Расчет химических аппаратов

Расчет химических аппаратов

Содержание

1. Расчёт цилиндрических обечаек

2. Расчёт выпуклых днищ

3. Расчёт плоского круглого днища

4. Расчёт седловых опор горизонтальных аппаратов

5. Расчёт горизонтальных аппаратов, установленных на седловых опорах

6. Выбор и расчёт штуцеров

7. Расчёт одиночного отверстия

8. Выбор смотрового и загрузочного люков

9. Расчёт фланцевого соединения

10. Расчёт опор для вертикальных аппаратов

Список литературы

1. РАСЧЁТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК

Расчёт цилиндрических обечаек проводится по ГОСТ 14249-89 [1].

Дано:

D=1300 мм – внутренний диаметр цилиндрической обечайки;

L=4500мм – длина обечайки;

р=0.65 МПа – допускаемое избыточное давление;

р_Н=0,1 МПа – наружное давление;

t=400?C – температура рабочей среды в аппарате;

Сталь 12XM ГОСТ 1050-74(табл. 3.1 [2])- материал аппарата;

D_ШТ.ОБ.=300 мм – диаметр штуцера вваренного в обечайку;

D_ШТ.ДН.=125 мм – диаметр штуцера ввариваемого в днище.

РАСЧЁТ ОБЕЧАЙКИ, НАГРУЖЕННОЙ ВНУТРЕННИМ ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Толщина стенки определяется по формулам:

(1)

где S – исполнительная толщина стенки, мм;

S_p – расчётная толщина стенки, мм;

р – допускаемое внутреннее избыточное давление, МПа;

D – внутренний диаметр цилиндрической обечайки, мм;

[у]=132 МПа – допускаемое напряжение, табл. 5 [1];

ц_р=0,9 – коэффициент прочностистыкового сварного шва, доступного к сварке только с одной стороны и имеющий в процессе сварки металлическую подкладку со стороны корня шва, прилегающую по всей длине шва к основному металлу, табл.20[1];

С – прибавка, мм.

Общее значение прибавки:

С=С₁+С₂+С₃ (2)

где С₁ – прибавка на коррозию и эрозию, рассчитывается исходя из скорости коррозии и срока службы аппарата;

С₂ – прибавка на минусовое предельное отклонение толщины листа;

С₃ – технологическая прибавка, учитывающая уменьшение толщины листа, при вытяжки, штамповки и гибки.

Примем, С₁=2 мм, С₂=0,3 мм, С₃=0, тогда С, по формуле (2) равно

С=2+0,3=2,3 мм

Найдём исполнительную толщину стенки S,по формулам (1):

Принимаем S=6мм.

РАСЧЁТ ОБЕЧАЙКИ, НАГРУЖЕННОЙ НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ ИЛИ РАБОТАЮЩЕЙ ПОД ВАКУУМОМ

В данном случае толщина стенки обечайки рассчитывается из условия прочности и устойчивости:

(3)

где р_Н – наружное давление, МПа;

К₂=f(К₁;К₃) – коэффициент определяемый по черт. 5 [1].

Чертеж 5.

Коэффициенты К₁ и К₃ определяются по формулам:

(4)

где l=L+2*l₃ – расчётная длина обечайки (l₃=H/3=D/6 -длина примыкающего элемента, мм), мм;

n_у=2,4 – коэффициент запаса устойчивости для рабочих условий, пункт 1.4.12 [1];

Е=1,78*10⁵ МПа – модуль продольной упругости, табл. 19 [1].

Найдём коэффициенты К₁ и К₃ по формулам (4), далее определим коэффициент К₂:

тогда К₂=0,5

Толщина стенки по формулам (3):

Выбираем max, т.е. S_p=6,5 мм

Исполнительная толщина стенки равна S?6,5+2,3=8,8 мм

Принимаем S=9 мм.

РАСЧЁТ ОБЕЧАЙКИ С КОЛЬЦАМИ ЖЁСТКОСТИ, НАГРУЖЕННОЙ НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Принимаем число колец жёсткости равное 3. Располагаем равномерно их по обечайке. Тогда расстояние l₁ между двумя кольцами жёсткости по осям, проходящим через центр тяжести поперечного сечения колец жёсткости, равно l₁=1125мм.

Определим исполнительную толщину стенки обечайки с кольцами жёсткости по пункту 2, приняв l=l₁:

Выбираем max, т.е. S_p=7,15 мм

Исполнительная толщина стенки равна S?6,3+2,3=8,6 мм

Принимаем S=9 мм.

Расчётные параметры подкреплённой обечайки:

Эффективная длина стенки обечайки, мм

(5)

где t – ширина поперечного сечения кольца жёсткости, мм.

Ширину кольца принимаем равной двум толщинам стенки, т.е. t=2S=18мм. Тогда l_e равно:

Выбираем min, т.е. l_e=120,66 мм.

Эффективный момент инерции расчётного поперечного кольца жёсткости, мм⁴

(6)

где I_K – момент инерции поперечного сечения кольца жёсткости относительно оси, проходящей через центр тяжести поперечного сечения кольца, мм⁴;

А_К – площадь поперечного сечения кольца жёсткости, мм²;

е – расстояние между центром тяжести поперечного сечения кольца жёсткости и срединной поверхностью обечайки, мм.

Момент инерции I_Kнайдём по формуле:

(7)

где h₂ – высота сечения кольца жёсткости, мм. Величину h₂ принимаем чуть больше l_e, т.е. h₂=121 мм. Тогда

Площадь А_К найдём по формуле:

А_К=h₂*t (8)

А_К=121*18=2178 мм²

Расстояние е по формуле:

(9)

Эффективный момент инерции Iравен:

Расчётный эффективный момент инерции кольца жёсткости:

где К₅=0,015- коэффициент определяемый по черт. 11 [1].

Тогда

Условие I?I_Р выполняется.

ОБЕЧАЙКИ, НАГРУЖЕННЫЕ ОСЕВЫМ РАСТЯГИВАЮЩЕМ УСИЛИЕМ

Толщину стенки следует рассчитывать по формуле

s?s_p+c, (11)

где. (12)

Допускаемое осевое растягивающее усилие следует рассчитывать по формуле

. (13)

S>3.7+2.3=6мм

ОБЕЧАЙКИ, НАГРУЖЕННЫЕ ОСЕВЫМ СЖИМАЮЩИМ УСИЛИЕМ

Допускаемое осевое сжимающее усилие следует рассчитывать по формуле

, (14)

где допускаемое осевое сжимающее усилие [F]_п из условия прочности

, (15)

=1999323,03

а допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости [F]_Еиз условия устойчивости

. (16)

В формуле (23) допускаемое осевое сжимающее усилие [F]_Е1, определяют из условия местной устойчивости в пределах упругости по формуле

, (17)

Принимаем В₁= 1, тогда

а допускаемое осевое сжимающее усилие [F]_Е2-из условия общей устойчивости d пределах упругости по формуле

. (18)

Гибкость ?, определяют по формуле

. (19)

Приведенную расчетную длину l_пр принимают по чертежу 7

Чертеж 7

Примечание. В случае, если <10, формула (23) принимает вид

[F]_Е = [F]_Е1.

Для рабочих условий (п_у = 2,4) допускаемое сжимающее усилие можно определять по формуле

. (20)

Коэффициенты ?₁ и ?₂ следует определять по черт. 8 и 9.

Чертеж 8.

Чертеж 9.

ОБЕЧАЙКИ, НАГРУЖЕННЫЕ ИЗГИБАЮЩИМ МОМЕНТОМ

Допускаемый изгибающий момент следует рассчитывать по формуле

, (21)

где допускаемый изгибающий момент [М]_п из условия прочности рассчитывают по формуле

, (22)

а допускаемый изгибающий момент [М]_Е из условия устойчивости в пределах упругости по формуле

. (23)

Для рабочих условий (п_у = 2,4) допускаемый изгибающий момент можно определять по формуле

. (24)

Коэффициент ?₃ следует определять по черт. 10.

Чертеж 10.

ОБЕЧАЙКИ, НАГРУЖЕННЫЕ ПОПЕРЕЧНЫМИ УСИЛИЯМИ

Допускаемое поперечное усилие [Q] следует рассчитывать по формуле

, (25)

где допускаемое поперечное усилие [Q]_п из условия прочности

, (26)

а допускаемое поперечное усилие [Q]_E из условия устойчивости в пределах упругости

. (27)

ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД СОВМЕСТНЫМ ДЕЙСТВИЕМ НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ, ОСЕВОГО СЖИМАЮЩЕГО УСИЛИЯ, ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА И ПОПЕРЕЧНОГО УСИЛИЯ

Обечайки, работающие под совместным действием нагрузки, проверяют на устойчивость по формуле

, (28)

где [р]- допускаемое наружное давление по п. 2.3.2;

[F]-допускаемое осевое сжимающее усилие по п. 2.3.4;

[М]- допускаемый изгибающий момент по п. 2.3.5;

[Q]-допускаемое поперечное усилие по п. 2.3.6

2. РАСЧЁТ ВЫПУКЛЫХ ДНИЩ ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ И ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЕ ДНИЩА, НАГРУЖЕННЫЕ ВНУТРЕННИМ ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

аппарат расчет опора

Толщина стенки днища определяется по формулам:

(11)

где ц=0.9 – коэффициент для днищ, изготовленных из одной заготовки, пункт 3.3.1.5 [1];

– радиус кривизны в вершине днища (для эллиптических днищ H=0,25D, тогда R=D; для полусферических H=0,5D, тогда R=0,5D).

H=0.25*1300 = 325 мм, R=1300 мм- эллиптические днищи;

H=0.5*1300= 650 мм, R=0.5*1300= 650 мм- полусферические днищи

Тогда толщина стенки для эллиптического днища (по формуле 11):

Если длина цилиндрической отбортованной части эллиптического днища

то толщина днища должна быть не меньше толщины обечайки.

толщину эллиптического днища принимаем 9 мм.

Толщина стенки полусферического днища (по формуле 11):

Если длина цилиндрической отбортованной части полусферического днища

то толщина днища должна быть не меньше толщины обечайки.

толщину полусферического днища принимаем 6 мм.

ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ И ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЕ ДНИЩА, НАГРУЖЕННЫЕ НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Толщина стенки днища определяется по формулам:

(12)

где К_Э=0,9 – коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища, К_Э=1 – коэффициент для полусферических днищ, пункт 3.3.2.1 [1].

Тогда толщина стенки для эллиптического днища (по формуле 12):

Принимаем S₁=5 мм.

Толщина стенки для полусферического днища (по формуле 12):

Принимаем S₁=4 мм.

3. РАСЧЁТ ПЛОСКОГО КРУГЛОГО ДНИЩА

Толщина стенки плоского круглого днища, работающего под внутренним избыточным (а) или наружным (б) давлением, определяется по формулам:

(13)

где К=0,53 – коэффициент, зависящий от конструкции днищ, табл.3 [1];(по табл. первый вариант)

К₀=1 – коэффициент ослабления для днищ без отверстий, пункт 4.2.5 [1];

D_Р=D – зависит от конструкции днища, табл.3 [1];

ц=0.9 – коэффициент для днищ, изготовленных из одной заготовки, пункт 3.3.1.5 [1];

Тогда случай (а):

Принимаем S₁=60 мм.

Случай (б):

Принимаем S₁=22 мм.

4. РАСЧЁТ СЕДЛОВЫХ ОПОР ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Выбор седловых опор проводим по ГОСТ 26-1265-75 [2].

Проводим расчёт аппарата и опоры при условии, что проводятся испытания водой.

Реакция опоры для аппарата, установленного на двух опорах:

Q_мах=0,5G_мах (14)

где G_мах – максимальная сила тяжести аппарата (в том числе и при гидравлическом испытании).

G_мах=G_мат+G_вод (15)

где G_мат – полный вес аппарата;

G_вод – вес воды при гидравлическом испытании.

G_мат=(р*D*L*S+S_{повер.шара}*S)*с_стали*g (16)

где D=1,3 -внутренний диаметр обечайки, м;

L=4,5 – длина обечайки, м;

S=0,006 – толщина стенки, м;

S_{поверх.шара}=2*р*D² – площадь поверхности шара, образованного днищами обечайки;

с_стали=7850- плотность материала обечайки, кг/м³;

g=9,81 – ускорение свободного падения, м/с².

Тогда G_мат=(3,14*1,3*4,5*0,006+2*3,14*1,3²*0,006)*7800*9,81=13305 Н

G_вод=с_вод*g*V_аппар. (17)

где с_вод=1000 – плотность воды, кг/м³;

V_апар=V_цилин+V_шара=р*(D/2)²*L+4/3*р*(D/2)³, м³

V_аппар=3,14*1,3²*4.5+4/3*3,14*1,3³=6,2 м³

G_вод=1000*9,81*6,2=60822 Н

По формуле (15)

G_мах=13305+60822=74127Н

По формуле (14)

Q_мах=74127/2=37063.5 Н

По Q_мах выбираем опору Опора 160-822-2-I ОСТ 26-1265-75, табл.14.6 [2].

Горизонтальная сила (перпендикулярная к оси аппарата):

Р₁=К₁₈*Q_мах (18)

где К₁₈=0,22, рис.14.21 [2].

Р₁=0,22*37063= 9265.8 Н

Горизонтальная сила трения (параллельная оси аппарата):

Р₂=0,15*Q_мах (19)

где 0,15 – коэффициент трения между аппаратом и опорой (или между опорой и опорной плитой), стр. 302 [2].

Р₂=0,15*37063=5559.45 Н

Площадь опорной плиты принимается конструктивно и должна удовлетворять условию:

F_пR=Q_мах/[у_бет] (20)

где [у_бет]=8 МПа – допускаемое напряжение сжатия бетона фундамента, марка бетона 300, СНиП В-1 – 62 [2].

F_пR=37063/(8*10⁶)=0.0046 м²

Принимаем F_п=L₁*B₁=1.44*0,4=0,576 м², табл.14.6 [2], что удовлетворяет условию.

Расчётная толщина опорной плиты:

(21)

где К₁₉=0,12, рис.14.23 [2];

b=0,14 м, рис.14.24 [2];

у_бет=[у_бет]*F_пR/F_п=8*10⁶*0,008/0,576=111111.11 Па.

Тогда

м

Принимаем S_п=15 мм.

Расчётная толщина ребра опоры из условия прочности на изгиб и растяжение:

(22)

где [у]=132 МПа – допускаемое напряжение для стали, табл. 6 [1];

м

Толщину ребра проверяют на устойчивость от действия сжимающей нагрузки q. Нагрузка на единицу длины ребра:

q=1,2*Q_мах/l_общ (23)

где l_общ=1.91 м, рис.14.24, рис.14.2, табл.14.6 [2].

q=1,2*37063/1,9=23408Н/м

Расчётная толщина рёбер из условия устойчивости:

S_pR?q/[у_kp] (24)

где [у_kp] – допускаемое напряжение на устойчивость, принимаемое из условия

[у_kp]=min {у_T/3; у_kp/5} (25)

Предел текучести у_Т=220 МПа, табл. 3.6 [2].

Тогда у_Т/3=220/3=73,3 МПа

Критическое напряжение находят по формуле

у_кр=3,6*Е*(s_p/h_p)² (26)

где S_р=0,003 м – найденное по формуле (22);

h_р=0,466 м – высота крайнего наружного ребра, рис.14.24, рис.14.2, табл.14.6 [2].

Тогда

у_кр=3,6*1,84*10⁵*(0,003/0,466)²=27 МПа

у_кр/5=5.4МПа

Выбираем min [у_kp]=5 МПа

Тогда по формуле (24)

S_pR?23408/(5*10⁶)?0.005м

Принимаем S_pR=55 мм.

5. РАСЧЁТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ АППАРАТОВ, УСТАНОВЛЕННЫХ НА СЕДЛОВЫХ ОПОРАХ

Расчёт будем вести по РТМ 26-110-77 [2].

РАСЧЁТНЫЕ НАГРУЗКИ

Расчётные нагрузки в горизонтальном аппарате, установленном на двух седловых опорах, показаны на рис. 14.11 [2].

Изгибающий момент в середине аппарата:

M₁=Q*(f₁*L-a) (27)

Изгибающий момент в сечении над опорой:

при z=2 (28)

где f₁, f₂, f₃ – коэффициенты принимаемые по рис.14.13 – 14.15 [2] в зависимости от параметров L/D и H/D (H=0,5D); f₁=0,21 f₂=1,21 f₃=0;

а=0,2*D=0,2*1,5=0,3 м – для аппаратов без колец жёсткости.

Тогда по формуле (27)

M₁=37063*(0,21*1,5-0,3)= 555Н*м

По формуле (28)

Н*м

Перерезывающая сила для аппарата, установленного на двух опорах:

Q_п=f₄*Q (29)

где f₄ – коэффициент определяемый по рис.14.16 [2] в зависимости от параметров a/L и H/L; f₄=0,75.

Тогда

Q_п=0,75*37063=27797Н

РАСЧЁТ КОРПУСА НА ПРОЧНОСТЬ

Корпус аппарата, толщина стенки которого определялась в пункте 1, необходимо проверить на прочность: от совместного действия внутреннего давления р в аппарате и изгиба от реакции опор, от действия перерезывающей силы и кольцевых напряжений в опорном сечении корпуса.

Прочность стенки от совместного действия внутреннего давления и изгиба от реакции опор проверяется в двух сечениях: посередине пролёта (у₁) и над опорой (у₂):

(30)

(31)

где К₆=f(у) – коэффициент для обечаек, не укреплённых кольцами жёсткости в опорном сечении, определяемый по рис.14.21 [2] в зависимости от д (угла обхвата аппарата седловой опорой); К₆=0,11.

Напряжение среза ф в опорном сечении обечайки, при установки аппарата на двух опорах определяют следующим образом.

Для аппаратов, не имеющих колец жёсткости в местах расположения опор:

При a/D?0,25 (32)

где К₇ – коэффициент определяемый по рис.14.17 [2]; К₈=0,6.

Тогда

Напряжение растяжения в выпуклом днище:

(33)

где у₄ – напряжение в днище от внутреннего давления; у₄=96,8 МПа;

К₉ – коэффициент определяемый по рис.14.17 [2]; К₉=0,2.

Тогда

Кольцевые напряжения в опорном сечении обечайки определяют следующим образом.

Для обечаек, не укреплённых кольцами жёсткости в опорном сечении, кольцевое напряжение в нижней точке опорного сечения (точка 1 на рис.14.19, в=р [2]) найдём по формуле:

(34)

Кольцевое напряжение на гребне седловой опоры (точка 2 на рис.14.19, в=р-д/2 [2]) для двухопорных аппаратов при L/D ‹ 4:

(35)

где К₁₀ – коэффициент определяемый по рис. 14.17 [2];

К₁₁ – коэффициент определяемый по рис.14.20 [2] в зависимости от угла обхвата д и параметра a/D;

l_e – эффективная длина обечайки в сечении над опорой, определяемая по формуле

(36)

где В – ширина седловой опоры.

В формулах (34) и (35) при наличии между седловой опоры и стенкой обечайки опорного листа вместо s следует подставлять суммарную толщину стенки обечайки и опорного листа, но не более 2s.

В случае установки опорного листа необходимо также проверить прочность обечайки аппарата по формулам (34) и (35) за пределами опорного листа. При этом вместо ширины опоры В в формулы следует подставлять ширину опорного листа В₂, а коэффициенты К₁₀ и К₁₁ определять в зависимости от угла обхвата опорным листом д₁ (рис.14.2 [2]).

Расчёт будем вести для корпуса обечайки с опорным листом.

Выберем для уже раннее подобранной опоры (см. пункт 4) опорный лист по ОСТ 26-1267-75 (табл. 14.7 [2]) – Лист опорный 12-822-ОСТ 26-1267-75.

Тогда по формуле (36)

м

по формуле (34)

К₁₀=0,6

по формуле (35)

6. ВЫБОР И РАСЧЁТ ШТУЦЕРОВ

аппарат расчет опора

По ОСТ 26-1404-76 [2] выбираем штуцера с фланцами стальными плоскими приварными с соединительным выступом рис.10.1, табл.10.1, табл.10.2 [2] – Штуцер 350-10-210-ВСт3сп4-20 ОСТ 26-1404-76 (штуцер вваренный в обечайку) и Штуцер 150-10-185-ВСт3сп4-20 ОСТ 26-1404-76 (штуцер вваренный в днище).

Расчёт укрепления отверстий проводим по ГОСТ 24755-89 [3], по следующей последовательности:

Определим в зависимости от укрепляемого элемента расчётный диаметр D_R:

для цилиндрической обечайки D_R=D;

для эллиптического днища

(37)

где х=0,2 м – расстояние от оси укрепляемого отверстия до оси днища;

H=0,25D – высота днища.

Тогда

Определим расчётный диаметр отверстия, смещённого штуцера на эллиптическом днище, d_R:

(38)

где d – данный диаметр штуцера;

C_S – прибавка к расчётной толщине штуцера, C_S=1,2 мм.

Тогда

для днища

Расчётный диаметр отверстия штуцера в стенке цилиндрической обечайки:

d_R=d+2C_S=0,35+2*0,0012=0,3524 м

Проверим условие применимости по величине отношения расчётного диаметра отверстия к диаметру обечайки и толщины стенки к диаметру обечайки, т.е.

d_R/D ? 0,5 и S/D ? 0,1 или

0,3524/1,3=0,27 ? 0,5 и 0,008/1,3=0,006 ? 0,1 условие соблюдается.

Отверстия в краевой зоне обечаек и выпуклых днищ (кроме эллиптических), как правило, не допускаются.

Расчётные параметры:

расчётная толщина стенки штуцера нагруженного как внутренним, так и наружным давлением:

(39)

Тогда

штуцера днища

штуцера обечайки

по табличным значениям принимаем S_1R=6 мм, S_2R=9 мм табл.10.2 [2].

расчётные длины внешних и внутренних частей штуцера, участвующих в укреплении отверстия:

l_1R = min {l₁; 1,25[(d + 2*C_S)(S_R – С_S)]^0,5}

1_1R=1,25[(350 + 2*1,2)(9-1,2)]^0,5 = 65,5 мм – обечайка

1_1R = 1,25[(150 + 2*1,2)(6 – 1,2)]^0,5 = 33,8 мм – днище

1_3R = min {1₃; 0,5[(d + 2*C)(S₃ – С)]^0,5}

l_3R = 0,5[(350 + 2*1,2)(9 – 1,2)]^0,5 = 26,2 мм – обечайка

l_3R = 0,5[150 + 2*1,2)(6-1,2)]^0,5 = 13,5 мм – днище

ширина зоны укрепления:

L₀ = [D_R(S-C_S)]^0,5;

L₀ = [1300 (8 – 1,2) ]^0,5 = 94мм для обечайки

L₀ = [2920 (8 – 1,2)]^0,5 = 141мм для днища

расчётная ширина зоны укрепления:

L_1R=min{L_К; L₀}

L_1R=L₀

расчетная ширина накладного кольца:

l_2R = min{l₂;[D_R(S_R + S-C_S)]^0,5}

1_2R = [1300(9 + 8-1,2) ]⁰⁵ = 154 мм – обечайка

1_2R = [2920 (10 +8-1,2) ]⁰⁵ = 221,5 мм – днище

7. РАСЧЁТ ОДИНОЧНОГО ОТВЕРСТИЯ

Расчётный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при наличии избыточной толщины стенки укрепляемого отверстия:

d_0R=2*[(S-C)/S_R-0,8]*L₀

d_0R=2*[(8-2,3)/9-0,8]*94 =140,4мм для обечайки

d_0R= 2*[(8-2,3)/6-0,8]*141 = 369мм для днища

так как d_R ? d_0R для днища и обечайки, то дальнейших расчётов не требуется. Отверстие укрепим ввариваемым штуцером.

8. ВЫБОР СМОТРОВОГО И ЗАГРУЗОЧНОГО ЛЮКОВ

При установке люков, исходя из рабочих условий эксплуатации выбираем их технические данные:

а) Смотровой люк

D = 500 мм, D₁ = 640 мм, S = 10 мм, h = 38 мм, Н = 220 мм,

Н₁ = 320 мм, Н₂ =12 мм.Люк 3-1-500-X10-16-3 ОСТ 26-2005-77 табл.8.2 [1].

б) Загрузочный люк

D_y=150 мм, D₁= 280 mm, D_H * S = 159?6 мм, D₆ = 240 mm, H=180 mm;

H₁=328 мм, Н₂ = 240мм, h=18мм,h₁= 28 mm,d=16мм, d_б = М20,

число болтов – 8.

Люк 1-150-16-3-3ОСТ 26 – 2004 – 77 , табл.8.3 [2].

9. РАСЧЁТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Как для днищ, так и для обечайки, выбираем фланцы исполнения 1. [2] (таб.13.8). Таким образом, по таб.13.8 определим размеры фланцев при базовом внутреннем диаметре обечайки 1,3м; диаметр фланца диаметр болтовой окружности диаметр диаметрдиаметробщая высота Н=105мм, высота h=55мм, диаметр отверстия 23мм, число отверстийz = 68шт, диаметр изгиба D₅ = 1558мм.

Конструирование и расчет фланцевых соединений выполняется

по ОСТ 26 – 373 – 78. В соответствии с этим ОСТом принимаем конструкционный материал болтов – сталь 35, давление принимается максимальное – в трубном пространстве внутренний диаметр фланцевого соединения D = 1,3м, толщина стенки днищ и обечайки

Для данного фланцевого соединения принанимается плоская неметаллическая прокладка из фторопласта – 4 по ГОСТ 10007 – 72 толщиной 2мм (2 штуки на одно соединение) с параметрами м = 2,5, удельное давление на прокладку , модуль упругости прокладки (табл.13.28 [2]). Ширину прокладки B_n принимаем по таблице 13,25 [2] – B_n =15мм – наружный диаметр прокладки принимаем конструктивно, тогда D_n = 1530мм.

Находим расчетные величины:

– меньшая толщина конической втулки фланца

принимаем толщину конической втулки S₀ = 12мм (конструктивно)

– большая толщина втулки фланца

где коэффициент, принимаемый по графику 13.12 [2].

Средний диаметр прокладки определяется:

Эффективная ширина плоской прокладки определяется:

Определяем вспомогательные величины:

а) коэффициент определяется по формуле:

[6].

б) эквивалентная толщина втулки фланца:

в) ориентировочная толщина фланца:

где определяется по графику 13.14 [6] –

г) безразмерный параметр:

где коэффициент

коэффициент

коэффициент

д) безразмерный параметр определяется по формуле:

Угловая податливость фланца:

где Е_ф – модуль упругости материала фланца при t = 200⁰c, принимается меньшее значение модуля упругости – для стали 20. по ГОСТ 14249 – 80.

Линейная податливость прокладки:

Где S_n – толщина прокладки.

Расчетная длина болта:

Длину болта принимаем в большую сторону до ближайшего значения по

ГОСТ 7798 – 70. Таким образом, будет использован болт М20×70.58

ГОСТ 7798 – 70, количество болтов на одно фланцевое соединение составит

Z_б = 68шт, длина болтов l_б = 70мм.

Линейная податливость болтов:

где – модуль продольной упругости материала болтов;

– расчетная площадь поперечного сечения болта [6].

Коэффициент жесткости фланцевого соединения:

Здесь

При стыковке одинаковых фланцев

Тогда коэффициент жесткости фланцевого соединения равен:

Безразмерный коэффициент определяется:

Рассчитаем фланцевое соединение, работающее под действием внутреннего давления, на нагрузку:

Реакция прокладок в рабочих условиях:

Усилие, возникающее от температурных деформаций для фланцев из разных материалов:

где коэффициент температурного линейного расширения.

температура фланцев и болтов [2].

Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при условии Р 0,7Мпа [2].

где g – удельное давление на прокладку (табл. 13.28. [2].).

допускаемое напряжение для болтов из стали 35 при t = 20⁰С.

Принимаем максимальное значение болтовой нагрузки

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца:

где []²⁰ и []²⁰⁰ – допускаемые напряжения для фланцев из менее прочного материала, в данном случае из стали 20.

Выбираем максимальное значение изгибающего момента, т. е

Максимальное напряжение в сечении S₁, фланца наблюдается в месте соединения втулки с плоскостью фланца:

где Т – безразмерный параметр, определяется по рис.13.16 [2].

при условии .

Максимальное напряжение в сечении S₀, фланца наблюдается в месте соединения втулки с обечайкой и днищем:

где определяется по графику 13.18

[6].

Напряжение в кольце фланца от изгибающего момента

Напряжение во втулке фланца от внутреннего давления :

Условие прочности прокладки

где [q] – допускаемое удельное давление на прокладку [6].

10. РАСЧЁТ ОПОР ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Расчёт будем вести по РД РТМ 26-319-79 [2].

Выбираем стандартные опоры в зависимости от действующей нагрузки, и рассчитывается обечайка цилиндрического аппарата на местную нагрузку, вызванную опорными лапами.

При определении нагрузки опору-лапу действующие на аппарат нагрузки приводятся к осевой силе Р и моменту М относительно опорной поверхности лапы (рис.14.5 [2]).

Нагрузка на одну опору:

(39)

Момент М в нашем случае равен нулю, тогда

где л₁=1 и л₂=1 – коэффициенты, зависящие от числа опор z=2.

И

Выбираем опору:

Опора 1-10000 ОСТ 26-665-79 табл.14.1 [2]

ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ СТЕНКИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО АППАРАТА ПОД ОПОРОЙ ЛАПОЙ БЕЗ НАКЛАДНОГО ЛИСТА

Осевое напряжение от внутреннего давления р и изгибающего момента определяется по формуле

(40)

Тогда

Окружное напряжение от внутреннего давления

(41)

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок

(42)

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяется по формуле

(43)

где К₁=0,8 – коэффициент принимается по рис.14.6 [2];

e=0,5(b+f_max+s-c); f_max=80 мм, b=310 мм – по табл.14.1 [2];

е=197,85 мм.

Тогда

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры

(44)

где К₂=0,6 – коэффициент принимается по рис.14.7 [2];

h=475 мм – высота опоры по табл. 14.1 [2].

Тогда

Условие прочности

(45)

где А=1,2 – для гидравлических испытаний;

у_Т=220 МПа по табл. 3.6 [2].

Условие соблюдается.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета напрочность. М.: Изд-во стандартов, 1989. 80 с.

2. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. Л.: Машиностроение, 1981. 385 с.

3. ГОСТ 24755-81. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета укрепления отверстий. Введен с 01.07.81г. 20с.

4. ОСТ 26-373-78. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность фланцевых соединений. М.: Изд-во стандартов, 1978. 38 с.