конспект РиКМА

Рис. 12.3

Для того чтобы найти реакции опор необходимо знать равномерно распределенную нагрузку, в которую входит вес наполнения от нижнего до верхнего штуцера и вес самого металла. Т.к. толщина стенки неизвестна, первоначально принимается с последующими проверками. Для того чтобы определить равномерно распределенную нагрузку надо знать рабочую длину:

Lp = Lц + 2( 1 Нв + hотб ) = а

2

Означает, что половина днища работает на цилиндр.

Вес: G = (Gв + GMe ) + (Gв + GMe ) 10% .

Второе слагаемое учитывает вес неучтенных деталей (накладки, фланцы, штуцера, рельсы и т.д.).

Распределенная нагрузка: q = G .

L

Если сосуд на двух опорах: RA = RБ = 0,5G .

Если сосуд на трёх опорах: RA = RB = 0,323G ;

RБ = 0,354G ;

Мпр = 0,0105GL .

Из эпюры моментов (рис. 12.3) видно, что максимальные моменты будут либо над опорами ( M1 ), либо в центре ( M 2 ):

M 1 = qb2 ;

2

M 2 = qa(a − 4b) .

8

Перерезывающая сила: N = qa

2

Наиболее благоприятное условие работы сосуда, если M1 = M 2 . Это будет в

том случае, если вылет опоры Б (b): b = 0,207a , тогда M1 = M 2 = qa 2 .

47

Если вылет опоры b < 0,207a , то опасное сечение в центре; если вылет опоры b > 0,207a , то опасное сечение над опорой.

Если моменты не одинаковы, от действия реакции опор возникает нарушение устойчивости формы сосуда. Если сосуд под вакуумом, то помимо реакции опор на сосуд действуют сжимающие нагрузки. Ранее принятые условия (δ = 0,01D ) проверяются по следующим формулам:

Если опасное сечение над опорой, то

4(δ − c)

M 2 < 0,1 E (δ − c) – условие изгиба.

W D

Обычно по моменту в центре проверяют сосуды под вакуумом. При действии внутреннего давления M1 > M 2 и условие:

W = 0,8D 2 (δ − c)

После проверки прочности и соблюдения условия (1) и (2) производится проверка на срез от действия перерезывающей силы N.

От перерезывающих сил в поперечном сечении возникают напряжения

Здесь σ 0 – напряжение в днище, рассчитанное от внутреннего или наружного давления; ω1 , ω2 ,ω3 – промежуточные значения коэффициентов.

При угле обхвата 120÷160: ω1 = 1,18 ÷ 0,7

ω2 = 0,9 ÷ 0,4 ω3 = 0,4 ÷ 0,28

Впромежутках значения интерполируются.

Втом случае если сосуд работает под вакуумом, к напряжениям среза добавляются напряжения сжатия.

Условие прочности при работе на сжатие:

где Q – максимальный вес аппарата с наполнением; QДоп – осевая сжимающая сила;

М – максимальный изгибающий момент.

Здесь Кс=0,12÷0,14 – коэффициент уменьшения сжатия.

М Доп = 0,785ϕиз [σ ]Д 2 (δ − с),

где φиз – коэффициент изгиба, который равен

В случае соблюдения условия прочности при работе на сжатие, принятая толщина δ принимается к проекту.

§13. Бункера

Бункера делятся на 2 основных класса:

1)технологические, которые учувствуют в технологических процессах (дозирование, питание агрегатов, складирование);

2)бункера для хранения.

По конструкции бывают:

1)прямоугольные;

2)цилиндрические;

3)подвесные параболического профиля.

Взависимости от назначения к бункерам предъявляются требования по расчету геометрических параметров и режимов работы.

Дозирующие бункера характеризуются небольшими размерами (до 100 м³) и небольшими формами. В дозирующих бункерах материал движется непрерывно, для них характерны застойные зоны и воронки.

Основной столб движения материала соответствует размерам выпускного отверстия (рис. 13.1). Чтобы ликвидировать застойные зоны, бункера встряхиваются или в них помещаются перемешивающие устройства.

Рис. 13.1

Для всех бункеров различают 3 расчетных периода:

1.Предпроектный – определяются физические свойства материалов, углы естественного откоса и угол наклона днища.

2.Расчетный – определяются геометрические параметры, в соответствии с ними форма и положение в пространстве.

Бункера, у которых H < 15 называются бункерами.

B

Бункера, у которых H > 15 называются силосами.

B

Здесь В – либо диаметр, либо максимальная ширина для прямоугольника; Н – общая высота бункера.

Если по каким-либо условиям необходимо выполнить бункер H > 15 (V до

B

200м³), бункера выполняются сдвоенными, укрепленными ребрами жесткости. Все бункера по форме делятся на: четырехскатные (рис. 13.2, а), трехскат-

ные (рис. 13.2, б) и цилиндрические (рис. 13.2, в).

в

Рис. 13.2

Если объем бункера свыше 150 – 200 м³, то выполняются подвесные бунке-

ра.

3.Конструирование бункера и опор под него как строительного сооружения (СНИП)

Если отношение H < 1,5 , то бункера называются полубункерами.

B

Бункера бывают открытого типа (без крышки). Применяются для веществ не окисляющихся в окружающей среде (в закрытых помещениях).

Недостаток закрытых бункеров: в пространстве между массой и крышкой скапливаются газы.

При нормальном стечении материала из бункера, угол при вершине конуса должен составлять 45-50º.

При использовании бункеров в качестве хранилищ требуются более медленные и равномерные истечения и угол при вершине 70-80º.

Для более быстрого истечения (гидравлическое) угол при вершине конуса 30-45º. Расчет ведется по формулам для цилиндра.

Основную роль для обеспечения истечения материала из бункера выполняют выпускные отверстия. Размер выпускного отверстия определяется следующим образом:

a = 2,5(d + 80)tgϕ , [мм]

где d – диаметр куска материала, мм. Для материалов типа пескаa ≤ 300мм Для крупных пород a ≤ 300 1500мм

Т.к. материал передвигается непрерывно по стенкам бункера, основной металл подвергается эрозии и стенки бункера обычно футеруются марганцовистыми сталями типа 30Г2.

13.1. Расчет бункеров

За расчетное принимается гидростатическое давление слоя материала на вертикальной и горизонтальной стенке (рис. 13.3).

Рис. 13.3

Рассматриваем вертикальные: материал передвигается по стенке, оказывая давление P. Она раскладывается на: горизонтальную составляющую на вертикальную стенку и вертикальную составляющую вертикальной стенки:

Pвв = 1,3γ м Н ;

Pвг = 1,3kγН ,

где k – коэффициент бокового давления, показывает во сколько раз вертикальная составляющая больше горизонтальной.

Pв = (Pвв )2 + (Pвг )2

На наклонные стенки действует наклонное давление: наклонное вертикальное и горизонтальное

Pнв = kγB ;

f тр

k = tg 2 (45 − α ) , 2

где α – угол наклона при вершине конуса.

Pнг = 1,3m0γН ;

m0 = cos2 α + k sin 2 α .

Для вертикальной и наклонной стенки проверка прочности ведется по кольцевым напряжениям:

σ k = PB ≤ [σ ] .

δ

Обычно толщина конической части больше цилиндрической или призматической. Исходя из технологии изготовления, округление ведется в большую сторону с последующей проверкой сопряжения цилиндр-конус на краевые силы и моменты.

13.2. Подвесные бункера

Подвесные бункера используются в основном для хранения материалов объемом до 200 м³. его конструкция представлена на рис. 13.4.

Рис. 13.4

Профиль сечения параболический.

Опасное сечение: крепление передней и боковой стенки бункера к стойке. Высота стенки бункера h, ширина b. Из статистических данных известно: h = 2 .

b3

Передняя стенка бункера рассчитывается на прочность (рис. 13.5).

Рис. 13.5

В месте сопряжений появляется перерезывающая сила N, которая раскладывается на 2 составляющие: горизонтальную и вертикальную (рис. 13.6).

tgβ = b ; tgα = 2h ; F = 4 bh ;

где N – коэффициент перегрузки, учитывает скольжение материала по наклонным стенкам; N=1,3;

γ – удельный вес.

Рис. 13.6

Профиль передней стенки строится следующим образом: откладывается b и h, затем r (рис. 13.7).

Рис. 13.7

§14. Расчет прочно – плотных соединений

К прочно-плотным соединениям относятся фланцевые соединения. Они должны быть плотными, чтобы обеспечить неутечку среды, и прочными, чтобы выдержать действие давления и действие затяжки болтов.

Все фланцевые соединения делятся на арматурные и аппаратурные. Арматурные – при соединении трубопровода они выдерживают большие

нагрузки по сравнению с аппаратурными. Они не рассчитываются, а принимаются по Pu и Du ( Pu – это не внутреннее и не наружное давления, а диапазон давлений, в котором работает данный фланец; Du – это не внутренний и не наружный диаметр, а диапазон диаметров к которому могут присоединятся расчетные диаметры аппаратов или трубопроводов).

14.1. Расчет аппаратурных фланцев

Расчет фланцев включает:

-выбор типа фланцев и выбор фланцевого соединения;

-выбор расчетных нагрузок;

-расчет фланцев на прочность;

-расчет фланцев на плотность;

-подбор прокладок;

-расчет болтов.

Основой каждого фланца является тарелка фланца. Все фланцы делятся на 3 основных класса:

а) Плоские с плоской привалочной поверхностью (рис. 14.1)

Рис. 14.1

Для сосудов, работающих под давлением привалочная поверхность большей высоты по сравнению с тарелкой фланца (рис. 14.2)

Рис. 14.2

б) Фланцы цельные (рис. 14.3)

1 – тарелка фланца; 2 – буртик; 3 – цилиндрическая часть

Рис. 14.3

в) Фланцы с рифленой привалочной поверхностью.

Из сочетания фланцев образуются следующие фланцевые соединения: а) Приводные (рис. 14.4)

а

1 – обечайка; 2 – днище; 3 – тарелка фланца; 4 – прокладка; 5 – болт

Рис. 14.4

Такие соединения самые распространенные и самые простые. Недостаток: если в сосуде агрессивная среда, то фланцы необходимо де-

лать из дорогостоящих сталей, поэтому привалочные поверхности при больших диаметрах защищают кольцами или соединения выполняют на отбортовках.

б) Свободные или накидные фланцы (рис. 14.5)

Недостаток: трудно выполнить отбортовку на больших диаметрах.

Рис. 14.5

Для того чтобы улучшить плотность соединения привалочная поверхность должна быть рифленой или с самым плохим классом обработки (рис. 14.6).

Рис. 14.6

Цельные фланцы образуют 2 типа соединений:

1) Шип-паз (рис. 14.7). Под давлением до 10МПа по диаметрам до 2600мм, т.к. при больших диаметрах трудно центровать.

Рис. 14.7

2)Выступ-паз используют при больших диаметрах (рис. 14.8).