APP_1pic

4. ПРИМЕР РАСЧЕТА ВЕРТИКАЛЬНОГО АППАРАТА, НАГРУЖЕННОГО ВНУТРЕННИМ И НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ

Рассчитать основные элементы корпуса аппарата, нагружен­ного внутренним давлением Р=2,5 МПа и наружным давлением в рубашке аппарата =0,6 МПа по следующим данным: температура стенок аппарата t=260°С; внутренний диаметр аппарата =700 мм: высота обечайки Н=1400 мм; крышка эллиптическое; срок эксплуатации = 20 лет; днище коническое = 30°, диаметр выходного штуцера =40 мм; рабочая среда аппарата - толуол, плотность среды = 872 кг/м³.

4.1. Выбор материала для обечайки днища и крышки

Из условия коррозионной стойкости по табл.1 приложения выбираем материал обечайки (днища, крыши) - сталь 0,8X18H10T co скоростью проникновения коррозии П < ^-3 м/год.

Прибавка к расчетной толщине стенки аппарата определяется по формуле (3.I):

= м.

Поправка С находится в пределах допустимых величин ( м).

Допускаемое напряжение для материала определяется по формуле (3.5):

,

где - поправочный коэффициент, для взрывоопасных смесей ; - допускаемое нормативное напряжение материала, МПа.

Для стали 0,8X18H10T по табл.4 приложения при t=300принимаем =123 МПа:

МПа.

4.2. Определение толщины стенки обечайки, днища, крышки

из условия прочности при действии внутреннего давления.

4.2.1. Определение толщины стенки обечайки

Толщина стенки обечайки определяется по формуле (3.8):

,

где Р ₁- рабочее внутреннее давление в аппарате, МПа,

Р₁ =Р+Р _гидр ,

Р - давление в аппарате над свободной поверхностью жидкости, Р= 1,0 МПа;

Р_{гид р} - гидростатическое давление рабочей жидкости (толуола),

Р_гидр =,

здесь - плотность рабочей жидкости, для глицерина = 872 кг/м³; - расстояние от свободной поверхности жидкости до нижней точки рассчитываемого элемента, м. При заполнении на 0,75 высоты обечайки

м

МПа,

При отношении гидростатического и рабочего давления меньше 5 % принимают

Толщина стенки цилиндрической обечайки аппарата

м

Принимаем по нормальному ряду 14мм.

4.2.2. Определение толщины стенки конического днища

Толщину стенки конического днища определяем вначале по напря­жениям изгиба в тороидальном переходе по формуле (3.12):

,

где Р₃ - давление на стенки днища, МПа. Из-за незначительности величины гидростатического давления P₃=P₁. Для стандартных конических днищ с

Коэффициент прочности кольцевого шва принимается рав­ным 1,0 при условии, что расстояние между кольцевым швом и нача­лом дуги перехода не меньше . Если это расстояние h₁ меньше указанной величины, то для стыкового кольцевого шва, свариваемого с одной стороны ; для стыкового шва с подваркой со стороны вершины .

м

Проверяем условие

м.

Так как полученное значение h₁ меньше 50 мм (см табл. 6 приложения), то принимаем , тогда толщина стенки

м

Принимаем мм.

Толщина стенки конической части днища определяется по формуле (3.13):

,

где Д_Р - расчетный диаметр конического отбортованного днища,

(см. рис. 3.4),

(см. расчет толщины стенки обечайки).

Для окончательного исполнения принимаем

S₁=14 мм, S₀=10 мм, S₃=14 мм

Длина цилиндрической части отбортованного конического днища

Длина конической части днища ниже тороидального перехода

4.2.3. Определение толщины стенки стандартной эллиптической крышки

Толщина стенки эллиптической крышки определяется по формуле (3.10):

где – давление на крышку, МПа; (гидростатическое давление отсутствует).

Принимаем (см. таблицу 5 приложения).

4.3. Расчет элементов корпуса,

находящихся под действием наружного давления, на устойчивость

Конструкция рубашки такова, что под действием наружного давления Р_РУБ находятся обечайка и днище. Эти элементы аппарата и рассчитываем на устойчивость.

4.3.1. Расчет обечайки

Исполнительная толщина цилиндрической обечайки должна удов­летворять условию устойчивости (3.I5):

где напряжение от сжимаемой осевой нагрузки

МПа

Допускаемое напряжение сжатия определяется по формуле (3.17):

где коэффициент определяют по формуле:

Параметр =0,028 (зависит от ), []*= 123 МПа при t = 300°С (см. табл. 2 приложения).

Для легированной стали при t = 200°С коэффициент продольной деформации (см. табл. 3.1) ,

Допустимое боковое давление обечайки определяется по формуле (3.19):

при соблюдении условия

где l₁- расчетная длина цилиндрической обечайки с коническим отбортованным днищем, рис.3.6,

м,

м (см. табл.6 приложения),

,

.

Проверяем условие

,

Поскольку условие соблюдается, определяем допускаемое давление по формуле:

Проверяем условие устойчивости обечайки

,

4.3.2. Расчет конического днища

Исполнительную толщину конического днища проверяют на устойчивость при действии наружного давления по формуле (3.26):

,

где [Р] - допускаемое наружное давление, определяемое по формуле (3.I9):

где l₃ - расчетная длина конического днища,

где Д₀ - диаметр отверстия в днище, Д₀ = 40мм (по заданию), тогда

Диаметр конического днища

Проверяем условие

Условие устойчивости для конического днища с толщиной стенки S₃=14мм соблюдается.

Окончательные размеры элементов корпуса: S₁=14мм; S₂=10мм; S₃=14мм; S₀=10 мм.

4.4 Подбор фланцев, прокладок и расчет фланцевых болтов

Подбираем приварные фланцы для крепления крышки к обечайке аппарата (см. рис.3.7) по следующим данным: давление в аппарате 2.5МПа; температура стенок аппарата t = 260°С; внутренний диаметр аппарата Д_{В =}700мм; толщина стенок обечайки S₁ и крышки S₂ равна, соответственно, 14 и 10 мм.

В аппаратe находится среда, обладающая взрыво-, пожароonacнocтью и токсичностью.

По OCT 26-427-79 (см.табл. 8 приложения) подбираем фланцы, приваренные стыковыми швами с уплотнительной поверхностью, выступ - впадина.

Для фланцев выбираем материал сталь X18Н10T, для шпилек -сталь 4Х12Н8МФБ, для гаек – X18Н10T.

Наибольшее рабочее давление в аппарате (тип Б) при выбранных материалах и температуре до 300 ⁰C равно 3,3 МПа при условном давлении МПа (см. табл. 9 приложения). Размеры фланцев, прокладок выбираем с учетом, что условное давление в аппарате 1,6 МПа. Размеры фланца при Р_Y = 1,6 МПа и Д_В=700 мм (см. табл. 8 приложения) следующие: Д_Н ⁼ 1980 мм; Д₁ = 1930мм; Д₃ = 1879 мм; Д_П = 1836 мм; Д_т = 1872 мм; d₀ = 27 мм; В₁ = 70 мм; В₂ = 75 мм; Н₁ = 125 мм; Н₂ = 130 мм.

Количество шпилек М24 - 84.

Фланец типа А приваривается к крышке, фланец типа Б - к обечайке стыковыми швами. Материал прокладки выбираем по табл.3.2. При наибольшей температуре в аппарате (200°С) и наибольшем давлении в аппарате (1,4 МПа) выбираем асбестоалюминиевую гофрированную прокладку, которая допускает 500°С и давление до 4 МПа. По ОСТ 26-431-79 (см. табл.11 приложения) выбираем размеры прокладки: Д_В = 1800 мм; Д₁. = 1881 мм; Д₂ = 1849 мм; а = 3,6 мм; а₁ = 4,5 мм.

Проверяем прочность шпилек М24 (84 штуки) из стали 4Х12Н8Г8МФБ.

Податливость шпильки

где l_Ш, - расчетная длина шпильки (см. рис. 3.7,б и. табл.8 приложения),

Площадь поперечного сечения шпильки

Податливость части прокладки, приходящейся на одну шпильку,

где Е _П= МПа.

Площадь прокладки, приходящейся на одну шпильку,

Коэффициент основной нагрузки

Усилие от давления в аппарате, приходящееся на одну шпильку,

где

Суммарное усилие на шпильку

где К_СТ- коэффициент затяжки запаса против раскрытия стыка, принят равным 1,4.

Допускаемая сила [F] для шпильки М24 из стали 4Х12Н8Г8МФБ при 200⁰С - 47 кН (см.табл. 12 приложения):

Условие прочности для выбранных шпилек выполняется.

4.5. Подбор лап вертикального аппарата

Определяем максимальный вес аппарата в условиях гидравлического испытания (аппарат заполнен водой):

где G_АП – вес аппарата,

где т_ОБ –масса обечайки, кг,

где т_КР - масса крышки ( при S₂=10 мм и Д_В=0,7 м т_КР=72,3 кг, см. табл.6 приложения );

т_ДН – масса конического днища( при S₃=14 мм и Д_В=0,7 м т_ДН=89,6 кг см. табл.6 приложения);

т_РУБ – масса рубашки (принимаем по рекомендации равной 1600 кг);

т_ДОП – масса дополнительных деталей (по рекомендации принимаем как 5% от массы обечайки);

G_В – вес воды в аппарате.

G_ПР – вес привода, Н. Включает в себя вес электродвигателя, редуктора, муфты и т. д. Так как в данном методическом указании в качестве привода принимаем (для примера) мотор-редуктор типа МП20-15 с массой 360 кг:

Максимальный вес аппарата с приводом.

Выбираем лапы стальные сварные подвесные типа I (табл.15 приложения) в количестве 4 штук. Тогда на одну лапу приходится

Лапа выдерживает нагрузку 10 кН, имеет опорную площадь 8950мм².

Удельная нагрузка на опорной поверхности лапы:

Допускаемая нагрузка на бетонную опору

Бетонная опора при выбранной опорной поверхности лап выдержит максимальный вес аппарата.