Учебники и учебные пособия / Конструирование и расчет элементов колонных аппаратов. Учебное пособие

Аналогичные формулы приведены в ГОСТ 14249—80 для определения

допускаемых осевой силы сжатия [Q] и изгибающего момента [М].

определяемая из условия устойчивости в области упругих деформаций корпуса

аппарата: [P1 ]E = min{[P1 ]E1 ;[P1 ]E 2}.

В формуле допускаемую осевую сжимающую силу определяют из условия местной устойчивости в пределах упругости по полуэмпирической

формуле

Допускаемую осевую сжимающую силу [P1 ]E 2 определяют из условия

общей устойчивости по аналогии со стержнями, нагруженными осевым сжимающим усилием

где допускаемый изгибающий момент

•из условия прочности

[M ]R = 0,25πDв(Dв + s −c)(s −c)[σ]= 0,25Dв [P1 ]R

•из условия устойчивости

91

Найденные таким образом значения [p],[P1 ],[M ] при раздельном

действии на корпус аппарата внешнего давления, осевой сжимающей силы и изгибающего момента позволяют проверить оболочку на устойчивость в условиях комбинированного нагружения.

Определение максимальной и минимальной приведенных нагрузок для выбора стандартных опор колонных аппаратов.

За максимальную приведенную нагрузку Qmax принимают большее из значений:

изгибающие моменты в нижнем сечении опорной обечайки соответственно в

режимах эксплуатации и гидравлического испытания; P1 , P2 — осевые

сжимающие силы, действующие в нижнем сечении опорной обечайки

соответственно в режимах эксплуатации и гидравлического испытания.

расчетный изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки при пустом (без теплоизоляции и устанавливаемых на месте монтажа внутренних устройств) аппарате; Р3 — осевая сжимающая сила, действующая в нижнем сечении опорной обечайки при пустом аппарате.

Определение M1 , M2 , M3 , P1 , P2 и P3 см. табл. 10.

92

Расчетная температура в опорной обечайке определяется из условия tR = max{tk −∆t;20o C},

где ∆t - перепад температуры вдоль опорной обечайки, определяемый по рис. 8.7; tK — расчетная температура нижнего днища аппарата.

Обечайка опоры.

максимальный изгибающий момент в сечении у—у, Рu — осевая сжимающая сила в условиях гидравлического испытания аппарата; α1 —расчетная толщина сварного шва; [σ0 ] — допускаемое напряжение для материала опоры;

[σK ]— допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата; ϕ —

коэффициент прочности сварного шва. Для сварного шва, показанного на выносном узле I (см. рис. 8.6), ϕ = 0,7.

Показанная на выносном узле I конструкция соединения опорной обечайки с корпусом недостаточно надежна, так как сварной шов не может

быть выполнен двусторонним и качество исполнения не может быть проверено рентгеноскопией из-за малого острого угла между обечайкой и днищем. Для колонных аппаратов с соотношением H/D > 20 рекомендуется конструкция соединения опоры с корпусом с использованием горообразного перехода (вариант узла I на рис. 8.6), при котором угол между днищем и обечайкой должен составлять 60—90°. Это решение обеспечивает возможность качественного выполнения двустороннего сварного шва и его рентгеноскопический контроль. Для такой конструкции ϕ = 1.

Прочность и устойчивость обечайки опоры в сечении z—z, проходящем по центру наибольшего отверстия в опоре, определяется условием

сечении z—z; Рzu — осевая сжимающая сила в том же сечении в условиях гидравлического испытания; ψ1 ,ψ2 ,ψ3 —коэффициенты, определяемые по рис. 8.8; [Р] и [М] — допускаемые осевая сила и изгибающий момент.

Если в сечении z—z имеется несколько отверстий, то расчет ведут для наибольшего из них при условии, что для остальных отверстий ψ1 > 0,95 и ψ2 > 0,95. Если для остальных отверстий ψ1 <0,95 и ψ2 <0,95, то принимают:

ослабленного поперечного сечения обечайки опоры; W— наименьший момент сопротивления того же сечения; Js — эксцентриситет центра тяжести того же сечения.

94

определяемые по рис. 8.8. Если кольцевой шов находится вне зоны отверстий,

анкерной шпильки.

Напряжение сжатия в бетоне определяется по формуле:

σбет =[σбет] bпR .

b1

Прочность сварного соединения опорного кольца с обечайкой опоры в исполнении 4 опорного узда (см. рис. 8.6) проверяется по условию

шва.

Для опорных узлов исполнения 1,2 и 3 (рис. 8.6) проверка прочности данного сварного соединения не производится.

опорных узлов исполнения 1,2 и 3 (рис. 8.6) χ1 по рис. 8.9 в зависимости от

параметра b2 .

b7

Для кольца опорного узла исполнения 4 толщина s дополнительно

95

Если получится s2 > 2s1 то опорный узел исполнения 4 неприменим.

Толщина верхнего кольца в опорных узлах исполнения 1,2 и 3 определяется по формуле:

по рис. 8.9 в зависимости от параметра e1 / b6 ; e1 — диаметр окружности, вписанной в шестигранник гайки анкерной шпильки.

Рис. 8.8. Графики для определения коэффициентов ψ1 ,ψ2 ,ψ3

—— - (s4 —c)/(s1 -c)=1, — - (s4 —c)/(s1 –c)= 2.

Рис. 8.9. График для определения коэффициента χ1 ,

Рис 8.10 График для определения коэффициента χ2

узлов исполнений 1 и 3; χ3 = 1 для опорного узла исполнения 2.

96

Для конструкции ребер с соотношением b2 / s7 > 20 их необходимо дополнительно проверять на устойчивость.

Напряжение изгиба в обечайке опоры от действия верхнего кольца

изгиба в обечайке опоры, определяемое по формуле

[σ0.п ] = K20[σБ ]nT ,

K21

Здесь К21 = 1,2 для рабочих условий и К21 = 1,0 для условий монтажа и гидравлического испытания аппарата, пT — коэффициент запаса прочности по

отношению к пределу текучести материала обечайки опоры, К20 — коэффициент, определяемый по рис 8.12 в зависимости от параметра ϑ.

сварного шва обечайки, расположенного в области опорного узла.

Если будет получено s2 > 2s1 , рекомендуется применять конструкции

нижнего опорного узла исполнений 2 или 3 .

Высота нижнего опорного узла исполнений 2 и З при b2 = b5 ,

при этом рекомендуется принимать s2 = s3 = 2s1 .

97

где M G3 ; M S 3 ; MV 4 ; MV 3 – расчетные нагрузки (см. СТ СЭВ 1644-79).

9 РАСЧЕТ ОПОРНЫХ БАЛОК ПОД ТАРЕЛКИ И РЕШЕТКИ.

Приближенно принимают, что балка свободно оперта на две опоры и

воспринимает равномерно распределенную нагрузку от веса части собственно

тарелки или решетки, а также от насадки и своя рабочей жидкости, находящейся на тарелке или на решетке.

Общую массу, воздействующую на балку, определяют по формуле:

mб = π4Dlb2 (mТ +ρжhж) , где тT — масса всей тарелки или решетки, кг;

hж — высота слоя рабочей жидкости на тарелке или решетке, м; l — длина

балки, м; b — расстояние между осями смежных балок, м; ρж — плотность жидкости, кг/м3.

Расчетный изгибающий момент балки, Н•м

Mб = 0.125mбgl , где g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения.

Расчетный момент сопротивления балки, м3

Wб.R = [Mб], где [σ ] — допускаемое напряжение материала балки, Па.

σб б

Расчетный момент инерции балки при допускаемом относительном

прогибе ее, равном 0,0005, м4

По найденным значениям WбR и JбR выбирают профиль и размеры

опорной балки [26].

10 РАСЧЕТ ОПОР КОЛОННЫХ АППАРАТОВ НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ И СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ

ГОСТ 25757-81 [9] устанавливает метод определения расчетных усилий,

возникающих в элементах аппаратов колонного типа постоянного и

переменного сечения по высоте от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий.

Сочетание нагрузок при различном состоянии аппаратов колонного типа (монтаж испытание, эксплуатация) - по ГОСТ 14249-80.

Область применения расчетных формул.

Расчету на ветровую нагрузку подлежат все колонные аппараты,

устанавливаемые на открытой площадке, если их высота Н>10 м при Н≥1,5Dmin , а также если Н< 10 м, но H > Dmin , где Dmin — наименьший из наружных

99

диаметров аппарата. Расчет проводится отдельно на рабочие условия, условия

испытания и условия монтажа.

Расчетная схема аппарата принимается в виде консольного упругого защемленного стержня (рис. 10.1).

Аппарат по высоте H разбивают на z участков.

Рис. 10.1. Расчетная схема колонного аппарата при определении ветровых нагрузок и сейсмических воздействий, а — схема аппарата; б — схема ветровых нагрузок; в — эпюра изгибающих моментов от сейсмических воздействий

При этом z ≥ 5 и во всех случаях высота участка hi ≤10 м (рис. 10.1,б).

Силу тяжести каждого участка Gi принимают сосредоточенной в середине участка.

Ветровую нагрузку, действующую по высоте аппарата, заменяют сосредоточенными силами Q1 действующими в горизонтальном направлении и приложенными в серединах участков.

Сейсмические силы прикладываются также горизонтально в серединах участков.

Определение периода собственных колебаний.

Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределенной по высоте массой, с

Здесь J— момент инерции верхней части основного металлического

сечения аппарата относительно центральной оси, м4; JF — минимальный момент инерции площади подошвы фундамента, м4; СF — коэффициент неравномерности сжатия грунта, Н/м3, определяемый по данным инженерной

геологии (при отсутствии таких данных СF выбирают по табл. 11); T0 —

величина, определяемая по формуле:

Таблица.11

Коэффициент неравномерности сжатия грунта

100