5,686
91,3
3
5,7
Итого
99,928
100
Итого
99,926
100
4 Конструктивный расчет
В конструктивном расчете необходимо определить рабочий объем печи.
Продукция в печи располагается на тележках. Вместимость каждой тележки составляет 70 кг UO2. Период нахождения продукта в печи 1 сутки. Принимаем, что в печи может находиться 10 тележек. Длина каждой тележки l =300 мм, ширина 200 мм, грузоподъемность 70 кг. Расстояние между тележками принимаем 700 мм.
Размеры таблеток:
d=7,6 мм (готовые);
h=10 мм (готовые);
с учетом припуска на шлифование:
d=7,75 мм;
h=10,15 мм.
Плотность готовой таблетки 10,5 г/см3. Следовательно, масса таблетки
.
Длину рабочей зоны принимаем L=10 м, ширину Ь=0,7 м, высоту h=1 м.
Объем рабочей зоны равен:
Общая длина печи:
,
где l1 ,l2 - длины боксов загрузки и выгрузки соответственно.
5 Расчет конструктивных элементов печи на прочность
5.1 Расчет фланцевого соединения кожуха
Кожух изготовлен из стали толщиной 6,35 мм. Кожух испытывается на герметичность до кирпичной кладки, в процессе окончательной сборки и перед нагревом. К фланцевым соединениям прикреплены змеевики водяного охлаждения, предназначенные для защиты прокладок. Конструкция прокладки обеспечивает герметичность на всем диапазоне рабочих температур.
1 Принимаем расчетную температуру 20°С.
Температура болта
2 Допускаемое напряжение для материала болтов .
3 Толщина втулки фланца
для приварного встык
4 Диаметр болтовой окружности
принимаем
где и - нормативный зазор между гайкой и втулкой (u =4 - 6).
5 Наружный диаметр фланца
где а - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца
а = 52мм .
6 Наружный диаметр прокладки
где е - нормативный параметр, зависящий от типа прокладки.
е = 37 – для плоских прокладок и диаметра болта dб = 27мм .
7 Средний диаметр прокладки
где b - ширина прокладки.
Выбираем плоскую неметаллическую прокладку для нее b = 25мм .
8 Количество болтов
tш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбирается в зависимости от давления по таблице 1.43 [5,c97] .
tш = (4,2 – 5)*dб = (4,2 – 5)*27 = 113,4 – 135 .
Принимаем tш = 125мм .
Принимаем nб = 70шт .
9 Высота фланца
,
- принимается по рисунку 1.39 [5,c95] , =2,5 ;
- высота втулки фланца приварного встык
i – уклон втулки I = 1/3;
-толщина у основания втулки приварного встык фланца .
;
;
Принимаем hф = 60мм .
10 Болтовая нагрузка, необходимая для обеспечения герметичности
где- площадь поперечного сечения болта.
11 Условие прочности болтов
12 Условие прочности прокладки
13 Условие герметичности фланцевого соединения, определяемое углом поворота фланца
;
;
;
;
;
;
;
;
0,0052 < 0.013.
5.2 Расчет пластин кожуха
Расчет проводим для случая прямоугольной пластины, нагруженной по всей поверхности давлением р=0,12 МПа, заделанной по контуру. Напряжения и прогибы находим по формулам:
; ; .
где - коэффициенты зависящие от отношения b/a;
a, b – длины сторон пластины, м. a = b = 2м.
;
;
.
Приближенно максимальные значения прогибов (в центре) и напряжения (в середине более длинной стороны) могут быть определены по следующим формулам:
;
.
к - коэффициент зависящий от отношения а/b
5.3 Расчет футеровки
Расчет прочности футеровки при продольном растяжении по несущей способности при температуре до 50 С° производится исходя из следующего неравенства
Здесь R - расчетное сопротивление футеровки сжатию, R = 3,9 по табл.3.7 [3,с100];
F -площадь сечения элемента футеровки;
- коэффициент продольного изгиба, учитывающий снижение несущей способности.
.
Расчет элементов футеровки на прочность при осевом растяжении производят на основе неравенства
где N - растягивающая сила;
Rp - расчетное сопротивление футеровки, при растворе марки 5-100 следует принимать 0,16 МПа .
Расчет элементов футеровки на срез производят исходя из неравенства
где Q - расчетная поперечная сила;
Rcp – расчетное сопротивление футеровки срезу 0,16 МПа;
f - коэффициент трения по шву футеровки 0,7 ;
- среднее напряжение сжатия, ;
Расчет элементов футеровки на поперечный изгиб следует производить исходя из неравенства
где Q - расчетная поперечная сила;
Rra - расчетное сопротивление кладки главным растягивающим напряжениям при изгибе [3,табл.3.10];
b - ширина сечения;
z - плечо внутренней пары сил, z=(2/3)h.
Расчет устойчивости футеровки. Футеровку топок, выполненную из кирпичей, и свободно стоящие стены и столбы, имеющие сечение прямоугольной формы и значительную высоту, проверяют на допустимые отношения высоты стен к их толщинам:
где Н - высота футеровки,
h - толщина стены.
Это отношение не должно превышать 25.
Из [6,c.113] принимаем для стены высотой более 1000 мм и температуре печи более 1200 С, внутренний слой кладки выполняется из шамотного кирпича класса А, толщиной 300 мм; свод с пролетом - из того же материала толщиной 200 мм.
5.4 Расчет каркаса
Распорное усилие свода должно быть воспринято каркасом. Приближенная сила горизонтального распора свода может быть определена по формуле
где К - коэффициент зависимости силы R от температуры, равен 3,5 при температуре более 1200°С,
Р - сила тяжести свода,
- центральный угол свода, град.
Выбор профиля пятовых балок. Момент сопротивления пятовой балки рассчитывают по формуле
где - допустимое напряжение на разрыв,
l - расстояние между балками каркаса.
Принимаем профиль пятовых балок в виде равнополочного угольника с размерами 90x90x8 мм.
Определение сечения верхней поперечной связи. Сечение верхней и нижней связей рассчитывают по формулам:
;
;
Выбор профиля боковой стойки. Момент сопротивления боковой стойки рассчитывают по формуле:
По найденному моменту сопротивления выбирают профиль боковой стойки:
Профиль боковой стойки - угольник равнополочный, с размерами 125x125x10 мм.
5.5 Фундамент печи
Статическую нагрузку, слагающуюся из массы металлических деталей и футеровки, воспринимает фундамент печи. Фундамент выполняют из бутового камня, бетона или железобетона. Основное преимущество железобетона в сравнении с другими материалами (кроме прочности): возможность придания фундаменту любой сложной формы, что позволяет при малой строительной высоте (без значительного углубления в грунт) получить большую площадь давления фундамента на основание. Толщина фундамента должна быть такова, чтобы давление от печи передавалось на все основание и в фундаменте не возникло слишком больших изгибающих и скалывающих усилий.
Особенности сооружения фундаментов топок:
1) на один и тот же фундаментный массив нельзя опирать части печи и других сооружений, так как может произойти различная осадка фундамента и появятся трещины и перекосы в сооружении;
2) если конструкция топки располагается ниже уровня грунтовых вод, то фундамент строят так, чтобы исключался доступ воды к футеровке. Это достигается путем устройства вокруг фундамента глиняных стенок до 300 мм толщиной; гидроизоляции фундамента; искусственного снижения уровня грунтовых вод устройством дренажа; сооружения сварного кессона из мягкой стали;
3) основание фундамента должно быть расположено ниже глубины промерзания грунта ( обычно 1,8 м от уровня земли) ; в отапливаемых или горячих цехах углубление фундамента незначительно;
4) для предотвращения сильного нагревания фундамента от футеровки устраиваются воздушные каналы между ними .
Обыкновенно давление топки на грунт не превышает 100 кПа, поэтому сооружение фундаментов не представляет больших трудностей. Размеры основания фундамента определяются нагрузкой и допустимым давлением на грунт. Допустимую нагрузку на фундамент рассчитывают по формуле:
где R - предел прочности кирпичной футеровки при сжатии, Па;
F - полная площадь фундамента, м2;
F1 - нагруженная площадь фундамента .
- для бетона
Литература
1 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1976. - 552с.
2 Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - Л.: Химия, 1968. - 848 с.
3 Исламов М.Ш. Проектирование топок специального назначения. - Л.: Энергоиздат.1982. -168 с.,ил.
4 Исламов М.Ш. Печи химической промышленности - М.: Химия, 1969. -176с.,ил.
5 Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств./ Под ред. М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение, 1984. - 301 с.,ил.
6 Долотов Г.П., Кондаков Е.А. Конструкция и расчет заводских печей и сушил. М., Машиностроение, 1973, 272 с.
Страницы: 1, 2
