Проверка напряжений в нижней части стенки аппарата и в нижнем днище при проведении гидравлических испытаний

Напряжение в нижней части колонны определяется по формуле:

где - гидравлическое давление в нижней части аппарата, МПа.

, МПа

где - пробное давление, МП ;

Н – высота столба воды в аппарате, м.

Таблица для расчета гидравлического давления

Сосуды	Расчётное давление РР, МПа	Пробное давление , МПа
Сварные	Свыше 0,07 до 0,5	, но не менее 0,2
0,5 и более	, но не менее +0,3
Вакуум	, но не менее 0,2
Литые	Не ограниченно	, но не менее 0,3

Рассчитаем гидравлическое по формуле:

Рассчитаем напряжение в нижней части колоны:

напряжение в нижней части колоны 180,5 МПа, что меньше , прочностные условия выполнены.

Форма и основные размеры опор вертикальных аппаратов

Опоры представляют собой обечайки снабженные фундаментным кольцом из полосовой листовой стали, Кольцо крепится к фундаменту болтами. Для обеспечения жесткости фундаментное кольцо (случай высоких аппаратов, Н > 14 м) укреплено опорными лапами, число которых равно числу фунда­ментных болтов.

Высоту обечайки опоры выбирают с учетом требований тех­нология (например, необходимой высота столба жидкости в при­емном трубопроводе откачивающего насоса) и условии эксплуа­тации (возможность установки под аппаратом трубопроводной обвязки, арматуры, приборов КИП), но так, чтобы она была кратна 200 мм и составляла не менее 600 мм.

Материал деталей, из которых состоит опора, выбирают исходя из условий эксплуатации с учетом свариваемости, коррозионной стойкости, экономической целесообразности и надежности. Предел текучести материала должен быть выше 200 МПа при температуре 20°С.

Толщина обечайки опоры обычно не превышает толщину стенки нижнего днища.

Размеры фундаментного кольца ОСТ 26-467-72 устанавлива­ет следующие соотношения для внутреннего D₁ и наружного D₂ диаметров опорного кольца:

.

где D_Н - наружный диаметр аппарата.

Высота аппарата рассчитывается по формуле:

, (1.9)

где - высота цилиндрической части корпуса;

- высота верхнего днища, включая толщину стенки;

- высота опорной обечайки;

h - расстояние от кольцевого шва днища до линии приварки опоры к аппарату

Высоту опорной обечайке примем 2 метра.

Высота аппарата равна:

36 + 2 + 0,55 + 0,06 =38,61 м

Примем предварительно размеры фундаментных болтов по таблице 3.

Таблица 3.

Диаметр аппарата, м	Диаметр фундаментальных болтов, мм	Число фундаментальных болтов для аппаратов, высота которых Н1, м
≤ 10	10 - 15	15 - 20
1,2 ÷ 1,4	22 ÷ 30	4 ÷ 6
1,6 ÷ 2,0	27 ÷ 36
2,2 ÷ 3,4	30 ÷ 36		6 ÷ 8	8 ÷ 12

Диаметр отверстий под фундаментные болты принимают в 1,5 раза больше диаметра болтов, т. е. 45 мм.

Ветровая нагрузка.

Расчётную ветровую нагрузку P_i на каждый участок определяют по формуле:

,

где К – аэродинамический коэффициент: для цилиндрического корпуса К = 0,6 ÷ 0,7; для плоской стенки (площадки для обслуживания) К = 1,4; примем аэродинамический коэффициент 0,7.

Рис. 4. Схема ветровых нагрузок, действующих на аппарат

Рис. 5. График определения поправочного коэффициента

q_i - нормативный скоростной напор ветра для середины i-того участка аппарата на высоте x_i от уровня земли в заданном географическом районе;

β_i - коэффициент увлечения скоростного напора, учитывающий динамическое воздействие поров ветра;

S_i-площадь наибольшего осевого сечения участка; для цилиндрических аппаратов

D_i- наружный диаметр участка с учетом изоляции, наружний диаметр аппарата равен

– его высота участка.

Разобьем высоту аппарата на 4 участка:

Нормативный скоростной напор ветра определяют по формуле:

q₀ – нормативный скоростной напор ветра для высоты над поверхностью земли до 10 м в данном географическом районе;

– коэффициент, учитывающий возрастные скоростного напора с увеличением высоты x_i над поверхностью земли; при выборе по графику (рис 4) учитывают высоту до середины i-го участка).

Получается на участки:

Рассчитаем коэффициент учитывающий возрастание скоростного напора:

Значения нормативного скоростного напора ветра q₀ для различных районов РФ приведены в таблице 7.

Таблица 7

Нормативный скоростной напор ветра

Районы
q0 ∙ 105 МПа

Примем регион для Сибири район номер 6,

85 Па

93,5 Па

102 Па

110,5 Па

Коэффициент увеличение скоростного напора β_i определяют по формуле

- коэффициент динамичности;

- коэффициент пульсации скоростного напора ветра,

которые на высоте x_i от уровня земли определяют по таблице 8.

Таблица 5.8

Высота xi от уровня земли, м	До 20	21-40	41-60	61-80	81-100
mi	0,35	0,32	0,28	0,25	0,21

Примем коэффициент пульсации скоростного напора ветра:

= 0.35

= 0.32

Коэффициент динамичности находиться по графику (рис. 5) в зависимости от периода собственных колебаний аппарата Т (в сек).

Для аппаратов постоянного сечения

где Н – полная высота аппарата с опорой (при наличии постамента – включая его высоту), м;

- максимальный вес аппарата, МН;

- ускорение свободного падения;

Е- модуль продольной упругости материала корпуса аппарата при расчетной температуре, МПа, приме значение модуля упругости МПа.

J - экваториальный момент инерции площади поперечного сечения стенки корпуса аппарата относительно центральной оси, м4;

- угол поворота опорного сечения фундамента под действием единичного момента, (МН ∙ м)-1.

(Рис. 5)

Максимальный вес аппарата равен:

(1.17)

где Q₁– минимальный вес аппарата, МН;

Q_T - вес внутренних устройств (например тарелок), монтируемых после установки аппарата на фундамент, МН;

Q_пл - вес площадок обслуживания, МН;

Q_и - вес теплоизоляции аппарата, МН;

Q_в - вес воды в аппарате во время гидравлических испытаний, МН.

Минимальный вес аппарата Q₁ (МН) равен:

(1.18)

где Q_ц - вес цилиндрической части аппарата;

Q_д - вес днищ;

Q_оп - вес обечайки опоры;

Q_фк - вес фундаментного кольца;

Q_л - вес опорных лап аппарата;

Q_лаз - вес люков-лазов;

Q_ш - вес штуцеров.

Вес цилиндрической части аппарата определяют по формуле:

Вес металла выпуклой части эллиптического днища определяют по формуле

,

Где Н_Н, - соответственно высота выпуклой части эллиптического днища с учетом толщины стенки и без ее учета.

Рассчитаем массу тарелок:

где - масса одной тарелки,

количество тарелок, в данном аппарате количество тарелок примем в количестве 70 штук.

Вес люков- лазов равен:

-вес одного люка-лаза, вес одного лаза примем 1,3 кН ;

- их число, примем в количестве 35 штук .

Вес опоры рассчитывается по формуле:

Вес воды в (в Н) аппарате во время гидравлических испытаний равен:

,

где Н′ц= Нц + 2h

- внутренняя емкость выпуклой части эллиптического днища, м³. - плотность воды, кг/м3.

При определении принято число площадок равная числу люков-лазов, а общая длина лестниц = высоте аппарата (с учетом опоры).

Вес обслуживания площадок и лестниц находят, зная вес одной площадки (~ 10000 Н) и вес 1м лестницы (~1000 Н). Полный вес обслуживающих площадок примем 35кН

Вес теплоизоляции аппарата можно рассчитать, приняв соответствующий материал для теплоизоляции. Обычно этот вес составляет минимального веса аппарата. Минимальный вес аппарата примем 45 кН.

Рассчитаем максимальный вес аппарата:

Рассчитаем экваториальный момент фундаментного кольца:

;

где D₂– наружный диаметр фундаментного кольца аппарата, м

Рассчитаем угол поворота опорного сечения фундамента по формуле:

где С_φ - коэффициент упругого неравномерного сжатия грунта, определяемый по данным инженерной геологии района или при отсутствии таких данных в зависимости от нормативного давления Rнна подошву фундамента, для грунтов средней полости R_н= 0,3 МПа и С_φ = 100/м³)

Экваториальный момент инерции площадь поперечного сечения стенки корпуса цилиндрического аппарата относительно центральной оси определяется по формуле

м⁴

Рассчитаем период собственного колебания аппарата:

По графику примем коэффициент динамичности

Рассчитаем коэффициент увеличение скоростного напора β_i:

Рассчитаем ветровую нагрузку на каждый участок колоны:

3141 Н

Изгибающий момент от напора ветра в любом расчетном сечении на высоте х₀ от основания аппарата или постамента (если он имеется) вычисляют по формуле

Суммарный изгибающий момент М_в' в расчетном сечении на высоте х₀ от основания аппарата при наличии на аппарате m обслуживающих площадок находят по формуле

где m₀ – число обслуживающих площадок, расположенных выше расчетного сечения;

– изгибающий момент в расчетном сечении от ветрового

где - высота расположения обслуживающей площадки;

- сумма проекций всех элементов площадки, расположенных вне зоны аэродинамической тени, на вертикальную плоскость, м­², зависит от конструкции и размеров обслуживающих площадок.

С небольшой погрешностью можно принять

где - диаметр аппарата на участке площадки;

- высота площадки (расстояние от настила до перил).

Рассчитаем суммарный изгибающий момент: