2018_150302_МОНХП_НТФ_Сальников_Петр_Александрович. Основными задачами при этом являются

• Название: Основными задачами при этом являются
• Дата: 28.04.2022
• Размер: 1.33 Mb.
• Имя файла: 2018_150302_МОНХП_НТФ_Сальников_Петр_Александрович.doc
• Тип: Документы; #502779
• страница: 7 из 11

3.3.3 Расчет толщины крышки распределительной камеры

Расчет плоской крышки сводится к нахождению толщин S₁ и S₂ (рис. 3.3.1) по формулам

	(3.3.9)
	(3.3.10)

где К – коэффициент. выбираемый в зависимости от конструкции крышки и равный в данном случае 0,4;

D_p = D₃ –расчетный диаметр, м;

‑ коэффициент ослабления, для днищ и крышек без отверстий равный 1.

Диаметр отверстий d_i и их количество n, диаметры D_з и D₂ определяются по АТК 24.200.02-90 «Заглушки фланцевые стальные. Конструкция, размеры и технические требования».

Для параметров крышки распределительной камеры , находим

d = 33 мм, n = 36, D₃ = 945 мм, D₂ = 780 мм

Подставляя численные значения в (3.3.9), получим





Исполнительную толщину крышки принимаем равной .

Подставляя численные значения в (3.3.10), получим







Исполнительную толщину S₂ принимаем равной .

Допускаемое давление на крышку вычисляют по формуле

(3.3.11)

При этом должно выполняться условие

(3.3.12)

Подставляя численные значения, получим



Условие (3.3.12)



выполняется, следовательно, крышка обладает необходимым запасом прочности.

3.3.4 Расчет корпуса на прочность в условиях гидроиспытаний

Гидроиспытания проводятся с целью проверки прочности и плотности сосудов, работающих под давлением, их деталей и сборочных единиц. При расчете должно выполняться условие

(3.3.13)

где – предел текучести материала аппарата, МПа, равный при температуре проведения гидроиспытаний (20°С) ‑ ;

‑ максимальное напряжение, возникающее в аппарате при гидроиспытаниях, МПа.

Максимальное напряжение определяется по формуле

(3.3.14)

где D – диаметр низа аппарата, м;

φ – коэффициент сварного шва.

Максимальное давление на низ аппарата определяется по формуле

(3.3.15)

где ‑ плотность воды, равная 1000 кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Н – высота аппарата, занимаемая водой, м;

‑ давление, возникающее при гидроиспытаниях, МПа, которое определяется по формуле

(3.3.16)

где ‑ допускаемое напряжение при температуре 20ºС, МПа, для материала корпуса аппарата равное 147 МПа;

‑ допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа, для материала корпуса аппарата равное 139,4 МПа.

Высота аппарата, занимаемая водой, равна диаметру аппарата и составляет



Подставляя численные значения в выражение (3.3.16), получим



Подставив в уравнение (3.3.15) численные значения, получим



Определим максимальное напряжение, возникающее при гидроиспытаниях, по формуле (3.3.14)



Тогда



Условие (3.3.13)



выполняется, следовательно, гидроиспытание провести возможно.

3.3.5 Расчет укрепления отверстий

Расчет штуцеров осуществляется по ГОСТ Р 52857.3-2007 «Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлении. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер».

Характеристика штуцеров, установленных на аппарате, представлена в таблице 3.4.

Штуцера А и В установлены на распределительной камере, а штуцера Б и Г – на корпусе аппарата.

3.3.5.1 Расчет укрепления штуцеров А и В

Толщина стенки штуцера определяется по формуле

(3.3.17)

где расчетная толщина стенки

(3.3.18)

где d – диаметр штуцера, м;

φ – коэффициент сварного шва, принимаем равным 1.

Подставляя численные значения в (3.3.18), получим



_{С учетом прибавки на коррозию}



Исходя из конструктивных соображений, примем исполнительную толщину стенки



Расчетный диаметр отверстия определяется по формуле



Расчетная длина внешней части круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываемая при расчете (рис. 3.3.2), определяется по формуле

(3.3.19)

где – исполнительная длина штуцеров, м.

Подставляя численные значения в (3.3.19), получим



К установке принимаем .

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, определяется по формуле

(3.3.20)

где ‑ диаметр укрепляемого элемента, м, равный для цилиндрической обечайки

;

s – исполнительная толщина стенки укрепляемого элемента, м;

s_p – расчетная толщина стенки укрепляемого элемента, м.

Подставляя численные значения в (3.3.20), получим



Так как расчетный диаметр одиночного отверстия не удовлетворяет условию



то требуется укрепление отверстия. Используем укрепление отверстия накладным кольцом (рис. 3.3.3).

Ширина зоны укрепления в обечайке определяется по формуле

(3.3.21)

Подставляя численные значения в выражение (3.3.21), получим



Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки при отсутствии торообразной вставки или вварного кольца равна



Расчетная ширина накладного кольца (рис. 3.3.3) определяется по формуле

(3.3.22)

где – исполнительная ширина накладного кольца, м;

– исполнительная толщина накладного кольца, м, примем .

Подставляя численные значения в (3.3.22), получим



К установке принимаем .

В случае укрепления отверстия накладным кольцом должно выполняться условие

(3.3.23)

где – отношения допускаемых напряжений. Так как аппарат, штуцер и накладное кольцо выполнены из одного материала, то отношения допускаемых напряжений равны 1.

Подставляя численные значения в выражение (3.3.23), получим





Условие прочности укрепления штуцеров А и В диаметром 250 мм с использованием накладного кольца шириной 0,12 м и толщиной 0,012 м выполняется.

3.3.5.2 Расчет укрепления штуцеров Б и Г

Подставляя численные значения в (3.3.18), получим



_{С учетом прибавки на коррозию}



Исходя из конструктивных соображений, примем исполнительную толщину стенки



Расчетный диаметр отверстия определяется по формуле



Расчетная длина внешней части круглого штуцера, участвующая в укреплении отверстия и учитываемая при расчете (рис. 3.3.2), по выражению (3.3.19) будет равна



К установке принимаем .

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления, по формуле (3.3.20) составит



Так как расчетный диаметр одиночного отверстия не удовлетворяет условию



то требуется укрепление отверстия. Используем укрепление отверстия накладным кольцом (рис. 3.3.4).

Ширина зоны укрепления в обечайке по выражению (3.3.21) составит



Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки при отсутствии торообразной вставки или вварного кольца равна



Исполнительную толщину накладного кольца примем равной .

Расчетная ширина накладного кольца по (3.3.22) составит



К установке принимаем .

В случае укрепления отверстия накладным кольцом должно выполняться условие (3.2.23).

Подставляя численные значения в выражение (3.3.23), получим





Условие прочности укрепления штуцеров Б и Г диаметром 250 мм с использованием накладного кольца шириной 0,12 м и толщиной 0,012 м выполняется.

3.3.6 Расчёт толщины трубной решётки

Толщина трубной решетки в зоне перфорации должна отвечать условию

(3.3.24)

где

(3.3.25)

где ‑ средний диаметр прокладки;

‑ диаметр утоненной части решетки, м. В данном случае так как толщина решетки постоянна по всей длине.

Подставляя численные значения, получим







Толщину стенки трубной решётки принимаем равной стандартному 98 мм.

3.3.7 Расчёт седловых опор

Горизонтальные аппараты независимо от их размещения устанавливают на седловых опорах. Расчет седловых опор выполняется по ГОСТ 52857.5-2007, а опора выбирается по ОСТ 26-2091-93. Будем считать, что сосуд симметрично опирается на две седловые опоры. Схема расположения седловых опор представлена на рис. 3.3.5.

Принимаем, что на обе опоры аппарата приходится одинаковая нагрузка, тогда на одну опору приходится

(3.3.26)

где ‑ общий вес аппарата, Н.

Аппарат имеет максимальный вес в условиях гидроиспытаний, который складывается из веса металла и веса воды

(3.3.27)

Вес металла будет складываться из весов распределительной камеры, корпуса, днища, крышки распределительной камеры, фланцев и крепежных деталей. Исходя из практических данных, по которым вес крышки распределительной камеры, аппаратных фланцев, фланцев трубопроводов и крепежного материала составляет 10% от веса аппарата, учтем их с помощью коэффициента 1,1. Тогда вес металла составит

(3.3.28)

где - вес днища аппарата, Н;

- вес распределительной камеры аппарата, Н;

- вес корпуса аппарата, Н.

Вес днища равен



где ‑ масса днища по ГОСТ 6533-78, кг.

Вес распределительной камеры составит





где ‑ плотность металла, кг/м³.

Вес корпуса аппарата составит





Подставляя численные значения в (3.3.25), получим



Вес воды определяется выражением:

(3.3.29)

где ‑ плотность воды, кг/м³.

Получаем вес воды



Общий вес аппарата составит



По выражению (3.3.26) находим нагрузку на каждой опоре:



Выбираем для корпуса испарителя с диаметром и опору с параметрами: нагрузка на опору , тип 2, исполнение 1, радиус опорного листа .

Проведем проверку аппарата на прочность и устойчивость с учетом изгибающих моментов и поперечных усилий над опорами и изгибающих моментов между опорами .

Момент над i-той опорой:

(3.3.30)

Распределенную нагрузку находим из выражения:

(3.3.31)

Подставляя численные значения, получим



Длина свободно выступающей части эквивалентного сосуда

(3.3.32)

Подставляя численные значения, получим



Находим изгибающий момент эквивалентного сосуда:

(3.3.33)

Подставляя численные значения, получим



Подставляя полученные значения в (3.3.30), получим



Находим максимальный момент между опорами по уравнению:

(3.3.34)

Подставляя численные значения, получим



Расчет проведен верно, так как выполняется условие





Находим поперечное усилие в сечении оболочки над i-той опорой:

(3.3.35)

Получим по формуле (3.3.35):



Так как аппарат работает под внутренним избыточным давлением, то проведем проверку условия прочности по выражению

(3.3.36)

где - коэффициент, учитывающий частичное заполнение жидкостью, определяемый по формуле

(3.3.37)

где





Подставляя численные значения в (3.3.37), получим





Проверяем условие прочности (3.3.36)



Условие (3.3.36) выполняется так как





Проведем проверку на устойчивость по выражению

(3.3.38)

Для рабочих условий допускаемый изгибающий момент можно определить по формуле

(3.3.39)

где ‑ коэффициент, определяемый по графику (рис. 3.3.7)

По отношениям





получим



По выражению (3.3.39) получим



Так как



следовательно, условие устойчивости (3.3.38) выполняется.

Выполняем проверку несущей способности оболочки, не укрепленной кольцами жесткости в области опорного узла. Несущая способность должна быть проверена в нижних точках (2) и (3) (рис. 3.3.6).

В случае установки опоры с подкладными листами:

‑ подкладной лист рассматривают как седловую опору шириной b₂ с углом охвата δ₂;

‑ подкладной лист рассматривают как усиление стенки сосуда и в формулах вместо (s–c) следует подставлять s_ef, вычисляемую по формуле

(3.3.40)

Подставляя численные значения в выражение (3.3.40), получим



Параметр, определяемый расстоянием до днища, определяют по формуле

(3.3.41)

Подставляя численные значения в выражение (3.3.41), получим



Параметр, определяемый шириной пояса опоры, вычисляют по формуле

(3.3.42)

Подставляя численные значения в выражение (3.3.42), получим



Общее меридиональное мембранное напряжение изгиба, действующее в области опорного узла, вычисляют по формуле

(3.3.43)

Подставляя численные значения в выражение (3.3.43), получим



Затем проверяем условие прочности

(3.3.44)

где - допускаемое опорное усилие от нагружения в меридиональном направлении, вычисляемое по формуле

(3.3.45)

- допускаемое опорное усилие от нагружения в окружном направлении, вычисляемое по формуле

(3.3.46)

где - предельные напряжения изгиба, вычисляемые по формуле

(3.3.47)

где

(3.3.48)

где ‑ коэффициент, представляющий отношение местных мембранных напряжений к местным напряжениям изгиба;

‑ коэффициент, учитывающий степень нагрузки общими мембранными напряжениями;

‑ допускаемое напряжение в рабочих условиях и условиях испытания (монтажа), МПа.



Коэффициент для определяется по формуле

(3.3.49)

для по формуле

(3.3.50)

Для коэффициента принимают соответственно или , дающие наименьшее предельное напряжение изгиба. Коэффициенты и определяются по следующим формулам для расчета

	(3.3.51)
	(3.3.52)

для по формулам

	(3.3.53)
	(3.3.54)

Используемые коэффициенты в формулах (3.3.45), (3.3.46), (3.3.49), (3.3.50) определяются по формулам:

‑ коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры

(3.3.55)

‑ коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры

(3.3.56)

‑ коэффициент, учитывающий влияние угла охвата

(3.3.57)

‑ коэффициент, учитывающий влияние угла охвата

(3.3.58)

‑ коэффициент, учитывающий влияние угла охвата

(3.3.59)

‑ коэффициент, учитывающий влияние расстояния до днища

(3.3.60)

‑ коэффициент, учитывающий влияние расстояния до днища

(3.3.61)

‑ коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры

(3.3.62)

При вычислении коэффициентов К₁₂-К₁₇ значение угла δ₁ следует подставлять в радианах.

Подставляя численные значения в выражения (3.3.55)-(3.3.62), получим

















Согласно выражению (3.3.49) для получим



для по формуле (3.3.50) получим



Согласно формулам (3.3.51) и (3.3.52) для в условиях монтажа (испытаний) получим



,

а в рабочих условиях





Согласно формулам (3.3.53) и (3.3.54) для в условиях монтажа (испытаний) получим



,

а в рабочих условиях





Для определения рассчитаем коэффициент К₁ для всех возможных случаев









Так как зависимость (3.3.47) от К₁, то для определения наименьшего предельного напряжения изгиба необходимо рассчитать только с наименьшим значением коэффициента К₁. Таким образом, в условиях монтажа (испытаний)



в рабочих условиях



Аналогичный расчет производим для определения .









Таким образом, в условиях монтажа (испытаний)



в рабочих условиях



Подставляя численные значения в выражение (3.3.45), получим

‑ в условиях монтажа (испытаний)



‑ в рабочих условиях



Подставляя численные значения в выражение (3.3.46), получим

‑ в условиях монтажа (испытаний)



‑ в рабочих условиях



Условие прочности (3.3.44)



выполняется.

Проверку устойчивости следует проводить по формуле

(3.3.63)

где p=0 – для сосудов, работающих под внутренним избыточным давлением;

F_e – эффективное осевое усилие от местных мембранных напряжений, действующих в области опоры, вычисляется по формуле

(3.3.64)

Подставляя численные значения в выражение (64), получим



Допускаемое поперечное усилие вычисляют по формуле

(3.3.65)

где допускаемое поперечное усилие из условия прочности определяют по формуле

(3.3.66)

а допускаемое поперечное усилие из условия устойчивости в пределах упругости вычисляют по формуле

(3.3.67)

где n_y – коэффициент запаса устойчивости, для условий испытания и монтажа равный 1,8;

l – расчетная длина гладкой обечайки, м.

Подставляя численные значения в выражение (3.3.67), получим



Подставляя численные значения в выражение (3.3.66), получим



Тогда



Условие устойчивости (3.3.63)





выполняется.