Расчет днища рубашки, нагруженной избыточным внутренним давлением

Расчетная толщина стенки эллиптического днища определяется по формуле:

В рабочих условиях:

; (55)

где - внутренне давление;

- диаметр рубашки;

- допускаемые напряжения для стали ВСт3сп5 при ;

- коэффициент прочности сварного шва при автоматической дуговой электросварке, принимаем согласно [2, стр.13, табл.1.7];

;

в условиях гидроиспытаний:

.

Из двух значений выбираем большее, т.е. .

Исполнительная толщина стенки:

; (56)

.

Принимаем большее стандартное значение .

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

для рабочих условий:

; (57)

;

для условий гидроиспытаний:

.

Проверяем условие прочности:

Для рабочих условий:

; (58)

.

Для условий гидроиспытаний:

.

Оба условия прочности выполняются.

4 Расчет и укрепление отверстий

Произведем расчет отверстия, не требующего укрепления:

; (59)

Где:

;

Для данного реактора укрепление отверстий не требуется.

5 ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАСЧЕТ БОЛТОВ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

Согласно [2] конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата. При р < 2,5 МПа и t < 300⁰С принимаются стальные плоские приварные фланцы. Поэтому выбираем плоские приварные с соединением шип - паз по ОСТ 26-426-79 с параметрами:

Фланец 80-10 ГОСТ 12828-79

D _ф = 195мм; D_Б= 160мм; D₁ = 138мм; D₂ = 121 мм;D₄ = 91 мм; h = 17 мм;

h₁ = 16 мм; z = 4 отв.

В качестве крепежных деталей во фланцевых соединениях принимаем болты М16, материал - сталь 35. В качестве прокладочного материала принимаем паронит.

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления определяем по формуле [60]:

(60)

где - средний диаметр прокладки, м

, (62)

где D_n = 141 мм - диаметр прокладки;

b_n = 27 мм - ширина прокладки:

.

.

Реакция прокладки в рабочих условиях:

, (63)

где = 0,5 b_n = 0,0135 м - эффективная ширина прокладки

m = 2,5 - коэффициент по [5]:

.

Усилие от температурных деформаций:

, (64)

где - безразмерный коэффициент;

z_Б = 4 - количество болтов;

- площадь поперечного сечения болта;

= 1,99 ∙ 10¹¹ Па - модуль продольной упругости материала болтов;

- коэффициент линейного температурного расширения материала фланца;

- коэффициент линейного температурного расширения материала болтов;

- расчетная температура фланца;

- расчетная температура болтов.

Безразмерный коэффициент согласно [5] определяется по формуле:

, (65)

^, (66)

где у_n - податливость прокладки, м/Н;

у_Б - податливость болтов, м/Н;

у_Ф - податливость фланца, 1/Нм.

(67)

где S_n = 0,002 м - толщина прокладки;

Е_n = 2000 Па - модуль продольной упругости материала прокладки.

,

, (68)

где - расчетная длина болта, м.

, (69)

.

, (70)

где - безразмерный параметр

= 0,36 - коэффициент, [2];

= 19 - коэффициент, [2];

h - ориентировочная толщина фланца, м.

(71)

где = 0,055 - коэффициент, [2];

j – коэффициент:

. (72)

. (73)

.

Тогда

.

.

^.

.

Расчетная температура фланца и болтов определяем по таблице [2]:

_, (74)

, (75)

Болтовая нагрузка в условиях монтажа:

, (76)

где а - коэффициент;

q = 20 МПа - параметр прокладки;

[σ_Б]²⁰ =130 МПа - допускаемое напряжение для материала болтов.

. (77)

. (78)

.

.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

, (79)

Проверим условия прочности болтов для условий монтажа и рабочих условий [2]:

, (80)

, (81)

где - допускаемое напряжение для материала болтов при расчетной температуре.

,

.

Условия прочности соблюдаются.

6 Выбор и расчет опоры

Расчет ведется по [1].

Определяем расчетные нагрузки. Нагрузка на одну опору определяется по формуле:

; (82)

где , - коэффициенты, зависящие от числа опор;

Р – вес сосуда в рабочих условиях и в условиях гидроиспытания;

М – внешний изгибающий момент;

D – диаметр рубашки;

e – расстояние между точкой приложения усилия и подкладным листом.

Так как внешний изгибающий момент равен нулю, то формула (3.109) принимает вид:

; (83)

Оценим вес аппарата.

Объем обечайки (металла):

, (84)

Объем днища, равный объему крышки:

, (85)

где F_дн = 3,74 м² - площадь днища,

Вес корпуса:

, (86)

Объем обечайки рубашки (металла):

, (87)

Вес рубашки:

, (88)

Вес аппарата:

, (89)

Для рабочих условий:

При гидроиспытании:

Число опор , тогда [1, стр.291],

принимаем - вес сосуда в рабочих условиях;

- вес сосуда в условиях гидроиспытаний;

для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

;

Выбираем опоры типа 2 с допускаемой нагрузкой

Опора 2-63000 ОСТ 26-665-79

, , .

Осевое напряжение от внутреннего давления и изгибающего момента:

; (90)

где - толщина стенки рубашки в конце срока службы;

; (91)

где s – исполнительная толщина стенки аппарата;

с – прибавка для компенсации коррозии;

с₁ – дополнительная прибавка;

;

для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

.

Окружное напряжение от внутреннего давления:

; (92)

для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

.

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры:

; (93)

для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

.

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

; (94)

где - коэффициент, зависящий от параметров и , Н - высота подкладного листа.

, (95)

,

.

[1, стр.293, рис.14.8];

, (96)

,

для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры:

; (97)

где - коэффициент, зависящий от параметров и .

[1, стр.293, рис.14.9];

для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

.

Условие прочности имеет вид:

; (98)

где - для рабочих условий;

- для условий гидроиспытаний;

для рабочих условий :

;

;

для условий гидроиспытаний:

;

Условие прочности выполняется.

Толщина накладного листа определяется по формуле:

; (99)

где - коэффициент, принимаем согласно [1, стр.294, рис.14.10];

для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

;

Окончательно принимаем .

ВЫВОДЫ

Итогом курсового проектирования является подробный расчет аппарата и его элементов исходя из условий его эксплуатации. В частности, был произведен расчет толщин обечайки, рубашки, днища; расчет фланцевого соединения; расчет укрепления отверстий; расчет опор. Также был произведен подбор материалов с учетом технико-экономических показателей. Большинство толщин элементов аппарата были приняты с запасом исходя из прочностных расчетов, что дает возможность применять аппарат при более жестких условиях, чем заданные.

Итак, на основании расчет можно сделать вывод, что спроектированный аппарат пригоден к эксплуатации при заданных условиях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1981. – 382 с., ил.

2. Михалев М.Ф. "Расчет и конструирование машин м аппаратов химических производств";

3. Конспект лекций по КРЕО