Определение расчетных значений давлений, температур, допускаемых напряжений и модуля упругости применяемых материалов
Расчетное давление принимаем равным рабочему давлению. Рабочее давление в аппарате - максимальное избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса.
Рабочее внутреннее давление для элементов корпуса, находящихся ниже свободной поверхности жидкости определяем по формуле (1.3):
P(в)=P+Pгидр (1.3)
где P(в) - рабочее внутренне давление, МПа; Р - избыточное внутреннее давление в аппарате над свободной поверхностью жидкости, P=0,4МПа; Pгидр - гидростатическое давление рабочей жидкости (толуол), МПа.
Гидростатическое давление Pгидр вычисляем по формуле (1.4):
Pгидр=10ρж·x (1.4)
где ρж - плотность рабочей жидкости (толуол: ρж=872кг/м3); х - расстояние от свободной поверхности жидкости до нижней точки днища аппарата, мм.
При заполнении на 0,75 (75%) высоты обечайки найдём x по формуле (1.5):
x=H∙0,75 (1.5)
где H – высота обечайки, мм.
x =2400·0,75=1800мм=1.8м – по формуле (1.5).
Pгидр=10·872∙1800∙10-9=0,0157 МПа=15,7∙10-3МПа - по формуле (1.4).
Pгидр при определении расчетного давления учитываем в том случае, когда его величина составляет 5% и более от рабочего давления по формуле (1.6):
или 5% (1.6)
=3,93% <5% - по формуле (1.6).
Отсюда по формуле (1.3) принимаем: P(в)=P=0,4МПа.
При расчете аппарата с рубашкой за расчетное наружное давление P(н) принимаем давление, которое может возникнуть при самых неблагоприятных условиях эксплуатации, например, в связи с возможностью сброса внутреннего давления (опорожнение аппарата). P(н) рассчитаем по формуле (1.7):
P(н)=Pруб+Pг (1.7)
где P(н) - рабочее наружное давление, МПа; Pруб - избыточное внешнее давление в рубашке аппарата, МПа; Pг - гидростатическое давление рабочей жидкости (толуол) в рубашке, МПа.
Pг для рубашки определяется по формуле (1.4), т. е. Pг= Pгидр. При заполнении на 0,75 (75%) высоты рубашки xруб=x определяется по формуле (1.5), где xруб - расстояние от свободной поверхности жидкости до нижней точки днища рубашки, мм. Pг при определении расчетного давления учитываем в том случае, когда его величина составляет 5% и более от рабочего давления по формуле (1.8):
или 5% (1.8)
=5,23%>5% - по формуле (1.8).
Отсюда по формуле (1.7) принимаем: P(н)=Pруб+Рг=(0,3+0,0157)МПа=0,316МПа.
Следует отметить, что формула (1.3) соответствует условиям работы корпуса при отключении подачи теплоносителя в рубашку, т. е. при Рруб=0.
Расчетную температуру стенок корпуса принимаем равной температуре среды, соприкасающейся со стенкой, по формуле (1.9):
t=tж (1.9)
где t - расчетная температура стенок корпуса, °С; tж - температура перешиваемой среды в аппарате (толуол; tж=100°С).
По формуле (1.9) получаем: t=100°С.
Допускаемое напряжение для материала определяем по формуле (1.10):
[σ]=η·[σ]* (1.10)
где [σ] - допускаемое напряжение стали, МПа; η - поправочный коэффициент - η=1; [σ]* - допускаемое нормативное напряжение стали, МПа.
Для стали Х18H10T по табл. 1.1 при t=100°C принимаем: [σ]*=156МПа.
Таблица 1.1
Допускаемые напряжения [σ]* для коррозионностойкой стали Х18H10T принимаем по /5/
Сталь | Значение [σ]*МПа при t,°С | ||||||||
Х18H10T |
*Прим.: для поковок из стали марки Х18H10T применяют допускаемые напряжения при температурах до 550°С умножают на 0,95.
Отсюда по формуле (1.10) получим: [σ]=η·[σ]*=1·156∙0,95=148.2МПа.
Расчетное значение модуля упругости E при t=100°С принимаем по табл. 1.2: Е=200∙103МПа.
Значения модулей упругости Е в зависимости от температуры по /5/ Таблица 1.2