Расчет аппарата на ветровую нагрузку

 

Расчетом проверяется прочность и устойчивость аппарата, устанавливаемого на открытой площадке при действии на него ветра. В частности, определяются размеры наиболее ответственного узла аппарата - опоры и фундаментных болтов, которыми крепится опора к фундаменту.

При отношении высоты аппарата к его диаметру H/D > 5 (H/D=6, 4) аппараты оснащают цилиндрическими или коническими юбочными опорами.

Аппарат по высоте условно разбивается на участки — произвольно, но не более чем через 10 м. Сила тяжести каждого участка принимается сосредоточенной в середине участка. Ветровая нагрузка, равномерно распределенная по высоте аппарата, заменяется сосредоточенными силами, приложенными в тех же точках, что и сила тяжести участков.

 

Рис. 12 Схема разбивки аппарата на участки при расчете его на ветровуюнагрузку.

Нормативный скоростной напор ветра q₀ на высоте от поверхности земли до x=10 м для разных географических районов России различен, он принимается по таблице 7, наш город находиться в районе 2.

Для высот более 10 м нормативный скоростной напор принимается с поправочным коэффициентом θ, величина которого определяется по графику на рис. 7.

 

Рис.7 График для определения поправочного коэффициента  на увеличение скоростного напора ветра для высот более 10.

 

Таблица 20 Нормативный скоростной напор ветра q₀ на высоте от поверхности земли до 10 м для разных географических районов Росси по ОН 26-01 -13- 65/Н1039–65

Географический район России	1	2	3	4	5	6	7
q, Па	230	300	380	480	600	790	850

 

Т.к. высота аппарата 13 м, то разбиваем её на 4 равных уровня по 3, 25 м и определяем скоростной напор на каждом из них по формуле:

 

q= θ · q₀·К (54)

 

где К – аэродинамический коэффициент (для цилиндрического корпуса К=0, 6).

при x₁=3, 25 м => ₁q= θ ₁· q₀·К =1·300∙ 0, 6=180 Па;

при x₂=6, 5 м => q₂= θ ₂· q₀·К =300·0, 6=180 Па;

при x₃=9, 75 м => q₃=θ ₃·q₀·К =1·300·0, 6=180 Па;

при x₄=13 м => q₄=θ ₄· q₀·К =1, 1·300 ·0, 6=198 Па.

Кроме учета изменения нормативного скоростного напора ветра в зависимости от высоты аппарата при расчете на ветровую нагрузку, учитываются также динамическое воздействие на аппарат возможных порывов ветра, колебания аппарата и явления резонанса, возникающего в том случае, когда при определенных скоростях ветра частота порывов его совпадает с частотой собственных колебаний аппарата. Для этого при определении расчетной нагрузки от ветра вводится коэффициент увеличения скоростного напора:

 

 (55)

 

где  – коэффициент динамичности, определяемый по графику на рис.8,  – коэффициент пульсации скоростного напора ветра, определяемый по графику на рис. 9.

 

Рис. 8. График для определения коэффициента динамичности

 

Период собственных колебаний аппарата Т в секундах определяется по формуле:

, (56)

 

где Н – высота аппарат, м; Е^t – модуль нормальной упругости материала корпуса аппарата при рабочей температуре, МПа; Е^t=2, 00·10⁵ МПа; J – момент инерции верхнего поперечного сечения корпуса аппарата относительно центральной оси, м⁴; g – ускорение силы тяжести, м/с²; G – сила тяжести всего аппарата, МН.

 

Рис. 9. График для определения коэффициента пульсации скоростного напора ветра.

 

 (57)

где плотность материала стали ρ _Х18Н10Т = 7880 кг/м³.

Подставляем найденные значения:

Тогда =1, 5 по графику.

Далее находим:

;

;

;

.

Далее определяем силу, действующую на i-й участок аппарата от ветрового напора:

 

 (58)

 

;

;

;

.

Далее определяем изгибающий момент от ветровой нагрузки относительно основания аппарата:

Изгибающий момент от действия ветровой нагрузки на одну площадку, расположенную на высоте х_i - от основания аппарата, М_вni определяется по формуле

 

 (59)

 

где x_ni – расстояние от низа i-ou площадки до основания аппарата в м;  – сумма проекции всех элементов площадки, расположенных вне зоны аэродинамической тени на вертикальную плоскость в м²:

 

;

 

;

 

 

где n – число площадок.

Общий изгибающий момент от ветровой нагрузки найдем по формуле:

 

Расчёт опор аппарата

 

Расчет опор [9, 10], предназначенных для цилиндрических колонных аппаратов производят исходя из ветровой и сейсмической нагрузок. В таких опорах расчётом определяются: размеры рёбер, сварные или паянные швы и местные напряжения в цилиндрических стенках аппарата в местах присоединения к ним опор.

Отношение вылета к высоте ребра l/h рекомендуется принимать равным 0, 5.

Расчётная толщина ребра определяется по формуле:

 

 (48)

 

где G – максимальный вес аппарата, МН (обычно бывает во время испытания, когда аппарат заполнен водой); n – число лап (не менее двух); z- число рёбер в одной лапе (1 или 2); σ _с.д – допускаемое напряжение на сжатие (можно принять равным 100 МН/м²); l – вылет опоры, м. Значение коэффициента k рекомендуется предварительно принять k = 0, 6. Если при этом δ получится не менее l/13, то расчётная величина δ является окончательной. В противном случае значение коэффициента k необходимо уменьшить с пересчётом толщины δ и последующей проверкой l/δ по графику.

Определим основные размеры опоры (лапы) для вертикального цилиндрического аппарата, подвешенного на четырёх лапах по следующим данным: максимальный вес аппарата G = 0, 085 МН, число лап n = 4; конструкция лап – двухрёберная, z = 2; вылет лапы l = 0, 2 м; С_к = 1 мм; диаметр корпуса D_в = 1, 8 м.

Пренебрегаем отношением вылета лапы к высоте ребра l/h = 0, 5.

Тогда  м.

Толщину ребра определим по формуле (48):

 м

Отношение  > δ = 0, 004, поэтому уменьшаем значение k до 0, 27, при котором по графику .

Пересчитываем δ:

 м >  м.

Принимаем толщину ребра δ = 10 мм.

Общая длина сварного шва определяется по формуле:

 

 м (49)

 

Прочность сварного шва проверим по формуле:

 

 (50)

 

где L_ш – общая длина сварных швов, м; h_ш – катет сварного шва, h_ш = 0, 008 м; τ _ш.с. – допускаемое напряжение материала на срез, τ _ш.с. = 80 МН/м².

То есть прочность обеспечена.

Определим опоры аппарата. При определении нагрузки на подвесную опорную лапу все действующие на аппарат нагрузки приводят к осевой силе Р, определяемой максимальным весом аппарата при эксплуатации или при гидравлических испытаниях, и моменту М, зависящему от конструкции аппарата, и т. д. При учебных расчётах момент М можно принять равным нулю. Нагрузку на одну опору рассчитывают по соотношению:

 

 (51)

 

Если М = 0, следовательно , значит ,

где λ ₁ – коэффициент, зависящий от числа опор z. Примем z = 4, значит λ ₁ = 2.

Рассчитаем осевую силу Р = m ∙ g. Масса аппарата при гидравлических испытаниях равна:

 

m = m_ап + m_воды (52)

 

m_ап = 8500 кг; m_воды = V ∙ ρ, где V = Σ V_сост.ч..

Зная технические характеристики аппарата найдём:

 м³

 м³

V = 3, 14 + 20, 57 + 2, 88 = 26, 59 м³

m_воды = V ∙ ρ = 26, 59 ∙ 1000 = 26590 кг

m = 13000 + 26590 = 39590 кг

Р = m ∙ g = 39590 ∙ 9, 81 = 388378 Н

 кН

По ОСТ 26 – 665 – 79 [10] выбираем опору (тип 2) со следующими характеристиками:

 

Q, kH	а	а1	а2	в	в1	в2	с	с1	h	h1	s1	k	k1	d	dб
250	360	540	300	800	360	350	65	240	940	40	24	75	220	42	-

 

Заключение

Целью данного курсового проекта являлся расчет выпарной установки непрерывного действия для выпаривания растворяя сульфата натрия от начальной концентрации соли 6 % (масс.) до конечной концентрации 30% (масс.).

В ходе проектирования произведены следующие расчеты: составление и описание технологической схемы выпарной установки, расчет основного аппарата, подбор вспомогательного оборудования (теплообменной и насосной аппаратуры), а также был произведен расчет на прочность.

Маркировку выбранного оборудования сведем в таблицу 21.

 

Таблица 21 Маркировка оборудования

№	Наименование	Марка
1	Насос центробежный	Х 45/54
2	Вакуум-насос	ВВН-3
3	Теплообменник	600 ТНВ-8-М1 О/20-6-4 гр. Б
4	Конденсатоотводчик	45ч12нж
5	Ёмкость начального раствора	ГЭЭ1-1-63-0, 6
6	Ёмкость упаренного раствора	ГЭЭ1-1-12, 5-0, 6
7	Обечайка	Х 18Н10Т
8	Барометрический конденсатор	КБ-2-600
9	Опора	2-1800-25-125-800

 

Произведенный анализ работы показал, что основной процесс теплопередачи сосредоточен в греющей камере выпарного аппарата. Интенсивность теплопередачи повышается в аппаратах с вынесенной циркуляционной трубой, т. к. раствор в ней не кипит и парожидкостная смесь не образуется. В них, по сравнению с аппаратами с центральной циркуляционной трубой, кратность циркуляции и коэффициент теплоотдачи выше. Еще большей эффективности можно добиться, используя аппараты с вынесенной греющей камерой. В них вследствие увеличенного гидростатического столба жидкости раствор кипит не в греющих трубах, а в трубе вскипания из-за перехода в зону пониженного гидростатического давления. Таким образом, уменьшается отложение накипи на теплообменной поверхности греющих труб и увеличивается коэффициент теплопередачи.

В итоге был получен следующий результат: выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной греющей камерой общей высотой 13 м, диаметром сепаратора 1, 8 м и диаметром греющей камеры 1 м.

 

Библиографический список

1. Дытнерский, Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. Пособие по проектированию [текст] / Ю. И. Дытнерский, – М.: Химия, 1983, 270 с.

2. Павлов, К. Ф. Примеры и задачи по курсу процессы и аппараты химической технологии [текст] / К. Ф. Павлов, П. Г. Романков, А. А. Носков, – М.: Химия, 1970, 624 с.

3. Справочник химика, т III, М.: Химия, 1964, 1008 с.

4. Справочник химика, т V, М.: Химия, 1968, 976 с.

5. Воробьёва, Г. Я. Коррозионная стойкость материалов в агрессивных средах химических производств [текст] / Г. Я. Воробьёва, М.: Химия, 1975, 816 с.

6. Касаткин, А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии [текст] / А. Г. Касаткин, М.: Химия, 1973, 750 с.

7. Викторов, М. М. Методы вычисления физико-химических величин и прикладные расчёты [текст] / М. М. Викторов, Л.: Химия, 1977, 360 с.

8. Каталог УКРНИИХИММАШа. Выпарные аппараты вертикальные трубчатые общего назначения. М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1979, 38 с.

9. Лащинский, А. А. Основы конструирования и расчёта химической аппаратуры [текст] / А. А. Лащинский, А. Р. Толчинский, Л.: Машиностроение, 1970, 752 с.

10. Лащинский, А. А. Конструирование сварочных химических аппаратов [текст] / А. А. Лащинский, Л.: Машиностроение, 1981, 382 с.

 

Приложения

Приложение 1

⇐ Предыдущая1234567

Поделиться: