Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Октября 2013 в 20:14, реферат
Проектируемый аппарат предназначен для ведения тепломассобменных процессов. Колонный аппарат состоит из цельносварного корпуса и оборудован внутренними устройствами. В качестве внутренних устройств для ведения технологического процесса используют 40 колпачковых тарелок. Расстояние между тарелками 500 мм. Кроме этого в аппарате имеются штуцера, предназначенные для подвода сырья, вывода продукта, замера температуры и давления. Аппарат оборудован люками-лазами для ремонта и обслуживания.
Определим суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки, меридиальное и кольцевые соответственно
,
,
где - соответственно меридиальные и кольцевые напряжения, действующие от нагрузок P, Q0, M0.
Подставим соответствующие значения погрузок в уравнение (20), (21)
,
, (23)
Определим максимальное напряжение на краю эллиптического днища и цилиндрической обечайке соответственно
,
139,29 МПа < 145 МПа,
139,36 МПа < 145 МПа.
Таким образом, напряжения на краю соединяемых эллиптической и цилиндрической оболочек smaxЭ=139,29 МПа и smax=139,36 МПа меньше критического допускаемого напряжения [s]кр=145 МПа, т.е. условие прочности в месте сопряжения элементов выполняется.
Цель расчета: определение размеров укрепляющих элементов.
Расчетные схемы штуцеров приведена на рисунке 5.
Исходные данные для расчета:
Рисунок 5— Основная расчетная схема соединения штуцера со стенкой сосуда
4.1 Выбор материала
Удаление материала стенки в вырезе эквивалентно удалению каких - то связей в системе и для сохранения ее равновесия необходима их компенсация.
Для изготовления штуцеров применяется сталь 16ГС допускаемое напряжение для которого при tR=250 °C равно [s]250=162 МПа.
Для условного давления Ру=11 МПа выбираются тонкостенные штуцера с фланцами по ОСТ 26-1410-76. Все размеры штуцеров заносятся в таблицу 2.
Таблица 2 — Таблица штуцеров
|
штуцер |
Условный проход Ду, мм |
Внутренний диаметр штуцера dт, мм |
Толщина стенки s1, мм |
Длина штуцера Hт, мм |
Условное давление Ру, МПа |
А |
250 |
273 |
20 |
335 |
16 |
Б, Д |
100 |
108 |
10 |
220 |
16 |
В, Е |
150 |
159 |
16 |
260 |
16 |
Г |
200 |
219 |
20 |
315 |
16 |
И |
50 |
57 |
6 |
230 |
4 |
К1, К2, Р, С |
50 |
57 |
6 |
165 |
2,5 |
М1, М2 |
50 |
57 |
6 |
165 |
1,6 |
Ж1, Ж2, Жn |
450 |
450 |
28 |
200 |
16 |
4.2 Расчетные диаметры
4.2.1 Расчетные диаметры
- для цилиндрической обечайки
DR = D (25)
Для штуцеров A1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Жn
DR = 1200 мм.
- для эллиптических днищ при высоте днища H = 0,25×D
, (26)
где x — расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища.
Для штуцера Д1, С
Для штуцера Е1, Г
4.2.2 Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайке, ось которого совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия определим по формуле
dр=d+2×cs,
Для штуцеров A1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Жn
при d = 273 мм, dР = 273 + 2×1 = 275 мм,
при d = 108 мм, dР = 108 + 2×1 = 110 мм,
при d = 159 мм, dР = 159 + 2×1 = 161 мм,
при d = 57 мм, dР = 57 + 2×1 = 59 мм,
при d = 450 мм, dР = 450 + 2×1 = 452 мм.
Расчетный диаметр отверстия для смещенного штуцера на эллиптическом днище определяют по формуле
,
Для штуцера Д1
Для штуцера С
Выбранные диаметры удовлетворяют расчет.
4.3 Расчетные толщины
Расчетная толщина стенки
штуцера нагруженного как внутренним
так и внешним давлением
, (29)
где j1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера, j1 = 1, [s1]=162 МПа
при Ду=50 мм, мм,
при Ду=100 мм, мм,
при Ду=150 мм, мм,
при Ду=200 мм, мм,
при Ду=250 мм, мм,
при Ду=450 мм, мм.
Расчетные толщины удовлетворяю принятым толщинам.
4.4 Расчетные длины штуцеров
Расчетные длины внешней и внутренней частей круглого штуцера, показано на рисунке 6, участвующие в укреплении отверстий и учитываемые при расчете, определяют по формулам
,
, (31)
Длину внешней части l3 принимаем равной нулю.
Рисунок 6 – Схема укрепления отверстий в обечайке
при Ду=50 мм, мм,
при Ду=100 мм, мм,
при Ду=150 мм, мм,
при Ду=200 мм, мм,
при Ду=250 мм, мм,
при Ду=450 мм, мм.
Принятые длины штуцеров удовлетворяют расчетным длинам.
4.5 Одиночные отверстия
4.5.1 Отверстие считается одиночным,
,
где - расчетные внутренние диаметры укрепляемого элемента, мм.
На цилиндрической части корпуса колонны отсутствуют отверстия, расстояние между которыми меньше 480 мм.
На днищах
На днищах отверстия считать взаимовлияющие, т.к.
bисп=320-108/2-10-159/2-16=
660 мм > 160,5 мм.
4.5.2 Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле
, (33)
Для штуцеров В1, К1, К2, К, Р и М укрепление отверстий не требуется.
Для штуцеров А1, В2 и Жn требуется укрепление отверстий.
4.5.3 Расчет укрепления одиночных отверстий
l1R×(s1 - s1R - cs)×x1 + l2R×s2×x2 + l3R×(s3 - 2cs)×x3 +
+ lR×(s - sR - c) ³ 0,5×(dR - d0R)×sR, (34)
где s1, s2, s3 — исполнительные толщины стенок штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно, мм.;
l2R — исполнительная толщина накладного кольца, мм.;
x1, x2, x3 — отношение дополнительных напряжений для внешней
части штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно;
cs — сумма прибавок к расчетной толщине стенок штуцера, мм.;
lR — расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера или торообразной вставки, мм.;
d0R — наибольший расчетный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда, мм.
. (35)
Обечайка s=50 мм
Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки
lR=L0,
lR=240 мм.
,
где s2 – исполнительная ширина накладного кольца, мм;
s – исполнительная ширина стенки обечайки, мм;
DR – расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм.
Обечайка s=50 мм.
x1 = min{1; [s1]/[s]}, (38)
x1=min{1;162/162}=1.
Для накладного кольца принимаем x2=1; для внутренней части штуцера x3=0.
Расчетный диаметр отверстия не требующего укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда
,
Обечайка s=50 мм.
Все найденные значения подставляем в формулу (34):
Обечайка s=50 мм. штуцер Ду 150 мм.
61,42×(16-5,65)×1+140×6×1+240×
1643,7 мм2 ³ 1537,01 мм2.
Допускаемое внутренне избыточное давление определяется по формуле
, (40)
где к1=1 — для цилиндрических обечаек и конических переходов;
к1=2 — для выпуклых днищ;
, (41)
где j1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера.
4.5.3.2 Расчет укрепления штуцеров Ж1, Ж2, Жn.
Расчет проведем аналогично п. 4.5.3.1 и результаты расчета сведем в таблицу 3.
Таблица 3
Наименование параметров |
Обозначение |
Укрепляемый элемент |
люк-лаз | ||
Условный проход штуцера | ||
Ж1, Ж2, Жn (450) | ||
Внутренний диаметр цилиндрической обечайки днища, мм |
D |
1200 |
Расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм |
DR |
1200 |
Расчетное давление, МПа |
P |
11,00 |
Допускаемые напряжения для материала укрепляемого элемента, МПа |
[s] |
145 |
Допускаемые напряжения для материала внешней части штуцера, МПа |
[s1] |
162,00 |
Коэффициент прочности сварного шва:
- укрепляемого элемента
- штуцера |
j
j1 |
1
1 |
Исполнительная толщина стенки укрепляемого элемента, мм |
s |
50 |
Исполнительная толщина стенки внешней части штуцера, мм |
s1 |
28 |
Исполнительная толщина стенки внутренней части штуцера, мм |
s3 |
0 |
Расчетная толщина стенки укрепляемого элемента, мм |
sR |
47,31 |
Расчетная толщина стенки укрепляемого штуцера, мм |
s1R |
15,8 |
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки укрепл. элемента, мм |
с |
2 |
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки штуцера (общая), мм |
сs |
1 |
Внутренний диаметр штуцера, мм |
d |
450 |
Исполнительная длина внешней части штуцера, мм |
l1 |
200 |
Исполнительная длина внутренней части штуцера, мм |
l3 |
0 |
Расчетная длина внешней части штуцера, мм |
l1r |
143,11 |
Расчетная длина внутренней части штуцера, мм |
l3r |
0 |
Расчетный диаметр отверстия, мм |
dr |
452,0 |
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, мм |
d0 |
103,0 |
Расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера, мм |
lr |
240,0 |
Расчетный диаметр, мм |
d0r |
96,0 |
Исполнительная толщина накладного кольца, мм |
s2 |
24,00 |
Исполнительная ширина накладного кольца, мм |
l2 |
270,0 |
Расчетная ширина накладного кольца, мм |
l2r |
270,0 |
Отношение допускаемых напряжений |
x1 |
1,0 |
x2 |
1,0 | |
x3 |
- | |
Условие укрепления одиночного отверстия A1+A2+A3+A0 > A |
8522>8422 | |
Коэф. снижения допуск. давления |
V |
0,9779 |
Допускаемое внутреннее избыточное давление, МПа |
[P] |
10,92 |