|
|
Перед расчетом определимся с выбором конструкционного материала в зависимости от необходимой химической стойкости. По табл.III.19. «Нержавеющие стали, сортамент, свойства и области применения» [1] выбираем листовую сталь марки 03Х18Н11. Сварные соединения из этой стали, обладают высокой стойкостью против МКК в средах окислительного характера, не подвержены ножевой коррозии. Используется для сварного оборудования емкостного, теплообменного и трубопроводов. Применяется от -253 до +610 °С.
Разрушающее действие среды на материал учитываем введением прибавки С к номинальной толщине детали:
С=П∙τа,
где τа – амортизационный срок службы аппарата (принимаем τа =20 лет);
П – коррозионная проницаемость, мм/год. По табл.III.21. «Коррозионная стойкость аустенитных и аустенитно-ферритных нержавеющих сталей» [1] принимаем П=0,025 мм/год.
С=П∙τа=0,025∙20=0,5мм
1. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ КРЫШКИ
АППАРАТА
Расчет толщины стенки эллиптической крышки, нагруженного избыточным внутренним давлением.
Толщину стенки крышки рассчитываем по формулам (52)-(54) [2]:
,
где , R=D с Н=0,25D.
0,0146 м.
s1 = 14,6+0,5 = 15,1 мм
Принимаем толщину крышки s1 = 16 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитаем по формуле (54) [2]:
1,5564 МПа
Проведем проверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласно формуле (26) [3]
0,1303 м
где Dp=2D=2∙2=4 м при х=0 согласно (5) [3].
Толщину стенки крышки, при которой не требуется укрепление отверстия, определим подбором:
0,5498 м.
Исполнительная толщина крышки аппарата принимается s1=25 мм.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
2,4546 МПа
Согласно ГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем h1=60 мм.
Проведем проверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,8=0,8∙177,09>h1.
Согласно условиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки 25 мм.
Расчет толщины стенки эллиптического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружное избыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютном давлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщину стенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
;
,
где Кэ=0,9 для предварительного расчета [2].
{0,0040;0,0009}=4,0 мм.
Дальнейший расчет проводим из условия толщины стенки s1=25 мм.
Определим допускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
где допускаемое давление [p]п из условия прочности:
2,73 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивости в пределах упругости:
3,73 МПа,
где Кэ=0,91,
0,18.
Допускаемое наружное давление:
1,78 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
Принимаем эллиптическое днище с отбортовкой h1=60 мм толщиной стенки s1=25 мм по ГОСТ 6533-78.
2. РАСЧЁТ НА ПРОЧНОСТЬ СФЕРИЧЕСКОГО ДНИЩА
КОРПУСА
Толщину стенки сферического днища корпуса, нагруженного внутренним избыточным давлением, рассчитываем по формуле:
,
Расчетная толщина стенки днища
0,0060 м
где R=0,5D с Н=0,25D; Р=р+ ρgh=1,47∙106+1000∙4,1∙9,81=1,51 МПа; р – давление внутри аппарата – 1,47 МПа, ρ=1000 кг/м3 – плотность воды при гидроиспытании аппарата, h=L1+L2+Lк+0,5D0=1200+1800+300+0,5∙1600=4100 мм.
Толщина стенки с надбавкой:
s1р = 6+0,5=6,5 мм;
Таким образом, по [4] принимаем толщину стенки 8 мм
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитываем по формуле:
1,881 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
В результате произведённых расчётов и полученной толщины сферического днища корпуса аппарата под внутренним давлением принимаем толщину сферического днища 8 мм.
Согласно ГОСТ 6533-78 по таблице 7.2 [7] принимаем длину отбортованной части днища h1=40 мм.
Проведем проверочный расчет по п. 3.3.1.4. [2]:
0,3=0,3∙32,86<h1.
Согласно условиям п. 3.3.1.4. [2] принимаем толщину стенки равной толщине обечайки, рассчитанной в п. 3.2 – 12 мм.
Расчет толщины стенки полусферического днища, нагруженного избыточным наружным давлением.
Наружное избыточное давление принимаем равным атмосферному р=0,101 МПа, при абсолютном давлении внутри аппарата 0 МПа.
Толщину стенки днища рассчитываем по формулам (56)-(58) [2]
;
,
где Кэ=1,0 для предварительного расчета [2].
{0,0018;0,0004}=1,8 мм.
Дальнейший расчет проводим из условия толщины стенки s1=12 мм.
Определим допускаемое наружное давление по формуле (58) [2]:
где допускаемое давление [p]п из условия прочности:
3,20 МПа,
допускаемое давление [p]Е из условия устойчивости в пределах упругости:
4,25 МПа,
где Кэ=1 [черт. 13; 2],
Допускаемое наружное давление:
2,04 МПа
Проверяем условие :
- условие соблюдается.
Принимаем полусферическое днище с отбортовкой h1=40 мм толщиной стенки s1=12 мм по ГОСТ 6533-78.
Проведем проверку на необходимость укрепления отверстия для штуцера.
Согласно формуле (26) [3]
0,3029 м
где Dp=2R=D=1,6 м (7) [3].
Исполнительная толщина днища аппарата принимается s1=12 мм.
3. РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ОБЕЧАЕК РЕАКТОРА
3.1. Расчет цилиндрической обечайки диаметром 2000 мм
Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:
s ³ sР+с
где
где sР – расчетная толщина стенки, мм;
p – внутреннее избыточное давление (в нашем случае оно равно давлению внутри аппарата p =15 кг/см2 = 1,47 МПа);
D – диаметр обечайки (D =2 м);
[s] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;
φр – расчетный коэффициент прочности сварного шва.
Принимаем вид сварного шва – стыковой с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдем значение коэффициента прочности φр =1,0.
0,0132 м
s = 13,2+0,5 = 13,7мм
Принимаем толщину стенки s = 16 мм (см. п. 2).
Допускаемое избыточное внутреннее давление будет равным (формула 10 [2]):
1,72 МПа.
Определим допускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:
где допускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:
1,72 МПа
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяем по формуле 15 [2]:
где , расчетная длина обечайки l=L1+l3эл+l3кон+L2+l3сф, ; 0,14м; ; l=2,0+0,167+0,14+1,8+0,267=4,374м
4,91
значит, выбираем B1 = 1.
0,398 МПа
0,388 МПа
Принимаем толщину стенки корпуса s=16мм.
Расчёт цилиндрической части корпуса нагруженной осевыми усилиями.
Толщина стенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствовать условию:
где 0,0066 м
Осевое растягивающее усилие:
4,62 МН.
Допускаемое осевое растягивающее усилие:
=10,82 МН ≥4,62 МН.
Условия s≥sp+c и [F]≥F выполняются.
Осевое сжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:
Допускаемое осевое сжимающее усилие:
- из условия прочности (22) [2]
3,14∙(2+0,016-0,0005)∙(0,016-0,0005)∙112=10,99 МН
- в пределах упругости из условия устойчивости (23) [2]
[F]Е = min{[F]E1;[F]E2}
но при условии l/D=4,374/2,0=2,187<10 [F]Е = [F]E1 ,
тогда [F]E1 находим по формуле (24) [2]
51,91 МН
с учетом обоих условий по формуле (21) [2]:
=10,75 МН
Осевое сжимающее усилие – это усилие прижатия днища к обечайке атмосферным давлением, которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата»[5]):
F=0,25∙π∙(D+2s)2∙p=0,25∙3,14∙(2,0+2∙0,016)2∙0,101=0,33 МН
Так как обечайка корпуса при атмосферном давлении и отсутствия давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления 0,1 МПа и осевого сжимающего усилия F, должно выполняться условие устойчивости:
Проверяем условие устойчивости:
0,29≤1
Устойчивость обечайки корпуса с толщиной стенки 16 мм выполняется.
Принимаем толщину стенки обечайки s=16 мм.
3.2. Расчет цилиндрической обечайки диаметром 1600 мм
Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:
Страницы: 1, 2
При использовании материалов активная ссылка на источник обязательна.