3.6. ТОЛСТОСТЕННЫЕ СОСУДЫ И АППАРАТЫ

Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Расчёт и проектирование технологического оборудования. Учебное пособие.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

два вертикальных ребра, к которым сверху приваривают накладку с отверстием под фундаментный болт. Опорный пояс

5 приваривают к опорной обечайке

в виде внешнего кольца. Между опорным поясом и опорным кольцом вваривают вертикальные рёбра.

Высота цилиндрических опор

Н выбирается по условиям эксплуатации и

должна быть не менее 600 мм. Для внутреннего осмотра сварных швов и обслуживания фланцевых соединений в обечайке опор имеются лазы окна

7 в виде круглых или продолговатых вырезов с укреплением в виде

6 или

вваренных коротких патрубков. Необходимое количество отверстий, лазов, их размеры, расположение и форма выбираются из условий эксплуатации и монтажа. Для колонн диаметром 800 мм и более лазы в опорах должны иметь диаметр не менее 450 мм. Для вентиляции внутренней полости опоры в верхней части должн

о быть предусмотрено не менее двух отверстий

8 диаметром

не более 100 мм. При приварке опор к днищам, сваренным из отдельных частей, в обечайках опор должны быть предусмотрены вырезы, обеспечивающие доступ к сварным радиальным швам на днищах. В этом случае отверстия для вентиляции не предусматриваются. Опорная обечайка должна быть проверена на прочность в зоне отверстий.

Материал деталей опор вы

бирается по условиям эксплуатации. При этом предел текучести конструкционного материала должен быть не менее 210 МПа при температуре 20 °С.

Тип и размер стандартных опор выбирается в зависимости от диаметра аппарата, а также максимальной и минимальной приведённой нагрузки на одну опору.

Расчёт опор колонных аппаратов. При расчёте опоры колонного аппарата

необходимо рассмотреть следующие расчётные сечения: поперечное сечение в месте присоединения опорной обечайки к корпусу колонны; поперечное сечение опорной обечайки в местах расположения отверстий; поперечное сечение в месте присоединения опорного кольца; поперечные сечения корпуса колонны, переменные по толщине стенки или диаметру. При определении расчётного давления в ра

бочих условиях и условиях гидроиспытаний необходимо для каждого расчётного сечения учитывать гидростатическое давление среды. При расчёте должны быть учтены следующие весовые нагрузки:

– вес колонны

в рабочих условиях, включая вес обслуживающих площадок, изоляции, внутренних устройств и рабочей среды, МН; с учётом веса жидкости, заполняющей колонну, МН; грузка колонны от собственного веса в условиях монтажа, МН;

– вес колонны при гидроиспытании

– максимальная на-

– мини-

мальная нагрузка колонны от собственного веса в условиях монтажа (после установки колонны в вертикальное положение), МН.

В качестве расчётных изгибающих моментов принимают: максимальный из-

гибающий момент

M от действия эксцентрично приложенных весовых нагру-

зок, в том числе от присоединяемых трубопроводов и других нагрузок, который определяется для всех расчётных сечений; изгибающий момент

ветровых нагрузок; изгибающий момент

M от сейсмических воздействий.

M от действия

Колонный аппарат рассчитывают для рабочих условий; условий испыта-

ния; условий монтажа.

Если во время эксплуатации в аварийных случаях возможно заполнение

≤

λ, μ

колонны рабочей жидкостью, то необходимо рассчитать колонну и для этого случая. Расчётные нагрузки определяют так же, как и для условий испытания.

Определение расчётного изгибающего момента от ветровой нагрузки.

На ветровую нагрузку рассчитывают все колонные аппараты, которые устанавливаются на открытых площадках. В качестве расчётной схемы вертикального аппарата, закреплённого в нижнем сечении, принимается консольный упруго защемлённый стержень.

Аппарат по высоте разбивают на

участка должна быть

h м. Ветровая нагрузка, которая действует по высоте

аппарата, меняется на сосредоточенные силы

участков, при этом высота каждого

Р, действующие в горизонтальном

направлении и приложенные в серединах участков.

Период основного тона собственных колебаний аппарата постоянного сечения с приблизительно равномерно распределённой по высоте массой рассчитывают по формуле

()

JHCJETT 410+= , (3.43)

где J – момент инерции верхней части основного металлического сечения

;

аппарата относительно центральной оси, м

;

площади подошвы фундамента, м грунта, Н/м

таких данных аппарата, Н;

, определяемый по данным инженерной геологии (при отсутствии

C выбирают по работе [1]);

– модуль продольной упругости материала аппарата, МПа.

C – коэффициент неравномерности сжатия

J – минимальный момент инерции

()

gEJHGHT 8,10= , где G – вес

При отсутствии данных о фундаменте в первом приближении допускается принимать

TT =

Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения (по диаметру и толщине стенки корпуса) рассчитывают по формуле

⎛ ⎜

π=

∑

⎜

⎝

J – момент инерции площади поперечного сечения части аппарата диамет-

где

D1 и Н

ром 1/(Н⋅м);

, м4;

a – относительное перемещение центра тяжести участков,

G – вес i-го участка аппарата, Н.

a +βν=

где

β – справочная величина; ix – расстояние от поверхности земли до центра

тяжести рассматриваемого

Коэффициент

где

H , 2H , 3H , 1J , 2J – высоты и моменты инерции площади поперечного

ν находят по зависимости

i-го участка.

⎡

⎢

⎣

()

сечения соответствующих частей аппарата;

5,0

⎞

⎡

⎛

⎟

⎟ ⎠

H EJ

gaGHT

⎜

⎢

⎝

⎣

+μ+λ+Δ=ν

Δ ,

+ν

JCEJ

, (3.44)

JHC

– коэффициенты, опреде-

5,0

−

⎤

⎞

⎟

⎥

⎠

⎦

⎤

HHH

321

⎥ ⎦

ляемые по работе [1].

Для аппаратов с двумя переменными жёсткостями необходимо принимать

H = 0.

Изгибающий момент от ветровой нагрузки в расчётном сечении аппарата на высоте

x от поверхности земли

()

+−=

MxxPM

∑∑

, (3.45)

Vii

где n – число участков аппарата над расчётным сечением; m – число площадок над расчётным сечением;

i-ю обслуживающую площадку, расположенную на высоте

нагрузку на

где

i-м участке аппарата определяют по формуле

P и

cтi

– статическая (средняя) и динамическая (пульсационная)

дин

составляющие ветровой нагрузки на

здесь

D – наружный диаметр i-гo участка аппарата (при наличии изоляции –

M – изгибающий момент от действия ветра на

x , H⋅м. Ветровую

PPP

cт iii

дин

i-м участке:

hDqP

;

iiii

cтcт

дин

nGP ξν=

iii

наружный диаметр изоляции), м.

Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на середине

где

земли; напора ветра по высоте аппарата;

i-гo участка определяется по формуле

q – нормативный скоростной напор ветра на высоте 10 м от поверхности

()

xθ – коэффициент, учитывающий изменение скоростного

31,0

Kqq

0cт

– аэродинамический коэффициент.

Коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра определяют по формуле

ε+=ξ 5,151,1 , где 790

qT=ε .

Величину приведённого относительного ускорения центра тяжести

, а коэффициент динамичности –

H025,0968,0 −=ν

i-го

участка определяют по выражению

pma

ст

∑

=η

∑

где

a , ka – относительные перемещения центра тяжести i-гo и k-го участков,

определяемые по формуле (3.44);

()

×kx – коэффициент пульсации скоростного напора ветра для середины

15,010−

G – вес k-го участка, Н; ×

kkk

76,0

k-го участка.

Изгибающий момент в сечении на высоте

∑

≤β≤

ки на

j-ю площадку для обслуживания рассчитывают по зависимости

()( )

где

()

x=θ – коэффициент, учитывающий изменение скоростного на-

31,0

пора ветра по высоте аппарата; скоростного напора на высоте площадки;

деляемый по работе [1];

F – сумма площадей всех проекций профилей

j-й площадки на плоскость, перпендикулярную направлению ветра, м

Если отсутствуют точные данные о форме площадки, нять равной площади, ограниченной контуром

x от действия ветровой нагруз-

ξχ+−θ=

15,0

()

⋅=

−

1076,0

xm – коэффициент пульсации

– справочный коэффициент, опре-

FmxxKqM 75,01

JJJJJVJ

можно при-

j-й площадки.

Определение расчётного изгибающего момента от сейсмических воздей-

. На сейсмическое воздействие рассчитывают вертикальные аппараты,

ствий

которые предназначены для установки в районах с сейсмичностью свыше 7 баллов по 12-балльной шкале Рихтера, независимо от места монтажа (поме-

щение или открытая площадка).

Расчётная сейсмическая нагрузка в середине

j-го участка и соответствую-

щая первому тону собственных колебаний аппарата рассчитывается по выражению

∑

β=

375,0

где рассчитываемые по формуле (3.44); но во всех случаях от района установки аппарата лов,

a ,

– относительные перемещения центра тяжести i-го и k-го участков,

– коэффициент динамичности, β= 1,9/T,

5,28,0

;

K – сейсмический коэффициент, зависящий

K( = 0,1 – при расчётной сейсмичности 7 бал-

K = 0,2 при 8 баллах, SK = 0,4 при 9 баллах).

aGKP

iiSSi

∑

Максимальный изгибающий момент от сейсмических воздействий в нижнем сечении аппарата при учёте только первой формы колебаний

В качестве первого приближения расчётный изгибающий момент в сечении аппарата на расстоянии высших форм колебаний определяется в зависимости от

max

x от поверхности земли с учётом влияния

∑

xPM

iiRS

M по эпюре изги-

maxS

бающих моментов.

Поверочный расчёт корпуса колонны. Стенки колонного аппарата проверяют на прочность и устойчивость. Для аппаратов, имеющих по высоте посто-

янные диаметры и толщину стенки корпуса, расчётными сечениями являются

(

[

⋅+=

(

{

[

ϕσ≤σσ

[][

[

только поперечные сечения корпуса в месте присоединения к нему обечайки опоры и указанные сечения опоры. Расчёт напряжений проводят для рабочих условий (F = F

; M = M1; p = pр) иусловий монтажа (F = F3; M = M3; pр = 0), где

F и М – соответственно, расчётное осевое сжимающее усилие и расчётный изгибающий момент в соответствующем расчётном сечении на заданной высоте относительно подошвы фундамента.

Продольные напряжения на наветренной нах определяют по формулам:

=σ

sDp

()

−⋅

()

−⋅

Кольцевые напряжения рассчитываются по формуле

)

−

()

)

sDp

−

)( )

Эквивалентные напряжения на наветренной ( сторонах определяют по формулам:

11э

22э

где шва (если

ϕ – коэффициенты прочности продольного и кольцевого сварного

σσ

, то

= 1; если σу < 0, то

σ и подветренной

csD

−π

()

−π

2 .

csD

]

cssDp −

()

;

()

csD

−π

. (3.46)

()

csD

−π

) и подветренной (

1э

ϕϕσ+ϕϕσσ−σ=σ

;

ртyртy1

)

ϕϕσ+ϕϕσσ−σ=σ

, (3.47)

ртypтy2

= 1).

сторо-

)

2э

Условия прочности корпуса в расчётном сечении имеют вид: на наветрен-

}

ной стороне

{}

;max

[]

σ≤σσ

;max

т2э2

]

; на подветренной стороне –

т1э1

Условие устойчивости проверяют для расчётного сечения для рабочих условий, условий монтажа и испытаний. Для аппаратов, работающих под внутренним избыточным давлением и без давления, условие устойчивости имеет вид

]

0,1≤

MMFF , (3.48)

где значения

[]

]

определяются по формулам, приведённым в раз-

деле 3.2, для рабочих условий, условий испытаний и монтажа.

Если толщина стенки обечайки опоры меньше или равна толщине стенки корпуса в месте присоединения к нему обечайки опоры и механические свойства материала обечайки опоры не выше соответствующих свойств материала корпуса, то расчёт корпуса не производят, а про

веряют прочность и устойчи-

вость только обечайки опоры.

Для аппаратов, которые работают под наружным давлением, для условий

[][][

≤++

[

Fи M

[

(

[

−π=

испытания и монтажа расчёт проводят по формуле (3.48), а для рабочих условий по формуле

где значения

[]

p ,

[]

F | и

]

M определяют по формулам, приведённым в раз-

]

0,1

MMFFpp ,

деле 3.2, для рабочих условий.

Расчёт элементов опоры колонных аппаратов. Расчёт проводят для рабочих условий и для условий гидравлического испытания колонны в трёх сечениях опоры: х–х – в основании опоры; y–y – в сечении по центру наибольшего отверстия в опоре и сечение z–z (ри

с. 3.36, б). Расчётными нагрузками являются F – осевая сжимающая нагрузка от силы тяжести аппарата и среды, вспомогательных устройств, установленных на колонне, изоляции; М – суммарный изгибающий момент от ветровой

M и сейсмической нагрузок RM и

от эксцентрично приложенных к оси аппарата сил тяжести отдельных внутренних и внешних устройств

M . Значения

определяются по работе [1].

Прочность сварного шва, соединяющего корпус колонны с опорной обе-

чайкой, проверяют по зависимости

⎛

=σ

⎜

⎝

⎞

⎟

⎟ ⎠

[][]

{}

,min

σσϕ≤

оп

где вая сжимающая сила для того же сечения, МН;

[]

– максимальный изгибающий момент в сечении у–y, МН⋅м;

a – толщина сварного шва, м;

[]

σ и

σ – допускаемые напряжения для материала соответственно корпуса

оп

– осе-

колонны и опорной обечайки, МПа.

Для колонных аппаратов с соотношением

/Н D > 20 целесообразно при-

менять конструкцию соединения опоры с корпусом с использованием торообразного перехода. Такая конструкция обеспечивает простоту рентгеноскопического контроля.

Устойчивость обечайки в сечении z–z, которое проходит по центру наи-

большего отверстия в опоре, проверяется по выражению

[] []

ψ M

где

M – максимальный изгибающий момент в сечении z–z, МН·м; zF – осевая

сжимающая сила в том же сечении, МН; сила и изгибающий момент, определяемые по формулам раздела 3.2;

ψ – коэффициенты, определяемые по зависимостям

4 ;

[]

()

csDW −π=ψ

DFM

ψ+

F и

JWADJ ,,;

≤

]

[]

M – допускаемые изгибающая

– соответственно площадь, наи-

)

]

csDA

меньший момент сопротивления и эксцентриситет центра тяжести наиболее ослабленного поперечного сечения.

Если в сечении z–z имеется несколько отверстий, то расчёт ведут для наи-

большего из них.

;

Ширину кольца

[

≤

[

(

{

χσ=

няться условие

где

D – диаметр болтовой окружности анкерных болтов, м;

b принимают конструктивно. При этом должно выпол-

bb +

=≥

р11

()

[]

σπ

бет

FDM

]

– допускае-

бет

мое напряжение бетона фундамента на сжатие, МПа.

Выступающую наружу от обечайки опоры ширину кольца

b определяют

из соотношения

302

d мм

где

d – внутренний диаметр анкерного болта, мм.

Толщина нижнего опорного кольца определяется по выражению

⎧

χ≥

max sс

⎨ ⎩

где

χ – коэффициент, определяемый по справочным данным работы [1].

Толщина верхнего опорного кольца рассчитывается по зависимости

⎧

s ,

где

χ – коэффициент, определяемый по работе [1]; бA

⎪ ⎨ ⎪

⎩

()

213

χ≥

1б

[]

оп

сечения анкерного болта по внутреннему диаметру резьбы, м

[]

оп

32 bb ≤

⎫

5,1;

⎬

⎭

⎫

⎪

5,1;max sс

⎬

⎪

⎭

– площадь поперечного

]

;

– допускае-

мое напряжение для материала анкерных болтов, МПа.

Толщина ребра определяется по формуле

где

χ – коэффициент, принимаемый равным 3χ = 2 или

]

б4

)

}

4,0;max sсbAs +

323

= 1 для различных

исполнений опорных узлов.

Конструкции рёбер с соотношением

/ sb > 20 должны дополнительно

проверяться на устойчивость.

Число анкерных болтов

z определяется конструктивно и должно быть

кратным четырём.

Внутренний диаметр резьбы болтов для колонн, устанавливаемых на бе-

тонных фундаментах, определяется из условий монтажа по выражению

()

где

χ – коэффициент, определяемый по работе [1].

[]

44,0 DzDFMd

()

σ−χ= ,

бб4б

Стандартные опоры колонных аппаратов выбираются по величине макси-

мальной приведённой нагрузки

Q , значение которой принимают большей из

max

величин:

где

M и 2M

4 FDMQ

– расчётные изгибающие моменты в нижнем сечении обечайки

;

4 FDMQ

соответственно в режимах эксплуатации и гидравлического испытания, МН;

F и 2F

– осевые сжимающие силы, действующие в нижнем сечении опорной

обечайки соответственно в режимах эксплуатации и гидравлического испытания, МН.

Устройства для строповки аппаратов.

Подъём и перемещение аппаратов

при монтаже и демонтаже осуществляется различными подъёмно-транспортными устройствами с помощью строповки аппаратов канатами, цепями или траверсами.

Для обеспечения надёжности и безопасности строповки вертикальных аппаратов на них изготавливают специальные строповые устройства, за которые аппарат подвешивается к подъёмно-транспортному средству. Стандартными строповыми устройствами являются крюки (рис. 3.37, а), цапфы (ри

с. 37, в) и монтажные штуцера (рис. 37, г, д), которые размещаются на боковых стенках, а также ушки (рис. 3.37, б), которые размещаются на крышках аппаратов. Крюки, цапфы и монтажные штуцера устанавливают по два, три и иногда четыре на одном аппарате.

Подъём и перемещение горизонтальных аппаратов осуществляется обычно

с помощью строповки их ка

натами или цепями, которые непосредственно охватывают корпус. Иногда на горизонтальных аппаратах предусматривают два ушка или четыре цапфы.

Строповые устройства для стальных аппаратов, как правило, не рассчитывают. Их выбирают стандартными по нагрузке на одно строповое устройство, которое определяется по формуле (3.42). При определении силы, действующей на устройство, следует учитывать действи

е следующих нагрузок: составляющей силы тяжести поднимаемого груза; силы тяжести строповых устройств, оттяжек, прикреплённых к грузу или устройству деталей и т.д.; динамического воздействия (вертикального), равного 10% от силы тяжести поднимаемого груза; усилия в оттяжке, если по условиям выполнения работ оно может иметь место, а также, если груз поднимают двумя и более гр

узоподъёмными приспособлениями при неравномерном распределении силы тяжести груза между строповыми устройствами.

Крюки стандартизованы для значений Q = 5…160 кН, ушки и цапфы для значений Q = 10…320 кН. При весе аппарата свыше 32 т для строповки используются монтажные штуцера, нормализованные для значений Q = 320…2500 кН

(рис. 3.37, г) и Q = 200…1000 кН (рис.

3.37, д). При выборе строповых уст-

ройств следует учитывать, что для крюков и ушков нагрузка должна прикладываться только вдоль плоскости устройств, а для удлинённых монтажных штуцеров (рис. 3.37, д) – в плоскости, перпендикулярной к продольной оси штуцера. Для монтажных штуцеров (рис. 3.37, г) действующая сила может отклоняться на угол до 15° от пло

скости, перпендикулярной к плоскости оси штуцера.

Строповые устройства на вертикальных аппаратах обязательно должны размешаться выше центра тяжести аппарата, монтажные штуцера должны размещаться не менее чем на 1000 мм выше центра тяжести, при этом в плане их следует ориентировать с таким расчётом, чтобы после подъёма аппарата

б)

г) д)

а) в)

Рис. 3.37. Конструкции стандартных строповых устройств:

а – крюки сварные; б – ушки; в – цапфы; г – монтажные щтуцера;

д – монтажные штуцера удлинённые

в вертикальное положение не требовался разворот его вокруг оси. На горизонтальных аппаратах ушки устанавливают сверху по краям цилиндрического корпуса, а цапфы – симметрично по две с каждой стороны в диаметральном сечении корпуса.

Строповые устройства привариваются к корпусу аппарата сплошным швом. Допускается приварка крюков и ушков к корпусу аппарата без пластин, если то

лщина стенки корпуса равна не менее 0,7 толщины крюка или ушка.

3.6. ТОЛСТОСТЕННЫЕ СОСУДЫ И АППАРАТЫ

Аппаратами высокого давления являются аппараты, которые работают под внутренним давлением свыше 10 МПа. Такие аппараты применяются для проведения процессов в производстве аммиака, полиэтилена, карбамида, спиртов и т.п., реализуемых при давлении до 100 МПа и более.

Аппарат высокого давления (рис. 3.38, а) состоит из корпуса 1, днища 2, фланцевой части 3, крышки 4 и затв

ора 5, служащего для обеспечения герметичности соединения корпуса и крышки. Внутренние устройства определяются технологическим назначением данного аппарата. В качестве внутренних устройств применяют катализаторные коробки, теплообменные и распределительные устройства и т.п. Как правило, аппараты высокого давления по возможности изготавливают меньшего диаметра в целях уменьшения усилия от внутреннего давления на крышку аппар

ата и снижения нагрузки на элементы уплотнения. Необходимый рабочий объём обеспечивают за счёт увеличения высоты аппарата, наиболее распространённым является отношение высоты к диаметру

Н/D = 8...15.

В зависимости от конструкции и способа изготовления корпуса различают следующие аппараты высокого давления: цельнокованые, кованосварные, штампосварные, вальцованосварные, многослойные с ко

нцентрическим расположением слоёв, витые из профильной ленты, рулонированные и спиральнорулонные.

а) в)

б)

г)

д) е) ж) з)

Рис. 3.38. Конструкции аппаратов высокого давления:

а – цельнокованый; б – кованосварной; в – штампосварной; г – валыюваносварной;

д – многослойный с концентрическим расположением слоёв; е – витой из профильной

ленты; ж – рулонированный; з – спирально-рулонный

Цельнокованые корпуса (рис. 3.38, а) представляют собой монолитный

корпус, который изготавливают из цельной поковки путём удаления сердцевины и последующей проковки. Изготовление цельнокованых корпусов предполагает наличие специального литейного и мощного кузнечно-прессового оборудования, а также большой объём механической обработки. Поэтому таким способом изготавливают обычно корпуса относительно небольших размеров, имеющих внутр

енний диаметр 600…1200 мм и длину до 18 м. В качестве недостатка следует отметить низкий коэффициент полезного использования металла в связи с большим объёмом отходов. К преимуществам таких аппаратов относится отсутствие сварных швов, которые являются потенциальным источником дефектов и снижают надёжность корпуса.

Цельнокованые корпуса рекомендуется использовать при давлении более

32 МПа и выс

окой температуре, особенно при наружном обогреве корпуса.

Кованосварные корпуса (рис. 3.38, б) состоят из нескольких механически обработанных кованых частей (обечайки, днища, фланцы, горловины), которые соединяются между собой с помощью кольцевых сварных швов. За счёт использования нескольких поковок существенно увеличиваются возможности изготовления кованосварных аппаратов больших размеров по сравнению

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]