3.3.4.Расчет эллиптического днища аппарата

Расчетная схема приведена на рис. 3.3.2.

Рис.3.3.2. К расчету эллиптического днища.

Расчетная толщина стенки днища определяется из условия прочности. Расчет ведется согласно [10].

Исполнительная толщина стенки днища аппарата определяется по формуле (3.3.1).

Расчетная толщина стенки днища определяется по формуле

S_р = , (3.3.17)

где R = 0,5 D - для полусферических днищ с Н = 0,5D;

[] = 174 МПа - допускаемое напряжение для стали 09Г2С при

Т = 60 ⁰С.

S_p = ,

S  0,0162 + 0,002 = 0,01822 м.

Принимаем толщину стенки днища S = 40 мм, т.к.

h₁=0,1м0,3 /10/

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяется по формуле:

[p] = (3.3.18)

Из приведенных выше расчетов по формулам (4.3.  4.6.) видим, что производить расчет при гидроиспытании не нужно.

3.3.5.Расчет укрепления отверстия

Расчетная схема приведена на рис.3.3.3.

Рисунок 3.3.3. К расчету укрепления отверстия

Расчет ведется согласно [11].

Определяем диаметр отверстия не требующего укрепления, считая, что все отверстия аппарата являются одиночными

d_о = 2  , (3.3.19)

где S_р = 35мм -расчетная толщина стенки обечайки;

S = 40 м - исполнительная толщина стенки обечайки;

D_р = D =2,8 м - расчетный диаметр укрепляемого отверстия, для цилиндрической обечайки.

d_o = 2  .

То есть отверстие D_У=400мм требует укрепления. В качестве укрепляющего элемента выбираем накладное кольцо.

Расчетный диаметр в обечайке корпуса.

d_p = d + 2c , (3.3.20)

d_p = 0,4 + 2  0,004 = 0,404 м .

Расчетная толщина стенки штуцера нагруженного внутренним давлением.

S_1p= , (3.3.21) где р =4МПа - расчетное давление;

 = 1 - коэффициент прочности сварного шва;

[₁] =174 МПа -допускаемое напряжение для стали 09Г2С при

t =60⁰ C.

S_1p =

Принимаем S_1р = 0,01 м из условия лучшей свариваемости.

Ширина зоны укрепления в обечайке определяется по формуле

L_o= . (3.3.22)

Расчетную ширину накладного кольца определяем по формуле:

l_2p = min { l₂ ; } , (3.3.23)

где l₂ = 0,2 - ширина накладного кольца:

l_2p = min { 0,2 ; = min {0,2 ; 0,37} = 0,2м

Отношение допускаемых напряжений

х₁ = х₂ = х₃ = min { 1,0 ; }

где [₁] = [] =174 МПа -допускаемые напряжения для материала накладного кольца и штуцера.

х₁ = х₂ = х₃ = 1,0

Расчетный диаметр определяем по формуле

d_op = 0,4  0,4 .

Условие укрепления одиночного отверстия

l_1p  (S₁-S_1p-c)  x₁ + l_2p  S₂  x₂ + l_3p  (S₃ - c - c₁)  x₃ + l_p  (S - S_p -c)  0,5(d_p - d_op)  S_p (3.3.24)

где l_1р = 0,2 м - расчетная длина внешней части штуцера.

0,2(0,01-0,0053) 1+0,20,011+0,01(0,01-0,002-0,002)+0,33(0,04-0,037- 0,002) 0,5(0,404-0,13) 0,01

0,003330,00137

Условие (3.3.24) выполняется.

3.3.6.Расчет опоры колонны.

Расчетная схема показана на рисунке 3.3.4.

Рисунок 3.3.4 К расчету опоры колонны.

Расчет ведется согласно [7].

Определяем максимальную и минимальную приведенные нагрузки для выбора стандартных опор

Q_max = max , (3.3.25)

где М₁ = 3493664 - изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в рабочих условиях;

М₂ =357613 Н - изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в условиях гидроиспытаний.

F₁ = 1233000 Н - осевая сжимающая сила в рабочих условиях;

F₂ = 2283000 Н - осевая сжимающая сила в условиях гидроиспытаний;

Q_max=max

Q_min = , (3.3.26)

где М₃ = 205448 Н - изгибающий момент в нижнем сечении опорной обечайки в условиях монтажа (без теплоизоляции).

F₃ = 983000 Н - осевая сжимающая сила в условиях монтаж

Q_min =

По найденным Q_max и Q_min в соответствие [7] выбираем опору со следующими данными.

Опора имеет следующие параметры:

D₁ = 3120 мм; D₂ = 2650 мм; D_б = 3000 м.

d = 70 м; d₁ = 100 мм; d_б = М36 ; n = 24 ; S₁ = 12 мм;

S₂ = 30 мм; S₃ = 25 мм; h = 300 мм.

Проверка опоры для рабочих условий.

Прочность сварного соединения опоры с корпусом определяется условием

 = (3.3.27)

где [_r] _z-z =174 МПа - допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата в сечении z - z при t= 60⁰С;

[₀] _{z -z} =174 МПа - допускаемое напряжение для материала опоры в сечении z-z при t= 60 ⁰С;

_s = 0,7 - коэффициент прочности сварного шва [9];

а₁ = 12 мм - расчетная толщина сварного шва.

 =

15,3МПа  121,8 МПа

Условие (3.3.27) выполняется.

Проверяем условие устойчивости в сечении у-у

(3.3.28)

где F = 1,2330 Мн - осевая сжимающая сила в рабочих условиях;

[F] - допускаемая осевая сжимающая сила, Мн;

М – изгибающий момент, действующий на колонну от ветра, Мн∙м;

[М]- допускаемый изгибающий момент от ветровой нагрузки, Мн∙м.

Допускаемая осевая сжимающая сила определяется по формуле

[F] = , (3.3.29)

где [F]_p - допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности, Мн.

[F]_E - допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости, Мн.

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности определяется по формуле

[F]_p =   ( D + S - c)  (S - c)  [  ] (3.3.30)

[F]_Р =  (2,8+0,012-0,002) (0,012-0,002)=3,93Мн

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости определяется по формуле

[F]_Е = (3.3.31)

где [] = 140 МПа - допускаемое напряжение для стали ВСт3сп при

t =20 ⁰С;

Е = 1,99 10⁵ МПа - модуль продольной упругости;

D = 2,8 м -диаметр нижней части опоры.

[F]_Е =

Тогда

[F] =

Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле

[M] = , (3.3.32)

где [M]_р - допускаемый изгибающий момент из условия прочности, Мн ∙м;

[M]_Е-допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости, Мн ∙ м.

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности определяется по формуле

[M]_п = (D + S - C)  (S - C)[] (3.3.33)

[M]_n=

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости

[M]_E = (3.3.34)

[M]_E =

Тогда

[M] =

Проверяем выполнение условия устойчивости для сечения у-у

Условие выполняется.

Проверка ширины и толщины опоры кольца.

Ширина кольца:

в = 0,5 (D₁ - D₂) =0,5(3,12-2,65)=0,235 м. (3.3.35)

Она должна удовлетворять условию

в₁  в_1р = , (3.3.36)

где D_б = 3000 мм - диаметр болтовой окружности;

[_бет] = 10МПа допускаемое напряжение сжатия бетона фундамента (марка 500 СН и П В1-62) [7].

в_1р =

в₁ =0,25 м > в_1р = 0,018 м - условие выполняется.

Толщина нижнего опорного кольца

S₂ = 0,03м и должна удовлетворять условию:

S₂ S_2р = max , (3.3.37)

где х₁ - коэффициент определяемый в зависимости от параметра в₂/в₇.

Принимаем в₂/в₇ = 1 , по графику [7,стр.305]

х₁ = 0,5

в₂ = 0,5 (D₁ - D^* - S₁) - ширина кольца выступающая наружу от обечайки опоры. (3.3.38)

где D^* = 2,8 м - диаметр опоры сечения у-у.

В₂ =0,5(3,12-2,8-0,012)=0,154м

_бет = - напряжение сжатия в бетоне, МПа. (3.3.39)

_бет =

S_2р = max

S₂ = 0,03 м  S_2р = 0,01 м

Условие (3.3.37) выполняется.

Проверка опоры для условий гидроиспытаний.

Проверка прочности сварного соединения корпуса с опорой выполняется по формуле (3.3.27).

_z-z =

25,4МПа  128,1МПа.

Условие прочности выполняется.

Проверка устойчивости в сечении у-у выполняется по формуле (3.3.28).

По формулам (3.3.29) - (3.3.34) для сечения у-у имеем

[F]_у-у = 3,51Мн;

[M]_у-у = 7,03Мн ∙м.

Проверяем выполнение условия (4.28)

Условие устойчивости выполняется.

Проверка ширины и толщины опорного кольца по формуле (3.3.36):

в_1р =

в₁ = 0,03 м  в_1р = 0,029 м - условие выполняется.

Расчетная толщина опорного кольца определяется по формуле (3.3.37):

S_2р = 0,01 м

0,03 м  0,01 м.

Условие выполняется.

Расчет показал, что выбранная опора обладает достаточной прочностью и устойчивостью.

3.3.7. Расчет болтов фланцевого соединения

Целью расчета является проверка болтов фланцевого соединения на прочность.

Расчетная схема приведена на рисунке 3.3.5.

Рис.3.3.5. К расчету болтов фланцевого соединения.

Данные для расчета:

D = 450 мм; h = 75 мм; Z =20 ;

D_ф = 640 мм; Н =120 мм; d_Б= М30.

D_Б = 580 мм; d =33 мм;

D_сп= 514 мм; h_п= 2 мм;

Материал фланца - сталь 09Г2С

Материал прокладки - алюминий марки АД по ГОСТ 21631-89;

Материал болтов - сталь 35.

Расчет ведется согласно [12].

Расчет вспомогательных величин.

Эффективная ширина прокладки

b₀ = 12 мм;

Характеристику прокладки принимаем по [12].

m = 4 ;

g_обж = 35 МПа - удельное давление обжатия;

[g] = 40 МПа - допускаемое удельное давление;

К = 1- коэффициент обжатаия;

Е_п = 210³ МПа - условный модуль сжатия.

Податливость прокладки

у_п= (3.3.40)

Податливость болтов:

L_б = L_бо + 0.28d - расчетная длина болта, м , (3.3.41)

где L_бо = 2h + h_п - длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки, м. (3.3.42)

L_бо = 2  75 + 2 = 152 мм = 0,152 м.

L_б = 152 + 0,28 33 = 161,2 мм = 0,1612 м.

у_б = (3.3.43)

где f_б =520 мм² - расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;

n = 20 - число болтов.

у_б =

Параметры фланца

Эквивалентная толщина втулки S_Э = КS₀ , определяется по [12].

Коэффициенты: К=1,7; S_Э=1,78=13,6 мм.

= (3.3.44)

j= = (3.3.46)

₁ = 1,28 lg = 1,28 lg = 0,19 (3.3.47)

Угловая податливость фланца

у_ф= (3.3.48)

где₂= (3.3.49)

Е²⁰ =1,99 10⁵ МПа - модуль продольной упругости для стали ВСт3сп при t = 20 ⁰С.

у_ф

Плечи момента

b=0,5 (D_б - D_сп) =0,5(580-514)=33мм (3.3.50)

t = 0,5 (D_сп - D - S_o) = 0,5(514-45013,6)=25,2мм (3.3.51)

Коэффициент жесткости фланцевого соединения нагруженного внутренним давлением

 = у_п + у_б + 2у_фb² = 0,5210^-7+0,7810^-7+20,49310^-1033²

=2,3710^-7; (3.3.52)

=1- (3.3.53)

Расчет нагрузок.

Равнодействующая внутреннего давления

Q_g =0,785 D²_сп р =0,785 514²  4 = 829575,4 Н (3.3.54)

Реакция прокладки в рабочих условиях

R_п =  ^. D_сп^. B_om^.p = 3,14  514 12 4  4 = 310037,5 Н (3.3.55)

Нагрузка возникающая от температурных деформаций

 _t= у_п + у_б^. +2у_ф b²==0,5210^-7+0,7810⁷ 

 (3.3.56)

Q_t = (2_фh t_ф - _фl_боt_б) , (3.3.57)

где t_ф=0,96t=0,9653 = 50,9 ⁰С - температура фланца; (3.3.58)

t_бо=0,95t = 0,9553 = 50,4 ⁰С - температура болтов. (3.3.59)

Q_t=

Болтовая нагрузка Р_б в условиях монтажа принимается большей из следующих значений

Р_б1 =  ^. (Q_g+F)+ R_п - Q_t + / / , (3.3.60)

где М = 0 - изгибающий момент;

F= 0 - осевая сжимающая сила.

Q_t - не учитывается, так как Q_t  0 [ 12, стр. 13]

Р_б1 = 1,13829575,4+310037,5=1247457,7Н

Р_б2 = = 0,5    514  12  12  35=339103,5 Н

Р_б2=0,4[]²⁰п^.f_б=0,413020520=540800Н (3.3.61)

Приращение нагрузки в болтах в рабочих условиях (3.3.62)

Р_б=(1-)(Q_g+F)+ Q_t + =

Расчет болтов

Проверяем прочность болтов в условиях монтажа

_б1 = (3.3.63)

_б2= , (3.3.64)

где = 230 МПа - допускается напряжение для болтов при t = 20⁰С;

= 230 МПа- допускаемое напряжение для болтов при t = 60⁰С.

_б1= ,

_б2= .

Условие (3.3.63; 3.3.64) выполняется.