4.4 Выбор и расчет опоры аппарата

Для выбора стандартной цилиндрической опоры колонного аппарата определяем согласно [10] максимальную и минимальную приведенные нагрузки.

За максимальную приведенную нагрузку принимаем большее из значений

,(4.50)

,(4.51)

где ,  расчетные изгибающие моменты в нижнем сечении опорной обечайки соответственно в режимах эксплуатации М₁ = 0,013 и гидравлического испытания М₂ = 0,013;

,  осевые сжимающие силы, действующие в нижнем сечении опорной обечайки соответственно в режимах эксплуатации и гидравлического испытания.

,(4.52)

,(4.53)

где ,  соответственно вес колонны в рабочих условиях и условиях гидроиспытания, МН, МН;

 вес цилиндрической опоры колонны, МН.

,(4.54)

где  высота цилиндрической опоры, принимаем согласно [10] = 2,5 м;

 плотность материала опоры, для углеродистой стали = 7850 кг/м³ [7];

 толщина стенки опоры, согласно рекомендациям [10] принимается равной толщине стенки корпуса колонны, т.е. = 8 мм.

МН.

МН,

МН.

Минимальная приведенная нагрузка

,(4.55)

где  расчетный изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки при пустом (без теплоизоляции и устанавливаемых на месте монтажа внутренних устройств) аппарате, = 0,01 МНм;

 осевая сжимающая сила, действующая в нижнем сечении опорной обечайки при пустом аппарате (без изоляции и внутренних устройств).

,(4.56)

МН

где масса пустой колонны без изоляции и тарелок, =5765 кг.

МН.

По полученным значениям МН и МН согласно [9] выбираем стандартную цилиндрическую опору на диаметр 1м с =0,63 МН, 0,32 МН, исполнения 3  с кольцевым опорным поясом. Параметры выбранной опоры: наружный диаметр опорного кольца мм, внутренний диаметр опорного кольца мм, диаметр расположения фундаментных болтов мм, толщины обечайки опоры мм, толщина нижнего опорного кольца мм, толщина верхнего опорного кольца мм, диаметр отверстий в нижнем опорном кольце под шпильки мм, наружный диаметр резьбы шпильки мм, число болтов 6.

Опорную обечайку проверяем согласно [11] на прочность и устойчивость для рабочего условия и условия испытания.

Проверку прочности и устойчивости проводим в сечениях Г-Г (в месте сварного соединения опоры с корпусом аппарата, Д-Д (по центрам отверстий в опоре), Е-Е (в основании опоры).

Рисунок 4.3  Параметры и расчетные сечения опоры.

Расчетную температуру в нижней части опорной обечайке определяем из условия

,(4.57)

где  перепад температуры вдоль опорной обечайки, согласно [9] на расстоянии 3,5 м от днища =420С;

 температура нижнего днища аппарата, = 150С.

С.

Проверку прочности сварного шва, соединяющего корпус аппарата с опорной обечайкой (сечение Г-Г) осуществляем по формуле

,(4.58)

где  допускаемое напряжение для материала опорной обечайки при расчетной температуре, МПа;

 допускаемое напряжение для материала корпуса колонны при расчетной температуре, МПа;

 расчетная толщина сварного шва, = м.

В рабочих условиях при расчетной температуре стенок опорной обечайки и корпуса колонны = 150С МПа, =135 МПа [8], М=0,06 и МН

МПа.

В условиях испытания при расчетной температуре стенок опорной обечайки и корпуса колонны =20С МПа, =140 МПа [8], М=0,07 и МН

МПа.

Условие прочности сварного шва, соединяющего корпус аппарата с опорной обечайкой (4.53) выполняется и для рабочих условий и для условий испытания.

Проверку устойчивости опорной обечайки опоры в сечении Д-Д, проходящем по центру наибольшего отверстия в опоре (под лаз), диаметром = 600 мм осуществляем по формуле

,(4.59)

где , ,  коэффициенты, при отсутствии в сечении Д–Д других отверстий согласно [9] при =600 мм и длине штуцера мм =0,85, =0,65, =0,08;

 соответственно допускаемая осевая сила и изгибающий момент в сечении опорной обечайки.

Допускаемое осевое сжимающее усилие для опорной обечайки, МН, определяем по формуле

,(4.60)

где  допускаемое сжимающее усилие для опорной обечайки из условия прочности, МН;

 допускаемое сжимающее усилие для опорной обечайки из условия устойчивости в пределах упругости, МН.

,(4.61)

где  общая величина прибавки к расчетному значению стенки опорной обечайки, принимаем при скорости коррозии на воздухе <0,05 мм/год с₁=1 мм [10], с₂=0,6 мм [10], тогда =1,6 мм.

при рабочем состоянии, при = 140 МПа

МН.

при условиях испытания, при = 150 МПа

МН.

Допускаемое осевое сжимающее усилие опорной обечайки , МН, при , определяем по выражению

,(4.62)

где  допускаемое осевое сжимающее усилие, определяем из условия местной устойчивости в пределах упругости, МН;

Е_о  модуль продольной упругости, для углеродистой стали опорной обечайки при 20С Е_о=1,9910⁵МПа [7].

при рабочем состоянии,

МН,

при условиях испытания,

МН.

при рабочем состоянии,

МН,

при условиях испытания,

МН.

Допускаемый изгибающий момент для опорной обечайки, МНм, определяем согласно [7], по формуле

,(4.63)

где  допускаемый изгибающий момент для опорной обечайки из условия прочности, МНм;

 допускаемый изгибающий момент для опорной обечайки из условия устойчивости в пределах упругости, МНм.

,(4.64)

при рабочем состоянии, при =2,83 МН

МНм.

при условиях испытания, при =3,04 МН

МНм.

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости для опорной обечайки , МНм, согласно [8], определяем по выражению

,(4.65)

при рабочем состоянии,

МНм,

при условиях испытания,

МНм.

при рабочем состоянии,

МНм,

при условиях испытания,

МНм.

В рабочих условиях при М=0,013 МН и 0,07 МН

,

В условиях испытания при М=0,013 и 0,13 МН

.

Условие устойчивости (4.59) опорной обечайки опоры в сечении Д-Д, проходящем по центру наибольшего отверстия в опоре (под лаз), диаметром = 600 мм выполняется и для рабочих условий и для условий испытания.

Ширина нижнего опорного кольца , м, определяется по выражению

,(4.66)

где  наружный диаметр нижнего опорного кольца, = 2,28 м;

 внутренний диаметр нижнего опорного кольца, = 1,65 м.

м.

При этом согласно [15] ширина нижнего опорного кольца , м, должна удовлетворять условию

,(4.67)

где  диаметр окружности анкерных болтов, =1,16 м;

 допускаемое напряжение бетона на сжатие, для бетона марки 300 =8 МПа [12].

Рассматриваем наихудший случай нагружения в условиях гидроиспытания при

М = 0,0131 МНм и 0,13 МН:

0,165 м м.

Условие (4.67) выполняется, следовательно, окончательно оставляем ширину нижнего опорного кольца равной м.

Расчет анкерных болтов проводим согласно [10].

Опорную площадь кольца определим по формуле

,(4.68)

Момент сопротивления опорной площадки кольца определяем по формуле

,(4.69)

Максимальные напряжения на опорной поверхности кольца

,(4.70)

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l = 0,1м

,(4.71)

Так как расчетная толщина опорного кольца меньше принятой (25 > 12,1) то окончательно принимаем мм.

Наименьшие напряжения на опорной поверхности кольца,

При рабочих условиях

,(4.72)

При условии испытания

,(4.73)

Расчетным является большее по абсолютной величине значение .

Общую условную расчетную нагрузку на фундаментные болты определим по формуле

,(4.74)

Нагрузка на один болт,

,(4.75)

Расчетный внутренний диаметр резьбы болтов

,(4.76)

Окончательно принимаем болты диаметром М30.

4.5 Расчет аппарата на ветровую нагрузку

Расчет аппарата на ветровую нагрузку выполним на ЭВМ с применением программы «Пассат»

4.5.1 Расчет в рабочих условиях (коррозия учтена)

На основании расчетов программы, расчет на ветровое возбуждение (ветровой резонанс) не требуется.

Период колебаний Т=0,2488 с

Элемент	Высота до начала элемента	Наружный диаметр	Ветровая нагрузка от площадок	Суммарная ветровая нагрузка	Расчетный изгибающий момент
Опора колонного аппарата	0	2020	0	9357	9931*104
Днище эллиптическое	2000	2020	0	8798	8105*104
Обечайка цилиндрическая	2072	2020	0	8777	8042*104
Днище эллиптическое	1707*104	2020	0	148	4771