s ³ sР+с
где
где sР – расчетная толщина стенки, мм;
p – внутреннее избыточное давление (в нашем случае оно равно давлению внутри аппарата p =15 кг/см2 = 1,47 МПа);
D – диаметр обечайки (D =1,6 м);
[s] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;
φр – расчетный коэффициент прочности сварного шва.
Принимаем вид сварного шва – стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдем значение коэффициента прочности φр =1,0.
0,0106 м
s = 10,6+0,5=11,1 мм
Принимаем толщину стенки s = 12 мм.
Допускаемое избыточное внутреннее давление будет равным (формула 10 [2]):
1,60 МПа.
Определим допускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:
где допускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:
1,60 МПа
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяем по формуле 15 [2]:
где , расчетная длина обечайки l=L1+l3эл+l3кон+L2+l3сф, ; 0,14м; ; l=2,0+0,167+0,14+1,8+0,267=4,374м
4,08
значит, выбираем B1 = 1.
0,264 МПа
0,260 МПа
Принимаем толщину стенки корпуса s=12мм.
Расчёт цилиндрической части корпуса нагруженной осевыми усилиями.
Толщина стенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствовать условию:
где 0,0057 м
Осевое растягивающее усилие:
3,22 МН.
Допускаемое осевое растягивающее усилие:
=7,65 МН ≥3,22 МН.
Условия s≥sp+c и [F]≥F выполняются.
Осевое сжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:
Допускаемое осевое сжимающее усилие:
- из условия прочности (22) [2]
3,14∙(1,6+0,012+0,0005)∙(0,012-0,0005)∙112=6,52 МН
- в пределах упругости из условия устойчивости (23) [2]
[F]Е = min{[F]E1;[F]E2}
но при условии l/D=4,374/1,6=2,73<10 [F]Е = [F]E1 ,
тогда [F]E1 находим по формуле (24) [2]
27,52 МН
с учетом обоих условий по формуле (21) [2]:
=6,34 МН
Осевое сжимающее усилие – это усилие прижатия днища к обечайке атмосферным давлением, которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата»[5]):
F=0,25∙π∙(D+2s)2∙p=0,25∙3,14∙(1,6+2∙0,012)2∙0,101=0,21 МН
Так как обечайка корпуса при атмосферном давлении и отсутствия давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления 0,1 МПа и осевого сжимающего усилия F, должно выполняться условие устойчивости:
Проверяем условие устойчивости:
0,90≤1
Устойчивость обечайки корпуса с толщиной стенки 12 мм выполняется.
4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОНИЧЕСКОЙ ОБЕЧАЙКИ
РЕАКТОРА И НЕТОРОИДАЛЬНОГО ПЕРЕХОДА
4.1 Расчетные параметры
Расчетные длины для нетороидальных переходов (рис. 1) рассчитываем по формулам:
,
Рис. 1. Соединение цилиндрической и конической обечаек.
Расчетный диаметр гладкой конической обечайки с нетороидальным переходом
.
Расчетный коэффициент сварных швов по табл. 4 [2]
Толщина стенки конической обечайки
где
4.2. Толщина стенки нетороидального перехода
Толщина стенки перехода определяется по формуле (108) [2]
,
где [(109) 2].
Коэффициент β3 определяем по формуле (97) [2]
где коэффициент β=1,45 находим по черт. 27 [2] при условиях и 0,013;
Толщина стенки
0,020 м, тогда s2=20+0,5=20,5 мм.
Принимаем s1=s2=22 мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление из условия прочности переходной части
1,65 МПа.
Допускаемое наружное избыточное давление из условия прочности переходной части
0,64 МПа.
где коэффициент β=3,75 находим по черт. 27 [2] при условиях и 0,001;
Условие прочности выполняется.
Расчетные длины нетороидального перехода
0,17 м
0,15 м
4.3. Толщина стенки конической обечайки
0,0171 м
1,832 м.
согласно условию =17,1+0,5=17,6 мм принимаем толщину стенки конической обечайки sк=0,018 м
Допускаемое внутреннее избыточное давление определяем по формуле (87) [2]
2,38 МПа
Согласно условиям п. 5.2.7 [2] принимаем толщину стенки нетороидольного перехода 22 мм.
Толщину стенки обечайки, нагруженную избыточным наружным давлением в первом приближении определяем по п. 2.3.2.1. [2] согласно п. 5.3.2.2. [2].
s ³ sР+с,
где
Коэффициент К2=0,15 определяем по номограмме черт. 5 [2];
при 0,53; 0,12,
где 0,283 м,
=
=max{2,427; -10,851}=2,427м
max{0,004; 0,0012}=0,004 м.
Толщина стенки s ³ sР+с=4+0,5=4,5 мм, исполнительная толщина стенки принимается s=22 мм
Допускаемое наружное давление определяем по формуле:
,
где допускаемое давление из условия прочности
1,84 МПа;
и допускаемое давление из условия устойчивости
,
10,43 МПа
где ,
86,11
значит, выбираем B1 = 1.
1,81 МПа
Толщина стенки конической обечайки, нагруженной осевыми усилиями
sк ³ sкр+с
где sкр=0,0005 м.
Допускаемая осевая растягивающая сила (п.5.4.1.[2])
8,55 МН
Допускаемая осевая сжимающая сила (п. 5.4.2. [2])
где допускаемая осевая сила из условия прочности
14,82 МН
и допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости
49,95 МН
где 2,772м.
Соединение обечаек без тороидального перехода
Допускаемая осевая растягивающая или сжимающая сила перехода из условий п.5.4.3.[2]
где коэффициент формы β5=max{1,0;(2β+1,2)}.
По диаграмме черт. 28 [2] β=1,5, тогда β5=2∙1,5+1,2=4,2
3,60053 МН.
Проверяем условие устойчивости:
0,11≤1
Устойчивость перехода с толщиной стенки 12 мм выполняется.
5. РАСЧЕТ МАССЫ АППАРАТА И ПОДБОР ОПОР
Массу аппарата определяем как массу корпуса аппарата и массу воды, заливаемой для гидравлического испытания аппарата.
5.1. Масса корпуса аппарата
5.1.1. Масса крышки со штуцером и фланцами
Площадь поверхности крышки Fк=4,71 м2 (табл. 7.2 [7]).
Мк=Fк∙s∙ρ=4,71∙0,025∙7850=924,34 кг
Массу штуцера и фланца принимаем 45 кг
Масса фланца крышки Мфк=(3,14∙2,1852∙0,1/4-3,14∙22∙0,1/4)∙7850=477,10 кг.
Общая масса М1=924+45+477=1446 кг
5.1.2. Масса обечайки диаметром 2000 мм
Мо2000=(3,14∙2,0322∙1,2/4-3,14∙22∙1,2/4)∙7850=954,09 кг.
Масса фланца обечайки Мфо= Мфк=477 кг
Общая масса М2=954+477=1431 кг
5.1.3. Масса конической обечайки
Мок=1185,64 кг
5.1.4. Масса обечайки диаметром 1600 мм
Мо800=(3,14∙1,6242∙1,8/4-3,14∙1,62∙1,8/4)∙7850=858,26 кг.
5.1.5. Масса днища со штуцером и фланцем
Площадь поверхности днища Fд=2,15 м2 (табл. 7.8 [7]).
Мд=Fд∙s∙ρ=2,15∙0,012∙7850=202,53 кг
Массу штуцера и фланца принимаем 20 кг
Общая масса М5=202+20=222 кг
Общая масса аппарата М=1446+1431+1186+858+222=5143 кг
5.2. Объем аппарата
5.2.1. Объем эллиптической крышки примем как объем сферической крышки
V1=2∙3,14∙13/3=2,09 м3
5.2.2. Объем обечайки диаметром 2000 мм
Vо2000=3,14∙22∙1,2/4=3,77 м3.
5.2.3. Объем конической обечайки
Vок=3,06 м3
5.2.4. Объем обечайки диаметром 1600 мм
Vо1600=3,14∙1,62∙1,8/4=3,62 м3.
5.2.5. Объем днища
V5=2∙3,14∙0,83/3=1,07 м3
V=2,9+3,77+3,06+3,62+1,07=14,42 м3
Масса воды Мв=14,42∙1000=14420 кг
Общая масса аппарата М=5143+14420=19563 кг
Принимаем округленно 20000 кг
5.3. Подбор опор аппарата
Сила с которой аппарат воздействует на опоры
Qо=20000∙9,81=196200 Н
Принимаем количество опор для аппарата - 4, тогда сила действующая на одну опору
Q=196200/4=49050 Н=49 кН
Согласно табл. 14.1 [7] принимаем опору типа 1 (лапа) с накладным листом по ОСТ 26-665-79.
Опора 1-6300 ОСТ 26-665-79 имеет следующие типоразмеры, мм
Q, кН
а
а1
b
с
с1
h
h1
s1
K
K1
d
dб
f
63,0
185
230
230
60
130
360
24
12
35
70
35
M30
60
Размеры накладного листа по ОСТ 26-665-79, мм
Н=490; В=300; с=24; sн=16.
Принимаем: Накладной лист 1-6300-16 ОСТ 26-665-79.
Используемая литература
1. Конструкционные материалы: Справочник/Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1990. – 688 с.; ил.
2. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. – М.: Издательство стандартов,1989. - 79с.
3. ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий. – М.: Издательство стандартов,1989. - 79с.
4. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1. – Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2002. -852 с.
5. Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи. - Л.: Машиностроение, 1984. -301 с.
6. К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.Л.:Химия,1987.
7. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение, 1981. – 382 с., ил.
8. Смирнов Г.Г., Толчинский А.Р., Кондратьева Т.Ф. Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств. – Л.: Машиностроение, 1988. -303 с.
Страницы: 1, 2
