Č.1202 str.374 STROJARSKI PRIRUČNIK-KRAUT)

14

K=205,5N/mm2-granica plastičnosti za radnu temp. pare

S=1,5-stepen sigurnosti; c1=0,5-dozvoljeno neg.odstupanje debljine lima ; c2=1-dod.na koroziju ;ν=0,8

Ds=28+700=716

Du=700 mm- unutrasnji precnik

Ds=716 mm- spoljasnji precnik

s'=2,21mm

usvojeno s=8mm

Debljina stjenke omotača parnog dijela je s=8 mm

3.1.2 Proračun omotača vodene komore

Obično se usvaja isti vanjski prečnik omotača i za vodenu komoru i za parni dio isti materijal Č.1202

Ds=716 mm

p=17 bar

K=205,5N/mm2 - granica plastičnosti za radnu temp. vode

s=

DS⋅p

20 KS

ν+ p+c1+c2

s=

716⋅17

20 1801,5

0,9+17+0,5+1

s=7,09mm

usvajam s=8mm

3.2 Proračun cijevi

-Usvojeni materijal za sve priključke je ugljenični čelik

Č.1214 sa granicom plastičnosti

15

Kv=205 N/mm2

s=

D v⋅p

20 KS

ν+ p+c1+c2

; ν= 1

3.2.1 Proračun cijevi u cijevnom registru

-Usvojena cijev

Dv=30 mm

p=17 bar

= 2 mm

s=1,67mm

s<-zadovoljava

3.2.2 Proračun priključka za dovod i odvod vode

-Usvojena cijev je Dv=250 mm

=8 mm

s=

200⋅17

20 2051,5

1+170,5+1

s=1,23mm

s<-zadovoljava

3.2.3 Proračun priključaka za dovod pare

Usvojena cijev Dv=350 mm

p=4 bar

=5 mm

s=

350⋅2,2

20 2051,5

1+2,2+0,5+1

16

s=1,78mm

s<-zadovoljava

3.2.4.Proračun priključka za odvod kondenzata

Usvojena cijev je Dv=100 mm

p=2,2bar

= 2 mm

s=

90⋅5

20 2051,5

1+5+0,5+1

s=1mm

3.3.Proračun neankerisanih okruglih ploča

a) Neankerisana okrugla ploča bez dodatnih momenata

s=C⋅D1⋅√ p⋅S

10⋅K

- p=17 bar

- K=205,5 N/mm2- S=1,5- C=0,35 - D1=716 mm

s=0 , 35⋅716√18⋅1,5

10⋅205 , 5=28 , 7

mm

usvojeno sR=30 mm

3.4.Proračun vijaka i prirubnice

-Dimenzije su :

1.za prirubnicu i brtvu

du=700 mm; h0=22 mm; SE=10 mm; a1=52 mm; S1=17 mm;

dD=726 mm; aD=34,5 mm; dt=770.5 mm; ds=790 mm; hD=3 mm; bD=40 mm

17

3.4.1.Proračun vijaka

Minimalna sila u vijku za radno stanje

FSB=FRB+FFB+FDB

Sila od unutrašnjeg pritiska po prečniku du

FRB=

p⋅π⋅du2

4

p=0,3N/mm2 p=1,7 N/mm2

du=700 mm du=700 mm

dD=726[ mm ]

FRB1=88535,69N

FRB2=643895,93N

Sila od unutrašnjeg pritiska od sredine zaptivača do unutrašnjeg prečnika

FFB=

p⋅π (dD2 −dU

2 )4

FFB1=6403 N

FFB2=45667N

FDB-sila zaptivanja u radnim uvjetima

FDB=

p⋅π⋅aD⋅SD⋅k1

10 = k1=1,3bD =52 -za paru,aD=34.5

SD=1,2 FDB1=1135 N

FDB2=0 N

FSB1= 96073,69N

FSB=F RB+FFB+F DB FSB2=689562 N

Najmanja sila u vijku ,koja je potrebna za ugradno stanje je:

FDV=π⋅d D⋅k 0⋅kD

18

K0⋅K D=200√ bD

hD=200√42

3=748 .3

K0⋅K D=15⋅bD=15⋅42=630

FDV1=1705854,6N

FDV2=1244683,4N

Kako je: FDV1>FSB1 slijedi

F*DV=0,2 FDV +0,8√ FSB⋅FDV

F*DV1=665035,3N

Kako je FDV2>FSB2 slijedi da je korekcija sile

F*DV2=990086,6N

FSB =max (FSB1, FSB2) = 689562 N

FDV =max (F*DV1 , F*DV2 )=990086,6 N

-Proračun vijka za radno stanje:

dKR=z⋅√ FSB

k⋅n +C5=1 . 51⋅√689562210⋅36

dKR=18,42 mm

C5=3 mm

dKR=20 mm n=36

K=210-granica razvlačenja

Z=1.51

Usvojeni vijak je M20-Bojan Kraut

-Proračun vijka za ugradno stanje:

dKU=z⋅√ FSB

k⋅n +C5

z=1,29

K=210 N/mm

dKU=16,32 mm

dKU=18 mm

19

usvajam vijak: M18

dk= max (d KR, d ku) =20 mm

Usvijenivojak je M20 čija je dužina l=130 mm,broj vijaka je n=36.

3.4.2.Proračun prirubnice

a) radno stanje

W rad=

F SB⋅SK

⋅a=336645⋅1 .5230

⋅52=233851 , 46mm3

b) ugradno stanje:

W20=

F DV⋅SK

⋅aD=681589⋅1.1250

⋅34 . 5=150295 ,14mm3

W =max (W rad ,W20)=233851,46 mm3

hF=√ 1 ,27⋅W −Zb

=√ 1. 27⋅233851 ,46−288000152

z=(du + sF) sF2=288000 mm3

SF=20

hF=7,69 mm

hF=10 mm

b =ds -du-2 d*L

b=790-700-2*14

b=62mm

d*L=0,5 dL=0,5*28 mm

Usvaja se prirubnica od materijala Č.0516

4. PRORAČUN DANCETA

Usvojeno duboko dance za koje vrijedi:h1=0,255 * Ds – 0,635 se - visina sfercinog dijela danceta

20

h1=178,07mm

Pri čemu moraju biti ispunjeni uslovi:

R -unutrašnji polumjer dancetar-unutrašnji polumjer trusnog dijela danca

Preporuka za debljinu danceta:

β− Proračunska vrijednost prema dijagramuS –Usvajam 6(mm)

Mora biti zadovoljeno :Ds

Du≤1,2 716

700=1.002≤ 1,2

Provjera danceta na elastično udubljenje:

U zavisnosti od

se−c1−c2

Ds≈0 ,0118

c1 = 0,3 [mm] - dodatak za dozvoljeno odstupanje dimenzija materijalac2 = 1,0 [mm] - dodatak zbog smanjena debljine danca usljed koroz. i habanja

, pB -pritisak potreban da deformiše dance.

pB=4⋅E⋅105=8. 3 [ bar ]>1,5 p2=3,3 [ bar ]

pB>1,5 p2 -zadovoljava

21

R=0,8⋅D S=0,8⋅716=572 , 8 [mm ]

0 , 001≤se−c1−c2

Ds≤0,1

r=0 ,154⋅D S=110 [mm ]

s=DS⋅p⋅β

40 KS

υ+c1+c2=2 . 39 [mm ]

pb

E⋅105=4

E=2 ,075⋅105 [Nmm2 ]

5. PRORAČUN ZAVARA

Računska debljina zavara:a=0,7 ∙ s=0,7 ∙6=4,2 [ mm ]

gdje je:- s = 6 mm - debljina stjenke danceta

Računska površina zavara:

A=2∙ Dv ∙ π ∙ a=2 ∙716 ∙ π ∙ 4,2=18885,2[mm2]Dozvoljeno naprezanje zavara:

σ z , doz=v ∙σ e

S=106,2 N

mm2

gdje je:

- σe=177 N/mm2 – vlačna čvrstoća- v = 0,9 – koeficijent valjanosti zavarenog spoja- S=1,5 – stepen sigurnosti za valjani i kovani čelik

Provjera zavara:

p ∙D v

4 ∙ s<σ z , doz⟹3,3∙ 716

4 ∙ 6=98,45 N

mm2 <[106,2 Nmm2 ]

Zavar izvršen s debljinom od a=4,2 mm prema proračunu zadovoljava.

Proračun uzdužnog zavara plaštaRačunska debljina zavara:

a=0,7 ∙ s=0,7 ∙ 6=4,2 [ mm ]gdje je:

- s = 6mm – debljina stjenke plašta

Računska površina zavara:

A=( L−2 ∙ a ) ∙ a=(3850−2 ∙ 4,2 ) ∙ 4,2=32308[mm2]gdje je:

- L = 7700,8mm – dužina plašta

Zatezna sila F u zavaru iznosi:

F=p ∙ Dv ∙ L

2=1,7 ∙716 ∙ 7700,8

2=4686706 N

22

Kontrolni proračun zavara:

σ zav=F

A zav≤ σ z ,doz

468670632308

=103,7 Nmm2 <[106,2 N

mm2 ]Zavar izvršen s debljinom od a=4,2 mm prema proračunu zadovoljava.

23

6. SPECIFIKACIJA MATERIJALA SA ORIJENTACIONIM CIJENAMA

Naziv komada kolicina Cijena (KM)Kotlovski lim od ugljenicnog čelika Č.1202 500 kg 750Vijci 36 110Prirubnica 2 53Cijevi 160 765Ostali troskovi projekovanja i obrade - 600Prikljuci za odovod i odvod pare i vode 4 100

Ukupno 2378

7. KORIŠTENI PROPISI – STANDARDI

Stavka OpisBAS CEN/TS 1591

Prirubnice i njihovi spojevi - Pravila za konstrukciju zaptivne veze kružnom prirubnicom

BAS EN 12952 Vodocijevni kotlovi i pomodne instalacije BAS CEN/TR 13445

Posude pod pritiskom koje nisu direktno izložene dejstvu plamena

BAS CEN/EN 10207

Čelici za jednostavne posude pod pritiskom - Tehnički uslovi isporuke za limove, trake i šipke

BAS CEN/TS 764 Oprema pod pritiskomBAS EN 10319 Metalni materijali - Relaksacija napona pri ispitivanju zatezanjemBAS EN 14219 Vijci sa šesterostranom glavom sa vijencem i sitnim metričkim navojemBAS EN 1515 Prirubnice i njihovi spojevi - Spajanje vijcimaBAS EN 20225 Elementi za spajanje - Vijci i navrtkeBAS EN 10216 Bešavne čelične cijevi za rad pod pritiskom

24

SADRŽAJ

POSTAVKA ZADATKA..............................................................................................................................................2

TEHNIČKI PODACI...................................................................................................................................................3

ODREĐIVANJE KLASE POSUDE................................................................................................................................3

1. TOPLOTNI PRORAČUN.......................................................................................................................................4

1.1Toplotni bilans..............................................................................................................................................4

1.2 Komora za obaranje predgrijanja.................................................................................................................4

1.3 Srednje temperaturne razlike.......................................................................................................................4

1.4 Koeficijent prenosa toplote..........................................................................................................................5

1.4.1 Ukupni koeficijent prenosa toplote.......................................................................................................5

1.4.2 Koeficijent prelaza toplote na strani vode.............................................................................................6

1.4.3 Toplotni otpori kroz stjenku cijevi.........................................................................................................7

1.4.4 Toplotni otpori naslaga kamenca i drugih nečistoća..............................................................................8

1.4.5 Ukupni otpor provođenja toplote..........................................................................................................8

1.4.6 Toplotni otpor na strani vodene pare....................................................................................................8

1.5 Određivanje dimenzija priključaka..............................................................................................................12

1.5.1 Priključak za odvod i dovod vode.........................................................................................................12

1.5.2 Priključak za dovod pare......................................................................................................................12

1.5.3 Priključak za odvod kondenzata...........................................................................................................13

2. PRORAČUN PADA PRITISKA NA VODENOJ STRANI............................................................................................13

3. PRORAČUN ČVRSTOĆE OSNOVNIH ELEMENATA.............................................................................................14

3.1 Proračun omotača......................................................................................................................................14

3.1.1 Proračun omotača parnog dijela .........................................................................................................14

3.1.2 Proračun omotača vodene komore.....................................................................................................15

3.2 Proračun cijevi............................................................................................................................................15

3.2.1 Proračun cijevi u cijevnom registru......................................................................................................15

3.2.2 Proračun priključka za dovod i odvod vode.........................................................................................16

3.2.3 Proračun priključaka za dovod pare.....................................................................................................16

3.2.4.Proračun priključka za odvod kondenzata...........................................................................................16

3.3.Proračun neankerisanih okruglih ploča......................................................................................................17

25

3.4.Proračun vijaka i prirubnice........................................................................................................................17

3.4.1.Proračun vijaka....................................................................................................................................17

3.4.2.Proračun prirubnice.............................................................................................................................19

4. PRORAČUN DANCETA.......................................................................................................................................20

5. PRORAČUN ZAVARA........................................................................................................................................21

Proračun uzdužnog zavara plašta......................................................................................................................22

6. SPECIFIKACIJA MATERIJALA SA ORIJENTACIONIM CIJENAMA..........................................................................23

7. KORIŠTENI PROPISI – STANDARDI.....................................................................................................................23

26

27