2.4) Расчет цилиндрической обечайки

Эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца жесткости:

Коэффициент жесткости обечайки, подкрепленной кольцами жесткости:

Допускаемое наружное давление, определяемое исходя из условий устойчивости всей обечайки

Допускаемое наружное давление из условий устойчивости в пределах упругости:

где

Допускаемое наружное давление из условий устойчивости всей обечайки:

Допускаемое наружное давление, определяемое исходя из условий устойчивости обечайки между кольцами жесткости

Допускаемое наружное давление из условий устойчивости в пределах упругости:

Допускаемое наружное давление из условий прочности всей обечайки:

Допускаемое наружное давление из условия устойчивости обечайки между кольцами жесткости:

Допускаемое наружное давление:

Допускаемое осевое сжимающее усилие

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:

Допускаемое осевое сжимающее усилие в пределах упругости:

Допускаемое осевое сжимающее усилие:

Допускаемый изгибающий момент

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности:

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости:

Допускаемый изгибающий момент:

Допускаемое поперечное усилие

Допускаемое поперечное усилие из условия прочности:

Допускаемое поперечное усилие:

Допускаемое поперечное усилие:

где F – расчетное осевое усилие (от перемешивающего устройства)

M – расчетный изгибающий момент (от перемешивающего устройства)

Q – расчетное поперечное усилие

D – внутренний диаметр цилиндрической обечайки

s – толщина стенки цилиндрической обечайки

с’ – суммарная прибавка к толщине стенки аппарата

ф_р – расчетный коэффициента прочности продольного сварного шва

ф_к – расчетный коэффициента прочности сварного шва кольца

L – расчетная длина обечайки

l₁ – расстояние между центрами тяжести смежных колец жесткости

l₂ – расстояние между крайним кольцом и краевым элементом

t – ширина сечения кольца

h – высота сечения кольца

b – расстояние между кольцами жесткости

Ik – момент инерции поперечного сечения кольца

Ak – площадь поперечного сечения кольца

e – расстояние между центром тяжести поперечного сечения кольца жесткости и срединной поверхности обечайки

l_e – эффективная длина стенки обечайки

σ_доп – допускаемое напряжение для материала

σ_допк - допускаемое напряжение для материала колец жесткости

E – модуль продольной упругости

n_y – коэффициент запаса устойчивости

1.4 Методика автоматизированного проектирования

Ручное проектирование слишком сложно и занимает много времени, влечет за собой огромное количество расчетов, исправлений и длительный поиск ошибок. Чтобы упростить и сократить время вычислений внедряются САПР. На предприятиях любой отрасли промышленности различные автоматизированные системы используются широко, активно, практически ежедневно. САПР это средство облегчения конструкторских и технологических работ. Автоматизация дает возможность переложить всю рутину на плечи компьютера, освобождая время высококвалифицированных специалистов для воплощения их творческих инженерных мыслей.

Также САПР на промышленных предприятиях обеспечивает существенное повышение качества продукции, т.к. производятся более точные вычисления выходных параметров; повышает интеллектуальную оснащённость производства с использованием высокоэффективных автоматизированных систем. От автоматизации процессов и их автоматизированное проектирование зависит эффективность, качество и надёжность выпускаемых высокотехнологичных изделий.

Исходя из этого, разработка САПР реактора получения формальдегидных смол с целью повышения качества, надёжности и их эффективности, является актуальным и современным.

1.4.1 Постановка задачи на проектирование

Исходя из целесообразности и важности разработки САПР реактора для получения формальдегидных смол ставится задача:

1) Разработать функциональную и структурную схемы САПР реактора получения формальдегидных смол;

2) Разработать математическую модель и алгоритмы решения задач оптимизации, необходимых для нахождения проектного решения. К математическому обеспечению предъявляются требования универсальности, адекватности и точности;

3) Разработать автоматизированный процесс поиска, обработки и выдачи информации;

4) Разработать программное обеспечение САПР для реализации этапов процесса проектирования. В этом разделе необходимо:

- обеспечить реализацию всех программных алгоритмов, входящих в комплекс;

- обеспечить правильное взаимодействие всех подсистем САПР.

5) Разработать базы данных, содержащих систематизированные сведения справочного характера, необходимые для автоматизированного проектирования объектов.

Разработка подсистемы автоматизированного проектирования реактора производства формальдегидных смол предназначена для расчета оптимальных конструкционных параметров и включает в себя следующие этапы:

1. Ввод исходных данных. Данный модуль состоит в создании списка этих данных для проектирования и его контроля при вводе в систему. На начальном этапе пользователю предлагается ввести исходные данные (расчетная температура, расчетное давление, прибавка на коррозию, пробное давление, количество циклов нагружения на весь срок службы) с помощью диалога типа "заполнения бланков" и диалога типа меню для выбора необходимого действия.

2. Корректировка списка данных. Данные проверяются на корректность. Предусмотрено редактирование и уточнение списка при обнаружении ошибок введенных данных.

3. Проверка выходит списка исходных данных за допустимые ограничения.

4. Далее ищется готовый проект, соответствующий введенным данным.

5. Если проект найден, то выводится вся графическая и текстовая документация, в том числе и ограничения проектных решений. Предусмотрена возможность получения нескольких видов распечатки списка данных (табличная и по записям).

Иначе, если нет готового проекта для введенных данных, выполняется поиск и расчет необходимой информации, состоящий из следующих этапов:

1. проверка на ограничения расчетной температуры, прибавка на коррозию, расчетное давление, пробное давление, количество циклов нагружения на весь срок службы;

2. если введенные данные выходят за пределы ограничений, то выполняется корректировка расчетной температуры, прибавки на коррозию, расчетного давления, пробного давления, количества циклов нагружения на весь срок службы.

3. решение математической модели и задачи оптимального проектирования. Находятся оптимальные конструкционные параметры допускаемых напряжений конструкционного материала, верхнего днища и нижнего днища, диаметра отверстий, внутреннего диаметра эллиптического днища, рубашки, цилиндрической обичайки (на этом этапе подбирается оптимальные параметры конструкционного материала);

4. анализ результатов оптимизации. Анализируя результаты проектно-конструкторского процесса, имеется возможность просмотра выходных данных на АЦПУ, дисплее и графопостроителе, например, в виде таблиц, схем и чертежей. Допустимо существование нескольких версий проектных решений. Если данные приемлемы, то происходит переход на пункт 5, иначе данные корректируются и происходит переход на пункт 1;

5. компоновка и корректировка результатов проектирования;

6. сохранение готового проекта в базе данных готовых проектов;

7. формирование и распечатка документации.

Подсистемы САПР

Для реализации данной системы САПР необходимы следующие

подсистемы:

- подсистема ввода-вывода;

- подсистема, реализующая решение задачи оптимального

проектирования элементов реактора и расчета конструкционных параметров реактора;

- подсистемы формирования документации;

- информационно-поисковая подсистема.

1.4.1 Подсистема ввода-вывода

Подсистема ввода-вывода предназначена для организации диалогового интерфейса пользователя с разрабатываемой подсистемой САПР. Диалог с пользователем осуществляется системой "заполнение бланка", для ввода необходимой информации, такой как расчетная температура, расчетное давление, прибавка на коррозию, пробное давление, количество циклов нагружения на весь срок службы, и системой "меню", которая предлагает пользователю выбрать необходимый параметр из списка. На выходе будут вычислены и продемонстрированы оптимальные рассчитанные параметры реактора, такие как допускаемое напряжение конструкционного материала, оптимальные параметры верхнего днища и нижнего днища, укрепления отверстий, диаметры отверстия, диаметр эллиптического днища, рубашки, цилиндрической обечайки.