Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Модульные концепции повышения работоспособности кожухотрубчатых теплообменных аппаратов

Диссертация: Модульные концепции повышения работоспособности кожухотрубчатых теплообменных аппаратов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Так значения максимальных эффективных напряжений при амплитуде второй гармоники 100 °C и внутреннем давлении р = (1,6 — 4,0) МПа возрастают более чем в два раза в зависимости от прочности материала. Установлено, что неравномерное температурное поле приводит к искажению профиля корпуса в поперечном и продольном сечениях. Максимальные смещения, вызванные распределением температуры по закону второй… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ПОСТАНОВКА ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Оценка технического уровня КТА
    • 1. 2. Модульное формирование конструкции КТА 12 1.3 Кожухотрубчатый теплообменный аппарат как объект исследования
      • 1. 3. 1. Компоновка технических систем доминирующей конструкции КТА
      • 1. 3. 2. Модульная оценка работоспособности КТА
    • 1. 4. Модульное обеспечение точности и взаимозаменяемости в аппаратостроении
      • 1. 4. 1. Основные принципы повышения качества конкурентоспособной продукции
      • 1. 4. 2. Алгоритмическая модель модульного формирования точности и взаимозаменяемости
    • 1. 5. Анализ литературных и производственных данных
  • 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОРПУСА КТА ПРИ НЕРАВНОМЕРНОЙ ТЕМПЕРАТУРНОЙ НАГРУЗКЕ
    • 2. 1. Математическое описание напряженно-деформированного состояния при неравномерном нагреве корпуса
    • 2. 2. Разработка математической модели численной реализации напряженно-деформированного состояния корпуса в условиях неравномерного поля температур
    • 2. 3. Разработка алгоритмической модели и программной реализации расчета температурных напряжений и деформаций
    • 2. 4. Расчеткая оценка эффектов повышения напряжений и температурных деформаций в корпусе КТА, вызванных неравномерностью нагрева
    • 2. 5. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния корпуса с неравномерным нагревом
  • 3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТОЧНОСТИ ГЦС КОРПУС ПЕРЕГОРОДКА
    • 3. 1. Математическая модель функциональной точности соединения
    • 3. 2. Экспериментальная оптимизация точности соединения
      • 3. 2. 1. Условия натурного эксперимента
      • 3. 2. 2. Результаты натурного эксперимента
    • 3. 3. Экспериментальная оценка параметров математической модели функциональной точности соединения
    • 3. 4. Расчетная оценка зазора по компенсации температурных деформаций соединяемых деталей
  • 4. ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ КОРПУСОВ ДОМИНИРУЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ КТА
    • 4. 1. Точность цилиндрических обечаек
      • 4. 1. 1. Точность поперечного сечения
      • 4. 1. 2. Точность продольного сечения
      • 4. 1. 3. Торцевое биение
    • 4. 2. Точность стыковых соединений базовых деталей
      • 4. 2. 1. Отклонения диаметров
      • 4. 2. 2. Отклонения текущих радиусов обечаек
      • 4. 2. 3. Раскрытие стыка
    • 4. 3. Точность корпусов с фланцевыми соединениями
      • 4. 3. 1. Расчет допусков на межосевое расстояние
      • 4. 3. 2. Вероятностная оценка взаимозаменяемости фланцевого соединения
    • 4. 4. Экспериментальная оптимизация точности корпусов КТА
      • 4. 4. 1. Точность корпусов из листовых заготовок
      • 4. 4. 2. Точность внутреннего диаметра корпусов из труб
  • 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ НАУЧНЫХ РАЗРАБОТОК
    • 5. 1. Модульная оптимизация точности ГЦС корпус-перегородка
    • 5. 2. САПР поиска параметров нормированной точности ГЦС технического оборудования
    • 5. 3. Экономическая эффективность научных разработок

Модульные концепции повышения работоспособности кожухотрубчатых теплообменных аппаратов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Кожухотрубчатые теплообменные аппараты (КТА) различных уровней тепловой эффективности наиболее распространенный вид технологического оборудования и его потребление по отраслям составляет — 20% на предприятиях химической промышленности, 50% - в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленностях, при этом уровень капиталовложения в данное оборудование доходит до 40%. Возросшие требования к эффективности использования нефтехимических установок обусловили преимущественное применение в их составе КТА повышенной тепловой эффективности, прочности, механической надежности. Возникла проблемная ситуация, когда тиражировать эксплуатируемые КТА с заниженным техническим уровнем качества уже нецелесообразно, а новые работоспособные конструкции на уровне требований мировых стандартов еще не имеют технического обеспечения и промышленностью не освоены. Поэтому проблема их работоспособности становится наиболее актуальной.

На уровень качественных показателей КТА влияет широкий спектр взаимозависимых параметров, проявляющихся на этапах конструирования, сборки, тестирования и эксплуатации. Так влияние возможного неравномерного распределения температур в корпусе КТА, возникающее на этапе эксплуатации, должно быть учтено, как на этапе конструирования в связи со значительным увеличением напряжений в корпусе и возможным возникновением эффекта байпаса, так и на этапе определения точностных параметров сборки составляющих аппарата под углом их взаимозаменяемости. Для этапа сборки аппарата важно иметь методики оценки качества комплектующих, их свойств, причем как для целой партии изделий, так и для отдельных экземпляров В этой связи актуальной является проблема комплексного изучения различных аспектов взаимодействия отдельных составляющих на стадиях жизненного цикла.

В настоящее время накоплен достаточный опыт по эксплуатации КТА, определению и достоинств и недостатков, дальнейшего усовершенствования конструкции, технологии, управления. Продолжается работа по более четкому определению причин неудовлетворительной работоспособности и конкурентоспособности, неуклонному повышению эффективности использования. К числу основных недостатков отечественных КТА относятся заниженная тепловая эффективность, механическая ненадежность, недостаточная прочность, в значительной степени, зависящие от совершенства технологии. До последнего времени к конструкциям КТА не предъявлялись конкретные требования к технологичности, точности, взаимозаменяемости, конструкторы фактически не несли ответственности за связанную с ними потерю работоспособности, а их соблюдение передано на произвольное решение изготовителей со сборкой по пригонке. Это сдерживало техническое перевооружение аппаратостроения и препятствовало созданию совершенных технологических систем производства качественной продукции.

В диссертационной работе ставилась задача дальнейшего повышения работоспособности КТА реализацией модульного метода проектирования и производства аппаратов. Возможность компоновки изделий из унифицированных частей, комбинации их со сборочными единицами специального назначения, последовательного наращивания функций позволяют создавать конструкции различного назначения и структуры на базе взаимозаменяемости. В имеющейся по модульному аппаратостроению литературе содержится вывод об отсутствии общей теории, поэтому в решении поставленной задачи разработан комплекс научно-технических исходных положений повышения работоспособности за счет обеспечения взаимозаменяемости взамен существующей пригонки. Взаимозаменяемость предполагает с большей стоимостью деталей достичь наименьшую стоимость сборки. Рост стоимости взаимозаменяемых деталей происходит от необходимости удерживать каждую деталь в пределах допуска, так, чтобы когда предельные отклонения совпадают не было бы пригонки. Экономика взаимозаменяемости на производстве оправдывает замену сложившейся технологии на новую более перспективную гибкую автоматизированную технологию. Подобная экономика бывает оправдана при ремонте, так как в процессе эксплуатации бывает лучше заменить, чем ремонтировать.

Важной составной частью работы является создание программно-алгоритмического обеспечения на базе математического модульно-агрегатированного моделирования с проведением трех видов экспериментальной оптимизации в производственных условиях, ВМЗ им. Петрова, ВНИИПТ Химнефтеаппаратуры г. Волгоград, МГУИЭ.

Научно-методические основы диссертационной работы и ее результаты докладывались на научно-практической конференции «Технологическое обеспечение работоспособности химических машин и аппаратов» (г. Москва 1991 г.), Всероссийском совещании по автоматизации проектирования конструкций и технологий в отрасли (г. Москва, Комитет машиностроения РФ, 1995 г.) на научных семинарах МГУИЭ, технологических советах ВМЗ им. Петрова, ВНИИС по проблемам оптимизации требований к стандартизации, на международном симпозиуме «50 лет информационной эры» (г. Москва 1996 г.).

Актуальность и народнохозяйственное значение работы определяются тем, что она явилась частью системных исследований комплексной целевой программы государственных ведомств по машиностроению РФ, направленной на создание конкурентоспособной продукции, с выходом на внешний рыноксертификационной.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Предложена методика оценки технического уровня кожухотрубчатых тенлообменных аппаратов (КТА) на основе относительных дифференциальных и комплексного показателей качества и технологичности однородных конструкций.

2. Разработан комплекс научно-технических исходных положений модульного формирования конструкции КТА с тремя уровнями требований: к объекту, к объекту обеспечения, методическому подходу повышения работоспособности в процессе проектирования, производства и эксплуатации. С целью обеспечения взаимозаменяемости проблема повышения работоспособности изучена с учетом, в первую очередь, двух модульных факторов: функциональной способности конструкции и воздействия на нее эксплуатационной нагрузки.

3. Разработана математическая модель напряженно-деформированного состояния корпуса КТА в эксплуатационной ситуации, характеризующейся неравномерной температурной нагрузкой. На основе спектрального анализа проведена численная реализация полученной математической модели и разработан пакет компьютерных программ. Адекватность модели и программ подтверждена тестовыми задачами, экспериментальными исследованиями физической модели.

4. На основе спектрального анализа выявлено, что в окружном распределении температуры наиболее существенной является вторая гармоника. Установлено, что значения максимальных эффективных напряжений, вызванных неравномерным в окружном направлении распределением температуры в корпусе аппарата по закону второй гармоники, практически не зависят от габарита корпуса и не подвержены влиянию масштабного фактора.

5. Обнаружено, что неравномерность распределения температуры в корпусе приводит к значительному росту напряжений относительно расчетных значений, т. е. определенных лишь под действием одного внутреннего давления.

Так значения максимальных эффективных напряжений при амплитуде второй гармоники 100 °C и внутреннем давлении р = (1,6 — 4,0) МПа возрастают более чем в два раза в зависимости от прочности материала. Установлено, что неравномерное температурное поле приводит к искажению профиля корпуса в поперечном и продольном сечениях. Максимальные смещения, вызванные распределением температуры по закону второй гармоники в окружном направлении, доходят до 20% от равномерного расширения корпуса за счет среднего нагрева.

6. С целью обеспечения взаимозаменяемости показана возможность сближения функционально-типизированных допусков нестандартного соединения корпус-перегородка со стандартными допусками и посадками гладких цилиндрических соединений на основе разработанных моделей точности расчета предельно наибольшего и предельно наименьшего зазоров.

7. На основе модульного подхода разработана модель технологической точности конструктивных модулей КТА (обечаек и их нестандартных соединений, фланцевых соединений) и даны вероятностные оценки их взаимозаменяемости. Получены оценки фактической точности корпусов из двух видов исходных заготовок — листовых и труб.

8. Построен алгоритм модульной оптимизации точности соединения корпус-перегородка, разработан САПР поиска параметров нормированной точности гладких цилиндрических соединений ИСО.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Ю.М., Лопатин М. В. Квалиметрические аспекты управления качеством новой техники. Л. ЛГУ, 1983.
  2. Л.М., Лавренюк С. Ю. Математические основы проектирования высокотемпературных технологических процессов. М.: Наука, 1986.
  3. П.А., Аронович М. С., Бакластов A.M. Рекуперативные теплообменные аппараты. М.-Л.: Госэнершиздат, 1972. — 230 с.
  4. А., Эйзен С. Статистический анализ: Подход с использованием ЭВМ. М.: Мир, 1982.
  5. П.И., Кавенец Г. Е., Селиверстов В. М. Справочник по теплообменным аппаратам, М.: Машиностроение, 1989.
  6. Г. Б., Сабанин В. В. Принципы математического моделирования теплообменных аппаратов. М.: МЭИ, 1986.
  7. Д. Условная оптимизация и методы множителей Лагранжа. М.: Радио и связь, 1987.
  8. В.Н. Проблемы управления в машиностроении. М.: МНИИПУ, 1984.
  9. Ю.Н., Гриценко A.M. Нестеров В. Д. Новые теплообменники. М.: Недра 1994.
  10. Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1978.
  11. В.В., Кузнецов Ю. А. Матрицы и вычисления. М.: Наука, 1984.
  12. Г. И., Дубровский Е. В. Эффективные теплообменники. М.: Машиностроение, 1973.
  13. М.Г., Поникаров И. И. Машины и аппараты химических производств. М.: Машиностроение, 1989.
  14. Гибкие производственные системы. М.: Издательство стандартов, 1987.
  15. И.И., Зайцев И. Д., Кавенец Г. Е. Введение в автоматизированное проектирование теплообменного оборудования. Киев: Наук, думка, 1985.
  16. A.B., Колесников A.C., Яковенко Е. Г. Экономико-математические методы в комплексной стандартизации. М.: Изд-во стандартов, 1982.
  17. К., Каплан A.A. Нелинейное программирование на основе безусловной минимизации. Новосибирск: Наука, 1981.
  18. В.И., Грызлова Т. П. Турбо Паскаль 7.0. М.: ДМК, 1998.
  19. Л.В., Кафаров В. В. Мешалкин Л.В. Оптимизация теплообменных процессов и систем. М.: Энергоатомиздат, 1988.
  20. A.A. Введение в теорию подобия, М.: Высшая школа, 1973.
  21. А.И. Технологические вопросы агрегатирования сборочного оборудования. Ж. Вестник машиностроения, 1990, № 2.
  22. Де Бор К. Практическое руководство по сплайнам. М.: Радио и связь, 1985.
  23. Дунин-Барковский И. В. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1975.
  24. Единая система допусков и посадок СЭВ в машиностроении и приборостроении. Справочник, том 1. М.: Изд-во стандартов, 1979. 211 с.
  25. Единый порядок систематической оценки технического уровня и качества машин, оборудования и другой техники. М.: Издательство стандартов, 1982.
  26. Н.С. Напряженно-деформированное состояние корпуса кожухотрубчатого теплообменного аппарата в условиях неравномерного температурного поля. Деп. в ВИНИТИ 24.03.99 № 914-В99, Москва 1999.
  27. Н.С. Обеспечение качества изделий методом оптимизации параметров. МИХМ. 1989.
  28. Ю.С., Квасов Б. И., Мирошниченко В. Л. Методы сплайн-функций. М.: Наука, 1980.
  29. Ю.С., Леус В. А., Скороспелов В.А Сплайны в инженерной геометрии. М.: Машиностроение, 1985.
  30. Г. Е., Питерцев А. Г., Хуснуллин М. С. Комплексная оптимизация теплообменных аппаратов, Киев: Наук, думка, 1972.
  31. Д. Д., Попалов В. В. Оптимизация теплообменников по эффективности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1986.
  32. В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1976.
  33. В.В., Ахназарова C.JI. Методы оптимизации эксперимента в химической промышленности. М.: 1985.
  34. Л.М., Глушков А. Ф. Теплообменники с интенсификацией теплоотдачи. М.: Энергоатомиздат, 1986.
  35. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты общего и специального назначения. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1991.
  36. Н.В. Основы расчета упругих оболочек. М.: Высшая школа, 1972.
  37. Г., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1978.
  38. A.A., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. М.-Л.: Машгиз, 1963.
  39. Е.И., Рашковский П. В. Теплообменники-конденсаторы в процессах химической технологии: моделирование, расчет, управление. Л.: Химия, 1990.
  40. Машиностроительные материалы. Краткий справочник (п/р В.М. Раскатова). М.: Машиностроение, 1980.
  41. Методика и практика стандартизации. /Под ред. В. В. Ткаченко. М.: Издательство стандартов, 1971.
  42. В.К. Повышение эффективности современных теплообменников. Л.: Энергия, 1980.
  43. В.К., Фирсова Э. В. Теплообмен и гидравлическое сопротивление пучков труб. Л.: Наука, 1986.
  44. М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.
  45. В.И., Мальцев В. П. Методы и алгоритмы расчета пространственных конструкций на ЭВМ ЕС. М.: Машиностроение, 1984.
  46. Ю.Г., Конахин A.M., Хайруллин Р. Г. Расчет теплообменного оборудования на ЭВМ. М.: МЭИ, 1991.
  47. А. Д. Основы взаимозаменяемости в химическом аппаратостроении. М.: Машиностроение, 1979.
  48. А.Д., Бойцов В. В. Инженерные методы обеспечения качества в машиностроении. М.: Издательство стандартов, 1987.
  49. А.Д., Жукова Н. С. САПР поиска параметров нормированной точности технического оборудования. Химическое и нефтяное машиностроение. 1998. № 2. С.32−33.
  50. А. Д. Жукова Н.С. Автоматизированный поиск допусков и посадок гладких цилиндрических соединений размером до 500 мм. в системе ИСО. МГУИЭ. 1999.
  51. А. Д. Жукова Н.С. Методика компьютерного конструирования в машиностроении на примере автоматизированной системы выбора посадок. Тез. докл. / Международный симпозиум «50 лет информационной эры». Москва, 1996.
  52. А.Д., Жукова Н. С. Концепция взаимозаменяемости при обеспечении качества аппаратов нефтяной и химической промышленности. Химическое и нефтяное машиностроение. 1993. № 6. С. 17−19.
  53. В. Вопросы термоупругости. М.: Изд-во АН СССР, 1962
  54. Основы стандартизации в машиностроениии/Под ред. В. В. Бойцова. М.: Изд-во стандартов, 1983.
  55. А.Н., Николаев П. И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М:. Химия, 1987.
  56. Промышленные и тепломассообменные процессы и установки /Под ред. А. М. Бакластова. М.: Энергоатомиздат, 1986.
  57. A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978.
  58. A.A. Вычислительный эксперимент в задачах технологии. Вестн. АН СССР, 1984, № 3, с. 77−88.
  59. В.М., Бажан П. И. Термодинамика, теплопередача и теплообменные аппараты, М.: Транспорт, 1988.
  60. А.И., Трегубова И. А., Молоканов Ю. К. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1982
  61. Справочник по теплообменникам: В 2 т.- М.: Энергоатомиздат, 1987.
  62. Статистические методы для ЭВМ /Под редакцией К. Энслейна, Э. Релстона, Г. С. Уилфа, М.: Наука, 1986.
  63. В.Т. Оптимизация теплообменного оборудования химических производств на ЭВМ. Киев, Знание, 1984.
  64. Технические требования. ОСТ26−291−87. М.: Минхиммаш, 1988.
  65. Технические условия. ТУ26−02−1105−89. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые. М.: Минхиммаш, 1989.
  66. Технические условия. ТУ26−02−1069−88. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые. М.: Минхиммаш, 1988.
  67. Технические условия. ТУ26−02−1101−89. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые повышенной тепловой эффективности. М.: Минхиммаш, 1989.
  68. Технические условия. ТУ26−02−1102−89. Аппараты теплообменные кожухотрубчатые М.: Минхиммаш, 1989.
  69. Технологический контроль в машиностроении. Справочник проектировщика. М.: Машиностроения, 1987.
  70. Технологические основы обеспечения качества машин. М.: Машиностроение, 1990
  71. Технологические системы. Методы оценки надежности по параметрам качества изготавливаемой продукции. ГОСТ 27.202−83.
  72. Технологические системы. Технические требования к методам оценки надежности по параметрам производительности. ГОСТ 27.204−83.
  73. С.П., Войновский-Кригер С. Пластинки и оболочки. Пер. с англ. М.: Наука, 1966.
  74. В.В., Комаров Д. М. Система оптимизации параметров объектов стандартизации. М.: Издательство стандартов, 1977.
  75. Г. П., Бриф В. М. Изготовление и ремонт кожухотрубчатой теплообменной аппаратуры. М.: Машиностроение, 1980.
  76. Управление качеством продукции. ГОСТ 15 467–79.
  77. В.В. Программирование на персональных ЭВМ в среде ТУРБО-ПАСКАЛЬ. М.: Изд-во МГТУ, 1991.
  78. А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников. М.: Атомиздат, 1971.
  79. A.A., Лукьященко В. И., Котон Л. В. Надежность сложных систем. М.: Машиностроение, 1976.
  80. Я.С., Дуров B.C. Ремонтные работы на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях. М.: Химия, 1975.
  81. Численные методы для решения задач оптимизации и управления./ Под ред. В. Г. Карманова, В. А. Березнева. М.: МГУ, 1984.
  82. А.И., Воронцов Л. Н., Федотов Н. М. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения. М.: Машиностроение, 1986. 351 с.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!