Расчет на прочность цилиндрической обечайки

Рабочее давление в конденсаторе Р_раб, МПа, принимали согласно технологическим данным:

Р_раб = 0, 3 МПа

Гидростатическое давление столба жидкости Р_г, МПа, определили согласно [17, С.8]:

Р_г = r_рас × g × Н                                            (4.1)

где r_рас - плотность рассола при температуре минус 28, 5 °С, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

Н - высота столба жидкости, м.

Плотность рассола при температуре минус 25, 5 °С:

r_рас = 1270 кг/м³

Ускорение свободного падения:

g = 9, 81 м/с²

Высота столба жидкости определили как длину труб:

Н = 6 м

Гидростатическое давление в конденсаторе:

Р_г = 1270 × 9, 81 × 6 = 74752, 2 Па

Расчетное давление:

Р_расч = Р_раб + Р_г,

Р_расч = 300000 + 74752 = 374752 Па

Нормальное допускаемое напряжение [s], МПа для стали 16ГС при температуре минус 28, 5°С рассчитывали согласно [17, С.9] как для температуры плюс 20°С в рабочих условиях:

[s] =  h × s                                           (4.2)

где [s] - допускаемое напряжение, МПа;

h - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки;

s - нормативное допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа.

Поправочный коэффициент h, учитывающий вид заготовки приняли согласно [17, С.10] как для листового проката:

h = 1, 0

Нормативное допускаемое напряжение при температуре плюс 20 °С принимали согласно [17, С.11]:

s = 170 МПа

Допускаемое напряжение составит:

[s] = 1, 0 × 170 = 170 МПа

Допускаемое напряжение при гидроиспытании:

[s] = s_т / 1, 1                                                  (4.3)

где [s] - допускаемое напряжение при гидроиспытании, МПа;

s_т - предел текучести, МПа.

Предел текучести принимали согласно [17, С.282]:

s_т = 280 МПа

Допускаемое напряжение при гидроиспытании составило:

[s] = 280 / 1, 1 = 254, 55 МПа

Расчетную толщину стенки аппарата S', определили согласно [17, С.18]:

 

 

где S’ - расчетная толщина стенки обечайки, м;

Р_р - рабочее давление внутри аппарата, МПа;

D - внутренний диаметр конденсатора, м;

[s] - допустимое напряжение, МПа;

j - коэффициент прочности сварного шва;

Р_и - давление при гидроиспытании, МПа;

[s]_и - допустимое напряжение при гидроиспытании, МПа.

Рабочее давление внутри аппарата Р_р, МПа, приняли согласно производственных данных:

Р_р = 0, 3 МПа

Внутренний диаметр конденсатора D, м приняли согласно ГОСТ 15120:

D = 0, 8 м

Допустимое напряжение [s], МПа, определили согласно уравнения (4.2) настоящего расчета:

[s] = 170 МПа

Коэффициент прочности сварного шва для автоматической дуговой сварки, принимали согласно [17, С.13]:

j = 1

Согласно уравнению (4.4) производим выбор:

S' = (0, 3 × 0, 8) / (2 × 1 × 170 - 0, 3) = 0, 003 м

S' = (0, 5 × 0, 8) / (2 × 1 × 254, 55 - 0, 5) = 0, 002 м

Принимаем максимальное значение расчетной толщины стенки обечайки:

S’ = 0, 003 м

Исполнительную толщину стенки обечайки S, м определили согласно [17, С.10]:

S = S’ + C₁,                                                    (4.5)

где S’ - расчетная толщина стенки, м;

С₁ - прибавка к расчетной толщине стенки, м.

Расчетную толщину стенки S’, м, определили в уравнении (4.4);

S’ = 0, 003 м

Исполнительная толщина стенки составит:

S = 0, 003 + 0, 001 = 0, 004 м

Согласно ГОСТ 380 принимаем исполнительную толщину S, м, стенки:

S = 0, 005 м

Допускаемое рабочее давление [Р], МПа определили согласно [17, С.19]

[Р] = (2 × j × [s] × (S - C))/(D + S - С),                               (4.6)

где [Р] - допускаемое рабочее давление, МПа;

j - коэффициент прочности сварного шва;

[s] - допускаемое напряжение в рабочих условиях, МПа;

S - исполнительная толщина стенки, м;

С - прибавка на коррозию, м;

D - внутренний диаметр конденсатора, м.

Коэффициент прочности сварного шва j, принимали согласно [17, С.10]:

j = 1, 0

Исполнительную толщину стенки 3, м приняли согласно ГОСТ 380:

S = 0, 005 м

Внутренний диаметр конденсатора D, м, принимали согласно ГОСТ 15120:

D = 0, 8 м

Допускаемое давление при рабочих условиях составит:

[Р] =[2 × 1, 0 × 170 × 10 × (0, 005 - 0, 001)]/(0, 8 + 0, 005 - 0, 001) = 1691542, 6 Па = 1, 7 МПа

Допускаемое давление при гидроиспытании [Р]_и, МПа определили согласно [17, С.19]:

[Р]_и = (2 × j × [s]_и × (S - С)) / (D + S - C),                          (4.7)

где j - коэффициент прочности сварного шва;

[s]_и - допускаемое напряжение при гидроиспытании, МПа;

S - исполнительная толщина стенки конденсатора, м;

С - прибавка на коррозию, м;

D - внутренний диаметр конденсатора, м.

Коэффициент прочности сварного шва j, приняли согласно [17, С.10]:

j = 1, 0

Допускаемое давление при гидроиспытании составит:

[Р]_и = (2 × 1, 0 × 254, 55 × 10 × (0, 005 - 0, 001) / (0, 8 + 0, 005 - 0, 001) =

= 213656З, 8 Па = 2, 13 МПа

 

Расчет фланцевых соединений

Фланец приняли типа " шип-паз".

Расчетную температуру фланцев t_ф, °C, приняли согласно [17, С.92]:

t_ф = t,                                                              (4.8)

где t - температура рассола в конденсаторе, С.

Температуру рассола в конденсаторе t, °C, приняли согласно технологическим данным по производству жидкого хлора:

t = минус 28, 5 °С

Расчетная температура фланцев t_ф, °С:

t_ф = минус 28, 5 °С

Расчетную температуру болтов и обечайки t_б, °C, определяли согласно [17, С.92]:

t_б = 0, 97 × t,                                                    (4.9)

где t - температура рассола в конденсаторе, °С.

Расчетная температура болтов и обечайки t_б, °C:

t_б = 0, 97 × ( минус 28, 5) = минус 27, 85 °С

Допускаемое напряжение для стальных болтов (шпилек) [s]_б, МПа приняли согласно [17, С.93]:

[s]_б = 130 МПа

Толщину втулки фланца S, м определили для приварного встык согласно [17, С.93]:

S < S_ф < 1, 3 × S                                    (4.10)

где S - исполнительная толщина стенки обечайки, м;

S_ф - толщина втулки фланца, м.

Исполнительную толщину стенки обечайки S, м приняли согласно ГОСТ 380:

S = 0, 005 м

Для нахождения толщины втулки фланца определили условия уравнения (4.10) настоящего расчета:

S = 0, 005 м

1, 3 × S = 0, 0065 м

Толщину втулки фланца S_ф, м приняли:

S_ф = 0, 006 м

Исполнительную толщину стенки обечайки и основания втулки приварного встык фланца S₁, м определили согласно [17, С.93]:

S₁ = b₁ × S_ф                                           (4.11)

где b₁ - коэффициент;

S_ф - толщина втулки фланца, м.

Коэффициент b₁, определяемый согласно [17, С.95], приняли:

b₁ = 1, 8

Исполнительная толщина стенки обечайки и основания втулки приварного встык фланца составит:

S₁ = 1, 8 × 0, 006 = 0, 0108 м

Высоту втулки фланца для приварного встык фланца h_в, м, определили согласно [17, С.94]:

h_в > (1/i) × (S₁ - S ),                                         (4.12)

где i - уклон втулки;

S₁ - исполнительная толщина стенки обечайки у основания втулки, м;

S₀ - толщина втулки фланца, м.

Уклон втулки i приняли согласно [17, С.94]:

i = 0, 33

Высота втулки фланца для приварного встык фланца составит:

h_в > (1/0, 33) × (0, 0108 - 0, 006) = 0, 0144 м

Приняли высоту втулки фланца;

h_в = 0, 015 м

Диаметр болтовой окружности фланца D_б, м, определили согласно [17, С.95]:

D_б > D + 2 × (S₁ + d_б + u)                              (4.13)

где D - внутренний диаметр конденсатора, м;

S₁ - исполнительная толщина стенки обечайки у основания втулки, м;

d_б - наружный диаметр болта, м;

и - нормативный зазор между гайкой и втулкой, м.

Внутренний диаметр фланца D, м приняли:

D = 0, 3 м

Наружный диаметр болта d_б, м выбрали согласно[17, С.94]:

d_б = 0, 02 м

Нормативный зазор между гайкой и втулкой u, м определили согласно [17, С.95]:

U = 0, 005 м

Диаметр болтовой окружности фланца составит:

D_б > 0, 8 + 2 × (0, 0108 + 0, 02 + 0, 005) = 0, 37 м

Принимаем диаметр болтовой окружности фланца D_б, м:

D_б = 0, 4 м

Наружный диаметр фланцев D_h, м принимаем согласно [17, С.95];

D_h > D_б + а                                          (4.14)

где D_б - диаметр болтовой окружности фланца, м;

а - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру, м.

Конструктивную добавку для размещения гаек по диаметру а, м, определили согласно [17, С.95]:

а = 0, 04 м

Наружный диаметр фланцев D_h, м:

D_н > 0, 4 + 0, 04 = 0, 44 м

Приняли наружный диаметр фланцев D_h, м:

D_h = 0, 45 м

Наружный диаметр прокладки D_н.п., м, для приварных встык фланцев определили согласно [17, С.96]:

D_н.п. = D_б – е                                        (4.15)

где D_б - диаметр болтовой окружности фланца, м;

е - нормативный параметр, м.

Нормативный параметр для плоских прокладок е, м, определили согласно [17, С.95]:

е = 0, 03 м

Наружный диаметр прокладки В_н.п., м, для приварных встык фланцев составит:

D_н.п. = 0, 4 - 0, 03 = 0, 37 м

Для аппарата диаметром менее 1, 0 м выбрали плоские неметаллические прокладки.

Средний диаметр прокладки D_c.п., м, определили согласно [17, С.95]:

D_с.п. = D_н.п. – b                                      (4.16)

где D_н.п. - наружный диаметр прокладки, м;

b - ширина прокладки, м.

Ширину прокладки b, м принимали согласно [17, С.96]:

b = 0, 015 м

Средний диаметр прокладки составит:

D_с.п. = 0, 37 - 0, 015 = 0, 355 м

Количество болтов n_б, шт, необходимое для обеспечения герметичности соединения определили согласно [17, С.96]:

n_б > 3, 14 × D_б / t_ш                                                   (4.17)

где D_б - диаметр болтовой окружности;

t_ш - рекомендуемый шаг расположения болтов.

Рекомендуемый шаг расположения болтов t_ш, м выбрали в зависимости от давления согласно [17, С.97]:

t_ш = (4, 2 - 5) × d_б                                            (4.18)

где d_б - наружный диаметр болта, м.

Наружный диаметр болта t_б, м, выбрали согласно

t_б = 0, 02 м

Рекомендуемый шаг расположения болтов составит:

t_ш = (4, 2 - 5) × 0, 02 = 0, 84 - 0, 1 м

Принимаем шаг расположения болтов:

t_ш = 0, 1 м

Количество болтов n_б, штук, необходимое для обеспечения герметичности:

n_б > 3, 14 × 0, 4/0, 1 = 12, 56 штук

Количество болтов приняли 16 штук.

Ориентировочную высоту фланца h_ф, м, определили согласно [17, С.96]:

h_ф > l_ф × D × S_эк                                             (4.19)

где l_ф - коэффициент;

D - внутренний диаметр конденсатора, м;

Зэк - эквивалентная толщина втулки, м.

Коэффициент l_ф приняли согласно [17, С.97]:

l_ф = 0, 41

Внутренний диаметр конденсатора D, м, определили согласно ГОСТ 15120:

D = 0, 8 м

Эквивалентную толщину втулки S_эк, м, определили согласно [17, С.96]:

 

                      (4.20)

 

где S_Ф - толщина втулки фланца, м;

h_B - высота втулки фланца приварного встык, м;

b₁ - коэффициент;

D - внутренний диаметр конденсатора, м.

Эквивалентная толщина втулки S_эк, м:

 

Высота фланца n_ф, м:

h_ф > 0, 41 × 0, 8 × 0, 007 = 0, 03 м

 

4.2.3 Расчет трубной решетки

Толщину трубной решетки S_тр, м, с условием, что она подвергается усилиям со стороны трубного пучка, определили согласно [2, с, 64]:

 

                         (4.21)

где К - коэффициент;

К₀ - коэффициент;

D_пр - диаметр прокладки, м;

Р_р - рабочее давление в аппарате, МПа;

ф - коэффициент прочности сварного шва;

[s] - допускаемое рабочее напряжение, МПа;

Р_и - давление изгибающее, МПа;

[s]_и - допускаемое напряжение при гидроиспытании, МПа.

Коэффициент К принимали согласно [2, С.65]:

К = 0, 41

Коэффициент К₀ принимали согласно [2, С.65]:

К₀ =1, 44

Диаметр прокладки D_пр, м, выбрали конструктивно:

D_пр = 0, 75 м

Рабочее давление в аппарате Р_р, МПа, приняли согласно технологическим условиям отделения жидкого хлора:

Р_р = 0, 3 МПа

Коэффициент прочности сварного шва ф, принимали согласно [17, С.10]:

ф = 1, 0

Давление изгибающее Р_и, МПа, определили согласно [2, С.65]:

 

                                   (4.22)

 

где s_т - предел текучести металла, МПа;

[s] -допускаемое рабочее напряжение, МПа.

Предел текучести s_т, МПа, определили согласно [17, С.282]:

s_т = 280 МПа

Допускаемое рабочее напряжение составит:

[s]= 1, 0 × 170 = 170 МПа

Давление изгибающее составило:

 

 

Допускаемое напряжение при гидроиспытании определили согласно уравнению (4.9) настоящего расчета:

[s]_и = 254, 55 МПа

Толщина трубной решетки S_тр, м

 

Исполнительную толщину трубной решетки S_тр, м, определили с учетом добавки на коррозию:

S_тр = S’_тр + С                                                 (4.23)

где С - прибавка на коррозию, м.

Прибавку на коррозию С, м, принимаем:

С = 0, 001 м

Исполнительная толщина трубной решетки S_тр, м, составит;

S_тр = 0, 0343 + 0, 001 = 0, 0353 м

Приняли исполнительную толщину трубной решетки:

S_тр = 0, 036 м

Допускаемое рабочее давление [Р]р, МПа, определили согласно [2, С.67]:

[Р]_р = [Р] × (S_тр - С) / [(К × К₀ × D_пр) × fi                    (4.24)

где [Р] - допускаемое рабочее давление в аппарате, МПа;

S_тр - толщина трубной решетки, м;

С - прибавка на коррозию, м;

Ко - коэффициент;

ф - коэффициент сварного шва.

Диаметр прокладки D_пр, м, определили конструктивно:

D_пр = 0, 75 м

Допускаемое рабочее напряжение трубной решетки составит:

[Р] = (0, 036 - 0, 001) × 170 / [(0, 41 × 1, 44 × 0, 75) × 1, 0] = 30, 6 МПа

Условие прочности трубной решетки:

Р_р < [Р]_тр                                                                                (4.25)

0, 3 < 30, 6 МПа

выполняется.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: