Зміст
Перед розрахунком визначимося з вибором конструкційного матеріалу залежно від необхідної хімічної стійкості. За табл.III.19. «Нержавіючі сталі, сортамент, властивості і області застосування» [1] вибираємо листову сталь марки 03Х18Н11. Зварні з'єднання з цієї сталі, мають високу стійкість проти МКК в середовищах окисного характеру, не схильні до ножовий корозії. Використовується для зварного обладнання ємнісного, теплообмінного та трубопроводів. Застосовується від -253 до +610 ° С.
Руйнівна дія середовища на матеріал враховуємо введенням надбавки З до номінальної товщини деталі:
З = П ∙ τ а,
де τ а - амортизаційний термін служби апарату (приймаємо τ а = 20 років);
П - корозійна проникність, мм / рік. За табл.III.21. «Корозійна стійкість аустенітних та аустенітно-феритних нержавіючих сталей» [1] приймаємо П = 0,025 мм / рік.
З = П ∙ τ а = 0,025 ∙ 20 = = 0,025 * 20 0,5 мм
1. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ еліптичною кришкою
АПАРАТУ
Розрахунок товщини стінки еліптичної кришки, навантаженого надлишковим внутрішнім тиском.
Товщину стінки кришки розраховуємо за формулами (52) - (54) [2]:
де
s 1 = 14,6 +0,5 = 15,1 мм
Приймаються товщину кришки s 1 = 16 мм .
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск розрахуємо за формулою (54) [2]:
Проведемо перевірку на необхідність зміцнення отвори для штуцера.
Відповідно до формули (26) [3]
де D p = 2D = 2 ∙ 2 = 4 м при х = 0 згідно (5) [3].
Товщину стінки кришки, при якій не потрібно зміцнення отвори, визначимо підбором:
Виконавча товщина кришки апарату приймається s 1 = 25 мм.
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск:
Відповідно до ГОСТ 6533-78 за таблицею 7.2 [7] приймаємо h 1 = 60 мм.
Проведемо перевірочний розрахунок за п. 3.3.1.4. [2]:
0,8
Згідно з умовами п. 3.3.1.4. [2] приймаємо товщину стінки 25 мм .
Розрахунок товщини стінки еліптичного днища, навантаженого надлишковим зовнішнім тиском.
Зовнішнє надлишковий тиск приймаємо рівним атмосферному р = 0,101 МПа, при абсолютному тиску всередині апарату 0 МПа.
Товщину стінки днища розраховуємо за формулами (56) - (58) [2]
де К е = 0,9 для попереднього розрахунку [2].
Подальший розрахунок проводимо з умови товщини стінки s 1 = 25 мм.
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою (58) [2]:
де допустиме тиск [p] п з умови міцності:
допускається тиск [p] Е з умови стійкості в межах пружності:
де К е =
Допускаються зовнішнє тиск:
Перевіряємо умову
Приймаються еліптичне днище з відбортовкою h 1 = 60 мм товщиною стінки s 1 = 25 мм за ГОСТ 6533-78.
2. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ сферичні днища
КОРПУСУ
Товщину стінки сферичного днища корпусу, навантаженого внутрішнім надлишковим тиском, розраховуємо за формулою:
Розрахункова товщина стінки днища
де R = 0,5 D з Н = 0,25 D; Р = р + ρgh = 1,47 ∙ 10 червня +1000 ∙ 4,1 ∙ 9,81 = = (1,47 * 1000000 +1000 * 4,1 * 9,81) / 1000000 \ # "0,00" 1,51 МПа, р - тиск всередині апарату - 1,47 МПа, ρ = 1000 кг / м 3 - щільність води при гідровипробувань апарату, h = L 1 + L 2 + L до +0,5 D 0 = 1200 +1800 +300 +0,5 ∙ 1600 = 4100 мм.
Товщина стінки з надбавкою:
s 1р = 6 +0,5 = 6,5 мм;
Таким чином, за [4] приймаємо товщину стінки
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск розраховуємо за формулою:
Перевіряємо умову
У результаті проведених розрахунків і отриманої товщини сферичного днища корпусу апарату під внутрішнім тиском приймаємо товщину сферичного днища 8 мм .
Відповідно до ГОСТ 6533-78 за таблицею 7.2 [7] приймаємо довжину відбортованого частині днища h 1 = 40 мм.
Проведемо перевірочний розрахунок за п. 3.3.1.4. [2]:
0,3
Згідно з умовами п. 3.3.1.4. [2] приймаємо товщину стінки рівною товщині обичайки, розрахованої у п. 3.2 - 12 мм .
Розрахунок товщини стінки напівсферичного днища, навантаженого надлишковим зовнішнім тиском.
Зовнішнє надлишковий тиск приймаємо рівним атмосферному р = 0,101 МПа, при абсолютному тиску всередині апарату 0 МПа.
Товщину стінки днища розраховуємо за формулами (56) - (58) [2]
де К е = 1,0 для попереднього розрахунку [2].
Подальший розрахунок проводимо з умови товщини стінки s 1 = 12 мм.
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою (58) [2]:
де допустиме тиск [p] п з умови міцності:
допускається тиск [p] Е з умови стійкості в межах пружності:
де К е = 1 [рис. 13; 2],
Допускаються зовнішнє тиск:
Перевіряємо умову
Приймаються напівсферичні днище з відбортовкою h 1 = 40 мм товщиною стінки s 1 = 12 мм за ГОСТ 6533-78.
Проведемо перевірку на необхідність зміцнення отвори для штуцера.
Відповідно до формули (26) [3]
де D p = 2R = D = 1,6 м (7) [3].
Виконавча товщина днища апарату приймається s 1 = 12 мм.
3. РОЗРАХУНОК ТОВЩИНИ СТІНКИ ЦИЛІНДРИЧНИХ
Обичайок РЕАКТОРА
3.1. Розрахунок циліндричної обичайки діаметром 2000 мм
Товщину стінки розраховуємо за формулами 8 і 9 [2]:
s ³ s Р + з
де
де s Р - розрахункова товщина стінки, мм;
p - внутрішнє надлишковий тиск (у нашому випадку воно дорівнює тиску всередині апарату p = 15 кг / см 2 = 1,47 МПа);
D - діаметр обичайки (D = 2 м);
[S] - допустиме напруження при розрахунковій температурі, МПа;
φ р - розрахунковий коефіцієнт міцності зварного шва.
Приймаються вид зварного шва - стикового з двостороннім суцільним проваром, що виконується автоматичної і напівавтоматичної зварюванням. За табл.20 додатка 5 [2] знайдемо значення коефіцієнта міцності φ р = 1,0.
s = 13,2 +0,5 = 13,7 мм
Приймаємо товщину стінки s = 16 мм (Див. п. 2).
Допустиме надлишкове внутрішній тиск буде рівним (формула 10 [2]):
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою 13 [2]:
де допустиме тиск з умов міцності визначаємо за формулою 14 [2]:
Допустиме тиск з умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою 15 [2]:
де
значить, вибираємо B 1 = 1.
Приймаємо товщину стінки корпусу s = 16мм.
Розрахунок циліндричної частини корпусу навантаженої осьовими зусиллями.
Товщина стінки обичайки навантаженої осьовим розтягуючим зусиллям повинна відповідати умові:
де
Осьовий розтягуюче зусилля:
Допустиме осьове розтягуюче зусилля:
= = 3,14 * (2 - (0,016-0,0005)) * (0,016-0,0005) * 112 * 1 \ # "0,00" 10,82 МН ≥ 4,62 МН.
Умови s ≥ s p + c і [F] ≥ F виконуються.
Осьовий стискуюче зусилля розраховуємо за формулою (21) [2]:
Допустиме осьове стискуюче зусилля:
- З умови міцності (22) [2]
- В межах пружності з умови стійкості (23) [2]
[F] Е = min {[F] E 1; [F] E 2}
але за умови l / D = 4,374 / 2,0 = = 4,374 / 2 \ * MERGEFORMAT 2,187 <10 [F] Е = [F] E 1,
тоді [F] E 1 знаходимо за формулою (24) [2]
з урахуванням обох умов за формулою (21) [2]:
Осьовий стискуюче зусилля - це зусилля притиснення днища до обичайки атмосферним тиском, що може бути розраховане (Додаток 3 «Приклад розрахунку апарату» [5]):
F = 0,25 ∙ π ∙ (D +2 s) 2 ∙ p = 0,25 ∙ 3,14 ∙ (2,0 +2 ∙ 0,016) 2 ∙ 0,101 = = 0,25 * 3,14 * 0,101 * ( 2 +2 * 0,016) ^ 2 \ # "0,00" 0,33 МН
Так як обичайка корпусу при атмосферному тиску і відсутності тиску всередині апарату працює під спільною дією зовнішнього тиску 0,1 МПа і осьового стискає зусилля F, має виконуватися умова стійкості:
Перевіряємо умову стійкості:
Стійкість обичайки корпуса з товщиною стінки 16 мм виконується.
Приймаємо товщину стінки обичайки s = 16 мм.
3.2. Розрахунок циліндричної обичайки діаметром 1600 мм
Товщину стінки розраховуємо за формулами 8 і 9 [2]:
s ³ s Р + з
де
де s Р - розрахункова товщина стінки, мм;
p - внутрішнє надлишковий тиск (у нашому випадку воно дорівнює тиску всередині апарату p = 15 кг / см 2 = 1,47 МПа);
D - діаметр обичайки (D = 1,6 м);
[S] - допустиме напруження при розрахунковій температурі, МПа;
φ р - розрахунковий коефіцієнт міцності зварного шва.
Приймаються вид зварного шва - стикового з двостороннім суцільним проваром, що виконується автоматичної і напівавтоматичної зварюванням. За табл.20 додатка 5 [2] знайдемо значення коефіцієнта міцності φ р = 1,0.
s = 10,6 +0,5 = 11,1 мм
Приймаємо товщину стінки s = 12 мм .
Допустиме надлишкове внутрішній тиск буде рівним (формула 10 [2]):
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою 13 [2]:
де допустиме тиск з умов міцності визначаємо за формулою 14 [2]:
Допустиме тиск з умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою 15 [2]:
де
значить, вибираємо B 1 = 1.
Приймаємо товщину стінки корпусу s = 12мм.
Розрахунок циліндричної частини корпусу навантаженої осьовими зусиллями.
Товщина стінки обичайки навантаженої осьовим розтягуючим зусиллям повинна відповідати умові:
де
Осьовий розтягуюче зусилля:
Допустиме осьове розтягуюче зусилля:
= = 3,14 * (1,6 +0,012-0,0005) * (0,014-0,0005) * 112 * 1 \ # "0,00" 7,65 МН ≥ 3,22 МН.
Умови s ≥ s p + c і [F] ≥ F виконуються.
Осьовий стискуюче зусилля розраховуємо за формулою (21) [2]:
Допустиме осьове стискуюче зусилля:
- З умови міцності (22) [2]
- В межах пружності з умови стійкості (23) [2]
[F] Е = min {[F] E 1; [F] E 2}
але за умови l / D = 4,374 / 1,6 = 2,73 <10 [F] Е = [F] E 1,
тоді [F] E 1 знаходимо за формулою (24) [2]
з урахуванням обох умов за формулою (21) [2]:
Осьовий стискуюче зусилля - це зусилля притиснення днища до обичайки атмосферним тиском, що може бути розраховане (Додаток 3 «Приклад розрахунку апарату» [5]):
F = 0,25 ∙ π ∙ (D +2 s) 2 ∙ p = 0,25 ∙ 3,14 ∙ (1,6 +2 ∙ 0,012) 2 ∙ 0,101 = = 0,25 * 3,14 * 0,101 * ( 1,6 +2 * 0,012) ^ 2 \ # "0,00" 0,21 МН
Так як обичайка корпусу при атмосферному тиску і відсутності тиску всередині апарату працює під спільною дією зовнішнього тиску 0,1 МПа і осьового стискає зусилля F, має виконуватися умова стійкості:
Перевіряємо умову стійкості:
Стійкість обичайки корпуса з товщиною стінки 12 мм виконується.
4. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ КОНІЧНОЇ Обечайка
РЕАКТОРА І НЕТОРОІДАЛЬНОГО ПЕРЕХОДУ
4.1 Розрахункові параметри
Розрахункові довжини для нетороідальних переходів (рис. 1) розраховуємо за формулами:
Рис. 1. З'єднання циліндричної та конічної обичайок.
Розрахунковий діаметр гладкою конічної обичайки з нетороідальним переходом
Розрахунковий коефіцієнт зварних швів по табл. 4 [2]
Товщина стінки конічної обичайки
де
| 1. | Розрахунок на міцність еліптичної кришки апарату | |
| 2. | Розрахунок на міцність сферичного днища апарату | |
| 3. | Розрахунок на міцність циліндричної обичайок реактора | |
| 4. | Розрахунок на міцність конічної обичайки реактора і нетороідального переходу циліндричної обичайки реактора (більшого діаметру) в конічну | |
| 5. | Розрахунок маси апарату і підбір опор | |
| Використана література |
Перед розрахунком визначимося з вибором конструкційного матеріалу залежно від необхідної хімічної стійкості. За табл.III.19. «Нержавіючі сталі, сортамент, властивості і області застосування» [1] вибираємо листову сталь марки 03Х18Н11. Зварні з'єднання з цієї сталі, мають високу стійкість проти МКК в середовищах окисного характеру, не схильні до ножовий корозії. Використовується для зварного обладнання ємнісного, теплообмінного та трубопроводів. Застосовується від -253 до +610 ° С.
Руйнівна дія середовища на матеріал враховуємо введенням надбавки З до номінальної товщини деталі:
З = П ∙ τ а,
де τ а - амортизаційний термін служби апарату (приймаємо τ а = 20 років);
П - корозійна проникність, мм / рік. За табл.III.21. «Корозійна стійкість аустенітних та аустенітно-феритних нержавіючих сталей» [1] приймаємо П = 0,025 мм / рік.
З = П ∙ τ а = 0,025 ∙ 20 = = 0,025 * 20 0,5 мм
1. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ еліптичною кришкою
АПАРАТУ
Розрахунок товщини стінки еліптичної кришки, навантаженого надлишковим внутрішнім тиском.
Товщину стінки кришки розраховуємо за формулами (52) - (54) [2]:
де
s 1 = 14,6 +0,5 =
Приймаються товщину кришки s 1 =
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск розрахуємо за формулою (54) [2]:
Проведемо перевірку на необхідність зміцнення отвори для штуцера.
Відповідно до формули (26) [3]
де D p = 2D = 2 ∙ 2 = 4 м при х = 0 згідно (5) [3].
Товщину стінки кришки, при якій не потрібно зміцнення отвори, визначимо підбором:
Виконавча товщина кришки апарату приймається s 1 = 25 мм.
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск:
Відповідно до ГОСТ 6533-78 за таблицею 7.2 [7] приймаємо h 1 = 60 мм.
Проведемо перевірочний розрахунок за п. 3.3.1.4. [2]:
0,8
Згідно з умовами п. 3.3.1.4. [2] приймаємо товщину стінки
Розрахунок товщини стінки еліптичного днища, навантаженого надлишковим зовнішнім тиском.
Зовнішнє надлишковий тиск приймаємо рівним атмосферному р = 0,101 МПа, при абсолютному тиску всередині апарату 0 МПа.
Товщину стінки днища розраховуємо за формулами (56) - (58) [2]
де К е = 0,9 для попереднього розрахунку [2].
Подальший розрахунок проводимо з умови товщини стінки s 1 = 25 мм.
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою (58) [2]:
де допустиме тиск [p] п з умови міцності:
допускається тиск [p] Е з умови стійкості в межах пружності:
де К е =
Допускаються зовнішнє тиск:
Перевіряємо умову
Приймаються еліптичне днище з відбортовкою h 1 = 60 мм товщиною стінки s 1 = 25 мм за ГОСТ 6533-78.
2. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ сферичні днища
КОРПУСУ
Товщину стінки сферичного днища корпусу, навантаженого внутрішнім надлишковим тиском, розраховуємо за формулою:
Розрахункова товщина стінки днища
де R = 0,5 D з Н = 0,25 D; Р = р + ρgh = 1,47 ∙ 10 червня +1000 ∙ 4,1 ∙ 9,81 = = (1,47 * 1000000 +1000 * 4,1 * 9,81) / 1000000 \ # "0,00" 1,51 МПа, р - тиск всередині апарату - 1,47 МПа, ρ = 1000 кг / м 3 - щільність води при гідровипробувань апарату, h = L 1 + L 2 + L до +0,5 D 0 = 1200 +1800 +300 +0,5 ∙ 1600 = 4100 мм.
Товщина стінки з надбавкою:
s 1р = 6 +0,5 = 6,5 мм;
Таким чином, за [4] приймаємо товщину стінки
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск розраховуємо за формулою:
Перевіряємо умову
У результаті проведених розрахунків і отриманої товщини сферичного днища корпусу апарату під внутрішнім тиском приймаємо товщину сферичного днища
Відповідно до ГОСТ 6533-78 за таблицею 7.2 [7] приймаємо довжину відбортованого частині днища h 1 = 40 мм.
Проведемо перевірочний розрахунок за п. 3.3.1.4. [2]:
0,3
Згідно з умовами п. 3.3.1.4. [2] приймаємо товщину стінки рівною товщині обичайки, розрахованої у п. 3.2 -
Розрахунок товщини стінки напівсферичного днища, навантаженого надлишковим зовнішнім тиском.
Зовнішнє надлишковий тиск приймаємо рівним атмосферному р = 0,101 МПа, при абсолютному тиску всередині апарату 0 МПа.
Товщину стінки днища розраховуємо за формулами (56) - (58) [2]
де К е = 1,0 для попереднього розрахунку [2].
Подальший розрахунок проводимо з умови товщини стінки s 1 = 12 мм.
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою (58) [2]:
де допустиме тиск [p] п з умови міцності:
допускається тиск [p] Е з умови стійкості в межах пружності:
де К е = 1 [рис. 13; 2],
Допускаються зовнішнє тиск:
Перевіряємо умову
Приймаються напівсферичні днище з відбортовкою h 1 = 40 мм товщиною стінки s 1 = 12 мм за ГОСТ 6533-78.
Проведемо перевірку на необхідність зміцнення отвори для штуцера.
Відповідно до формули (26) [3]
де D p = 2R = D = 1,6 м (7) [3].
Виконавча товщина днища апарату приймається s 1 = 12 мм.
3. РОЗРАХУНОК ТОВЩИНИ СТІНКИ ЦИЛІНДРИЧНИХ
Обичайок РЕАКТОРА
3.1. Розрахунок циліндричної обичайки діаметром
Товщину стінки розраховуємо за формулами 8 і 9 [2]:
s ³ s Р + з
де
де s Р - розрахункова товщина стінки, мм;
p - внутрішнє надлишковий тиск (у нашому випадку воно дорівнює тиску всередині апарату p = 15 кг / см 2 = 1,47 МПа);
D - діаметр обичайки (D = 2 м);
[S] - допустиме напруження при розрахунковій температурі, МПа;
φ р - розрахунковий коефіцієнт міцності зварного шва.
Приймаються вид зварного шва - стикового з двостороннім суцільним проваром, що виконується автоматичної і напівавтоматичної зварюванням. За табл.20 додатка 5 [2] знайдемо значення коефіцієнта міцності φ р = 1,0.
s = 13,2 +0,5 = 13,7 мм
Приймаємо товщину стінки s =
Допустиме надлишкове внутрішній тиск буде рівним (формула 10 [2]):
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою 13 [2]:
де допустиме тиск з умов міцності визначаємо за формулою 14 [2]:
Допустиме тиск з умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою 15 [2]:
де
значить, вибираємо B 1 = 1.
Приймаємо товщину стінки корпусу s = 16мм.
Розрахунок циліндричної частини корпусу навантаженої осьовими зусиллями.
Товщина стінки обичайки навантаженої осьовим розтягуючим зусиллям повинна відповідати умові:
де
Осьовий розтягуюче зусилля:
Допустиме осьове розтягуюче зусилля:
= = 3,14 * (2 - (0,016-0,0005)) * (0,016-0,0005) * 112 * 1 \ # "0,00" 10,82 МН ≥ 4,62 МН.
Умови s ≥ s p + c і [F] ≥ F виконуються.
Осьовий стискуюче зусилля розраховуємо за формулою (21) [2]:
Допустиме осьове стискуюче зусилля:
- З умови міцності (22) [2]
- В межах пружності з умови стійкості (23) [2]
[F] Е = min {[F] E 1; [F] E 2}
але за умови l / D = 4,374 / 2,0 = = 4,374 / 2 \ * MERGEFORMAT 2,187 <10 [F] Е = [F] E 1,
тоді [F] E 1 знаходимо за формулою (24) [2]
з урахуванням обох умов за формулою (21) [2]:
Осьовий стискуюче зусилля - це зусилля притиснення днища до обичайки атмосферним тиском, що може бути розраховане (Додаток 3 «Приклад розрахунку апарату» [5]):
F = 0,25 ∙ π ∙ (D +2 s) 2 ∙ p = 0,25 ∙ 3,14 ∙ (2,0 +2 ∙ 0,016) 2 ∙ 0,101 = = 0,25 * 3,14 * 0,101 * ( 2 +2 * 0,016) ^ 2 \ # "0,00" 0,33 МН
Так як обичайка корпусу при атмосферному тиску і відсутності тиску всередині апарату працює під спільною дією зовнішнього тиску 0,1 МПа і осьового стискає зусилля F, має виконуватися умова стійкості:
Перевіряємо умову стійкості:
Стійкість обичайки корпуса з товщиною стінки
Приймаємо товщину стінки обичайки s = 16 мм.
3.2. Розрахунок циліндричної обичайки діаметром
Товщину стінки розраховуємо за формулами 8 і 9 [2]:
s ³ s Р + з
де
де s Р - розрахункова товщина стінки, мм;
p - внутрішнє надлишковий тиск (у нашому випадку воно дорівнює тиску всередині апарату p = 15 кг / см 2 = 1,47 МПа);
D - діаметр обичайки (D = 1,6 м);
[S] - допустиме напруження при розрахунковій температурі, МПа;
φ р - розрахунковий коефіцієнт міцності зварного шва.
Приймаються вид зварного шва - стикового з двостороннім суцільним проваром, що виконується автоматичної і напівавтоматичної зварюванням. За табл.20 додатка 5 [2] знайдемо значення коефіцієнта міцності φ р = 1,0.
s = 10,6 +0,5 = 11,1 мм
Приймаємо товщину стінки s =
Допустиме надлишкове внутрішній тиск буде рівним (формула 10 [2]):
Визначимо допустиме зовнішній тиск за формулою 13 [2]:
де допустиме тиск з умов міцності визначаємо за формулою 14 [2]:
Допустиме тиск з умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою 15 [2]:
де
значить, вибираємо B 1 = 1.
Приймаємо товщину стінки корпусу s = 12мм.
Розрахунок циліндричної частини корпусу навантаженої осьовими зусиллями.
Товщина стінки обичайки навантаженої осьовим розтягуючим зусиллям повинна відповідати умові:
де
Осьовий розтягуюче зусилля:
Допустиме осьове розтягуюче зусилля:
= = 3,14 * (1,6 +0,012-0,0005) * (0,014-0,0005) * 112 * 1 \ # "0,00" 7,65 МН ≥ 3,22 МН.
Умови s ≥ s p + c і [F] ≥ F виконуються.
Осьовий стискуюче зусилля розраховуємо за формулою (21) [2]:
Допустиме осьове стискуюче зусилля:
- З умови міцності (22) [2]
- В межах пружності з умови стійкості (23) [2]
[F] Е = min {[F] E 1; [F] E 2}
але за умови l / D = 4,374 / 1,6 = 2,73 <10 [F] Е = [F] E 1,
тоді [F] E 1 знаходимо за формулою (24) [2]
з урахуванням обох умов за формулою (21) [2]:
Осьовий стискуюче зусилля - це зусилля притиснення днища до обичайки атмосферним тиском, що може бути розраховане (Додаток 3 «Приклад розрахунку апарату» [5]):
F = 0,25 ∙ π ∙ (D +2 s) 2 ∙ p = 0,25 ∙ 3,14 ∙ (1,6 +2 ∙ 0,012) 2 ∙ 0,101 = = 0,25 * 3,14 * 0,101 * ( 1,6 +2 * 0,012) ^ 2 \ # "0,00" 0,21 МН
Так як обичайка корпусу при атмосферному тиску і відсутності тиску всередині апарату працює під спільною дією зовнішнього тиску 0,1 МПа і осьового стискає зусилля F, має виконуватися умова стійкості:
Перевіряємо умову стійкості:
Стійкість обичайки корпуса з товщиною стінки
4. РОЗРАХУНОК НА МІЦНІСТЬ КОНІЧНОЇ Обечайка
РЕАКТОРА І НЕТОРОІДАЛЬНОГО ПЕРЕХОДУ
4.1 Розрахункові параметри
Розрахункові довжини для нетороідальних переходів (рис. 1) розраховуємо за формулами:
Рис. 1. З'єднання циліндричної та конічної обичайок.
Розрахунковий діаметр гладкою конічної обичайки з нетороідальним переходом
Розрахунковий коефіцієнт зварних швів по табл. 4 [2]
Товщина стінки конічної обичайки
де
4.2. Товщина стінки нетороідального переходу
Товщина стінки переходу визначається за формулою (108) [2]
де
Коефіцієнт β 3 визначаємо за формулою (97) [2]
де коефіцієнт β = 1,45 знаходимо за рис. 27 [2] за умов
Товщина стінки
Приймаються s 1 = s 2 = 22 мм
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск з умови міцності перехідної частини
Допускаються зовнішнє надлишковий тиск з умови міцності перехідної частини
де коефіцієнт β = 3,75 знаходимо за рис. 27 [2] за умов
Умова міцності виконується.
Розрахункові довжини нетороідального переходу
4.3. Товщина стінки конічної обичайки
згідно з умовою
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск визначаємо за формулою (87) [2]
Згідно з умовами п. 5.2.7 [2] приймаємо товщину стінки нетороідольного переходу 22 мм .
Товщину стінки обичайки, навантажену надлишковим зовнішнім тиском в першому наближенні визначаємо за п. 2.3.2.1. [2] згідно з п. 5.3.2.2. [2].
s ³ s Р + с,
де
Коефіцієнт К 2 = 0,15 визначаємо за номограми рис. 5 [2];
при
де
= Max {= (1,832 +1,6) / (2 ^ 0,5) \ # "0,000" 2,427; = (1,832 / ((2 ^ 0,5) / 2)) - (0,31 * (1,832 +1,6 )*((( 1,832 +1,6) / (0,022-0,0005)) ^ 0,5) * 1) \ # "0,000" -10,851} = 2,427 м
Товщина стінки s ³ s Р + з = 4 +0,5 = 4,5 мм, виконавча товщина стінки приймається s = 22 мм
Допускаються зовнішнє тиск визначаємо за формулою:
де допустиме тиск з умови міцності
і допускається тиск з умови стійкості
де
значить, вибираємо B 1 = 1.
Товщина стінки конічної обичайки, навантаженої осьовими зусиллями
s до ³ s кр + з
де s кр =
Допустима осьова сила, що розтягує (п.5.4.1. [2])
Допустима осьова стискаюча сила (п. 5.4.2. [2])
де допускається осьова сила з умови міцності
і допускається осьова стискаюча сила з умови стійкості в межах пружності
де
З'єднання обичайок без тороїдального переходу
Допустима осьова розтягуються або стискаюча сила переходу з умов п.5.4.3. [2]
де коефіцієнт форми β 5 = max {1,0; (2β +1,2)}.
По діаграмі рис. 28 [2] β = 1,5, тоді β 5 = 2 ∙ 1,5 +1,2 = 4,2
Перевіряємо умову стійкості:
Стійкість переходу з товщиною стінки 12 мм виконується.
5. РОЗРАХУНОК МАСИ АПАРАТУ І ПІДБІР ОПОР
Масу апарату визначаємо як масу корпусу апарату і масу води, що заливається для гідравлічного випробування апарату.
5.1. Маса корпусу апарату
5.1.1. Маса кришки з штуцером і фланцями
Площа поверхні кришки F к = 4,71 м 2 (табл. 7.2 [7]).
М к = F до ∙ s ∙ ρ = 4,71 ∙ 0,025 ∙ 7850 = = 4,71 * 0,025 * 7850 \ # "0,00" 924,34 кг
Масу штуцера і фланця приймаємо 45 кг
Маса фланця кришки М фк = (3,14 ∙ 2,185 2 ∙ 0,1 / 4-3,14 ∙ 2 лютого ∙ 0,1 / 4) ∙ 7850 = = (3,14 * (2,185 ^ 2) * 0, 1/4-3, 14 * (2 ^ 2) * 0,1 / 4) * 7850 \ # "0,00" 477,10 кг.
Загальна маса М 1 = 924 +45 +477 = = 924 +45 +477 \ * MERGEFORMAT 1446 кг
5.1.2. Маса обичайки діаметром 2000 мм
М о2000 = (3,14 ∙ 2,032 2 ∙ 1,2 / 4-3,14 ∙ 2 лютого ∙ 1,2 / 4) ∙ 7850 = = (3,14 * (2,032 ^ 2) * 1,2 / 4 -3,14 * (2 ^ 2) * 1,2 / 4) * 7850 \ # "0,00" 954,09 кг.
Маса фланця обичайки М фо = М фк = 477 кг
Загальна маса М 2 = 954 +477 = = 954 +477 \ * MERGEFORMAT 1431 кг
5.1.3. Маса конічної обичайки
М ок =
5.1.4. Маса обичайки діаметром 1600 мм
М о800 = (3,14 ∙ 1,624 2 ∙ 1,8 / 4-3,14 ∙ 1,6 2 ∙ 1,8 / 4) ∙ 7850 = = (3,14 * (1,624 ^ 2) * 1,8 / 4-3,14 * (1,6 ^ 2) * 1,8 / 4) * 7850 \ # "0,00" 858,26 кг.
5.1.5. Маса днища з штуцером і фланцем
Площа поверхні днища F д = 2,15 м 2 (табл. 7.8 [7]).
М д = F д ∙ s ∙ ρ = 2,15 ∙ 0,012 ∙ 7850 = = 2,15 * 0,012 * 7850 \ # "0,00" 202,53 кг
Масу штуцера і фланця приймаємо 20 кг
Загальна маса М 5 = 202 +20 = 222 кг
Загальна маса апарату М = 1446 +1431 +1186 +858 +222 = = 1446 +1431 +1186 +858 +222 \ * MERGEFORMAT 5143 кг
5.2. Обсяг апарату
5.2.1. Обсяг еліптичної кришки приймемо як обсяг сферичної кришки
V 1 = 2 ∙ 3,14 ∙ 1 3 / 3 = = (3,14 * (1 ^ 3) * 2) / 3 \ # "0,00" 2,09 м 3
5.2.2. Обсяг обичайки діаметром 2000 мм
V о2000 = 3,14 ∙ 2 лютого ∙ 1,2 / 4 = = 3,14 * (2 ^ 2) * 1,2 / 4 \ # "0,00" 3,77 м 3.
5.2.3. Обсяг конічної обичайки
V ок =
5.2.4. Обсяг обичайки діаметром 1600 мм
V о1600 = 3,14 ∙ 1,6 2 ∙ 1,8 / 4 = = 3,14 * (1,6 ^ 2) * 1,8 / 4 \ # "0,00" 3,62 м 3.
5.2.5. Обсяг днища
V 5 = 2 ∙ 3,14 ∙ 0,8 3 / 3 = = (3,14 * (0,8 ^ 3) * 2) / 3 \ # "0,00" 1,07 м 3
V = 2,9 +3,77 +3,06 +3,62 +1,07 = = 2,9 +3,77 +3,06 +3,62 +1,07 \ # "0,00" 14 , 42 м 3
Маса води М в = 14,42 ∙ 1000 = 14420 кг
Загальна маса апарату М = 5143 +14420 = = 5143 +14420 \ * MERGEFORMAT 19563 кг
Приймаються округлено 20000 кг
5.3. Підбір опор апарату
Сила з якою апарат впливає на опори
Q про = 20000 ∙ 9,81 = = 20000 * 9,81 \ * MERGEFORMAT 196200 Н
Приймаються кількість опор для апарату - 4, тоді сила діє на одну опору
Q = 196 200 / 4 = = 196 200 / 4 \ * MERGEFORMAT 49050 Н = 49 кН
Згідно табл. 14.1 [7] приймаємо опору типу 1 (лапа) з накладними листом по ОСТ 26-665-79.
Опора 1-6300 ОСТ 26-665-79 має наступні типорозміри, мм
Розміри накладного листа по ОСТ 26-665 -
Н = 490; В = 300; з = 24; s н = 16.
Приймаємо: Накладний лист 1-6300-16 ОСТ 26-665-79.
2. ГОСТ 14249-89. Судини і апарати. Норми і методи розрахунку на міцність. - М.: Видавництво стандартів, 1989. - 79с.
3. ГОСТ 24755-89 Судини і апарати. Норми і методи розрахунку на міцність зміцнення отворів. - М.: Видавництво стандартів, 1989. - 79с.
4. Тімонін А.С. Основи конструювання і розрахунку хіміко-технологічного та природоохоронного устаткування: Довідник. Т.1. - Калуга: Видавництво М. Бочкарьової, 2002. -852 С.
5. Міхальов М.Ф. та ін Розрахунок і конструювання машин та апаратів хімічних виробництв: Приклади і задачі. - Л.: Машинобудування, 1984. -301 С.
6. К. Ф. Павлов, П. Г. Романків, А. А. Носков. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технологіі.Л.: Хімія, 1987.
7. Лащинський А.А. Конструювання зварних хімічних апаратів: Довідник. - Л.: Машинобудування, 1981. - 382 с., Іл.
8. Смирнов Г.Г., Толчинський А.Р., Кондратьєва Т.Ф. Конструювання безпечних апаратів для хімічних і нафтохімічних виробництв. - Л.: Машинобудування, 1988. -303 С.
Товщина стінки переходу визначається за формулою (108) [2]
де
Коефіцієнт β 3 визначаємо за формулою (97) [2]
де коефіцієнт β = 1,45 знаходимо за рис. 27 [2] за умов
Товщина стінки
Приймаються s 1 = s 2 = 22 мм
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск з умови міцності перехідної частини
Допускаються зовнішнє надлишковий тиск з умови міцності перехідної частини
де коефіцієнт β = 3,75 знаходимо за рис. 27 [2] за умов
Умова міцності виконується.
Розрахункові довжини нетороідального переходу
4.3. Товщина стінки конічної обичайки
згідно з умовою
Допустиме внутрішнє надлишковий тиск визначаємо за формулою (87) [2]
Згідно з умовами п. 5.2.7 [2] приймаємо товщину стінки нетороідольного переходу
Товщину стінки обичайки, навантажену надлишковим зовнішнім тиском в першому наближенні визначаємо за п. 2.3.2.1. [2] згідно з п. 5.3.2.2. [2].
s ³ s Р + с,
де
Коефіцієнт К 2 = 0,15 визначаємо за номограми рис. 5 [2];
при
де
= Max {= (1,832 +1,6) / (2 ^ 0,5) \ # "0,000" 2,427; = (1,832 / ((2 ^ 0,5) / 2)) - (0,31 * (1,832 +1,6 )*((( 1,832 +1,6) / (0,022-0,0005)) ^ 0,5) * 1) \ # "0,000" -10,851} = 2,427 м
Товщина стінки s ³ s Р + з = 4 +0,5 = 4,5 мм, виконавча товщина стінки приймається s = 22 мм
Допускаються зовнішнє тиск визначаємо за формулою:
де допустиме тиск з умови міцності
і допускається тиск з умови стійкості
де
значить, вибираємо B 1 = 1.
Товщина стінки конічної обичайки, навантаженої осьовими зусиллями
s до ³ s кр + з
де s кр =
Допустима осьова сила, що розтягує (п.5.4.1. [2])
Допустима осьова стискаюча сила (п. 5.4.2. [2])
де допускається осьова сила з умови міцності
і допускається осьова стискаюча сила з умови стійкості в межах пружності
де
З'єднання обичайок без тороїдального переходу
Допустима осьова розтягуються або стискаюча сила переходу з умов п.5.4.3. [2]
де коефіцієнт форми β 5 = max {1,0; (2β +1,2)}.
По діаграмі рис. 28 [2] β = 1,5, тоді β 5 = 2 ∙ 1,5 +1,2 = 4,2
Перевіряємо умову стійкості:
Стійкість переходу з товщиною стінки
5. РОЗРАХУНОК МАСИ АПАРАТУ І ПІДБІР ОПОР
Масу апарату визначаємо як масу корпусу апарату і масу води, що заливається для гідравлічного випробування апарату.
5.1. Маса корпусу апарату
5.1.1. Маса кришки з штуцером і фланцями
Площа поверхні кришки F к = 4,71 м 2 (табл. 7.2 [7]).
М к = F до ∙ s ∙ ρ = 4,71 ∙ 0,025 ∙ 7850 = = 4,71 * 0,025 * 7850 \ # "0,00" 924,34 кг
Масу штуцера і фланця приймаємо
Маса фланця кришки М фк = (3,14 ∙ 2,185 2 ∙ 0,1 / 4-3,14 ∙ 2 лютого ∙ 0,1 / 4) ∙ 7850 = = (3,14 * (2,185 ^ 2) * 0, 1/4-3, 14 * (2 ^ 2) * 0,1 / 4) * 7850 \ # "0,00" 477,10 кг.
Загальна маса М 1 = 924 +45 +477 = = 924 +45 +477 \ * MERGEFORMAT 1446 кг
5.1.2. Маса обичайки діаметром
М о2000 = (3,14 ∙ 2,032 2 ∙ 1,2 / 4-3,14 ∙ 2 лютого ∙ 1,2 / 4) ∙ 7850 = = (3,14 * (2,032 ^ 2) * 1,2 / 4 -3,14 * (2 ^ 2) * 1,2 / 4) * 7850 \ # "0,00" 954,09 кг.
Маса фланця обичайки М фо = М фк = 477 кг
Загальна маса М 2 = 954 +477 = = 954 +477 \ * MERGEFORMAT 1431 кг
5.1.3. Маса конічної обичайки
М ок =
5.1.4. Маса обичайки діаметром
М о800 = (3,14 ∙ 1,624 2 ∙ 1,8 / 4-3,14 ∙ 1,6 2 ∙ 1,8 / 4) ∙ 7850 = = (3,14 * (1,624 ^ 2) * 1,8 / 4-3,14 * (1,6 ^ 2) * 1,8 / 4) * 7850 \ # "0,00" 858,26 кг.
5.1.5. Маса днища з штуцером і фланцем
Площа поверхні днища F д = 2,15 м 2 (табл. 7.8 [7]).
М д = F д ∙ s ∙ ρ = 2,15 ∙ 0,012 ∙ 7850 = = 2,15 * 0,012 * 7850 \ # "0,00" 202,53 кг
Масу штуцера і фланця приймаємо
Загальна маса М 5 = 202 +20 = 222 кг
Загальна маса апарату М = 1446 +1431 +1186 +858 +222 = = 1446 +1431 +1186 +858 +222 \ * MERGEFORMAT 5143 кг
5.2. Обсяг апарату
5.2.1. Обсяг еліптичної кришки приймемо як обсяг сферичної кришки
V 1 = 2 ∙ 3,14 ∙ 1 3 / 3 = = (3,14 * (1 ^ 3) * 2) / 3 \ # "0,00" 2,09 м 3
5.2.2. Обсяг обичайки діаметром
V о2000 = 3,14 ∙ 2 лютого ∙ 1,2 / 4 = = 3,14 * (2 ^ 2) * 1,2 / 4 \ # "0,00" 3,77 м 3.
5.2.3. Обсяг конічної обичайки
V ок =
5.2.4. Обсяг обичайки діаметром
V о1600 = 3,14 ∙ 1,6 2 ∙ 1,8 / 4 = = 3,14 * (1,6 ^ 2) * 1,8 / 4 \ # "0,00" 3,62 м 3.
5.2.5. Обсяг днища
V 5 = 2 ∙ 3,14 ∙ 0,8 3 / 3 = = (3,14 * (0,8 ^ 3) * 2) / 3 \ # "0,00" 1,07 м 3
V = 2,9 +3,77 +3,06 +3,62 +1,07 = = 2,9 +3,77 +3,06 +3,62 +1,07 \ # "0,00" 14 , 42 м 3
Маса води М в = 14,42 ∙ 1000 = 14420 кг
Загальна маса апарату М = 5143 +14420 = = 5143 +14420 \ * MERGEFORMAT 19563 кг
Приймаються округлено
5.3. Підбір опор апарату
Сила з якою апарат впливає на опори
Q про = 20000 ∙ 9,81 = = 20000 * 9,81 \ * MERGEFORMAT 196200 Н
Приймаються кількість опор для апарату - 4, тоді сила діє на одну опору
Q = 196 200 / 4 = = 196 200 / 4 \ * MERGEFORMAT 49050 Н = 49 кН
Згідно табл. 14.1 [7] приймаємо опору типу 1 (лапа) з накладними листом по ОСТ 26-665-79.
Опора 1-6300 ОСТ 26-665-79 має наступні типорозміри, мм
| Q, кН | а | а 1 | b | з | з 1 | h | h 1 | s 1 | K | K 1 | d | d б | f |
| 63,0 | 185 | 230 | 230 | 60 | 130 | 360 | 24 | 12 | 35 | 70 | 35 | M30 | 60 |
Розміри накладного листа по ОСТ 26-665 - 79, мм
Н = 490; В = 300; з = 24; s н = 16.
Приймаємо: Накладний лист 1-6300-16 ОСТ 26-665-79.
Використана література
1. Конструкційні матеріали: Довідник / Б / Н. Арзамас, В.А. Брострем, Н.А. Буше та ін; За заг. ред. Б.М. Арзамасова. - М.: Машинобудування, 1990. - 688 с.; Іл.2. ГОСТ 14249-89. Судини і апарати. Норми і методи розрахунку на міцність. - М.: Видавництво стандартів, 1989. - 79с.
3. ГОСТ 24755-89 Судини і апарати. Норми і методи розрахунку на міцність зміцнення отворів. - М.: Видавництво стандартів, 1989. - 79с.
4. Тімонін А.С. Основи конструювання і розрахунку хіміко-технологічного та природоохоронного устаткування: Довідник. Т.1. - Калуга: Видавництво М. Бочкарьової, 2002. -852 С.
5. Міхальов М.Ф. та ін Розрахунок і конструювання машин та апаратів хімічних виробництв: Приклади і задачі. - Л.: Машинобудування, 1984. -301 С.
6. К. Ф. Павлов, П. Г. Романків, А. А. Носков. Приклади і задачі за курсом процесів і апаратів хімічної технологіі.Л.: Хімія, 1987.
7. Лащинський А.А. Конструювання зварних хімічних апаратів: Довідник. - Л.: Машинобудування, 1981. - 382 с., Іл.
8. Смирнов Г.Г., Толчинський А.Р., Кондратьєва Т.Ф. Конструювання безпечних апаратів для хімічних і нафтохімічних виробництв. - Л.: Машинобудування, 1988. -303 С.