1.4.2 Подсистема, реализующая решение задачи оптимального проектирования и расчета конструкционных параметров реактора.

Данная подсистема реализует решение математической модели, решение задачи оптимизации и расчет оптимальных конструкционных параметров реактора. В качестве критерия оптимизации в данном случае может выступать внутренний диаметр днища реактора (s₁), который будет зависеть от наружного давления (p). Кроме того, наружное давление не будет превышать величины, которая будет выступать в виде ограничения (p₁). Изменяя варьируемый параметр в заданных пределах, можно найти такие из них, при которых толщина стенки днища будет минимальна, в то же время, удовлетворять условию p<p₁. Иначе говоря, можно определитьминимальную толщину стенки, которая выдерживает заданное давление.

Полученная таким образом минимальная величина толщины стенки днища необходима для выполнения прочностных расчетов и определения расхода материалов.

Построив математические модели реактора можем найти оптимальное значение толщины стенки днища (R=f(x)), которая удовлетворяет заданным ограничениям:

Для оптимизации функций одной переменной с ограничением типа неравенств существует целый ряд методов оптимизации:

- метод сканирования (полного перебора), основанный на том, что область разбивается сеткой и перебираются все точки разрешенной области в том числе и граничные и среди них находятся минимальные. Но данный метод сопутствует большому количеству вычислений, и если область ограничения не замкнута, то невозможно применять данный метод. Таким образом, метод сканирования не возможно использовать в поставленной задаче.

- метод случайного поиска, основанный на том, что каждая новая точка, полученная с использованием генератора случайных чисел, исследуется на принадлежность разрешенной области. Если точка не лежит в области, то она отбрасывается.

- метод штрафов, который заключается в создании новой функции (R=f₀+Sh), где f₀ – целевая функция, а Sh – функция штрафа. После задания новой функции штрафа экстремум новой функции R ищется любым методом безусловной оптимизации.

1.4.2.1 Определение оптимальных допускаемых напряжений конструкционного материала производит расчеты согласно ГОСТ Р 52857.1-2007(Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования) для стали. Допускаемые напряжения конструкционного материала рассчитывается для рабочих условий при расчетной температуре и для рабочих условий при температуре 20°С.

1.4.2.2 Расчет оптимальных параметров верхнего днища и нижнего днища производит расчеты на прочность по ГОСТ Р 52857.2-2007(Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек). Рассматриваемые элементы на данном этапе – эллиптическое днище, работающее под действием наружного давления, и торосферическое днище, работающее под действием наружного давления. Данный этап осуществляет расчет допускаемого наружного давления.

1.4.2.3 Расчет оптимальных параметров укрепления отверстий производит следующие расчеты на прочность в соответствии с ГОСТ Р 52857.3-2007 (Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер):

- расчет диаметра отверстия, не требующего укрепления;

- расчет укрепления отверстия Ду 600;

- расчет укрепления отверстия Ду 500;

- расчет укрепления отверстия Ду 250;

- расчет укрепления отверстия Ду 100;

- расчет укрепления отверстия Ду 80;

- расчет укрепления отверстия Ду 50;

- расчет укрепления отверстия смотрового стекла.

Для данных расчетов рассматриваются такие элементы, как укрепление отверстий в обечайках и днищах, наружное давление, отверстие в эллиптическом днище, диаметр отверстия, не требующего укрепления, укрепление непропущенным (непроходящим) штуцером, штуцер с осью нормальной к корпусу отверстия.

1.4.2.4 Расчета оптимальных параметров рубашки производит расчеты на прочность в соответствии с ГОСТ Р 52857.8-2007(Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками). Данная этап осуществляет следующие расчеты:

- расчет эффективной длины стенки обечайки;

- определение расчетной длины цилиндрической обечайки с кольцами жесткости;

- расчет расстояния от центра тяжести поперечного сечения канала до середины стенки сосуда;

- определение эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца жесткости;

- определение площади поперечного сечения кольца жесткости;

- расчет каналов;

- расчет полосы обечайки под каналами.

1.4.2.5 Расчет оптимальных параметров цилиндрической обечайки производит расчеты на прочность в соответствии с ГОСТ Р 52857.2-2007 (Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек). Данный этап подсистема предназначена для осуществления следующих расчетов:

- расчет эффективного момента инерции расчетного поперечного сечения кольца;

- расчет коэффициента жесткости обечайки, подкрепленной кольцами жесткости;

- расчет допускаемого наружного давления, определяемого исходя из условий устойчивости всей обечайки;

- расчет допускаемого наружного давления, определяемого исходя из условий устойчивости обечайки между кольцами жесткости;

- расчет допускаемого осевого сжимающего усилия;

- расчет допускаемого поперечного усилия;

1.4.2.6 Расчет оптимальных параметров диаметра отверстия, не требующего укрепления производит расчеты на прочность по ГОСТ Р 52857.3-2007 (Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер). Для данных расчетов рассматриваются такие элементы, как укрепление отверстий в обечайках и днищах, наружное давление, отверстие в цилиндрической обечайке, диаметр отверстия, не требующего укрепления, укрепление пропущенным (проходящим) штуцером, штуцер с осью нормальной к корпусу отверстия. Данный этап вычисляет такие величины, как расчетный внутренний диаметр цилиндрической обечайки, расчетная толщина стенки корпуса, расчетный диаметр отверстия, наибольший диаметр отверстия, не требующий дополнительного укрепления.

1.4.3 Подсистема формирования документации

Эта подсистема служит для создания технической документации. Техническая документация разрабатывается с использованием программ Microsoft Word 2007, Microsoft Excel 2007. Техническая документация включает в себя название проекта, исходные данные, все рассчитанные на предыдущих этапах оптимальные конструкционные параметры, схема реактора.

1.4.4 Подсистема визуализации

Подсистема визуализации необходима для графического отображения полученной информации. В данном случае графическое отображение реактора для получения формальдегидных смол с результатами расчёта и оптимизации реактора. Результатами работы данной подсистемы являются сохранённые в файл оптимальные параметры аппарата, а также их расчёт и визуальное отображение на монитор. Графическая документация может генерироваться, выводиться и редактироваться с помощью популярной системой AutoCAD. Данная подсистема записывает необходимые результаты для построения графиков и линий равного уровня в файл в виде программы на языке AutoLisp. После чего пользователь может с помощью программы AutoCAD открыть нужный ему файл и просмотреть графическое изображение только что полученных им результатов, а также редактировать и изменять ее.