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: 7 из 7

Найдем вес наружных устройств по формуле

G_н.у.=0,1G_К, (0)
G_н.у.=0,1410,77=41,077 кН.
По формуле (89)
G_A=410,77+34,207+28,3+23,434+41,077=537,788 кН.
Найдем вес аппарата при монтаже
G_А.М. = G_K + G_ИЗ + G_Н.У + G_В.У, (0)
G_A.М=410,77+34,207+28,3+41,077=514,354 кН

Максимальный вес аппарата определяется по формуле

G_Amax = G_K+G_НУ+G_ВУ+G_из.+G_В, (0)
где G_В  вес воды.
G_В=(((D_B)²/4)H_Ц+2V_д)(_воды)²⁰g, (0)
G_B = ((3,141,2²/4)25,9+20,45)10009,81=296,039 кН,
G_max=410,77+34,207+41,077+28,3+296,039=810,393 кН.

6.2 Выбор опоры
С учетом минимального веса аппарата G_А=810,393 кН по ОСТ 26-467-78 выбирается опора 3 типа с кольцевым опорным поясом, показан на рисунке , со следующими основными размерами:

высота опоры H₁=2000 мм;

наружный диаметр кольца D₁=1480 мм;

диаметр D₂=1150 мм;

диаметр D_б=1360 мм;

толщина стенки опоры s₁=10 мм;

толщина стенки опоры s₂=20 мм;

толщина стенки опоры s₃=20 мм;

число болтов z_б=16 шт.;

диаметр отверстия под болт d₂=35 мм;

диаметр болтов d_б=М30.


Рисунок 11 – Конструкция цилиндрической опоры 3 типа
7 Расчет на ветровую нагрузку
Цель расчета: определение расчетных усилий для колонны от ветровых нагрузок.

Исходные данные для расчета:

– высота колонны H=30,3 м;

– коэффициент неравномерности сжатия грунта C_F=2×10⁸ H/м³;

– скоростной напор ветра 0,0005 МН/м²;

– модуль продольной упругости Е=1,75×10⁵ МПа;
7.1 Определение периода собственных колебаний колонны
Колонну разбиваем по высоте на три участка. Расчетная схема показана на рисунке 12. Вес участка аппарата принимают сосредоточенным в его середине. Нагрузку от веса аппарата прикладывают вертикально, а ветровую горизонтально.




Рисунок 12 – Расчетная схема колонны
Период основного тона собственных колебаний аппарата переменного сечения следует определим по формуле
T=2H , (0)

где _i  относительное перемещение центров тяжести участков рассчитываемое по формуле

, (0)
где _i  коэффициент, определяемый по формуле
, (0)
  коэффициент, определяемый по формуле
, (0)
 ,  ,   определяют по формулам:
, (0)
, (0)

, ( 0)
Момент инерции сечения аппарата найдем по формуле
, (0)
м⁴;
м⁴;
м⁴.

Момент сечения подошвы фундамента
, (0)
м⁴.
Проведем расчет по формулам (102)…(108)

,
,
,
.
,
,


,
,
,


7.2 Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки
При расчете ветровая нагрузка, распределенная непрерывно по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными горизонтальными силами P_i, приложенными в серединах участков, как показано на рисунке 12.

Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте следует определять по формуле
, (0)

где M_vJ  ветровой момент от действия ветра на площадки обслуживания, Нм.
Ветровая нагрузка на i  м участке
, (0)
Статическая составляющая ветровой нагрузки на i  м участке
, (0)
Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i  м участке
(0)
Нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на середине i  го участка аппарата
, (0)
где q ₀  определяется по ГОСТ Р 51273-99, q₀=230 H/м²;
, (0)
для аппаратов круглого сечения K = 0,7.

Коэффициент динамичности  находится в зависимости от параметра
. (0)
Коэффициент динамичности  определяется по формуле
. (0)

Коэффициент пространственной корреляции пульсации ветра  определяют по формуле
. (0)

Приведенное относительное ускорение центра тяжести i  го участка
, (0)
где  _i ,  _n  относительное перемещение i  го и n  го участка при основном колебании
Если X  10, то

, (0)
Если X  10, то m _n = 0,6.
Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте от действия ветровой нагрузки на обслуживающую площадку следует определять по формуле
, (0)
где А_J  общая площадь, включенная в контур площадки, м².
Коэффициент _J по формуле

(0)

Проведем расчет по формулам (111)…(123).


,
,

,
,
,


m₂=0,6,





,
,
,
,
,
,
,
,
,

,
,
,
,
,
м²,
,
,
,
,
,
,
,
,

8 Расчёт корпуса аппарата от совместного действия всех нагрузок [5]

Цель расчёта: Проверка аппарата на прочность и устойчивость в результате совместного действия всех нагрузок
Исходные данные:

p – расчётное давление, P_R=11 МПа;

D – внутренний диаметр аппарата, D=1200 мм;

s – толщина стенки аппарата, S=50 мм;

c – сумма прибавок к толщине стенки, С=2 мм;

F – расчётное осевое сжимающее усилие в сечении У-У , F = 0,81 МН ;

М – расчётный изгибающий момент в сечении У-У , М = 0,206 МН×м ;

f_т – коэффициент прочности кольцевого сварного шва , f_т =1;

f_p – коэффициент прочности продольного сварного шва , f_p=1.


М

G

Направление ветра

У

У



Рисунок 13 – Расчётная схема аппарата


8.1 Проверка корпуса аппарата на прочность
8.1.1 Проведем расчет для рабочего условия

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F=0,537 МН;

Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле
, (0)
.
Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле
, (0)
МПа.
Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
МПа.
Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по формуле
, ( 0)
.
Проверяем условие прочности по следующим условиям
- на наветренной стороне
, (0)
124,04 МПа < 145×1 МПа.
- на подветренной стороне
, (0)
124,31 МПа<145 МПа.
Условие прочности выполняются.
8.1.2 Проведем расчет при условии монтажа

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F=0,514 МН;
По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p=0 МПа.

.
Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле
, (0)
.
Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле
, (0)
МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
МПа.
Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по формуле
, ( 0)
.
Проверяем условие прочности по следующим условиям
- на наветренной стороне
, (0)
0,954 МПа < 145×1 МПа.
- на подветренной стороне
, (0)
6,635 МПа<145 МПа.
Условия прочности выполняются.

2. 
   Проверка корпуса аппарата на устойчивость
   

Проверка устойчивости для рабочего условия и при условии испытания.

Допускаемая сжимающая сила из условия прочности сечения У-У корпуса аппарата определяется по формуле
, (0)
.
Допускаемая осевая нагрузка из условия местной устойчивости формы определяется по формуле
, (0)
MH,
МН.

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости формы определяется по формуле
, (0)
где  – гибкость аппарата;
,

,

МН,



.
Определяем эквивалентную сжимающую осевую силу по формуле
, ( 0)
.,
.
Определяем допускаемый изгибающий момент из условия прочности
, ( 0)
.
Определяем допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости
, (0)
.

.
Определяем допускаемый изгибающий момент по формуле
, (0)
.
.
Проверяем аппарат на устойчивость от совместного действия нагрузок по условию
, (0)
При условиях испытания
,


Условие выполняется.

При рабочих условиях

Условие устойчивости выполняется, следовательно, аппарат сохраняет прочность и устойчивость под действием совместно действующих нагрузок.
9 Расчет опоры
Цель расчёта: проверка опоры аппарата на прочность и устойчивость.
Исходные данные:

p – расчётное давление, P_R=0,11 МПа;

D – внутренний диаметр опоры, D=1200 мм;

s – толщина стенки обечайки опоры, S=8 мм;

c – сумма прибавок к толщине стенки, С=2 мм;

F – расчётное осевое сжимающее усилие в сечениях, F = 0,81 МН ;

М – расчётный изгибающий момент в сечениях, М=0,206 МН×м ;

f_т – коэффициент прочности кольцевого сварного шва, f_т =1;

f_p – коэффициент прочности продольного сварного шва, f_p=1.



D

1:5



S

y

y

z

z


D₂

d₁

x

x


D_б

D₁


Рисунок 14 – Расчётная схема цилиндрической опоры

9.1 Проверка обечайки опоры на прочность
9.1.1 Проведем расчет обечайки для рабочего условия

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F=0,537 МН;

Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле
, (0)
.
Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле
, (0)
МПа.
Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
МПа.
Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по формуле
, ( 0)
.
Проверяем условие прочности по следующим условиям
- на наветренной стороне
, (0)
12,1 МПа < 145×1 МПа.
- на подветренной стороне
, (0)
48,61 МПа<145 МПа.
Условие прочности выполняются.
9.1.2 Проведем расчет обечайки при условии монтажа

Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F=0,514 МН;
По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p=0 МПа.

.
Рассчитываем продольные напряжения на подветренной стороне по формуле
, (0)
.
Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле
, (0)
МПа.

Рассчитываем эквивалентные напряжения на наветренной стороне по формуле
, (0)
МПа.
Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной стороне по формуле
, ( 0)
.
Проверяем условие прочности по следующим условиям
- на наветренной стороне
, (0)
11,5 МПа < 145×1 МПа.
- на подветренной стороне
, (0)
43,8 МПа<145 МПа.
Условия прочности выполняются.
9.1.3 Проверка прочности сварного шва соединяющего корпус аппарата и опорную обечайку

Проверку прочности проведем по формуле

, (0)
где а – катет сварного шва, а=2 мм;

[]₀ – допускаемое напряжения для материала опоры, []₀=145 МПа.
,
.
Условие выполняется.
9.1.4 Проверка устойчивости опорной обечайке
Проверку устойчивости в сечение Z-Z проведем по формуле
, ( 0)
где [F] – допускаемое осевое усилие, определяем по ГОСТ 14249, [F]=3,109 МПа;

[M] – допускаемый изгибающий момент, определяем по ГОСТ 14249, [M]=0,867 МНм;

₁, ₂, ₃ – коэффициенты , ₁=0,99, ₂=0,96, ₃=0.


0,511
Условие выполняется.
9.2 Расчет Элементов опорного узла
9.2.1 Рассчитаем толщину нижнего опорного кольца s₁ по формуле
, (0)
где ₁ – коэффициент, находится по графику [4], ₁=0,85;

b₂ – расстояние от обечайки до внешнего края нижнего кольца, b₂=125 мм;

[]_A – допускаемое напряжение для материала опоры, []_A=142 МПа;

b₁ – ширина нижнего опорного кольца, b₁=330 мм;

D_б – диаметр окружности анкерных болтов, D_б=1360 мм;

s₀ – исполнительная толщина обечайки опоры, s₀=8 мм.
,
.
Принимаем s₁=20 мм.

Библиография

1 ОСТ 26-291-94

2 ГОСТ 14249-89. Нормы метода расчета на прочность

3 ГОСТ 24755-89. нормы и методы расчета на прочность укреплений отверстий

4 ГОСТ Р 51274-99. Сосуды и аппараты колонного типа, нормы и методы расчёта на прочность. – М.: Издательство стандартов, 1999. – 11 с.