Ректификационная колонна. 1 Конструкция колонны и условие эксплуатации

• Название: 1 Конструкция колонны и условие эксплуатации
• Анкор: Ректификационная колонна
• Дата: 20.11.2022
• Размер: 1.44 Mb.
• Имя файла: rik.doc
• Тип: Документы; #800006
• страница: 5 из 7

Определим расчетную ширину накладного кольца

Допускаемое напряжение удовлетворяет принятым размерам кольца.

5 Расчет люкалаза

Цель расчета: определение напряжений фланцевого соединения.

Схема фланцевого соединения показана на рисунке 8.

Исходные данные для расчета:

• 
  Расчетное давление P_R=11 МПа;
  
• 
  Внутренний диаметр фланца D=450 мм;
  
• 
  Внутренний диаметр отверстия под шпильку d=46 мм;
  
• 
  Диаметр фланца D_ф=775 мм;
  
• 
  Число отверстий n=20;
  
• 
  Материал фланца – сталь 16ГС;
  
• 
  Диаметр болтовой окружности D_б=690 мм;
  
• 
  Средний диаметр прокладки D_п.с.=525 мм.
  

Рисунок 8 – Расчетная схема фланцевого соединения

По ГОСТ 28759.4-90 для данного аппарата выбираются размеры люка—лаза при Р_у =16 МПа и Д_у = 450 мм.
5.1 Расчет прокладки
Схема прокладки показана на рисунке 9


Рисунок 9 – Расчетная схема прокладки

Наружный диаметр прокладки

D_П = D_б - е, (0)
где е - размер, определяемый по таблице ОСТ 26–2003–77, е=78.
D_П=69078=612 мм.
Средний диаметр прокладки
D _п.ср=D_пb_п, (0)
где b_п — ширина прокладки, b_п=12 мм;
D_п.ср =61212=600 мм.
Эффективная ширина прокладки
b_E = 0,125b_П, (0)
b_E=0,12512=1,5 мм.

Ориентировочное число шпилек

z_б=D_б /t_б, (0)
где t_Б  шаг болтов;
t_б=(2,3…3)d_б, (0)

где d_б – диаметр шпильки, мм;
t_Б=3×42=126,
z_Б = 3,14690/126=18 шт.
Определим вспомогательные величины
а) коэффициент 
, (0)
где  - отношение большей толщины втулки фланца к меньшей, =2.

х найдем по формуле
, (0)
где l – длина втулки, l=125 мм;

s₀ – толщина втулки, s₀=34 мм.




б) эквивалентная толщина втулки фланца
s_E=s_o, (0)
s_E=1,5734=53,6 мм.
в) ориентировочная толщина фланца
, (0)
где  — коэффициент, из таблицы [3] =0,5 ;

мм
г) безразмерный параметр
=[1+0,9(1+₁j²)]^-1 , ( 0)
где

j=h/s_E, (0)
j=77,6/53,6=1,45,
k=D_ф/D, (0)
k=775/450=1,72,
₁=0,3, из таблица [3]
 = [1+0,90,5(1+0,31,45²)]^-1=0,6
д) безразмерные параметры возьмем из графиков [3]
Т=1,58,
₂=3,8,
₃=1.
Угловая податливость фланца
, (0)
где Е_ф  модуль продольной упругости материала фланца, E_ф=1,7510⁵ МПа;

h_кр – толщина фланцевой части крышки, h_кр=110 мм
1/(МНм).
Угловую податливость плоской фланцевой крышки найдем по формуле
, (0)

где
, (0)

где _кр – толщина плоской крышки, _кр=235 мм;

h_кр – толщина фланцевой части крышки, h_кр=110 мм.
, (0)
,

,
.
Линейная податливость прокладки
y_п=s_п/(D_п.срb_пE_п), (0)
где Е_п  модуль продольной упругости прокладки, для металлической прокладки y_п=0.
5.2 Расчет болтового соединения
Расчетная длина шпилек
l_Б = l_БО + 0,28d, (0)
где l_БО  длина шпильки между опорными поверхностями головки болта и гайки, l_БО=220 мм.;

d  диаметр отверстия под болт, d=46 мм.
l_Б=220+0,2846=232,88 мм.

Линейная податливость шпилек

y_Б=l_Б/(E_Бf_Бz_Б), (0)
где f_Б  расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, f_Б=10,910^-4 м²;

Е_Б  модуль продольной упругости материала болта, Е_Б=1,8510⁵ МПа.
y_Б= 232,8810^-3/(1,8510⁵10,910^-4 18)=6,410^-5 м/Н.

Коэффициент жесткости для фланцев с овальными прокладками

=1. (0)

Найдем безразмерный коэффициент  по формуле
=Ay_Б, (0)
где
A=[y_п+y_Б+0,25(y_Ф1 + y_Ф2)(D_Б - D_п.ср)²]^-1, (0)

при стыковки фланца с плоской крышкой
y_ф1=[1-(1+0,9)]₂/(h₁³E), (0)
y_Ф2=y_кр , (0)

По формулам (63)…(67) определяется безразмерный коэффициент
y_ф1=[1-0,6(1+0,90,5)]3,8/(0,013³1,7510⁵)=2,27 м/МН,
y_ф2=0,001,
A=[0+6,410^-5+0,25(2,27+0,001)(0,69-0,525)²]^-1=10,67,
=10,676,410^-5=0,0007.

5.3 Расчет фланцевого соединения работающего под внутренним давлением.
Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления найдем по формуле
, (0)
Q_д=0,7850,525²11=2,38 МН.
Реакция прокладки в рабочих условиях
R_п=2D_п.срb_Emp_R , (0)
где m - коэффициент, по ОСТ 26-426-79 m=5,5
R_п=23,140,5251,55,511=299,2 МН.

Усилия, возникающие от температурных деформаций

Q_t=z_Бf_БE_Б(_фt_ф - _Бt_Б), (0)
где _ф, _Б - коэффициенты температурного линейного расширения фланца и болтов, _Б = 12,3610^-6 1/C, _ф = 17,310^-6 1/C;

f_Б, t_ф, t_Б - коэффициенты, f_Б=5,410^-4 м², t_ф=240, t_б=37,5.
Q_t=0,0007185,410^-41,8510⁵(17,310^-6240-12,3610^-6237,5)=0,0015 МН.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при p>0,6 МПа
P_Б1=max{Q_д+R_п; D_п.срb_Eq}, (0)
где q - параметр, q=125;

 - коэффициент жесткости фланцевого соединения, =1;

[_Б]²⁰ – допускаемое напряжение при температуре 20 С, [_Б]²⁰=230 МПа.
Р_Б1 = max{12,38+0,525/2; 3,145101,5125}=max{2,65;309}=309 МН.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

P_Б2=Р_Б1+(1 - )Q_Д+Q_t, (0)
P_Б2=309+(1-1)2,38+0,0015=309,0015 МН.

Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном сечении фланца по формулам

M₀₁=0,5P_Б1(D_б-D_п.с.), (0)
, (0)
М₀₁=0,5309(0,69-0,525)=25,5 МНм,
МНм.
Принимаем за расчетное М_R=26,67 МНм.

Условия прочности шпилек

, (0)

, (0)
МПа230 МПа,
МПа220 МПа.
Условия прочности выполняется.
Критический момент на ключе при затяжки определим из графика [3]
М_кр=2,210³ МНм.
5.3 Расчет приварных встык фланцев и буртов
Максимальное напряжение в сечении s₁ фланца в месте соединения втулки с плоскостью фланца определим по формуле
, (0)
D*=D+s₁, (0)
D*=450+34=484

Максимальное напряжение в сечение s₀ фланца наблюдается в месте соединения втулки с обечайкой

₀=₃₁, (0)
₀=149,18=49,18 МПа.
Напряжения в кольце фланца от действия M₀ найдем по формуле
, (0)
МПа.
Напряжение во втулки фланца от внутреннего давления найдем по формулам
, (0)
, (0)
МПа
МПа.