Расчет сосудов и аппаратов колонного типа

РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ КОЛОННОГО ТИПА

Методики распространяются на аппараты колонного типа по ГОСТ 24305-80, ГОСТ 24306-80. Предлагаемые методы расчета на прочность предназначены для колонных аппаратов, работающих под действием внутреннего избыточного или наружного давления, собственного веса и изгибающих моментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.

СОСУДЫ И АППАРАТЫ

АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

ГОСТ Р 51274-99

К колонным аппаратам относят вертикальные аппараты длина которых значительно превышает диаметр.

На ветровую нагрузку рассчитывают аппараты, находящиеся вне помещения, при соблюдении следующих условий:

1. Высота аппарата H>10 м, при этом должно быть соблюдено H³1,5D_min (D_min – наименьший наружный диаметр аппарата)

2. Высота аппарата H<10 м, при этом должно быть соблюдено H>5D_min (D_min – наименьший наружный диаметр аппарата)

Усилия от сейсмических воздействий рассчитываются, если сейсмичность более 7 баллов по шкале Рихтера.

РАСЧЕТНЫЕ СЕЧЕНИЯ

При расчете аппарата проверяют следующие сечения:

- поперечное сечение корпуса в месте присоединения опорной обечайки (сечение В-В, рисунок 1), а также для аппарата переменного сечения - поперечные сечения корпуса, переменные по диаметру и/или толщине;

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения к корпусу (сечение Г-Г, рисунок 2);

- поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (сечение Д-Д, рисунок 2);

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения нижнего опорного кольца (сечение Е-Е, рисунок 2).

Расчетные сечения колонного аппарата

РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ И РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Расчетное давление.

Расчетное давление P_R в рабочих условиях для каждого расчетного сечения и пробное давление p пр, измеряемое в верхней части колонны, устанавливают в соответствии с ГОСТ 14249-80 и ГОСТ 24306-80.

Гидростатическое давление p_г во время гидравлического испытания колонны в вертикальном положении определяют для каждого расчетного сечения по формуле:

p_Г= γ(H− x₀)

Для воды γ = 10⁴ Н/м³

2.2 Нагрузки от собственного веса

При расчете должны быть учтены весовые нагрузки:

G₁ - вес в рабочих условиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств, рабочей среды;

G₂ - вес при гидроиспытании, включая вес жидкости, заполняющей аппарат;

G₃ - максимальный вес аппарата в условиях монтажа;

G₄ - минимальный вес аппарата в условиях монтажа после установки в вертикальное положение.

2.3 Расчетные изгибающие моменты

При расчете должны быть учтены изгибающие моменты:

M_G - максимальный изгибающий момент от действия эксцентрических весовых нагрузок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и др.;

M_v - изгибающий момент от действия ветровых нагрузок, определяемый по ГОСТ Р 51273 для трех расчетных условий аппарата, а именно:

М_v1 - для рабочих условий при нагрузке G₁,

M_v2 - для условий испытания при нагрузке G₂,

M_v3 - для условий монтажа при нагрузке G₃;

M_R - изгибающий момент от сейсмических воздействий, определяемый по ГОСТ Р 51273 для двух расчетных условий аппарата*, а именно:

М_R1 - для рабочих условий при нагрузке G₁,

М_R3 - для условий монтажа при нагрузке G₃.

* M_R определяют для аппарата, устанавливаемого в районе с сейсмичностью 7 или более баллов.

2.4 Снеговые нагрузки

При расчете аппарата колонного типа снеговые нагрузки не учитывают.

2.5 Температурные нагрузки

При наличии в элементах конструкции аппарата, включая его опорные части, значительных температурных перепадов следует дополнительно определять температурные напряжения.

Температурные напряжения определяют специальными методами расчета.

Размах приведенных напряжений, равный сумме всех действующих напряжений (включая температурные), определенных упругим расчетом, должен удовлетворять условию

где s_t - размах приведенных напряжений в рассматриваемом элементе;

R_e - минимальное значение предела текучести для материала рассматриваемого элемента при расчетной температуре по ГОСТ 14249;

R_m - минимальное значение временного сопротивления для материала рассматриваемого элемента при расчетной температуре по ГОСТ 14249.

2.6 Местные нагрузки

Расчет локальных напряжений в элементах аппарата от действия местных нагрузок, вызываемых присоединяемыми трубопроводами, площадками, кронштейнами и т.д. (сечения А-А, Б-Б, рисунок 1), производят по нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.

2.7 Расчетная температура

Расчетную температуру устанавливают по ГОСТ 14249.

Расчетную температуру для условий испытания и монтажа принимают равной 20 °С.

СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК

Аппарат необходимо рассчитывать для трех расчетных условий:

- рабочее условие;

- условие испытания;

- условие монтажа.

Сочетание нагрузок для этих условий приведено в таблице 1 .

КОРПУС КОЛОННОГО АППАРАТА

3.1 Стенка аппарата должна быть проверена на прочность и устойчивость.

Проверку прочности следует проводить для рабочего условия (F = F₁, М = М₁, р = р₁) и условия монтажа (F = F₃, М = M₃, р = 0).

Проверку устойчивости следует проводить для рабочего условия (F = F₁, M = M₁, р = р₁) и условия испытания (F = F₂, М = М₂, р = р₂).

Проверку прочности и устойчивости для корпуса проводят в сечениях, указанных в разделе 3. Расчетные нагрузки F и изгибающие моменты М принимают по таблице 1.

3.2 Проверка прочности

Расчет напряжений.

А) Продольные напряжения на наветренной (σ_x1 ) и подветренной (σ_x2 ) сторонах:

где Р_1x0 , М_x0 — расчетная сжимающая сила, действующая в осевом направлении, и расчетный изгибающий момент в соответствующем расчетном сечении колонного аппарата на заданной высоте относительно подошвы фундамента.

Б) Кольцевые напряжения

В) Эквивалентные напряжения на наветренной (σ_Е1 ) и подветренной (σ_Е2 ) сторонах:

Проверку условий прочностикорпуса для каждого расчетного сечения следует проводить по формулам:

Условие устойчивости

Проверку условий устойчивости корпуса следует проверять для каждого расчетного сечения для рабочих условий, а также для условий испытаний и монтажа.

Для аппаратов, работающих под внутренним избыточным давлением и без давления, условие устойчивости проверяют по формуле:

Значения [P₁] и [M] определяют по данным ГОСТ 14249—89 соответственно для рабочих условий, условий испытания и монтажа.

Для аппаратов, работающих под наружным давлением, для условий испытания и монтажа проверку производят по формуле:

Для рабочих условий устойчивость необходимо проверять для каждого основного расчетного сечения колонны по формуле:

где [P] - допускаемое наружное давление при нагружении корпуса только наружным давлением;

[P₁] — допускаемая осевая сжимающая сила при нагружении корпуса только осевой сжимающей силой;

[M] — допускаемый изгибающий момент при нагружении корпуса только изгибающим моментом. Их определяют по ГОСТ 14249—89 для рабочих условий.

РАСЧЕТ ОПОРНОЙ ОБЕЧАЙКИ.

Конструктивные элементы опор колонных аппаратов показаны на рис. 2

4.1. Опорную обечайку проверяют на прочность и устойчивость для рабочего условия и условия испытания.

Проверку прочности и устойчивости проводят в сечениях Д-Д, Е-Е, Г-Г, указанных в разделе 3, по формулам (2) - (9). Расчетные нагрузки F и изгибающие моменты М принимают по таблице 1.

4.2 Проверку прочности сварного шва, соединяющего корпус аппарата с опорной обечайкой (сечение Г-Г, рисунок 2), следует проводить по формуле

где [s]₀ - допускаемое напряжение для материала опорной обечайки при расчетной температуре по ГОСТ 14249.

4.3. Проверку устойчивости опорной обечайки в зоне отверстий (сечение Д-Д, рисунок 2) следует проводить по формуле

где , определяют по ГОСТ 14249;

- коэффициенты, определяемые соответственно по формулам:

, , , (13)

где А, W, Ys - соответственно площадь, наименьший момент сопротивления и координата центра тяжести наиболее ослабленного поперечного сечения.

Примечание - Отверстия диаметром менее 0,04D₀ при расчете по формулам (12) и (13) не учитывают.

РАСЧЕТ АНКЕРНЫХ БОЛТОВ

7.1 Расчет анкерных болтов необходимо проводить для рабочих условий и условий монтажа.

В случае, когда , диаметр и количество болтов принимают конструктивно.

Величины и принимают по таблице 1 для соответствующих условий.

7.2 Внутренний диаметр резьбы анкерных болтов следует определять по формуле

где - коэффициент по рисунку 8 или формуле

(25)

РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ КОЛОННОГО ТИПА

Методики распространяются на аппараты колонного типа по ГОСТ 24305-80, ГОСТ 24306-80. Предлагаемые методы расчета на прочность предназначены для колонных аппаратов, работающих под действием внутреннего избыточного или наружного давления, собственного веса и изгибающих моментов, возникающих от действия ветровых нагрузок.

СОСУДЫ И АППАРАТЫ

АППАРАТЫ КОЛОННОГО ТИПА

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ

ГОСТ Р 51274-99

К колонным аппаратам относят вертикальные аппараты длина которых значительно превышает диаметр.

На ветровую нагрузку рассчитывают аппараты, находящиеся вне помещения, при соблюдении следующих условий:

1. Высота аппарата H>10 м, при этом должно быть соблюдено H³1,5D_min (D_min – наименьший наружный диаметр аппарата)

2. Высота аппарата H<10 м, при этом должно быть соблюдено H>5D_min (D_min – наименьший наружный диаметр аппарата)

Усилия от сейсмических воздействий рассчитываются, если сейсмичность более 7 баллов по шкале Рихтера.

РАСЧЕТНЫЕ СЕЧЕНИЯ

При расчете аппарата проверяют следующие сечения:

- поперечное сечение корпуса в месте присоединения опорной обечайки (сечение В-В, рисунок 1), а также для аппарата переменного сечения - поперечные сечения корпуса, переменные по диаметру и/или толщине;

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения к корпусу (сечение Г-Г, рисунок 2);

- поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий (сечение Д-Д, рисунок 2);

- поперечное сечение опорной обечайки в месте присоединения нижнего опорного кольца (сечение Е-Е, рисунок 2).