Материал
элемента аппарата
|
Допускаемые
напряжения, МПа
|
|
|
|
Сталь 12Х18Н10Т (корпус, фланцы,
патрубки)
|
184
|
157,5
|
Сталь 12Х18Н10Т (болты)
|
110
|
97
|
Допускаемые напряжения определены по пособию [2].
3.1.3 Рабочее, расчетное и пробное давления
Рабочее давление
в аппарате при температуре среды 220 °С = 0,85 МПа.
Давление при
полном открытии предохранительного клапана
= 1,15 , (1)
= 1,15 · 0,85 = 0,977 МПа.
Элементы аппарата
должны рассчитываться на давление, составляющее 90% давления при полном
открытии клапана
0,9 = 0,9 ·0,977 = 0,88 МПа.
Гидростатическое
давление среды с учетом высоты штуцера перелива, МПа
, (2)
где rс - плотность среды, кг/м3;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
Нс - высота столба жидкости в аппарате, м.
Н = h + h ш+ К3,
(3)
где h - высота
цилиндрической части аппарата, м [1];
h ш - высота штуцера перелива, м;
К3 - высота конического днища со штуцером выхода
среды, м.
Н = 1,8 + 0,05 + 1,035 = 2,885 м.
= 2000 · 9,81·2,885 × = 0,057 МПa.
Гидростатическое
давление в аппарате составляет более 5% от рабочего давления
0,057 МПа >
0,05 · 0,85 = 0,0425 МПа,
поэтому при
дальнейших расчетах учитывается.
Расчетное
давление
Р = 0,88 + 0,057
= 0,937МПа.
Принимаем
расчетное давление Р = 0,94 МПа.
Пробное давление,
при котором проводится испытание аппарата
Рпр =
1,25×Р×. (4)
Рпр=
1,25·0,99 · = 1,37 МПа.
Расчетное
давление при испытании Ри равно пробному давлению, так как
гидростатическое давление воды при испытании составляет менее 5% от пробного
давления
, (5)
где Нв
- высота столба воды в аппарате при испытании, м.
Определяем высоту
от фланцевого разъема штуцера выхода среды до фланцевого разъема люка как общую
высоту аппарата за вычетом высоты крышки с ручкой и болтов
м.
МПа.
0,037 МПа <
0,05 ·1,37 = 0,0685 МПа.
Расчетное
давление при испытании Ри равно пробному давлению, так как
гидростатическое давление воды при испытании составляет менее 5% от пробного
давления. При выполнении условия
Ри £ 1,35×Р×, (6)
расчет аппарата
на прочность в условиях испытания проводить не требуется.
1,37 < 1,35×0,94×=1,48;
1,37 МПа <
1,48 МПа.
Условие (6)
выполняется, следовательно, расчет на прочность производим только для рабочих
условий.
3.1.4 Коэффициент прочности сварных швов
Коэффициент прочности сварных швов jР определяется в
зависимости от группы аппарата по пособию [2].
При расчетном давлении 0,94 МПа и расчетной температуре 220 °С для взрывобезопасной,
пожаробезопасной, вредной рабочей среды 2 класса опасности по пособию [2] определяем группу
аппарата - 1.
Для аппаратов 1 группы длина контролируемых швов составляет
100% от общей длины швов.
Для стыковых швов с двусторонним сплошным проваром,
выполняемых автоматической и полуавтоматической сваркой коэффициент прочности
сварных швов jР = 1.
3.1.5 Прибавки к расчетным величинам
конструктивных элементов
Прибавка для компенсации коррозии С1 принята
исходя из максимально допускаемой скорости проникновения коррозии со стороны
рабочей среды П = 0,05 мм/год.
Для элементов корпуса, подверженных коррозии со стороны
рабочей среды, прибавка на коррозию составит
С1 = П ×t = 0,05× 20 = 1 мм.
Прибавки С2 для компенсации минусового допуска
принимаются в зависимости от толщины листового проката [2]. Прибавку С2
учитываем в том случае, когда ее значение превышает 5% от номинальной толщины
листа. Общую прибавку к расчетным толщинам определяем по формуле
С = С1 + С2. (7)
3.2 Расчет цилиндрической обечайки
Расчет толщины стенки обечайки от действия внутреннего
давления
Расчетная толщина
стенки , мм
, (8)
где P - расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;
D - внутренний
диаметр обечайки, мм.
мм.
Исполнительная
толщина стенки
S ³ S Р + С, (9)
где
С = С1
+ С2 = 1 + 0,8 = 1,8 мм.
S ³ 4,79 + 1,8 = 5,63 мм.
С учетом
стандартной толщины листа принимаем исполнительную толщину стенки обечайки S =
8 мм.
Допускаемое внутреннее давление
, (10)
МПа.
Проверка условия
прочности по внутреннему давлению
, (11)
0,94 МПа < 1,2 МПа.
Условие прочности
выполняется.
3.2.2 Проверка условий применения расчетных формул
Полученное в
результате расчетов значение S должно удовлетворять условию
, (12)
Условие (12)
выполняется.
3.3 Расчет эллиптического днища
3.3.1 Расчет толщины стенки днища
Расчетная толщина
днища , мм
, (13)
где R - радиус
кривизны в вершине днища, мм.
R = D = 1000 мм.
мм.
Исполнительная
толщина днища
, (14)
где
С = С1 +
С2 = 1 + 0,8 = 1,8 мм.
мм.
Принимаем = 8 мм.
3.3.2 Определение допускаемого давления
Допускаемое давление для принятого значения S1
, (15)
МПа.
Проверка условия
прочности по формуле (11)
0,94 МПа < 1,2
МПа.
3.3.3 Проверка
условий применения расчетных формул
Полученное в
результате расчета значение толщины S1 должно удовлетворять условию
, (16)
0,002 < 0,004
< 0,100.
Условие (16)
выполняется.
3.4 Расчет
конического днища
3.4.1 Расчет
толщины стенки днища
По пособию [2] для конического отбортованного днища внутренним диаметром D =
1600 мм и углом при вершине конуса 2a = 90° радиус отбортовки составляет r = 200 мм.
Расчетный диаметр
гладкой конической обечайки
, (17)
где а1
- расчетная длина переходной части, мм.
. (18)
Исполнительная
толщина стенки тороидального перехода SТ для предварительного
расчета принята равной исполнительной толщине стенки цилиндрической обечайки S.
SТ = S
= 8 мм.
мм.
мм.
Расчетная толщина
стенки , мм
, (19)
где - расчетный коэффициент прочности сварных
швов.
Для соединения с
тороидальным переходом
, (20)
где - коэффициент прочности кольцевого
сварного шва.
мм.
Исполнительная
толщина конического днища
, (21)
мм.
= 8 мм.
Полученное в
результате расчета значение совпадает со значением , принятым для предварительного расчета.
Окончательно,
исполнительная толщина конического днища, нагруженного внутренним избыточным
давлением, = 8 мм.
Допускаемое
внутреннее давление
, (22)
МПа.
Проверка условия
прочности по формуле (11)
0,94 МПа <
0,97 МПа.
3.4 Расчет
соединения обечаек с тороидальным переходом
Для стандартного
конического днища [2] толщина стенки тороидального перехода
8 мм.
Допускаемое
внутреннее или наружное давление из условия прочности переходной части
, (23)
где - коэффициент формы.
, (24)
где
; (25)
, (26)
Вычисляем
коэффициенты формы:
.
Допускаемое
внутреннее и наружное давление по формуле (23)
МПа.
Проверка условия
прочности по формуле (11)
0,94 МПа <
0,97 МПа;
Условие прочности
выполняется.
Расчет соединения
штуцера с конической обечайкой
Расчетная толщина
стенки штуцера
, (27)
где - коэффициент формы;
- коэффициент прочности сварного шва, для
штуцера = 1;
d - внутренний диаметр штуцера, мм.
Внутренний
диаметр штуцера определяем по наружному диаметру и толщине стенки патрубка
штуцера.
, (28)
где - наружный диаметр трубы.
Для трубы Æ 159´6
d = 159 - 2 × 6 = 147 мм.
Коэффициент формы
. (29)
Коэффициент определяется в зависимости от отношения
, (30)
где c - отношение допускаемых напряжений при
расчетной температуре материала днища и штуцера
. (31)
Для штуцера из
стали 12Х18Н10Т МПа.
,
тогда
. (32)
Коэффициент определяется по формуле
(33)
Коэффициент определяем по формуле (32), а - по формуле (29):
Расчетная толщина стенки штуцера по формуле (44)
мм.
Толщина стенки
штуцера с учетом прибавки к расчетной толщине
мм
Выбранная
предварительно труба Æ 159´6 удовлетворяет условию прочности.
Допускаемое
внутреннее избыточное давление из условия прочности
, (34)
МПа.
Проверка условия
прочности по формуле (16)
0,94 МПа < 6,4
МПа.
Условие прочности
выполняется.
3.5 Расчет
укрепления отверстий
3.5.1 Расчет диаметра одиночного отверстия, не
требующего укрепления
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего
укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда
, (35)
где - расчетная толщина укрепляемого
элемента, мм;
где - расчетная толщина укрепляемого
элемента, мм;
S -
исполнительная толщина укрепляемого элемента, мм;
С - сумма
прибавок к расчетной толщине, мм;
- расчетный диаметр укрепляемого
элемента, мм.
Для цилиндрической
обечайки корпуса = D = 1600 мм,
мм.
Для верхнего
эллиптического днища аппарата
, (36)
где х -
расстояние между осями днища и штуцера, мм.
Для штуцеров Б,
Д, Е, Ж, И, К, Л при х = 580 мм
мм.
Расчетная толщина
эллиптического днища в месте расположения штуцеров
. (37)
мм.
мм.
Для люка А при х
= 360 мм
мм.
Расчетная толщина эллиптического днища в месте расположения
люка
мм.
мм.
3.5.2 Проверка необходимости укрепления отверстий
Отверстие не требует укрепления, если выполняется условие
, (38)
где - расчетный диаметр отверстия.
Для штуцера
перелива Г и штуцера выхода среды В2 (dУ = 150
мм), расположенных на цилиндрической обечайке, ось которых совпадает с нормалью
к поверхности, расчетный диаметр
, (39)
где d -
внутренний диаметр штуцера, мм;
СS - сумма прибавок к расчетной толщине
стенки штуцера, мм.
Расчетная толщина
стенки штуцера
, (40)
где Р -
внутреннее избыточное давление, МПа;
СS - сумма прибавок к расчетной толщине
стенки штуцера, мм;
- допускаемое напряжение материала
штуцера при расчетной
температуре, МПа;
- коэффициент прочности сварных швов (для
труб = 1).
Для стали
12Х18Н10Т = 157,5 МПа [2].
Для штуцеров Г и
В2 принята труба Æ
159´6 [5].
мм.
Исполнительная
толщина стенки нагруженной части штуцера
, (41)
где
СS = CS1 + CS2. (42)
При расчете
толщины стенки штуцера прибавка для компенсации коррозии СS1 принимается равной прибавке С1, используемой в
предыдущих расчетах.
Прибавка для
компенсации минусового допуска СS2 для труб
принимается равной 15% от толщины стенки трубы.
СS = 21+ 0,15×6 = 1,9 мм.
S1 ³ 0,45 + 1,9 = 2,35 мм.
Расчетный диаметр
= 147 + 2×1,9 = 150,8 мм.
150,8 мм <
98,5 мм.
Штуцера Г и В2
требуют укрепления, т. к. не выполняется условие (38).
Для смещенных
штуцеров входа среды Б и передавливания среды Д (dУ = 80 мм), расположенных на верхнем эллиптическом днище,
принята труба Æ 89´4.
Расчетный диаметр
для смещенных штуцеров на эллиптическом днище
, (43)
95,15 мм <
215,2 мм.
Условие
выполняется, т.е. штуцера не требуют укрепления.
Для штуцеров Е,
Ж, И, К, Л (dУ = 50 мм). расположенных на верхнем эллиптическом
днище аппарата принимаем трубу Æ
57´3.
мм.
Толщина стенки
наружной части штуцера
S1 ³ 0,16 + 1,45 = 1,61 мм.
мм.
Условие (20) выполняется:
60,9 мм < 215,2 мм,
т.е. штуцера Е, Ж, И, К, Л не требуют укрепления.
Для люка А, расположенного на верхнем эллиптическом днище
аппарата, расчетная толщина стенки обечайки люка по формуле (40)
мм,
S1 ³ 1,5 +1,8 = 3,3 мм
Для люков на
условное давление 1,0 МПа рекомендуется толщина стенки обечайки S1 =
8 мм [6].
Расчетный диаметр
для люка, как смещенного штуцера на эллиптическом днище
мм.
Люк А требует
укрепления, т. к. условие (20) не выполняется:
519,3 мм
>164,3 мм.
3.5.3 Расчет
укрепления люка
Условие
укрепления одиночного отверстия
(44)
Расчетные
величины, входящие в условие укрепления определяем по приведенным ниже
формулам.
Расчетная длина
внешней части люка
, (45)
где - высота обечайки люка над днищем, мм.
мм.
Расчетная длина
внутренней части люка = 0.
Расчетная ширина зоны укрепления
, (46)
где
, (47)
мм;
Расчетный диаметр
, (48)
мм;
Отношения
допускаемых напряжений:
для внешней части
люка
; (49)
для накладного
кольца
; (50)
для внутренней
части люка
, (51)
где - допускаемое напряжение материала внешней
части люка при расчетной температуре, МПа;
- допускаемое напряжение материала
накладного кольца при расчетной температуре, МПа;
- допускаемое напряжение материала
внутренней части люка при расчетной температуре, МПа.
Так как люк,
накладное кольцо и укрепляемый элемент (эллиптическое днище) выполнены из
одного материала, то
Рекомендуемым
вариантом укрепления является укрепление без использования накладного кольца. В
этом случае толщина накладного кольца S2 принимается равной нулю.
Условие
укрепления люка без использования накладного кольца
69,8×(8 - 1,5 - 1,8)×1 + 0 + 0 + 135,2×(8 - 4,4 - 1,8) ³ 0,5×(519,3 - 54,1)×4,4;
571 < 1024 мм2.
Условие
укрепления (44) не выполняется.
При использовании
для укрепления накладного кольца площадь сечения накладного кольца приближенно
определяется как разность:
1024 - 571 = 453
мм2.
При толщине
накладного кольца S2 = 8 мм минимальная ширина накладного кольца мм, принимаем = 60 мм.
Расчетная ширина накладного кольца
, (52)
Условие
укрепления с учетом накладного кольца выполняется
571 + 8×60×1 ³ 1051 (мм2),
1051 > 1024
(мм2).
Допускаемое
внутреннее избыточное давление определяем при значении коэффициентадля эллиптического днища. Коэффициент
понижения прочности определяем по формуле
МПа.
Проверяем условие
прочности
,
(МПа).
Условие прочности
выполняется.
Расчет укрепления
штуцеров Г и В2
Расчетная длина
внешней части штуцеров
мм.
Расчетная длина
внутренней части штуцера = 0.
Расчетная ширина зоны укрепления
мм;
Расчетный диаметр
мм;
Отношения допускаемых напряжений:
Условие
укрепления штуцеров без использования накладного кольца
31,1×(6 - 0,45 - 1,9)×1 + 0 + 0 + 99,6×(8 - 4,78 - 1,8) ³ 0,5×(150,8 - 39,8)×4,78;
254 < 266 мм2.
Условие
укрепления (44) не выполняется.
При использовании
для укрепления накладного кольца площадь сечения накладного кольца приближенно
определяется как разность:
266 - 254 = 12 мм2.
При минимальной
толщине накладного кольца S2 = 6 мм принимаем ширину накладного
кольца = 40 мм.
Расчетная ширина
накладного кольца
мм.
Условие
укрепления с учетом накладного кольца выполняется
254 + 6×40×1 ³ 494 (мм2),
494 > 266 (мм2).
Допускаемое
внутреннее избыточное давление определяем при значении коэффициента для эллиптического днища. Коэффициент
понижения прочности определяем по формуле
МПа.
Проверяем условие
прочности
,
(МПа).
Условие прочности
выполняется.
3.5.4 Учет
взаимного влияния отверстий
Отверстие
считается одиночным, если расстояние между наружными поверхностями близлежащих
штуцеров удовлетворяет условию
, (53)
где b -
фактическое расстояние между наружными поверхностями близлежащих
штуцеров, мм;
и - расчетные диаметры укрепляемого элемента по центрам укрепляемых
отверстий, мм;
S - толщина
укрепляемого элемента, мм;
С - сумма
прибавок к толщине укрепляемого элемента, мм.
Расстояние между
двумя близлежащими штуцерами Б и Ж (Д и К) на верхнем эллиптическом днище
аппарата (рис. 1) определяем по теореме косинусов:
(54)
мм.
Расчетные
диаметры
= = 2491 мм.
Проверяем условие
(53)
мм.
Условие (53) не
выполняется:
227,2 мм <
248,5 мм,
следовательно,
отверстия являются взаимовлияющими.
Расстояние между
штуцерами Е и Ж
мм.
Условие (53) не выполняется:
243,2 мм < 248,5 мм, следовательно, отверстия являются взаимовлияющими.
мм.
Проверяем условие
(53):
для штуцера Б
= 2491 мм;
для люка А
= 2947 мм;
;
380,1 мм > 259
мм.
Условие (53)
выполняется, т.е. отверстия не являются взаимовлияющими.
Расчет перемычки
между штуцерами
Допускаемое
давление для перемычки
, (55)
где = 2 - для выпуклых днищ;
V - коэффициент понижения прочности.
, (56)
где = 1 для выпуклых днищ.
Расчетные
величины для определения коэффициента понижения прочности определяем по
приведенным ниже формулам.
Для штуцеров Е и
Ж:
Расчетную длину
внешней части штуцеров определяем по формуле (45)
мм.
Расчетная ширина
укрепляющего кольца
. (57)
Отношения
допускаемых напряжений
=1.
Расчетная длина
внутренней части штуцера
. (58)
Расчетные
диаметры отверстий
= 60,9 мм.
Расчетные
диаметры укрепляемого элемента
2491 мм.
Коэффициент
понижения давления для перемычки
Допускаемое
давление для перемычки
МПа.
Проверяем условие
прочности
0,94 МПа < 1,5
МПа.
Условие прочности
выполняется. Перемычка не требует дополнительного укрепления.
Для штуцеров Ж и
Б:
Расчетную длину
внешней части штуцеров определяем по формуле (45)
мм; мм.
Расчетная ширина
укрепляющего кольца
. (59)
Отношения
допускаемых напряжений
=1.
Расчетная длина
внутренней части штуцера
. (60)
Расчетные
диаметры отверстий
Расчетные
диаметры отверстий
60,9 мм, мм.
Расчетные
диаметры укрепляемого элемента
2491 мм.
Расчет перемычки
между люком и штуцером
Коэффициент
понижения давления для перемычки
Допускаемое
давление для перемычки
МПа.
Проверяем условие
прочности
0,94 МПа < 1,4
МПа.
Условие прочности
выполняется. Перемычка не требует дополнительного укрепления.
3.6 Расчет фланцевого соединения люка
3.6.1 Определение расчетных параметров
По расчетному давлению 0,94 МПа и расчетной температуре 220
°С для аппарата 1 группы принимаем плоский приварной фланец из стали 12Х18Н10Т
с уплотнительной поверхностью типа шип-паз на условное давление 1,0 МПа [3].
Расчетная температура изолированного фланца [3]:
tф = t = 220 °С.
Расчетная температура болтов
tб= 0,97×t, (61)
tб = 0,97×220 = 213,4°C.
Допускаемое напряжение для материала болтов (Сталь 12Х18Н10Т)
при расчетной температуре определяем по методическим указаниям [3]:
МПа.
Допускаемые
напряжения для материала фланца в сечении S0:
в рабочих
условиях
, (62)
где - минимальное значение предела текучести и
временного
сопротивления
(предела прочности) материала фланца при
расчетной
температуре,
МПа;
в условиях
затяжки
, (63)
где - минимальное значение предела текучести и
временного
сопротивления
(предела прочности) материала фланца при
температуре 20° С,
МПа.
Расчет фланцевого
соединения для условий испытаний не производится,
так как
выполняется условие (6)
1,37 < 1,35× МПа.
3.6.2. Определение вспомогательных величин
Эффективная ширина прокладки
b0 = при £ 15 мм, (64)
где - исполнительная ширина прокладки.
Во фланцевом соединении применяется прокладка из паронита
исполнения 1 по стандарту [3]:
мм,
b0 = 12,5 мм.
Линейная
податливость неметаллической прокладки, мм/Н
, (65)
где - толщина прокладки, мм [3];
- коэффициент обжатия прокладки [3];
- условный модуль сжатия прокладки, МПа [3];
- средний диаметр прокладки, мм.
мм.
мм/Н.
Податливость
болтов, мм/Н
, (66)
где - расчетная длина болта, мм;
- модуль продольной упругости материала
болта при температуре
20 °С, МПа;
fб - площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру
резь-
бы, мм2;
n - количество
болтов;
- расстояние между опорными поверхностями
гайки и головки болта, мм;
d - наружный диаметр болта, мм.
МПа; d = 20 мм; n = 24; fб = 225 мм2;
мм;
мм.
1/Н×мм.
Эквивалентная
толщина плоского приварного фланца
SЭ = S0 = 8 мм.
Угловая
податливость фланца
,
где
; (67)
; (68)
; (69)
; (70)
. (71)
;
1/Н×мм.
Угловая
податливость плоской крышки
, (72)
где
, (73)
где - толщина плоской крышки соответственно в
зоне уплотнения и на наружном диаметре, мм [7].
; (74)
;
;
1/Н×мм.
Плечи моментов
сил, мм
, (75)
мм;
, (76)
мм.
Коэффициент
жесткости фланцевого соединения с плоской крышкой
, (77)
где
. (78)
,
.
3.6.3 Расчет нагрузок
Равнодействующая внутреннего избыточного давления, Н
, (79)
Н.
Реакция прокладки
в рабочих условиях, Н
, (80)
где m -
коэффициент, определяемый по пособию [3].
Н.
Нагрузка,
возникающая от температурных деформаций фланцевого соединения, Н
, (81)
Qt=, (81)
где
, (82)
- коэффициенты линейного расширения
материала фланца, крышки и болтов соответственно, 1/ °С [3].
17,2 × 10-6 1/ °С;
= 17,14 × 10-6 1/ °С.
Болтовая нагрузка
в условиях монтажа
Рб = max {Рб1; Рб2; Рб3}, (83)
где Рб1
- болтовая нагрузка от совместного действия давления, осевой
сжимающей силы и
изгибающего момента, Н;
Рб2 -
болтовая нагрузка, необходимая для начального смятия прокладки, Н;
Рб3 -
болтовая нагрузка из условия обеспечения прочности болтов, Н.
Рб1 , (84)
где F -
внешнее осевое усилие, Н;
М - внешний
изгибающий момент, Н×мм.
Рб1 =
1,667 ×(2,236·105 + 0) + 5,08·104
= 4,248·105 Н.
Рб2 =, (85)
Рб2 =
0,5×3,14×550,5×12,5×20 = 2,162·105 Н.
Рб3 = , (86)
Рб3 =
0,4 ×110 ×24 ×225 =
2,376·105 Н.
Рб = Рб1
= 4,248·105 Н.
3.6.4 Расчет
болтов
Условие прочности
болтов:
в условиях
монтажа
, (87)
МПа < 110 МПа;
в рабочих
условиях
, (88)
где
- (89)
приращение
нагрузки на болты в рабочих условиях,
DРб = (1 - 1,667)×(2,236·105 + 0) +1080= -
1,503·105 Н.
МПА < 97 МПа.
3.6.5 Расчет
прокладки
Условие прочности
мягких прокладок
, (90)
где - допускаемое удельное давление на
прокладку, МПа [3].
МПа < 130 МПа.
3.6.6 Расчет
фланца на прочность
Угол поворота
фланца при затяжке соединения, рад.
, (91)
где - изгибающий момент от болтовой нагрузки,
Н×мм.
H×мм,
рад.
Приращение угла
поворота фланца в рабочих условиях, рад.
, (92)
где
. (93)
Н×мм,
рад.
Меридиональные
напряжения в цилиндрической обечайке при затяжке фланцевого соединения для
плоских приварных фланцев, МПа:
на наружной
поверхности втулки
(94)
на внутренней
поверхности втулки
(95)
где
. (96)
, (97)
МПа.
Приращение
меридиональных напряжений в цилиндрической обечайке в рабочих условиях для
плоских приварных фланцев, МПа:
на наружной
поверхности обечайки
, (98)
на внутренней
поверхности
, (99)
где
, (100)
МПа;
, (101)
МПа,
МПа,
МПа.
Окружные
напряжения в цилиндрической обечайке при затяжке соединения для плоских приварных
фланцев, МПа:
на наружной
поверхности обечайки
, (102)
на внутренней
поверхности
. (103)
МПа,
МПа.
Приращения
окружных напряжений в цилиндрической обечайке в рабочих условиях для плоских
приварных фланцев, МПа:
на наружной
поверхности обечайки
, (104)
на внутренней
поверхности
. (105)
МПа,
МПа.
Условие
статической прочности фланца:
при затяжке
соединения
, (106)
МПа,
в рабочих условиях
, (107)
442,4 МПа < 562,5 МПа.
Условия
статической прочности фланцевого соединения выполняются.
3.6.8 Требования к жесткости фланцевого соединения
Условие жесткости (герметичности) фланцевого соединения
, (108)
где - допускаемый угол поворота фланца, рад.
Для плоских
приварных фланцев в рабочих условиях = 0,013 рад.
Проверка условия
жесткости:
< 0,013 (рад).
Условие жесткости
выполняется.
3.6.9 Расчет крышки люка
Расчетная толщина плоской круглой крышки с дополнительным
краевым моментом
, (109)
где - коэффициент ослабления крышки
отверстиями;
- безразмерный коэффициент;
- расчетный диаметр крышки, мм.
Расчетный диаметр
крышки равен среднему диаметру прокладки:
мм.
Коэффициент
ослабления для крышек без отверстий
Коэффициент определяется по формуле:
, (110)
где - безразмерный коэффициент;
- диаметр болтовой окружности, мм.
мм.
, (111)
где - реакция прокладки, Н;
- болтовая нагрузка, Н;
- равнодействующая внутреннего давления,
Н.
;
;
;
Расчетная толщина
крышки по формуле (109)
Исполнительная
толщина крышки
(112)
где С1 -
прибавка на коррозию.
мм.
Толщина плоской
крышки по стандарту [7] S1 = 26 мм.
Толщина плоской
крышки в месте уплотнения, мм
, (113)
где
, (114)
В формуле (114)
индекс «р» указывает на то, что величина относится к рабочему состоянию или
условиям испытания, индекс «м» - к условиям монтажа.
Болтовая нагрузка
в рабочих условиях,
, (115)
Н,
Допускаемое
напряжение материала крышки в рабочих условиях
МПа.
Болтовая нагрузка
в условиях монтажа
МПа.
Допускаемое
напряжение материала крышки в условиях монтажа
МПа.
Коэффициент в формуле (93)
. (116)
Толщина крышки в
месте уплотнения по формуле (113)
мм.
Окончательно
толщина крышки в месте уплотнения принята согласно стандарта [7]
S2 = 23 мм.
Толщина плоской крышки на краю, мм
, (117)
мм.
Окончательно
толщина крышки в месте уплотнения принята согласно стандарта [7] S3 = 17 мм.
Допускаемое
давление для плоской крышки с дополнительным краевым моментом
, (118)
где С = С1
- прибавка на коррозию, мм.
МПа.
0,94 МПа < 1,4 МПа.
Условие прочности
выполняется.
3.7 Выбор опор
Аппарат
установлен на 4 опорных лапах.
Усилие,
действующее на опорную лапу при обеспечении равномерного распределения нагрузки
между всеми опорными лапами, Н
, (119)
где G - вес
аппарата в рабочих условиях, Н.
Масса аппарата в
рабочих условиях с учетом изоляции [1]:
m= 12150 кг.
Вес аппарата
, (120)
где g - ускорение
свободного падения, м / с2.
G = 12150 × 9,81 = 1,192× 104 Н,
Н.
По пособию [4]
принимаем сварные лапы с увеличенным вылетом для изоляции с допускаемой нагрузкой
на опорную лапу 40000 Н.
Обозначение:
Опорная лапа 3-40000 ГОСТ 26296-84.
Сварная опорная лапа с увеличенным вылетом для изоляции
= 270 мм; h = 525 мм;
= 300 мм; = 535 мм;
d = 35 мм; = 8 мм.
= 320 мм;
3.8
Выбор строповых устройств
Строповка
аппарата осуществляется за две цапфы. Схема строповки приведена на чертеже
общего вида аппарата.
Масса
аппарата в условиях монтажа
кг.
Вес аппарата в
условиях монтажа
, (121)
Н.
Усилие,
действующее на одно строповое устройство
, (122)
где n - количество строповых устройств.
Н = 10,15 кН.
Принимаем цапфу
грузоподъемностью 20 кН из стали марки Ст3сп5 для аппарата с радиусом кривизны R = 750 мм [4]:
Цапфа 3-1-20-750
Ст3сп5 ГОСТ 13716-73.
Выводы
Конструкция аппарата, его основных сборочных единиц и расчеты выполнены в соответствии
с действующей в химическом машиностроении нормативно-технической документацией.
Расчеты аппарата на прочность, жесткость и устойчивость
выполнены в полном объеме и подтверждают работоспособность разработанной
конструкции аппарата.