Механический расчет реактора пвд

Механический расчет реактора высокого давления типа «труба в трубе».

1Расчет на прочность цилиндрической однослойной обечайки.

Расчет ведем для непосредственно горизонтальной цилиндрической части и колена реактора.

Исходные данные:

Материал реактора 30CrNiMo8V

Температура внутри аппарата t=295 ⁰С

Предел текучести σ_Т =850 МПа

Предел прочности материала σ_В=925 МПа

Модуль упругости материала при t=20 ⁰С- Е=200000 МПа

Модуль упругости материала при t=295 ⁰С Е_Т= 191000МПа

Внутренний диаметр трубы D=0,05 м.

Радиус колена Rр=2 м

Величина учитывающая утончение стенки от коррозии при дальнейшей эксплуатации с= 2 мм

1. Расчет применим для цилиндрических обечаек при условии:

[7, с.2]

1.2 Толщину цилиндрической однослойной обечайки следует рассчитывать по формулам:

[7,c.2]

где С=2 мм- сумма прибавок к расчетной толщине обечайки или днища, мм (см);

D=50 мм- внутренний диаметр сосуда или аппарата, мм (см);

S- испонительная толщина цилиндрической обечайки, мм (см);

- расчетный коэффициент толстостенности;

1.3 Kоэффициент толстостенности следует рассчитывать по формуле:

[7,c.3]

Значения выбирают по справочному [7, c.6,т.1]

1.4Допускаемое давление следует рассчитывать по формуле

где

.

P=250 МПа - расчетное давление в сосуде или аппарате, МПа (кгс/см²);

- допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа (кгс/см²);

• =0,9- коэффициент прочности сварных соединений.

• - допускаемое давление, МПа (кгс/см²);

• =min{ σ_Т|n_T; σ_В|n_В}

где n_T, n_В-коэффициент запаса прочности n_T=1,5

• =850/1,5=370,8 МПа

• =exp(250/370,8∙0,9)=2,04

S_R=0.5∙50(2,04-1)=25,5мм

S=25,5+4=30мм

β=(50+2∙25,5)/50=2,02

[p]=370,8∙0,9∙0,8=255,6 МПа

Р=250 МПа Удовлетворяет всем условиям.

2. Расчет фланцевых соединений для реактора

Исходные данные

d₀=110мм- внутренний диаметр фланца;

d_H=400мм- наружный диаметр фланца;

d_б=315мм- диаметр расположения болтов;

h=95мм- высота фланца;

S₀=30 мм-толщина стенки аппарата;

b_б=42мм-диаметр болта;

n=8 количество болтов;

t=295 ⁰C-расчетная температура;

Р=250 МПа- давление в аппарате;

С=2,5мм- прибавки для компенсации коррозии;

F=249,3 кН- сила затяжки болта;

Е=199000 МПа Модуль упругости материала при t=20⁰C;

Е_Т= 181000МПа Модуль упругости материала при t=295⁰C;

Е_б=210000 МПа Модуль упругости материала болта при t=20⁰C;

Е_Тб= 201000МПа Модуль упругости материала болта при t=295⁰C;

α_ф=12,7∙10^-6 1/⁰C-коэффициент линейного расширения материала фланца;

α_б=11,9∙10^-6 1/⁰C- коэффициент линейного расширения материала болта;.

Материал фланца -25ХМФ;

Материал болта- сталь 35.

2.1Расчет вспомогательных величин

S_э= S₀=30 мм

Коэффициенты

λ=h/√ d₀∙ S_э=95/√110∙30=1.65

j=h/S_э=95/30=3.16

К= d_H/ d₀=400/315=1,26 а зная это значение определяем ψ₁ =1,1 [6,с.28,г.6]

2. Приведенная нагрузка на фланец при затяжке соединения и рабочих условиях определяем:

P₁=P₂=(K∙ d₀∙F)∙([d_б/d₀]-1)/[(K-1)∙ d_б]=(1.26∙110∙2.493)∙([315/110]-1)/[(1.26-1)∙315]=7,85 МН [5,с.569,ф.21.65]

2. Вспомогательная величина в нашем случаи Ф₁=Ф₂=Ф

Ф=P∙ ψ₁/σ_Т [5,с.568,ф.21.35]

где σ_Т=199,3 МПа предел текучести при t=20⁰C;

Ф=7,85∙1,1/199,3=43,4∙10^-4м²

2. Рассчитываем расчетную минимальную высоту фланца по двум формулам [5,с.576,ф.21.66] и [5,с.576,ф.21.67]:

h′=√Ф=√43,4∙10^-4=0,07м

h′=0,43∙³√ d₀∙Ф=0,033

Выбираем наибольшее значение.

2. Расчет компенсаторов линзовых и сальниковых.

Определим необходимость использования линзового компенсатора

Исходные данные: D=63 мм, D1=66мм, d=50мм, b=3.6 мм, l=7мм, L=30 мм F= 24∙10^-4м² [5,с.653,т.26.4];

σ_им=150 МПа- допускаемое напряжение на изгибе материала.

3.1 Предварительно находим К, К₁, К₂, по [5,с.645,г.26.2]:

β= D/(D+2S)=50/110=0,5, тогда

К=1,1, К₁=5, К₂=6,

3.2 Номинальная толщина стенки линзы определяется по формуле [5,с.645,ф.26.19]:

s′=0.895∙К∙ D√P/ σ_им=0,895∙1,1∙ 0,05√250/ 150=0,033 м

с учетом всех прибавок получаем что s=35 мм

3.3 Реакция компенсатора по формуле [5,с.648,ф.26.20]:

Р_к=4,9∙ σ_им∙s²/(1- β)= 4,9∙ 150∙0,035²/(1- 0,5)=1,8 МН

3.4 Распор от давления среды в линзах по формуле [5,с.648,ф.26.21]:

Р_P=0,8∙ К₁∙Р∙D² =0,8∙ 5∙250∙0.05² =2.5 МН

3.5 Деформация корпуса определяется по формуле [5,с.645,ф.26.12]

Δ_Т= Р_к ∙l/F∙ Е_Т=1,8∙7/181000∙24∙10^-4=0,029мм

6. Деформация корпуса от действия сил Р и Р_Р по формуле [5,с.645,ф.26.14]:

Δ_Р=( Р_к + Р_Р) ∙l/F∙ Е_Т=(1,8+∙2,5)∙7/181000∙24∙10^-4=0,075мм

6. Деформация компенсатора определяется по формуле [5,с.645,ф.26.16]:

Δ_к= Δ_Т+ Δ_Р=0,075+0,029=0,104 мм

6. Деформация одной линзы определяется по[5,с.648,ф.26.22]:

Δ_л=0,075∙ К₂∙ σ_им∙ D²/ Е_Т∙s=0,075∙ 6∙ 150∙ 0,05²/ 1,81∙0,035=0,026мм

6. Расчетное количество линз:

z′=Δ_к/ Δ_л=0,104/0,026=4- с предварительной деформацией линз

z′=2 Δ_к/ Δ_л=2∙0,104/0,026=8 без предварительной деформации линз

6. Расчет сальникового компенсатора

Выбираем сальники для уплотнение труб со стальным аппаратом , работающих под давлением из таблицы [5,с.657,т.26.6]:

Исходные данные:

D_c= D_в=125 мм, Р_r=2.8- давление в рубашке;

Расчетная толщина набивки сальника по [5,с.658,ф.26.23]:

s′_с=1,4√ D_c=1,4√ 125=15,65мм примем s_с=19мм

Высота набивки h=4∙ s_с=4∙19=76мм

Удельные нагрузки нажимной втулки на набивку определяются по таблице [5,с.658,т.26.8]: q=5 МПа

Высота втулки h₁= h∙0.75=0.75 ∙76=57мм

Расчет силы прижатия набивки определяем по [5,с.658,ф.26.24]:

Р′_с =π(D_c+ s_с) s_сq= 3,14(0,05+ 0,019) 0,019∙5=0,205 МН.

4. Расчет напряженного состояния колена в рабочих условиях от действия внутреннего давления

Главные напряжения:

4.1 в тангенциальном направлении:

σ_τ=(1+d₀/D²)∙P/(β_r²-1)=(1+110²/50)∙250/(2,04²-1)=554,26 МПа

4.2 в радиальном направлении:

σ_r=(1-d₀/D²)∙P/(β_r²-1)=(1-110²/50)∙250/(2,04²-1)=318,02 МПа

4.3 в осевом направлении:

σ_z= P/(β_r²-1)= 250/(2,04²-1)=88.12 МПа

Нагрузка, Расчет опорных лапок

Определяем основные размеры опоры для вертикального цилиндрического аппарата, подвешенного на четырех лапках, по следующим данным:

Нагрузка воспринимаемая одной лапкой G=0,01625 МН;

Материал корпуса аппарата и лап [σ]=220 МПа;

Число ребер в лапе z=2;

Вылет опоры l=0,25 м;

Толщина стенки цилиндрического аппарата S=30 мм

Диаметр корпуса D=4 м.

6.1 Принимаем отношение вылета лапы к высоте ребра l/h=0,5

Расчетную толщину лапы при к=0,6 по [5,c.677,ф.29.1]

s′=2,24 G /к∙z∙[σ]∙ l=2,24∙0,01625/0,6∙2∙220∙0,5=0,018 м

С учетом прибавки на коррозии s′=0,020м

6.2 Расчетная ширина опорной плиты лапы

b′= G /l∙q=0,01625/2∙0,0180=0,900м

3. Ребра привариваются к корпусу сплошным круговым швом с катетом h_ш=8мм. При этом общая длина шва составляет

L_ш=4∙( h+S)=4∙0,92=3,68м

3. Прочность сварного шва проверяется по [5,c.679,ф.29.2]:

G=0,01625‹0,7∙ L_ш∙ h_ш∙τ=0,7∙ 3,68∙ 0,008∙80=1,64 МН

Т. е. прочность обеспечивается.

7. Расчет лаза

Определяем основные размеры плоской фланцевой крышки для лаза по следующим данным:

D_в=400мм, D_п=450мм, F_б=1,364МН, Р=1,9 МПа, материал крышки [σ]=140 МПа

Диаметр болта М24 и число болтов z=24

Определяем коэффицент К₁ в формуле [5,c.695,ф.23.1] по графику [5,c.695,ф.23.5] получаем что К₁= 0,29

Номинальная расчетная высота

h_к= К₁√ F_б /[σ]=0,29√1,364/140=0,046м

Высота крышки по месту уплотнения

h= h_к+с=0,046+0,002=0,048

Рассчитаем наружный диаметр крышки по [5,c.643,ф.21.32]

Из таблицы [5,c.565,т.21.18]для болтов М24 находим величину а=0,045мм.

D_ф= D_б+а= 0,0,5+0,045=0,545м Принимаем D_ф=545мм

Подпись и дата Инв. № дубл. Взам. инв. № Подпись и дата Инв. № подл.

ПЭВД 000.000.000 ПЗ

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Технологический расчет

Литера

Лист

Листов

Разраб.

Зайнуллин А.

1

13

Проверила

Булкин В.А.

КНИТУ, каф.МАХП группа 2221-31

Н. контр.

Рецензен

Утв.

.