Практична робота №1

Тема: Розрахунок товщини стінки на внутрішній та зовнішній тиск за заданими умовами

Мета: Виконати розрахунок апарата з сорочкою, тобто визначити товщини стінки корпусу з розрахунку на міцність при дії внутрішнього та зовнішнього тиску.

Вибрати розміри нормалізованого фланцевого з'єднання кришки апарата з корпусом і виконати перевірочний розрахунок. Розрахувати елементи укріплення отворів.

Вибрати розміри нормалізованих бічних опор для апарату і перевірити міцність елементів опор за слідуючими данними:

Внутрішній тиск Р_вн=1,3МПа

Діаметр сорочки D_сор=1,3м

Внутрішній діаметр апарату D_вн=1,2м

Тиск в сорочці Р_сор=0,5МПа

Довжина циліндричної частини апарату L=1,5м

Діаметр штуцера в кришці апарату d_шт1=50мм

Діаметр штуцера в обичайці сорочки d_шт2=50мм

Температура середовища t_сер=140ºС

Матеріал 12Х18Н10Т

Хід роботи

1. Вибір початкових данних.

1.1 Розрахунковий тиск

1.1.1Розрахунковий тиск у корпусі апарату

Приймаємо рівним робочому, так як відсутні умови за яких підвищується тиск

Р_кор=1,3МПа

1.1.2 Розрахунковий тиск у сорочці

Р_сор=0,5МПа

1.2 Розрахункова температура

Приймаємо на 20°С більш температури середовища, так як апарат з теплоізолюванням

t _розр= t_сер+20ºС (1)

t _розр=

1.3 Допустиме напруження Залежить від умов роботи, матеріала і температури

=·^ (2)

де  - виправний коефіцієнт враховуючий умови роботи апарату [1, 36

^ - нормалізоване допустиме напруження, залежить від матеріалу і розрахункової температури, МПа.

Для матеріала корпуса апарату

=0,95 - друга категорія небезпеки хімічних продуктів

_корп*= 144МПа

=

Для матеріала сорочки =1 - третя категорія небезпеки хімічних продуктів

_сор*=130МПа

=

1.4 Коефіцієнт міцності зварювального шва 1.4.1 Для корпусу =0,95 так як процес проходить під підвищеним тиском

1.4.2 Для сорочки =0,9 так як процес проходить під підвищеним тиском

1.5 Визначаємо додаток на корозію, мм

С=С₁+С₂, (3)

де С₁ - конструктивний додаток на корозію, мм

С₂ - конструктивний додаток, враховуючий мінусове відхилення товщини листа, мм

С₁= ν·τ

де ν - швидкість корозії, мм/рік

τ - строк служби апарату, рік

1.5.1 Для корпусу Приймаємо τ =10років, С₂=0,8мм

С₁=

С=

1.5.2 Для сорочки Приймаємо τ =10років, С₂=0,6мм

С₁=

С=

2 Визначити товщину стінки корпусу з розрахунку на міцність при дії внутрішнього та зовнішнього тиску.

2.1 Розрахунок товщини стінки корпусу

2.1.1 Розрахунок обичайки

2.1.1.1 Розрахунок обичайки на внутрішній тиск

(4)

де Д - внутрішній діаметр апарату, мм

Р_вн - внутрішній тиск, МПа

[] - допустиме напруження, МПа

 - коефіцієнт зварювального шва

С - додаток на корозію, мм

S=

2.1.1.2 Розрахунок обичайки на зовнішній тиск

(5)

де L - розрахункова довжина оболонки, мм

Е - модуль пружності матеріалу обичайки при розрахунковій температурі, МПа [1, 41]

Приймаємо Е= 1, 98·10⁵МПа

Формула (5) застосовується, якщо виконується умова

• умова

2.1.2 Розрахунок кришки та днища

2.1.2.1 Розрахунок на внутрішній тиск кришки та днища

(6)

де R - радіус кривизни у вершині еліптичного днища, мм. R=Д=1200 мм

Визначаємо товщину стінки днища з умов стійкості форми

(7)

де К_э - коефіцієнт визначений в залежності від величин Н/Д та R/(S - C)

К_э =0,94 [1,47]

Визначаємо товщину стінки днища з умов міцності

(8)

Коефіцієнт

де _Т - межа текучості матеріалу корпусу, МПа

[] - допустиме напруження, МПа

Р_сор - внутрішній тиск в сорочці, МПа

Приймаємо для виготовлення корпусу апарату лист товщиною S=

2.2 Розраховуємо товщину стінки сорочки

2.2.1 Розраховуємо обичайку сорочки на внутрішній тиск

(9)

де Р_сор - внутрішній тиск в сорочці, МПа

2.2.2. Розраховуємо днище сорочки на внутрішній тиск

Розраховуємо по формулі (6),

де R- радіус кривизни днища, мм. R=1300 мм

Для забезпечення жорсткості приймаємо товщину листа для виготовлення сорочки S=

Практична робота №3

Тема: Розрахунок фланцевого з’єднання. Розрахунок болтів і прокладок на міцність

Мета: Вибрати розміри нормалізованого фланцевого з'єднання кришки апарату з корпусом та виконати перевірочний розрахунок

Хід роботи

1 Вибір фланцевого з’єднання

Конструкція фланцевого з'єднання застосовується в залежності від робочих параметрів апарату. Фланцеве з'єднання повинно бути міцним, жорстким, герметичним та доступним для збірки, розбирання та огляду Приймаємо фланець з потоншенням у основі, з плоскою привалочною поверхнею. Фланці приварюються встик.

Рисунок 1- До розрахунку фланцевого з'єднання

Внутрішній діаметр фланця D=1200 мм

Зовнішній діаметр прокладки D _з=1266 мм

Діаметр болтового кола D _б=1310 мм

Зовнішній діаметр фланця D _з=1350 мм

Діаметр болтового отвору d=23мм

Товщина фланця h^´=60мм

Товщина стінки апарату S_о=12мм

Ширина втулки при основі S₁=28мм

Кількість отворів для болтів Z=56шт

Приймаємо болти М20

Матеріал болтів 12Х18Н10Т

Матеріал фланця 12Х18Н10Т

Площа поперечного перетину болта f_б=220мм² [2, 538]

2 Визначаємо допустиме напруження для фланця та болтів При температурі монтажу

t=20°С []_ф²⁰=110 МПа []_б²⁰=110 МПа

При розрахунковій температурі

t=160°С []_ф^t=101 МПа []_б^t=101 МПа

3 Вибираємо плоску фторопластову прокладку завширшки b=20мм при 1000<Д< 2000 [1, 58]

Розрахункова ширина прокладки

b_о=1,9 (1)

b_о=

4 Визначаємо середній діаметр прокладки

(2)

Прокладковий коефіцієнт для матеріалу прокладки т =2,5 [1, 58]

Допустимий питомий тиск на прокладку [q]=40МПа [1, 58]

Мінімальний питомий тиск q=10МПа [1, 58]

5 Рівнодіюча сил внутрішнього тиску

(3)

6. Реакція прокладки в робочих умовах

(4)

7 Визначаємо осьові навантаження на болти 7.1 В умовах монтажу

Приймаємо найбільше з двох значень

(5)

де М - додатковий виникаючий момент

У даному випадку величина М=0.

Коефіцієнт  приймаємо як найменший з двох значень

Коефіцієнт жорсткості фланцевого з'єднання =1,35 [1, 60]

Р_б1 =

Р_б1 =

Приймаємо Р_б1 =

7.2 Визначаємо осьове навантаження при робочих умовах

(6)

Температурні зусилля Q_t = V·n·f_б· Е_м.б · t_ф ·(_ф -_б ·К),

де V- коефіцієнт, який дорівнює 0,031 [1. 59]

Е_мб. - модуль пружності матеріалу болта, Е_мб. =1,97·10⁵ МПа [1, 41]

t_ф=160C

t_б=0,95· t_ф=

Коефіцієнт лінійного розширення матеріалу фланця і болта

_ф=_б=16,6·10^-6 1/C [2, 102]

Q_t =

8 Перевіряємо надійність роботи болтів

8.1 Напруження у болтах при робочих умовах

(7)

[]_б¹⁶⁰=101МПа

2. Напруження в умовах монтажу

(8)

[]_ф¹⁶⁰=110МПа

Висновок: умова міцності болтів _________

9 Перевіряємо міцність прокладки

(9)

МПа 40МПа

Висновок: умова міцності прокладки

10 Перевіряємо фланець на міцність

Приймаємо приведений вигинаючий момент найбільший з двох значень

(10)

(11)

Еквівалентна товщина втулки

(12)

де f- визначаємо [1, 61] в залежності від величин:

; ;

Приймаємо f=1,49

Приймаємо М₀=

Висновок:

Практична робота №4

Перевіряємо умову міцності фланця в перетині І-І

(13)

1 Максимальне напруження в перетині

(14)

2 Оточуюче напруження в кільці фланця

(15)

3 Визначаємо коефіцієнти

Ψ₁=0,11 [1, 62]

Ψ₂=9,5 [1, 64]

[]₁=₁²⁰ · 

[]₁=

Практична робота №5

Перевіряємо умови міцності фланця в перетині -

(16)

1 Максимальні напруження в перетині

₀= f · ₁

f = 2,3 [1, 63 рис. 40] в залежності від величин:

2 Мерідіальне напруження від внутрішнього тиску

(17)

3 Тангенційне напруження, яке виникає від внутрішнього тиску

(18)

4 Визначаємо допустиме напруження

[]₀ = 0,003·Е²⁰· при Р_у< 4МПа

[]₀ =

Висновок: умови міцності фланця

На герметичність фланцеве з'єднання перевіряємо по формулі

(19)

Визначаємо допустимий коефіцієнт жорсткості []=0,009 при Д2000мм

Висновок: Умова

Загальний висновок: фланець до експлуатування

Практична робота №6

Тема: Ослаблення стінок апаратів отворами і його компенсація.

Розрахувати елементи укріплення отворів

Мета: Розрахувати елементи укріплення отворів в кришці апарата в

обичайці сорочки апарату

Хід роботи

1 Перевіряємо укріплення отвору для штуцера, який знаходиться в кришці апарату.

1.1 Визначаємо діаметр одиночного отвору, не вимагаю чого укріплення

(1)

де S – дійсна товщина стінки обичайки, мм

S_Р – розрахункова товщина стінки обичайки, мм

D_р – розрахунковий діаметр обичайки сорочки, мм

Для еліптичної кришки D_розр.= 0,5 · D_вн.

D_розр=

Отвір укріплення, так як d_о= мм d_шт.1= 50мм.

1.2 Визначаємо розрахункову товщину стінки штуцера S_1р.

(2)

Враховуючи додатки на корозію для придання жорсткості виготовляємо штуцер з труби розміром 57×3,5мм [2, 116]

2 Перевіряємо укріплення одиночного отвору для штуцера, яке знаходиться в обичайці сорочки.

По формулі (1) розраховуємо

Отвір укріплення, так як d_о= мм d_шт.1=150 мм

2.1 Визначаємо розрахункову товщину стінки штуцера: S _2р По формулі (2) розраховуємо

2.2 Визначаємо розрахункову довжину штуцера

(3)

де d- діаметр отвору, мм

С - загальний додаток на корозію, мм

3 Перевіряємо умову кріплення отвору штуцером

(d – d₀) · S_р ≤ 2 · (l_3р+S – S_р – С) · (S₂ – S_2р – С), (4)

де d₀ - максимальний діаметр отвору, мм

d - діаметр отвору в сорочці, мм

S_р - розрахункова товщина стінки обичайки, мм

l_3р - розрахункова довжина штуцера, мм

S - товщина стінки обичайки, мм

С - загальний додаток на корозію, мм

S₂ - товщина стінки штуцера, мм

S_2р - розрахункова товщина штуцера, мм

( ) ≤ 2 · ( ) · ( )

Умова

Враховуючи додатки на корозію для придання жорсткості виготовляємо штуцер із труби розміром 159 × 4,5мм [2, 118]

Рисунок 1 - До розрахунку отвору

Висновок:

Практична робота №7

Тема: Розрахунок бічних опор за заданими умовами

Мета: Вибираємо розміри нормалізованих бічних опор для апарату і перевіряємо міцність елементів опори

Хід роботи

1. Визначаємо вагу апарату по каталогу [4]

G_min =13700Н

1.1 Визначаємо вагу води при гідроіспиті

G_в =V_ап ·_в , (1)

де V_ап - об'єм апарату, м³

_в - питома вага води, Н/м³.

G_в=

1.2 Визначаємо максимальну вагу апарату

G_max = G_min + G_в, (2)

де G_тіп - вага пустого апарату;

G_в - вага води при гідроіспиті

G_max =

2 Визначаємо навантаження на опору

Приймаємо кількість опор n = 4

(3)

де G_тах - максимальна вага апарату, Н

n - кількість опор.

3 Визначаємо міцність фундаменту

(4)

де F - площа підошви, мм

Q - навантаження на лапу, Н

q - питомий тиск на фундамент, МПа

[q] - допустимий питомий тиск на фундамент, МПа

F= a₂ · b₂ - 2 · 0,785 · d² (5)

F=

Приймаємо для встановлення апарату фундамент

[q] =2МПа

Умова

4. Визначаємо напруження в ребрі

, (6)

де К- коефіцієнт визначений в залежності від гнучкості ребра

т - число ребер в опорі

S₁ - товщина ребра, мм

b - виліт ребра, мм

[] - допустиме напруження для матеріалу опори, МПа

5 Визначаємо гіпотенузу ребра

, (7)

де h - висота ребра опори , мм

6 Визначаємо гнучкість ребра

, (8)

7 Визначаємо коефіцієнт К який залежить від гнучкості ребра [1, 74]

К=0,22

8 По довіднику [3] вибираємо розміри опори типа II, тому що апарат з теплоізоляцією

1- ребро, 2 - болт, 3 - підошва

Рисунок 1 - До розрахунку опор

Розміри дані в міліметрах

а=90	b=195	с=20
а1=115	b1 =85	с1=85
а2=80	b 2=80	h=235
К=20	S1=6	h1=14
К1=50	f=5	d6=М 16
d=24

9 Зрівнюємо допустиме напруження з розрахунковою Для матеріалу опори []=100 МПа

 = []=100 МПа

10 Перевіряємо на зріз бічні шви

, (9)

де L_зв - довжина зварювального шва, мм

Q - навантаження на лапу, Н

∆ - катет зварювального шва, мм

[]- допустиме напруження на зріз, МПа

∆ = 0,875·S₁,

∆ =

Приймаємо

L_зв =4 · h

L_зв =

Перевіряємо умову міцності

Приймаємо []=80МПа

=

Висновок: