1. Содержание и объем задания

1. По заданному объему резервуара V и высоте определить его внутренний диаметр.

2. По заданным технологическим параметрам подобрать материалы для оболочки хранилища. Выбрать коэффициент сварного шва.

3. Рассчитать толщину вертикальной части с учетом припусков на коррозию и подобрать по справочнику ближайшую большую толщину стального листа из которого будет изготавливаться оболочка по ГОСТу.

4. Аналогично стенке обечайки рассчитать толщину стенок патрубков. Подобрать ближайшие большие размеры соответствующих труб по справочнику.

5. Выполнить расчет оболочки на прочность, устойчивость.

6. Рассчитать укрепление отверстий под варку патрубков.

7. Рассчитать минимально допустимое количество и диаметр болтов, соединяющих фланцы подводящих трубопроводов с фланцами патрубков аппарата.

8. Подобрать размеры фланцев в соответствии с ГОСТами и рассчитать их на прочность.

9. Расчеты в окончательном варианте представить выполненными на формате А4 (рукописный вариант).

10. На ватмане формата А1 выполнить:

Чертеж резервуара в выбранном масштабе вид сверху и вид сбоку с хлопушкой, сливными и наливными патрубками;

5

2. Расчет толщины стенки резервуара и патрубков

1. Определение основных геометрических параметров

По заданным параметрам: объему сосуда V и высоте H определить внутренний диаметр. Полученные значения D вн округлить до ближайшего большего значения через 10 мм.

Пересчитать объем аппарата по реально принятым параметрам.

2. Определение значения коэффициента сварного шва

Принимаем значения коэффициента сварного шва φ для различных способов сварки. Для стыковых и тавровых соединений с двусторонним сплошным проваром, выполняемых автоматической сваркой, φ =1.

В стыковых соединениях с подваркой корня шва и тавровых соединениях с двусторонним сплошным проваром, выполняемых вручную или автоматической сваркой с ручной проваркой, φ = 0,95.

Для стыковых соединений, доступных сварке только с одной стороны, со сплошным гарантированным проваром или выпол­няемых с подкладкой со стороны корня шва, которая прилегает по всей длине шва к основному металлу, φ = 0,9.

Для тавровых соединений, в которых не обеспечивается сплошное соединение свариваемых деталей, а также соединений внахлестку при наличии швов с двух сторон φ = 0,8.

3. Расчет толщины стенки резервуара, люка и патрубков штуцеров

2.3.1 Для расчета толщины стенки резервуара разбиваем его по высоте на участки, количество которых равно числу поясов, и в зависимости от глубины пояса подбираем величину q(гидростатическое давление жидкости)

(2.1)

где S_R- расчетная толщина стенки обечайки, см;

D_ВН – внутренний диаметр сосуда (по расчету), см;

р – гидростатическое давление, кг/см²;

φ – коэффициент сварного шва;

- допускаемое напряжение, кг/см²;

σ_B- предел прочности для выбранной марки стали, кг/см² [1,2],

6

n_b- коэффициент запаса прочности, n_b=1,2…2,2. Коэффициент запаса прочности выбирается в зависимости от давления и коррозионно-активной среды.

Толщина стенки обечайки S, с учетом припусков на коррозию, рассчитывается по зависимостям

, см; , см

где С₁ – выбранный припуск на коррозию;

С₂ = 0,08 см- минусовой допуск на толщину листа.

По справочнику [1] выбираем толщину стального листа, ближайшую большую к расчетной.

2.3.2 Толщина листа люка-лаза -

, см (2.2)

где d_л – диаметр люка-лаза выбирается в соответствии с объемом сосуда - d_л=400…600мм.

, см

, см

Толщину листа для люка-лаза принимаем аналогично толщине стенки обечайки.

2.3.3 Толщина стенки патрубка (штуцера).

Принимаем материал патрубка (штуцера) такой же как и обечайки.

В случае, если толщина стенки обечайки S≤50 ммрасчет толщины стенки патрубка (штуцера) выполняется по п. 2.3.3

(2.3)

По справочнику [1] выбираем толщину трубы стальной ближайшую большую к расчетной. Если номенклатура такого диаметра труб в справочнике отсутствует, то принимаем патрубок, выполненный из листа, и по справочнику находим соответствующую толщину стального листа.

7

3. Расчет корпуса сосуда на прочность и устойчивость

1. Общие зависимости

Рассмотрим цилиндрическую оболоч­ку постоянной толщины под действием осесимметричных нагрузок и нагрева (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Силовые факторы в сечениях цилиндрической оболочки

2. Уравнение радиального прогиба оболочки

Если ω(х) — радиальное перемещение точек срединной поверхности (положительному значению соответствует перемещение точек на окруж­ность большего радиуса), то будем иметь следующее дифференциальное уравнение:

(3.1)

8

где — цилиндрическая жесткость, Н-см;

Е — модуль упругости материала оболочки [3];

h — толщина оболочки, см;

а — радиус срединной поверхности, см;

ω— радиальное перемещение точек срединной поверхности;

q — распределенная нагрузка, приложенная к срединной поверхности оболочки, Н/см² (напри­мер, внутреннее давление);

α— коэф­фициент линейного расширения [3], 1/°С;

T₀ — температура на поверхности оболочки,

ΔT - разность температур наружной и внутренней поверхности оболочки, °С;

v — коэф­фициент Пуассона [3].

Распределение температур по толщине стенки предполагается линейным. В поперечном сечении оболочки — се­чении, перпендикулярном к оси (рисунок 3.2) на единицу длины действуют следующие силовые нагрузки:

а- в поперечном сечении, б- в продольном сечении

Рисунок 3.2 - Напряжения в сечениях оболочки

Нагрузки от температурных напряжений рассчитываются для двух вариантов:

• при наименьшей зимней температуре t= -20⁰C;

• при наибольшей летней температуре t= +55⁰C;

Перерезывающая сила Q, Н/см,

(3.2)

9

Изгибающий момент М_х, Н-см/см,

(3.3)

В продольном сечении (сечении, проходящем через ось) на единицу длины приходятся:

• растягивающая сила

• изгибающий момент

(3.4)

При отсутствии нагрева М_в = vM_x.

Напряжение изгиба в поперечном сечении распределяется по толщине стенки сосуда линейно

(3.5)

где z = – 0,5h – расстояние от точки до срединной поверхности оболочки,

Касательное напряжение в поперечном сечении

(3.6)

В продольном сечении возникают нормальные напряжения растяжения

и изгиба

(3.7)

Нормальные напряжения в продольном сечении

(3.8)

где [σ]= σ_B/ n_b.

10

Для прочностного расчета разобьем резервуар по высоте на несколько участков равных количеству поясов. Вычисления будут производиться для трех случаев. Первый – это расчет нижнего пояса, второй расчет верхнего пояса, третий – расчет всех остальных расположенных между ними поясов.

1. Нижний пояс резервуара имеет решение уравнения (3.1) в виде

(3.10)

(3.11)

(3.12)

(3.13)

где φ и ψ — коэффициенты, определяемые через функции Крылова: К₀, К₁, К₂, К₃, К₄ (приложение 1).

Параметр β, необходимый для определения этих коэффициентов, вычисляется как

(3.14)

где ν- коэффициент Пуассона,

а=R_ВН-0,5h - срединный радиус продольного сечения оболочки (обечайки).

(3.15)

(3.16)

11

(3.17)

(3.18)

2. Для верхнего пояса рассматриваем следующий метод решения:

(3.19)

(3.20)

(3.21)

(3.22)

где φ и ψ — коэффициенты, определяемые через функции Крылова: К₀, К₁, К₂, К₃, К₄ (приложение 1).

Параметр β, необходимый для определения этих коэффициентов, вычисляется по формуле (3.14)

где ν- коэффициент Пуассона,

а=R_ВН-0,5h - срединный радиус продольного сечения оболочки (обечайки).

(3.23)

(3.24)

(3.25)

(3.26)

3. Остальные пояса резервуара будут рассчитываться следующим образом:

12

(3.27)

(3.28)

(3.29)

(3.30)

где φ и ψ — коэффициенты, определяемые через функции Крылова: К₀, К₁, К₂, К₃, К₄ (приложение 1).

Параметр β, необходимый для определения этих коэффициентов, вычисляется по формуле (3.14)

где ν- коэффициент Пуассона,

а=R_ВН-0,5h - срединный радиус продольного сечения оболочки (обечайки).

(3.31)

(3.32)

(3.33)

(3.34)

13

4. Упрощенный расчет фланцевых соединений

1. Типы фланцевых соединений

Основные виды фланцевых соединений показаны на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 -Типы фланцев

Фланцевые соединения можно подразделить на два основных типа: с не контактирующими фланцами (рис. 4.1- а) и с контактирующими фланцами (рис. 4.1- б). Наиболее распространен первый тип соединения (трубопроводы, сосуды, аппараты и т. п.). Соединения с контактирующими фланца

14

ми часто применяют в конструкциях, не требующих полной герметизации стыка (фланцы корпусов машин, редукторов и т. п.). Получили распространение фланцевые соединения с контактирующими стыками и с самоуплотняющимися прокладками, обеспечивающие герметичность. Такие соединения имеют меньшие габариты по сравнению с соединениями первого типа, но более сложны при изготовлении и монтаже.

На рисунках 4.1 - в и г показаны типы соединения фланца с патрубком (штуцером), на рисунке 4.1 - д показаны типы фланцевых соединений не контактирующие фланцы с металлическим овальным уплотнением и мягкой прокладкой.

Применяют свободные фланцы, а также фланцы, изготовленные вместе с трубой (корпусом) или присоединенные к трубе с помощью сварки, резьбы, развальцовки или заклепок. Некоторые виды фланцевых соединений стандартизованы. Прокладки выполняют в виде плоского листа из паронита, картона, резины, фибры, фторопласта, меди и мягкой стали; применяют асбесто- металлические прокладки, металлические гофрированные и зубчатые, металлические линзовые прокладки и др.

Во фланцевых соединениях с контактирующими фланцами используют самоуплотняющиеся прокладки в виде резиновых или металлических колец.