Кушниковского месторождения
.pdf102
10. Механический расчет сепаратора
Расчет обечайки цилиндрической
Исходные данные |
|
|
Материал: |
09Г2С |
|
Внутр. диаметр, D: |
3∙103 мм |
|
Толщина стенки, s: |
10 мм |
|
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, c1: |
2 мм |
|
Прибавка для компенсации минусового допуска, c2: |
0,8 мм |
|
Прибавка технологическая, c3: |
0 мм |
|
Сумма прибавок к расчётной толщине стенки, c: |
2,8 мм |
|
Длина обечайки, L: |
1,3∙104 мм |
|
Коэффициенты прочности сварных швов: |
|
|
Продольный шов: |
|
|
р =1 |
||
Окружной шов: |
|
|
|
Т |
=1 |
|
|
|
Допускаемые напряжения для материала 09Г2С при температуре t = 90 oC (рабочие условия):
Консорциум « Н е д р а »
103
[σ]20= 196 МПа
Модуль продольной упругости для материала 09Г2С при температуре 90 oC: E20= 1,99∙105 МПа
Проведем расчет на прочность и устойчивость цилиндрической обечайки по ГОСТ 14249-89.
Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением
Расчетная толщина стенки с учетом прибавок рассчитаем по формуле:
s р + с = |
pD |
|
+ c , |
(10.1) |
2 |
|
|||
|
|
− p |
||
|
р |
|
||
|
|
|
|
|
где p – расчетное (рабочее) внутреннее избыточное давление; |
|
|||
D – Внутренний диаметр сосуда или аппарата; |
|
|||
– допускаемое напряжение при расчетной температуре; |
|
|||
р – коэффициент прочности продольного шва цилиндрической обечайки; |
||||
c – сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, которая рассчитывается по формуле:
с = с |
+ с |
2 |
+ с |
3 |
, |
(10.2) |
1 |
|
|
где c1 – прибавка для компенсации коррозии и эрозии; c2 – прибавка для компенсации минусового допуска; c3 – прибавка технологическая.
Консорциум « Н е д р а »
Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:
«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»
104
с = 2 + 0,8 + 0 = 2,8мм
s |
|
+ с = |
0,6 3000 |
+ 2,8 |
= 7,39 мм |
|
р |
|
|
||||
|
2 |
196 |
1 − 0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Принимаем толщину стенки обечайки s=10мм согласно сортамента листового проката по ГОСТ 5520-79.
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле:
p = |
2 |
р |
(s − c) |
, |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
D + (s − c) |
|
||
где s – исполнительная толщина стенки обечайки.
(10.3)
p = |
2 196 |
1 (10 − 2,8) |
= 0,93МПа |
|
3000 |
+ (10 − 2,8) |
|||
|
|
|||
0,93МПа 0,6МПа – условие прочности выполняется. |
||||
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления рассчитывается по формуле:
где
D |
р |
|
s
=
р D
d |
|
s − c |
− 0,8 |
|
|
D |
|
(s − c) |
||
|
= 2 |
|
|
|
|
|||||
|
0 |
|
s |
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
–расчетная толщина стенки обечайки;
–расчетный диаметр обечайки равный
,
диаметру обечайки.
(10.4)
d |
|
10 − 2,8 |
|
|
3000 (10 − 2,8) = 225,04мм |
|
0 |
= 2 |
4,59 |
− 0,8 |
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
Минимальное расстояние между «одиночными» штуцерами:
Консорциум « Н е д р а »
b |
= 2 |
D (s − c) |
0 |
|
|
105
|
|
(10.5) |
b |
= 2 |
3000 (10 − 2,8) = 293,93мм |
0 |
|
|
Обечайка, нагруженная осевым сжимающим усилием
Допускаемое осевое сжимающее усилие рассчитаем по формуле:
|
F = |
F |
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
, |
|
|
|
|
|
2 |
||
|
|
|
F п |
|
(10.6) |
|
|
|
|
||||
|
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
|
F E1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где F п |
– допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности; |
|||||
F E1 – допускаемое осевое сжимающее усилие из условия местной устойчивости.
Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности рассчитаем по формуле:
F |
= (D + s − c) (s − c) |
|
(10.7) |
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
F |
= (3000 |
+10 − 2,8) (10 − 2,8) 196 |
=1,33 10 |
7 |
Н |
|
|
|||||
|
п |
|
|
|
|
|
Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия местной устойчивости рассчитаем по формуле:
F E1
|
310 10 |
−4 |
E |
|
|
= |
|
D |
|||
|
|
|
|
|
2 |
|
n |
y |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 (s
D
− c) |
2.5 |
|
|
|
|
|
|
,
(10.8)
где Е – модуль продольной упругости при расчетной температуре; ny – коэффициент запаса устойчивости.
Консорциум « Н е д р а »
106
|
|
310 10 |
−4 |
1,99 |
10 |
5 |
|
|
|
|
100 (10 − 2,8) |
2.5 |
|
|
|
|
|||
F |
= |
|
|
|
2 |
|
|
= 6,52 |
10 |
6 |
Н |
||||||||
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
E1 |
|
|
2,4 |
|
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Таким образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,33 10 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
F = |
|
|
|
|
= 5,86 10 |
6 |
Н |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
1,33 10 |
7 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
1 + |
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6,52 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Обечайка, нагруженная осевым растягивающим усилием
Допускаемое осевое растягивающее усилие рассчитаем по формуле:
F = F |
|
Т |
п |
|
(10.9)
F =1,33 10 |
7 |
1 =1,33 10 |
7 |
Н |
|
|
Обечайка, нагруженная изгибающим моментом
Допускаемый изгибающий момент определим по формуле:
|
M = min M пр ; M уст , |
(10.10) |
где M пр |
– допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны растяжения; |
|
M уст – допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости. |
|
|
Допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны растяжения рассчитаем по формуле:
Консорциум « Н е д р а »
Макет космического корабля «Восток-1» в павильоне «Космос» на ВДНХ. За ним — цитата К. Э. Циолковского:
«Сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка. За ними шествует научный расчёт. И уже в конце концов исполнение венчает мысль»
107
M |
= |
D |
F |
|
|||
пр |
|
4 |
|
|
|
|
(10.11)
M пр = 30004 1,33 107 = 9,99 106 Н м
Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости рассчитаем по формуле:
M уст = |
M |
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
, |
|
|
M |
п |
|
2 |
||
|
|
|
(10.12) |
|||
|
|
|||||
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
||
где M п |
– допускаемый изгибающий момент из условия прочности со стороны сжатия; |
M E |
– допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости. |
||||
Найдем M п : |
|
|
|
|
|
|
M |
= |
D |
F |
(10.13) |
|
|
||||
|
п |
|
4 |
п |
|
|
|
|
|
|
|
Найдем M E |
: |
M |
|
= |
D |
F |
|
|
E |
3,5 |
E1 |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
M |
= |
3000 |
1,33 10 |
7 |
= 9,99 10 |
6 |
Н м |
|
|||||||
|
|
|
|||||
п |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10.14) |
|
M |
= |
3000 |
6,52 10 |
6 |
= 5,59 10 |
6 |
Н м |
|
|||||||
|
|
|
|||||
E |
|
3,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Консорциум « Н е д р а »
108
Таким образом:
|
|
|
9,99 10 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
M |
|
= |
|
|
|
|
|
= 4,88 |
10 |
6 |
Н м |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
уст |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
9,99 10 |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
1 + |
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,59 10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Следовательно: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M = min 9,99 10 |
6 |
;4,88 |
|
10 |
6 |
= 4,88 |
10 |
6 |
Н м |
|||||||
|
|
|
||||||||||||||
Обечайка, нагруженная поперечными усилиями
Допускаемое поперечное усилие рассчитаем по формуле:
Q = |
Q |
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
2 |
|||
|
1 + |
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
,
(10.15)
где |
Q |
– допускаемое поперечное усилие из условия прочности; |
п |
Q |
– допускаемое поперечное усилие из условия устойчивости. |
||
E |
|||
Найдем Q п : |
|
|
|
|
Q п |
= 0,25 D (s − c) |
(10.16) |
|
|
Q = 0,25 3000 (10 −2,8) 196 = 3,32 10 Н |
|
|
|
|
6 |
|
|
п |
|
Найдем Q E :
Консорциум « Н е д р а »
109
где
Q E
|
|
|
|
2,4 E (s − c) |
2 |
|
|
|
D (s − c) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
E |
= |
n y |
|
|
0,18 + 3,3 |
l |
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
– расчетная длина между седловыми опорами. |
|
|
||||||||||||
ls |
|
|
|||||||||||||
|
2,4 1,99 105 |
(10 − 2,8)2 |
|
|
|
3000 (10 − 2,8) |
|
6 |
|
||||||
= |
|
|
|
|
0,18 |
+ 3,3 |
|
|
|
|
|
=1,86 10 |
|
Н |
|
2,4 |
|
(8 |
103 )2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(10.17)
Таким образом:
|
3,32 10 |
6 |
|
|
|
|
|
|
Q = |
|
|
|
= 1,62 10 |
6 |
Н |
||
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
3,32 10 |
6 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||
|
1 + |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
1,86 10 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
Расчет днища эллиптического
Исходные данные |
|
Материал: |
09Г2С |
Внутр. диаметр, D: |
3∙103 мм |
Толщина стенки днища, s1: |
10 мм |
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, c1: |
2 мм |
Прибавка для компенсации минусового допуска, c2: |
0,8 мм |
Прибавка технологическая, c3: |
0 мм |
Консорциум « Н е д р а »