Расчет на прочность единичного элемента рекуператора

Единичным элементом рекуператора является тепловая труба, посредством которой происходит теплообмен между отходящими дымовыми газами и нагревающимся воздухом. Согласно методики [15] для тонкостенных цилиндров, работающих под внутренним избыточным давлением, толщина стенки рассчитывается по формуле

где P – избыточное давление, МПа;

D_вн – внутренний диаметр цилиндра, мм;

[σ ] – допускаемое напряжение для условий работы, МПа;

φ – коэффициент прочности, φ = 1;

с – прибавка на коррозию, мм;

s – толщина стенки трубы, мм.

Если же рассматривать тепловую трубу как толстостенный цилиндр, работающий под внутренним избыточным давлением, тогда толщину стенки необходимо рассчитывать по формуле

где R_вн – внутренний радиус цилиндра, мм.

Для расчетов используем следующие данные:

- температура дымовых газов перед пучком труб 300°С;

- равновесное давление водяного пара внутри тепловой трубы при данной температуре P = 8, 75 МПа;

- внутренний диаметр трубы D_вн = 21 мм;

- допускаемое напряжение для стали 20 при данной температуре 113 МПа;

- прибавка на коррозию с = 1 мм.

По результатам расчетов по формулам (3.1) и (3.2) получены следующие значения толщины стенки тепловой трубы:

- по методике для тонкостенных цилиндров s = 1, 85 мм;

- по методике для толстостенных цилиндров s = 1, 92 мм.

Следовательно, за толщину трубы принимаем 2 мм как ближайшее значение из стандартных, отсюда внешний диаметр трубы 25 мм. Кроме того, для каждой трубы предусмотрим прижимную шайбу. Для обеспечения достаточной герметичности работы внутренний диаметр шайб должен быть близок к внешнему диаметру труб, также шайбы должны иметь достаточный вес. Исходя из этого выбираем специально изготовленные шайбы с внутренним диаметром 26 мм, внешним диаметром 30 мм и толщиной 10 мм. Зная плотность стали (), рассчитаем массу одной шайбы: