1.3.2.9 Нижнее сечение корпуса

При проверке корпуса цилиндрического вертикального аппарата на прочность и устойчивость в нижнем сечении учитывают наибольший вес аппарата ( в нашем случае Q₂ = 1,28 МН ), а также суммарный изгибающий момент, действующий на аппарат выше этого сечения. Опасное сечение находится в районе сварного шва, которым приварен корпус к опоре. Следовательно, за изгибающий момент можем принять момент М’ = 0,23 МН  м.

При проверке устойчивости стенки корпуса допускаемое напряжение, предел текучести и модуль упругости следует принимать при рабочей температуре, т.е. []²⁰⁰ = 107,1 МПа;

²⁰⁰ = 0,85  210 = 178,5 МПа и Е²⁰⁰ = 1,81  10⁵ МПа,

D/2  (S - C) = 2,4 / 2  (0,018 - 0,003) = 80,

0,23  E/_т = 0,18  1,81  10⁵ / 178,5 = 182,5.

80 < 182,5

следовательно

.

Q_доп = 3,14  2,4  0,015  0,87  107,1 = 10,53 МН,

0,23  E/_т = 0,23  1,81  10⁵ / 178,5 = 233,2 ,

.

M_доп = 0,785  0,91  107,1  2,4  0,015 = 6,61 МН  м,

1,28/10,53 + 0,230/6,61 = 0,16 < 1.

следовательно, устойчивость формы нижней части аппарата обеспечивается.

1.3.3 Расчет опор вертикального аппарата (типа реактор)

При проектировании аппаратов выбирают типовые конструкции лап и стоек по таблицам ОСТа в зависимости от приходящейся на них расчетной нагрузки.

G = G_max / n , (1.38)

где G_max - максимальная сила тяжести аппарата вместе с содержимым при эксплуатации или гидравлических испытаниях; n - число лап или стоек.

После выбора опоры по действующей на нее нагрузке выполняют проверочный расчет.

В качестве примера приведем расчет подвесной лапы для вертикального цилиндрического аппарата, опирающегося на четыре лапы по следующим данным: диаметр аппарата D_вн = 2,0 м, высота - 12 м, толщина стенки - 0,02 м. Аппарат имеет внутреннюю изоляцию торкрет-бетона _изол.=150 мм, _бет. = 2300 кг/м³ и наружную изоляцию _изол =100 мм, _изол. = 550 кг/м³ . Внутри аппарата находится катализатор весом 12500 кг, материал корпуса и лап Ст.3. Лапы опираются на деревянные подкладки (q_ = 2 МН/м² ), число ребер z = 2, вылет опоры l = 0,25 м. Упрощенная схема аппарата приведена на рис. 1.17.

Рис. 1.17. Упращенная схема аппарата

Определим высоту цилиндрической части аппарата:

Н_ц = Н - 2h_дн (1.39)

где h_дн - высота днища, принимается по табл. 1.3

h_дн = h_В + h = 500 + 40 = 0,54 м ,

Н_ц = 12 - 2  0,540 = 10,92 м.

Поверхность эллиптического днища, его вес и объем жидкости принимаем по Приложение 6:

F_дн = 4,59 м² ; G_дн. = 746 кг; V_дн. = 1,17 м³

Вес металла цилиндрической части аппарата определяем по формуле

G_ц =  / 4  (D_н² - D_вн²)  Н_ц  _мет , (1.40)

где D_н,D_вн - соответственно наружный и внутренний диаметры аппарата, м; Н_ц - высота цилиндрической части аппарата, м; _мет - плотность металла, кг/м³ .

G_ц = 3,14 / 4  ( 2,04² - 2,0² )  10,92  785 = 10875 кг.

Общий вес аппарата

G_общ = G_ц + 2 G_дн = 10875 + 2  746 = 12367 кг.

Вес люков, штуцеров, опорно-распределительной решетки и других внутренних устройств принимаем равным 10-20 веса металла.

Общий вес металла аппарата составим

G_мет = 1,15  G_общ = 1,15  12367 = 14222 кг.

Вес наружной изоляции может быть определен по формуле

G_изол. = G_{изол. ц} + 2G_{изол. дн} , (1.41)

где G_изол.ц - вес изоляции на цилиндрической части аппарата, определяемой по формуле

G_изол.ц =D_нН_ц _изол _изол.= 3,14 2,04  10,92  0,1  550 = 3847 кг,

G_{изол.дн} = F_дн _изол _изол = 4,59  0,1  550 = 252 кг.

Общий вес наружной изоляции

G_изол. = 3847 + 2  252 = 4351 кг.

Аналогично определяется вес внутренней изоляции (вес торкрет-бетона).

G_изол.ц = D_нН_ц_изол_бет.= 3,14 2,0  10,92  0,15  2300 = 23659 кг,

G_{изол.дн} = F_дн  _изол  _бет = 4,59  0,15  2300 = 1583 кг,

G_изол. = G_изол.ц + 2G_{изол.дн} = 23659 + 2  1583 = 26826 кг.

Вес воды в аппарате (при гидроиспытании) может быть определен по формуле

G_вод =V _вод _вод =V _ц _вод +2V _дн _вод =  D_вн² /4 Н_ц _вод +2V _дн _вод =

= (3,14  2,0² )/ 4  10,92  1000 + 2 1,17 1000 = 36630 кг.

Так как вес воды в аппарате при гидроиспытании больше веса катализатора, то при расчете максимального веса аппарата принимается только вес воды.

Максимальный вес аппарата

G_max = G_мет + G_изол. + G_изол + G_вод =

= 14222 + 4351 + 26826 + 36630 = 82029 кг = 803884 Н = 0,8 МН.

Расчетная нагрузка на одну лапу

G = 0,8 / 4 = 0,2 МН

Для рассматриваемой опоры расчетом определяются: размеры ребер, напряжения в сварном шве и местные напряжения в цилиндрических стенках аппарата в местах присоединения к ним опор.

Отношение вылета к высоте ребра l / h рекомендуется принимать равным 0,5. Тогда

h = l / 0,5 = 0,25 / 0,5 = 0,5 м.

Расчетная толщина ребра S (м) определяется по формуле:

, (1.42)

где G - нагрузка на одну лапу, МН; k - коэффициент, зависящий от соотношения l / S; z - количество ребер в опоре (лапе), принимается из конструктивных соображений (обычно z = 2); l - вылет опоры (м), принимается из конструктивных соображений; []_u - допускаемое напряжение на изгиб, для углеродистых сталей принимается []_u = 110-160 Мн/м².

Значение коэффициента k в формуле для расчета величины рекомендуется принимать предварительно равным k = 0,6.

Если при этом величина S получается не менее l / 13, то расчетная величина S является окончательной. В противном случае значение коэффициента k необходимо уменьшить с перерасчетом толщины S и последующей проверкой l / S по графику рис. 1.18. Расчетная толщина ребра S округляется до ближайшего размера S по сортаменту. Толщина опорной части принимается не менее S.

Рис. 1.18. График определения коэффициента К

Расчетная толщина ребра лапы при К = 0,6

м

Отношение l / 13 = 0,25 / 13 = 0,0192 < S = 0,1 м, поэтому расчет является окончательным. Принимаем толщину ребра S = 0,1 м, толщину опорной плиты S = 0,1 м.

Зная допускаемую удельную нагрузку на опорную поверхность ( по условию q_ = 2 Мн/м² ), можно определить длину опорной плиты L₁ из условия

G = q_  L₁  l , (1.43)

где G - нагрузка на одну лапу, МН; l - вылет лапы, м; q_ - допускаемая удельная нагрузка на опорную поверхность, МН/м²; L₁ - длина опорной плиты.

L₁= G/ q_  l = 0,2 / (2  0,25) = 0,4 м.

Ребра привариваются к корпусу сплошным круговым швом c катетом

h_ш = 0,7  S _ап = 0,7  0,02 = 0,014 м,

где S _ап - толщина стены аппарата, к которой привариваются ребра.

Общая длина сварного шва

L_ш = 4(Н + S) = 4(0,94 + 0,1) = 4,16 м.

Прочность сварного шва проверяется по формуле

G < 0,7  L_ш  h_ш  _ср , (1.44)

где L_ш - длина сварного шва, м; h_ш - катет сварного шва, м; _ср-напряжение среза,принимается равным 70-80 МН/м² ; G - нагрузка, приходящаяся на одну опору, МН.

В рассматриваемом случае

G = 0,2 МН < 0,7  4,16  0,014  80 = 3,25 МН, т.е. прочность обеспечена.