Апарати ємнісні ВКЕ1 - 1 - 5 - 1,0
1. Призначення та опис конструкції апарату
Апарат ємнісний ВКЕ1-1 - 5 - 1,0 призначений для прийому, зберігання та видачі рідких і газоподібних середовищ при умовному тиску в апараті 1 МПа.
Видача рідких середовищ може здійснюватися як самопливом, так і передавлювання середовища стисненим повітрям, технологічним або інертним газом.
Умовне позначення апарату [1]:
По-вертикальний;
К - з нижнім конічним днищем;
Е - з верхнім еліптичним днищем;
1 - суцільнозварний (без роз'єму);
1 - без сорочки;
5 - номінальний обсяг 5 м 3;
1,0 - умовний тиск 1 МПа.
Апарат являє собою суцільнозварний циліндричну посудину з нижнім еліптичним і верхнім конічним відбортованого днищами з технологічними штуцерами і штуцерами для приєднання контрольно-вимірювальних пристроїв. Позначення і призначення штуцерів, їх умовний прохід і умовний тиск наведені в таблиці штуцерів на кресленні загального вигляду апарата.
Апарат обладнаний люком для огляду внутрішньої поверхні апарату, його очищення та ремонту.
Апарат встановлюється на опорні лапи. На корпусі апарату є дві цапфи для стропування апарату. Схема стропування наведена на кресленні загального вигляду апарата.
Апарат теплоізольований, втулки для кріплення теплоізоляції розміщуються згідно з ГОСТ 17314-81.
Конструкцією апарату передбачена можливість заземлення його під час експлуатації.
2. Вибір основних конструкційних матеріалів
Матеріали для виготовлення корпусу апарату вибираються з урахуванням властивостей робочого середовища в апараті, тиску і температури [1]. Для вибухонебезпечною, пожежонебезпечної, шкідливою середи 2 класу небезпеки при умовному тиску в апараті 1 МПа і робочій температурі 220 ° С для виготовлення корпусу апарату прийнята сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.
Сталь 12Х18Н10Т відноситься до високолегованих корозійностійким, жароміцним та жаростійким сталям аустенітного класу.
Склад стали 12Х18Н10Т: 0,12% вуглецю, 18% хрому; 10% нікелю і не більше 1,5% титану.
Сталь 12Х18Н10Т застосовується для виготовлення корпусів, днищ, фланців і інших деталей для середовищ, які не викликають міжкристалітної корозії. Температурні межі застосування від - 253 ° С до + 610 ° С без обмеження щодо тиску.
Матеріал труб для виготовлення патрубків штуцерів - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 [5], матеріал трубопровідних фланців - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 [3].
Обечайка люка виготовляється з листового прокату із сталі 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72, фланець люка - 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 [3].
Матеріал кріпильних виробів (болтів і гайок) за рекомендаціями [3] для фланців штуцерів з корозійностійких х сталей - 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.
Матеріал кріпильних виробів для фланцевого з'єднання люка за рекомендаціями [3]: болтів і гайок - 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.
Матеріал прокладок - пароніт ПОН 2,0 ГОСТ 481-80.
Матеріал опорних лап і цапф для стропування - сталь Ст3сп5 ДСТУ 2651-94.
3. Розрахунки на міцність, жорсткість і стійкість
3.1. Вихідні дані
Розрахункова температура
Робоча температура в апараті 220 ° С. За розрахункову температуру прийнято найбільше значення температури стінки t = 220 ° С.
3.1.2 Допустимі напруги
Допустимі напруги при розрахунковій температурі і при температурі 20 0 С
для елементів апарату наведені в таблиці 3.1.
Таблиця 3.1
Матеріал елемента апарату | Допустимі напруги, МПа | |
| | |
Сталь 12Х18Н10Т (Корпус, фланці, патрубки) | 184 | 157,5 |
Сталь 12Х18Н10Т (Болти) | 110 | 97 |
Допустимі напруги визначені за посібником [2].
3.1.3 Робоче, розрахункове і пробне тиску
Робочий тиск в апараті при температурі середовища 220 ° С = 0,85 МПа.
Тиск при повному відкритті запобіжного клапана
= 1,15
, (1)
= 1,15 · 0,85 = 0,977 МПа.
Елементи апарату повинні розраховуватися на тиск, що становить 90% тиску при повному відкритті клапана
0,9 = 0,9 · 0,977 = 0,88 МПа.
Гідростатичний тиск середовища з урахуванням висоти штуцера переливу, МПа
, (2)
де r с - щільність середовища, кг / м 3;
g - прискорення вільного падіння, м / с 2;
Н с - висота стовпа рідини в апараті, м.
Н = h + h ш + К 3, (3)
де h - висота циліндричної частини апарату, м [1];
h ш - висота штуцера переливу, м;
До 3 - висота конічного днища з штуцером виходу середовища, м.
Н = 1,8 + 0,05 + 1,035 = 2,885 м.
= 2000 · 9,81 · 2,885 ×
= 0,057 МПа.
Гідростатичний тиск в апараті складає більше 5% від робочого тиску
0,057 МПа> 0,05 · 0,85 = 0,0425 МПа,
тому при подальших розрахунках враховується.
Розрахунковий тиск
Р = 0,88 + 0,057 = 0,937 МПа.
Приймаються розрахунковий тиск Р = 0,94 МПа.
Пробний тиск, при якому проводиться випробування апарату
Р пр = 1,25 × Р × . (4)
Р пр = 1,25 · 0,99 · = 1,37 МПа.
Розрахунковий тиск при випробуванні Р і одно пробного тиску, так як гідростатичний тиск води при випробуванні становить менше 5% від пробного тиску
, (5)
де Н в - висота стовпа води в апараті при випробуванні, м.
Визначаємо висоту від фланцевого роз'єму штуцера виходу середовища до фланцевого роз'єму люка як загальну висоту апарату за вирахуванням висоти кришки з ручкою і болтів
м.
МПа.
0,037 МПа <0,05 · 1,37 = 0,0685 МПа.
Розрахунковий тиск при випробуванні Р і одно пробного тиску, так як гідростатичний тиск води при випробуванні становить менше 5% від пробного тиску. При виконанні умови
Р і £ 1,35 × Р × , (6)
розрахунок апарату на міцність в умовах випробувань проводити не потрібно.
1,37 <1,35 × 0,94 × = 1,48;
1,37 МПа <1,48 МПа.
Умова (6) виконується, отже, розрахунок на міцність виробляємо тільки для робочих умов.
3.1.4 Коефіцієнт міцності зварних швів
Коефіцієнт міцності зварних швів j Р визначається в залежності від групи апарату за посібником [2].
При розрахунковому тиску 0,94 МПа і розрахункової температури 220 ° С для вибухобезпечної, пожежобезпечною, шкідливою робочої середи 2 класу небезпеки за посібником [2] визначаємо групу апарату - 1.
Для апаратів 1 групи довжина контрольованих швів становить 100% від загальної довжини швів.
Для стикових швів з двостороннім суцільним проваром, виконуваних автоматичної і напівавтоматичної зварюванням коефіцієнт міцності зварних швів j Р = 1.
3.1.5 Збільшення до розрахунковими показниками конструктивних елементів
Надбавка для компенсації корозії З 1 прийнята виходячи з максимально допустимої швидкості проникнення корозії з боку робочого середовища П = 0,05 мм / рік.
Для елементів корпусу, схильних до корозії з боку робочого середовища, надбавка на корозію складе
З 1 = П × t = 0,05 × 20 = 1 мм.
Збільшення З 2 для компенсації мінусового допуску приймаються в залежності від товщини листового прокату [2]. Надбавку З 2 враховуємо в тому випадку, коли її значення перевищує 5% від номінальної товщини листа. Загальну надбавку до розрахункових товщинам визначаємо за формулою
С = С 1 + С 2. (7)
3.2 Розрахунок циліндричної обичайки
Розрахунок товщини стінки обичайки від дії внутрішнього тиску
Розрахункова товщина стінки , Мм
, (8)
де P - розрахунковий внутрішнє надлишковий тиск, МПа;
D - внутрішній діаметр обичайки, мм.
мм.
Виконавча товщина стінки
S ³ S Р + С, (9)
де
С = С 1 + С 2 = 1 + 0,8 = 1,8 мм.
S ³ 4,79 + 1,8 = 5,63 мм.
З урахуванням стандартної товщини листа приймаємо виконавчу товщину стінки обичайки S = 8 мм.
Допустиме внутрішній тиск
, (10)
МПа.
Перевірка умови міцності по внутрішньому тиску
, (11)
0,94 МПа <1,2 МПа.
Умова міцності виконується.
3.2.2 Перевірка умов застосування розрахункових формул
Отримане в результаті розрахунків значення S має задовольняти умові
, (12)
Умова (12) виконується.
3.3 Розрахунок еліптичного днища
3.3.1 Розрахунок товщини стінки днища
Розрахункова товщина днища , Мм
, (13)
де R - радіус кривизни у вершині днища, мм.
R = D = 1000 мм.
мм.
Виконавча товщина днища
, (14)
де
С = С 1 + С 2 = 1 + 0,8 = 1,8 мм.
мм.
Приймаються = 8 мм.
3.3.2 Визначення допустимого тиску
Допустиме тиск для прийнятого значення S 1
, (15)
МПа.
Перевірка умови міцності по формулі (11)
0,94 МПа <1,2 МПа.
3.3.3 Перевірка умов застосування розрахункових формул
Отримане в результаті розрахунку значення товщини S 1 має задовольняти умові
, (16)
0,002 <0,004 <0,100.
Умова (16) виконується.
3.4 Розрахунок конічного днища
3.4.1 Розрахунок товщини стінки днища
За посібника [2] для конічного відбортованого днища внутрішнім діаметром D = 1600 мм і кутом при вершині конуса 2a = 90 ° радіус відбортовки становить r = 200 мм.
Розрахунковий діаметр гладкою конічної обичайки
, (17)
де а 1 - розрахункова довжина перехідної частини, мм.
. (18)
Виконавча товщина стінки тороїдального переходу S Т для попереднього розрахунку прийнята рівною виконавчої товщині стінки циліндричної обичайки S.
S Т = S = 8 мм.
мм.
мм.
Розрахункова товщина стінки , Мм
, (19)
де - Розрахунковий коефіцієнт міцності зварних швів.
Для з'єднання з тороїдальним переходом
, (20)
де - Коефіцієнт міцності кільцевого зварного шва.
мм.
Виконавча товщина конічного днища
, (21)
мм.
= 8 мм.
Отримане в результаті розрахунку значення збігається зі значенням
, Прийнятим для попереднього розрахунку.
Остаточно, виконавча товщина конічного днища, навантаженого внутрішнім надлишковим тиском, = 8 мм.
Допустиме внутрішній тиск
, (22)
МПа.
Перевірка умови міцності по формулі (11)
0,94 МПа <0,97 МПа.
3.4 Розрахунок з'єднання обичайок з тороїдальним переходом
Для стандартного конічного днища [2] товщина стінки тороїдального переходу
8 мм.
Допустиме внутрішнє або зовнішнє тиск з умови міцності перехідної частини
, (23)
де - Коефіцієнт форми.
, (24)
де
; (25)
, (26)
Обчислюємо коефіцієнти форми:
.
Допустиме внутрішнє і зовнішнє тиск за формулою (23)
МПа.
Перевірка умови міцності по формулі (11)
0,94 МПа <0,97 МПа;
Умова міцності виконується.
Розрахунок з'єднання штуцера з конічною обичайкою
Розрахункова товщина стінки штуцера
, (27)
де - Коефіцієнт форми;
- Коефіцієнт міцності зварного шва для штуцера
= 1;
d - внутрішній діаметр штуцера, мм.
Внутрішній діаметр штуцера визначаємо по зовнішньому діаметру і товщиною стінки патрубка штуцера.
, (28)
де - Зовнішній діаметр труби.
Для труби Æ 159 '6
d = 159 - 2 × 6 = 147 мм.
Коефіцієнт форми
. (29)
Коефіцієнт визначається в залежності від ставлення
, (30)
де c - відношення допустимих напружень при розрахунковій температурі матеріалу днища і штуцери
. (31)
Для штуцера зі сталі 12Х18Н10Т МПа.
,
тоді
. (32)
Коефіцієнт визначається за формулою
(33)
Коефіцієнт визначаємо за формулою (32), а
- За формулою (29):
Розрахункова товщина стінки штуцера за формулою (44)
мм.
Товщина стінки штуцери з урахуванням надбавки до розрахункової товщині
мм
Обрана попередньо труба Æ 159 '6 задовольняє умові міцності.
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск з умови міцності
, (34)
МПа.
Перевірка умови міцності за формулою (16)
0,94 МПа <6,4 МПа.
Умова міцності виконується.
3.5 Розрахунок зміцнення отворів
3.5.1 Розрахунок діаметра одиночного отвори, що не потребує зміцнення
Розрахунковий діаметр одиночного отвори, що не потребує зміцнення, при наявності надлишкової товщини стінки судини
, (35)
де - Розрахункова товщина зміцнює елемента, мм;
де - Розрахункова товщина зміцнює елемента, мм;
S - виконавча товщина зміцнює елемента, мм;
С - сума надбавок до розрахункової товщині, мм;
- Розрахунковий діаметр зміцнює елемента, мм.
Для циліндричної обичайки корпуса = D = 1600 мм,
мм.
Для верхнього еліптичного днища апарату
, (36)
де х - відстань між осями днища і штуцери, мм.
Для штуцерів Б, Д, Е, Ж, І, К, Л при х = 580 мм
мм.
Розрахункова товщина еліптичного днища в місці розташування штуцерів
. (37)
мм.
мм.
Для люка А при х = 360 мм
мм.
Розрахункова товщина еліптичного днища в місці розташування люка
мм.
мм.
3.5.2 Перевірка необхідності зміцнення отворів
Отвір не вимагає зміцнення, якщо виконується умова
, (38)
де - Розрахунковий діаметр отвору.
Для штуцера переливу Г і штуцера виходу середовища У 2 (d У = 150 мм), розташованих на циліндричній обичайці, вісь яких збігається з нормаллю до поверхні, розрахунковий діаметр
, (39)
де d - внутрішній діаметр штуцера, мм;
З S - сума надбавок до розрахункової товщині стінки штуцера, мм.
Розрахункова товщина стінки штуцера
, (40)
де Р - внутрішнє надлишковий тиск, МПа;
З S - Сума надбавок до розрахункової товщині стінки штуцера, мм;
- Допустиме напруження матеріалу штуцера при розрахунковій
температурі, МПа;
- Коефіцієнт міцності зварних швів (для труб
= 1).
Для сталі 12Х18Н10Т = 157,5 МПа [2].
Для штуцерів Г і В 2 прийнята труба Æ 159 '6 [5].
мм.
Виконавча товщина стінки навантаженої частини штуцера
, (41)
де
З S = C S 1 + C S 2. (42)
При розрахунку товщини стінки штуцера надбавка для компенсації корозії С S 1 приймається рівною надбавці З 1, використовуваної в попередніх розрахунках.
Надбавка для компенсації мінусового допуску З S 2 для труб приймається рівною 15% від товщини стінки труби.
З S = 21 + 0,15 × 6 = 1,9 мм.
S 1 ³ 0,45 + 1,9 = 2,35 мм.
Розрахунковий діаметр
= 147 + 2 × 1,9 = 150,8 мм.
150,8 мм <98,5 мм.
Штуцера Г і В 2 вимагають зміцнення, тому що не виконується умова (38).
Для зміщених штуцерів входу середовища Б і передавлювання середовища Д (D У = 80 мм), розташованих на верхньому еліптичному днище, прийнята труба Æ 89 '4.
Розрахунковий діаметр для зміщених штуцерів на еліптичному днище
, (43)
95,15 мм <215,2 мм.
Умова виконується, тобто штуцера не вимагають зміцнення.
Для штуцерів Е, Ж, І, К, Л (d У = 50 мм). розташованих на верхньому еліптичному днище апарату приймаємо трубу Æ 57 '3.
мм.
Товщина стінки зовнішньої частини штуцера
S 1 ³ 0,16 + 1,45 = 1,61 мм.
мм.
Умова (20) виконується:
60,9 мм <215,2 мм,
тобто штуцера Е, Ж, І, К, Л не вимагають зміцнення.
Для люка А, розташованого на верхньому еліптичному днище апарату, розрахункова товщина стінки обичайки люка за формулою (40)
мм,
S 1 ³ 1,5 +1,8 = 3,3 мм
Для люків на умовний тиск 1,0 МПа рекомендується товщина стінки обичайки S 1 = 8 мм [6].
Розрахунковий діаметр для люка, як зміщеного штуцера на еліптичному днище
мм.
Люк А вимагає зміцнення, тому що умова (20) не виконується:
519,3 мм> 164,3 мм.
3.5.3 Розрахунок зміцнення люка
Умова зміцнення одиночного отвори
(44)
Розрахункові величини, що входять до умова зміцнення визначаємо за наведеними нижче формулами.
Розрахункова довжина зовнішньої частини люка
, (45)
де - Висота обичайки люка над днищем, мм.
мм.
Розрахункова довжина внутрішньої частини люка = 0.
Розрахункова ширина зони зміцнення
, (46)
де
, (47)
мм;
Розрахунковий діаметр
, (48)
мм;
Відносини допустимих напружень:
для зовнішньої частини люка
; (49)
для накладного кільця
; (50)
для внутрішньої частини люка
, (51)
де - Допустиме напруження матеріалу зовнішньої частини люка при розрахунковій температурі, МПа;
- Допустиме напруження матеріалу накладного кільця при розрахунковій температурі, МПа;
- Допустиме напруження матеріалу внутрішньої частини люка при розрахунковій температурі, МПа.
Так як люк, накладне кільце і укріплюваний елемент (еліптичне днище) виконані з одного матеріалу, то
Рекомендованих варіантом зміцнення є зміцнення без використання накладного кільця. У цьому випадку товщина накладного кільця S 2 приймається рівною нулю.
Умова зміцнення люка без використання накладного кільця
69,8 × (8 - 1,5 - 1,8) × 1 + 0 + 0 + 135,2 × (8 - 4,4 - 1,8) ³ 0,5 × (519,3 - 54,1 ) × 4,4;
571 <1024 мм 2.
Умова зміцнення (44) не виконується.
При використанні для зміцнення накладного кільця площа перерізу накладного кільця наближено визначається як різниця:
1024 - 571 = 453 мм 2.
При товщині накладного кільця S 2 = 8 мм мінімальна ширина накладного кільця мм, приймаємо
= 60 мм.
Розрахункова ширина накладного кільця
, (52)
мм.
Умова зміцнення з урахуванням накладного кільця виконується
571 + 8 × 60 × 1 ³ тисячі п'ятьдесят-одна (мм 2),
1051> 1024 (мм 2).
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск визначаємо при значенні коефіцієнта для еліптичного днища. Коефіцієнт зниження міцності визначаємо за формулою
МПа.
Перевіряємо умову міцності
,
(МПа).
Умова міцності виконується.
Розрахунок зміцнення штуцерів Г і В 2
Розрахункова довжина зовнішньої частини штуцерів
мм.
Розрахункова довжина внутрішньої частини штуцера = 0.
Розрахункова ширина зони зміцнення
мм;
Розрахунковий діаметр
мм;
Відносини допустимих напружень:
Умова зміцнення штуцерів без використання накладного кільця
31,1 × (6 - 0,45 - 1,9) × 1 + 0 + 0 + 99,6 × (8 - 4,78 - 1,8) ³ 0,5 × (150,8 - 39,8 ) × 4,78;
254 <266 мм 2.
Умова зміцнення (44) не виконується.
При використанні для зміцнення накладного кільця площа перерізу накладного кільця наближено визначається як різниця:
266 - 254 = 12 мм 2.
При мінімальній товщині накладного кільця S 2 = 6 мм приймаємо ширину накладного кільця = 40 мм.
Розрахункова ширина накладного кільця
мм.
Умова зміцнення з урахуванням накладного кільця виконується
254 + 6 × 40 × 1 ³ 494 (мм 2),
494> 266 (мм 2).
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск визначаємо при значенні коефіцієнта для еліптичного днища. Коефіцієнт зниження міцності визначаємо за формулою
МПа.
Перевіряємо умову міцності
,
(МПа).
Умова міцності виконується.
3.5.4 Облік взаємного впливу отворів
Отвір вважається поодиноким, якщо відстань між зовнішніми поверхнями прилеглих штуцерів задовольняє умові
, (53)
де b - фактична відстань між зовнішніми поверхнями довколишніх
штуцерів, мм;
і
- Розрахункові діаметри зміцнює елемента за центрами зміцнюються отворів, мм;
S - товщина зміцнює елемента, мм;
С - сума надбавок до товщини зміцнює елемента, мм.
Відстань між двома прилеглими штуцерами Б і Ж (Д і К) на верхньому еліптичному днище апарату (рис. 1) визначаємо по теоремі косинусів:
(54)
мм.
Розрахункові діаметри
=
= 2491 мм.
Перевіряємо умову (53)
мм.
Умова (53) не виконується:
227,2 мм <248,5 мм,
отже, отвори є взаємовпливають.
Відстань між штуцерами Е та Ж
мм.
Умова (53) не виконується:
243,2 мм <248,5 мм, отже, отвори є взаємовпливають.
мм.
Перевіряємо умову (53):
для штуцера Б
= 2491 мм;
для люка А
= 2947 мм;
;
380,1 мм> 259 мм.
Умова (53) виконується, тобто отвори не є взаємовпливають.
Розрахунок перемички між штуцерами
Допустиме тиск для перемички
, (55)
де = 2 - для опуклих днищ;
V - коефіцієнт зниження міцності.
, (56)
де = 1 для опуклих днищ.
Розрахункові величини для визначення коефіцієнта зниження міцності визначаємо за наведеними нижче формулами.
Для штуцерів Е та Ж:
Розрахункову довжину зовнішньої частини штуцерів визначаємо за формулою (45)
мм.
Розрахункова ширина зміцнюючого кільця
. (57)
Відносини допустимих напружень
= 1.
Розрахункова довжина внутрішньої частини штуцера
. (58)
Розрахункові діаметри отворів
= 60,9 мм.
Розрахункові діаметри зміцнює елемента
2491 мм.
Коефіцієнт зниження тиску для перемички
Допустиме тиск для перемички
МПа.
Перевіряємо умову міцності
0,94 МПа <1,5 МПа.
Умова міцності виконується. Перемичка не вимагає додаткового зміцнення.
Для штуцерів Ж і Б:
Розрахункову довжину зовнішньої частини штуцерів визначаємо за формулою (45)
мм;
мм.
Розрахункова ширина зміцнюючого кільця
. (59)
Відносини допустимих напружень
= 1.
Розрахункова довжина внутрішньої частини штуцера
. (60)
Розрахункові діаметри отворів
Розрахункові діаметри отворів
60,9 мм,
мм.
Розрахункові діаметри зміцнює елемента
2491 мм.
Розрахунок перемички між люком і штуцером
Коефіцієнт зниження тиску для перемички
Допустиме тиск для перемички
МПа.
Перевіряємо умову міцності
0,94 МПа <1,4 МПа.
Умова міцності виконується. Перемичка не вимагає додаткового зміцнення.
3.6 Розрахунок фланцевого з'єднання люка
3.6.1 Визначення розрахункових параметрів
За розрахунковому тиску 0,94 МПа і розрахункової температури 220 ° С для апарату 1 групи Приймаються плоский приварний фланець із сталі 12Х18Н10Т з ущільнювальною поверхнею типу шип-паз на умовний тиск 1,0 МПа [3].
Розрахункова температура ізольованого фланця [3]:
t ф = t = 220 ° С.
Розрахункова температура болтів
t б = 0,97 × t, (61)
t б = 0,97 × 220 = 1 лютого 3,4 ° C.
Допустиме напруження для матеріалу болтів (Сталь 12Х18Н10Т) при розрахунковій температурі визначаємо за методичними вказівками [3]:
МПа.
Допустимі напруги для матеріалу фланця в перетині S 0:
в робочих умовах
, (62)
де - Мінімальне значення межі текучості і тимчасового
опору (межі міцності) матеріалу фланця при
розрахунковій температурі,
МПа;
в умовах затягування
, (63)
де - Мінімальне значення межі текучості і тимчасового
опору (межі міцності) матеріалу фланця при
температурі 20 ° С,
МПа.
Розрахунок фланцевого з'єднання для умов випробувань не проводиться,
так як виконується умова (6)
1,37 <1,35 × МПа.
Визначення допоміжних величин
Ефективна ширина прокладки
b 0 = при
£ 15 мм, (64)
де - Виконавча ширина прокладки.
Під фланцевому з'єднанні застосовується прокладка з пароніту виконання 1 за стандартом [3]:
мм,
b 0 = 12,5 мм.
Лінійна податливість неметалевої прокладки, мм / Н
, (65)
де - Товщина прокладки, мм [3];
- Коефіцієнт обтиснення прокладки [3];
- Умовний модуль стиснення прокладки, МПа [3];
- Середній діаметр прокладки, мм.
мм.
мм / Н.
Податливість болтів, мм / Н
, (66)
де - Розрахункова довжина болта, мм;
- Модуль поздовжньої пружності матеріалу болта при температурі
20 ° С, МПа;
f б - площа поперечного перерізу болта по внутрішньому діаметру різь-
б, мм 2;
n - кількість болтів;
- Відстань між опорними поверхнями гайки та головки болта, мм;
d - зовнішній діаметр болта, мм.
МПа; d = 20 мм; n = 24; f б = 225 мм 2;
мм;
мм.
1 / Н × мм.
Еквівалентна товщина плоского приварному фланця
S Е = S 0 = 8 мм.
Кутова податливість фланця
,
де
; (67)
; (68)
; (69)
; (70)
. (71)
;
1 / Н × мм.
Кутова податливість плоскою кришки
, (72)
де
, (73)
де - Товщина плоскою кришки відповідно в зоні ущільнення і на зовнішньому діаметрі, мм [7].
; (74)
;
;
1 / Н × мм.
Плечі моментів сил, мм
, (75)
мм;
, (76)
мм.
Коефіцієнт жорсткості фланцевого з'єднання з плоскою кришкою
, (77)
де
. (78)
,
.
3.6.3 Розрахунок навантажень
Рівнодійна внутрішнього надмірного тиску, Н
, (79)
Н.
Реакція прокладки в робочих умовах, Н
, (80)
де m - коефіцієнт, що визначається за посібником [3].
Н.
Навантаження, що виникає від температурних деформацій фланцевого з'єднання, Н
, (81)
Q t = , (81)
де
, (82)
- Коефіцієнти лінійного розширення матеріалу фланця, кришки і болтів відповідно, 1 / ° С [3].
17,2 × 10 -6 1 / ° С;
= 17,14 × 10 -6 1 / ° С.
Болтова навантаження в умовах монтажу
Р б = max {Р б1; Р б2; Р б3}, (83)
де Р б1 - Болтова навантаження від спільної дії тиску, осьової
стискає сили і згинального моменту, Н;
Р б2 - Болтова навантаження, необхідна для початкового зминання прокладки, Н;
Р б3 - Болтова навантаження з умови забезпечення міцності болтів, Н.
Р б1 , (84)
де F - зовнішнє осьове зусилля, Н;
М - зовнішній згинальний момент, Н × мм.
Р б1 = 1,667 × (2,236 · 10 5 + 0) + 5,08 · 10 4 = 4,248 · 10 5 Н.
Р б2 = , (85)
Р б2 = 0,5 × 3,14 × 550,5 × 12,5 × 20 = 2,162 · 10 5 Н.
Р б3 = , (86)
Р б3 = 0,4 × 110 × 24 × 225 = 2,376 · 10 5 Н.
Р б = Р б1 = 4,248 · 10 5 Н.
3.6.4 Розрахунок болтів
Умова міцності болтів:
в умовах монтажу
, (87)
МПа <110 МПа;
в робочих умовах
, (88)
де
- (89)
прирощення навантаження на болти в робочих умовах,
D Р б = (1 - 1,667) × (2,236 · 10 5 + 0) +1080 = - 1,503 · 10 5 Н.
МПА <97 МПа.
3.6.5 Розрахунок прокладки
Умова міцності м'яких прокладок
, (90)
де - Допустиме питомий тиск на прокладку, МПа [3].
МПа <130 МПа.
3.6.6 Розрахунок фланця на міцність
Кут повороту фланця при затягуванні з'єднання, радий.
, (91)
де - Згинальний момент від болтової навантаження, Н × мм.
H × мм,
радий.
Приріст кута повороту фланця в робочих умовах, радий.
, (92)
де
. (93)
Н × мм,
радий.
Меридіональні напруги в циліндричній обичайці при затягуванні фланцевого з'єднання для плоских приварних фланців, МПа:
на зовнішній поверхні втулки
(94)
на внутрішній поверхні втулки
(95)
де
. (96)
, (97)
МПа.
Приріст меридіональних напружень у циліндричній обичайці в робочих умовах для плоских приварних фланців, МПа:
на зовнішній поверхні обичайки
, (98)
на внутрішній поверхні
, (99)
де
, (100)
МПа;
, (101)
МПа,
МПа,
МПа.
Окружні напруги в циліндричній обичайці при затягуванні з'єднання для плоских приварних фланців, МПа:
на зовнішній поверхні обичайки
, (102)
на внутрішній поверхні
. (103)
МПа,
МПа.
Прирости окружних напружень у циліндричній обичайці в робочих умовах для плоских приварних фланців, МПа:
на зовнішній поверхні обичайки
, (104)
на внутрішній поверхні
. (105)
МПа,
МПа.
Умова статичної міцності фланця:
при затягуванні з'єднання
, (106)
МПа,
в робочих умовах
, (107)
442,4 МПа <562,5 МПа.
Умови статичної міцності фланцевого з'єднання виконуються.
3.6.8 Вимоги до жорсткості фланцевого з'єднання
Умова жорсткості (герметичності) фланцевого з'єднання
, (108)
де - Дозволений кут повороту фланця, радий.
Для плоских приварних фланців в робочих умовах = 0,013 рад.
Перевірка умови жорсткості:
<0,013 (рад).
Умова жорсткості виконується.
3.6.9 Розрахунок кришки люка
Розрахункова товщина плоскої круглої кришки з додатковим крайовим моментом
, (109)
де - Коефіцієнт ослаблення кришки отворами;
- Безрозмірний коефіцієнт;
- Розрахунковий діаметр кришки, мм.
Розрахунковий діаметр кришки дорівнює середньому діаметру прокладки:
мм.
Коефіцієнт ослаблення для кришок без отворів
Коефіцієнт визначається за формулою:
, (110)
де - Безрозмірний коефіцієнт;
- Діаметр болтової кола, мм.
мм.
, (111)
де - Реакція прокладки, Н;
- Болтова навантаження, Н;
- Рівнодіюча внутрішнього тиску, Н.
;
;
;
Розрахункова товщина кришки за формулою (109)
мм.
Виконавча товщина кришки
(112)
де С 1 - надбавка на корозію.
мм.
Товщина плоскою кришки за стандартом [7] S 1 = 26 мм.
Товщина плоскою кришки в місці ущільнення, мм
, (113)
де
, (114)
У формулі (114) індекс «р» вказує на те, що величина відноситься до робочого стану або умов випробування, індекс «м» - до умов монтажу.
Болтова навантаження в робочих умовах,
, (115)
Н,
Допустиме напруження матеріалу кришки в робочих умовах
МПа.
Болтова навантаження в умовах монтажу
МПа.
Допустиме напруження матеріалу кришки в умовах монтажу
МПа.
Коефіцієнт у формулі (93)
. (116)
Товщина кришки в місці ущільнення за формулою (113)
мм.
Остаточно товщина кришки в місці ущільнення прийнята згідно стандарту [7]
S 2 = 23 мм.
Товщина плоскою кришки на краю, мм
, (117)
мм.
Остаточно товщина кришки в місці ущільнення прийнята згідно стандарту [7] S 3 = 17 мм.
Допустиме тиск для плоскої кришки з додатковим крайовим моментом
, (118)
де С = С 1 - надбавка на корозію, мм.
МПа.
0,94 МПа <1,4 МПа.
Умова міцності виконується.
3.7 Вибір опор
Апарат встановлений на 4 опорних лапах.
Зусилля, що діє на опорну лапу при забезпеченні рівномірного розподілу навантаження між усіма опорними лапами, Н
, (119)
де G - вага апарату в робочих умовах, Н.
Маса апарату в робочих умовах з урахуванням ізоляції [1]:
m = 12150 кг.
Вага апарату
, (120)
де g - прискорення вільного падіння, м / с 2.
G = 12150 × 9,81 = 1,192 × 10 4 Н,
Н.
За посібника [4] приймаємо зварні лапи зі збільшеним вильотом для ізоляції з допустимою навантаженням на опорну лапу 40000 Н.
Позначення: Опорна лапа 3-40000 ГОСТ 26296-84.
Зварна опорна лапа з збільшеним вильотом для ізоляції
= 270 мм; h = 525 мм;
= 300 мм;
= 535 мм;
d = 35 мм; = 8 мм.
= 320 мм;
3.8 Вибір Стропові пристроїв
Стропування апарату здійснюється за два цапфи. Схема стропування наведена на кресленні загального вигляду апарата.
Маса апарату в умовах монтажу
до м.
Вага апарату в умовах монтажу
, (121)
Н.
Зусилля, що діє на одне Стропові пристрій
, (122)
де n - кількість Стропові пристроїв.
Н = 10,15 кН.
Приймаються цапфу вантажопідйомністю 20 кН зі сталі марки Ст3сп5 для апарату з радіусом кривизни R = 750 мм [4]:
Цапфа 3-1-20-750 Ст3сп5 ГОСТ 13716-73.
Висновки
Конструкція апарату, його основних складальних одиниць і розрахунки виконані у відповідності з діючою в хімічному машинобудуванні нормативно-технічною документацією.
Розрахунки апарату на міцність, жорсткість і стійкість виконані в повному обсязі і підтверджують працездатність розробленої конструкції апарату.