3.1.4. Толщина стенки днищ (крышек)

Для цилиндрических аппаратов, диаметр которых меньше 4 м, применяют эллиптические днища и крышки (рис. 3.2)

Рис. 3.2. Эллиптическое днище отбортованное.

Толщину стенки эллиптического днища определяют в его вершине, где поверхность имеет небольшой радиус кривизны, по формуле:

Для стандартных днищ с толщина стенки днищ близка и толщине стенки цилиндрической обечайки.

В данном случае толщину стенки верхнего и нижнего днища принимаем:

Принимаем 12 мм.

3.2. Проверка напряжений в стенке обечайки и днищах аппарата при проведении гидравлических испытаний

Напряжение в стенке обечайки определяется по формуле:

где гидравлическое давление в нижней части аппарата, МПа:

где пробное давление, МПа;

H – длина аппарата, м

Для сварных сосудов, работающих под давлением от 0,5 и более МПа [2]:

где допускаемые напряжения при нормальной температуре t=20 ( , [9], приложение 9);

допускаемые напряжения при расчетной температуре t=36 ( ).

Напряжение в стенке обечайки:

Следовательно, прочность аппарата обеспечена.

Из проведенного расчет следует, что принятой толщины стенки 12 мм достаточно для обеспечения прочности аппарата. Следовательно, принятый стандартный аппарат с толщиной стенки 16 мм подходит для проведения процесса.

3.2 Расчет опор горизонтального аппарата

Для горизонтальных аппаратов применяют нормализованные конструкции опор в количестве двух и более, в зависимости от длины аппарата. Опоры типа I и II (рис. 3.3) размещаются снизу аппарата и могут быть разъемными (левая сторона) или жестко соединенными с аппаратом (правая сторона).

Рис. 3.3. Типовые конструкции опор горизонтальных аппаратов.

Исходные данные:

-

-

-

-

-

- Материал корпуса и днища:

сталь ( ;

- среда:

В данном случае длина аппарата остается без изменения от температурных удлинений, следовательно, допускается подвижные опоры на аппарате не предусматривать.

В местах опор на корпус аппарата действуют сосредоточенные нагрузки (реакция опор), благодаря которым в аппаратах с имеется опасность местной потери устойчивости корпуса.

В данной главе мы расчетом проверим прочность и устойчивость корпуса аппарата при действии силы тяжести самого аппарата и его содержимого с учетом возможных дополнительных внешних нагрузок.

Расчет корпуса аппарата на изгиб от всех указанных нагрузок производится как у неразрезной балки кольцевого сечения постоянной жесткости, лежащей на соответствующем количестве опор. Наиболее частыми в практике химического аппаратостроения являются случаи установки горизонтальных аппаратов на двух и трех опорах.

В данном случае используем 2 опоры и составим расчётную схему нагрузок от действия силы тяжести (рис. 3.4):

Рис. 3.4. Схема к расчету корпуса горизонтального аппарата.

Вес заполненного водой аппарата при гидроиспытании определяется по формуле:

(3.8)

где вес цилиндрической части аппарата, МН;

вес днища, МН;

вес воды в аппарате, МН;

вес внутренних устройств (коллектора для сбора воды и нефти), МН.

Вес цилиндрической части определяется по формуле:

(3.9)

где

Вес воды рассчитывается по формуле:

(3.10)

где объем всего аппарата.

Вес внутренних устройств состоит в основном из веса сборника соленой воды, который состоит из 2-х труб, внутренний диаметр которых равен внутреннему диаметру штуцера вывода воды, т.е. , и из распределителя нефтяной эмульсии, который состоит из 4-х труб мм.

Вес распределителя эмульсии:

(3.11)

Вес сборника воды:

(3.12)

(3.13)

Реакции обеих опор равны, поэтому расчет произведем для любой опоры.

Реакция опоры:

(3.14)

Находим приведенную длину днища:

Находим расчетную длину аппарата:

Определяем расчетный изгибающий момент от силы тяжести:

Напряжение на изгиб в корпусе от силы тяжести определяем по формуле:

Выбираем ширину опоры типа II (см. рис. 3.3):

Момент сопротивления расчетного сечения стенки корпуса над опорой определяем по формуле:

Напряжение на изгиб в стенке аппарата от действия реакции опоры определяем по формуле:

т.е. следовательно, требуется усилить стенку над опорой накладкой.

Требуемый момент сопротивления усиленного сечения элемента стенки определяем по формуле:

Поскольку , принимаем толщину накладки . [9].

Расчетную площадь поперечного сечения стенки корпуса определяем по формуле:

Расчетную площадь поперечного сечения накладки определяем по формуле:

Момент инерции площади определяем по формуле:

Момент инерции площади определяем по формуле:

Расстояние от нижней поверхности накладки до центра тяжести площади определяем по формуле:

Расчетный момент сопротивления усиленного накладкой сечения корпуса определяем по формуле:

(3.26)

т.е. значения, определенного ранее, т.е. прочность не обеспечена. В этом случае следует в местах опор применить наружные кольца жесткости.

Конструкция кольца жесткости по рис. 3.5.

Рис. 3.5. Расчетное сечение стенки, укрепленное кольцами жесткости.

Угол обхвата корпуса опорой α=120°С.

Расчетный момент инерции составного поперечного сечения определяем по формуле:

Выбираем для кольца равнобокие угольники 56х56х4 по ГОСТу 8509-86.

Расстояние y определим из соотношения:

(3.30)

(3.31)

Момент инерции составного сечения:

(3.33)

То есть

Следовательно, прочность обеспечена.