-*новый или неперечисленный*-

Расчет ректификационной колонны


1 Конструкция колонны и условие эксплуатации

       1.1 Проектируемый аппарат предназначен для ведения тепломассобменных
процессов. Колонный аппарат состоит из цельносварного корпуса  и  оборудован
внутренними  устройствами.  В  качестве  внутренних  устройств  для  ведения
технологического процесса  используют  40  колпачковых  тарелок.  Расстояние
между  тарелками  500  мм.  Кроме  этого   в   аппарате   имеются   штуцера,
предназначенные для подвода сырья, вывода  продукта,  замера  температуры  и
давления. Аппарат оборудован люками-лазами для ремонта и обслуживания.

       1.2 Внешние условия работы

       Аппарат установлен в 3 ветровом районе, фундамент на грунтах средней
плотности.  Минимальная  температура  холодной  десятидневки  минус  36  (С.
Аппарат теплоизолирован минеральной ватой, толщина изоляции       sиз=80  мм
и покрыта алюминиевой фольгой. Район не сейсмичный.


       2 Основные расчетные параметры


       2.1 Техническая характеристика

       Аппарат работает под давлением. Избыточное давление  в  аппарате  10
МПа, диаметр аппарата 1200 мм, рабочая температура  250  (С.  Среда  горячие
светлые нефтепродукты.

       2.2 Группа аппарата

       Условие работы аппарата [1]  -  взрывоопасная   среда  и  внутреннее
давление. По условиям работы аппарат относится к I группе,  поэтому  процент
контроля сварных  швов  принимается  равным  100 %  по ГОСТ 6996-86.

       2.3 Рабочая и расчетная температура

       Расчетная температура TR – это температура для  определения  физико-
механических  характеристик   конструкционного   материала   и   допускаемых
напряжений. Она определяется на основании теплового расчета или  результатов
испытаний.  Если  при  эксплуатации  температура  элемента  аппарата   может
повысится до температуры соприкасающейся с ним среды, расчетная  температура
принимается равной рабочей,  но  не  менее  20  (С.   Проектируемый  аппарат
снабжен  изоляцией  препятствующей  охлаждению  или   нагреванию   элементов
аппаратов внешней средой.
       Рабочая температура аппарата Т=250 (С.
       Расчетная температура ТР =250 (С.

       2.4 Рабочее, расчетное и условное давление

       Рабочее давление  P  –  максимальное  избыточное  давление  среды  в
аппарате при  нормальном  протекании  технологического  процесса  без  учета
допускаемого  кратковременного  повышения   давления   во   время   действия
предохранительного устройства P=1,4 МПа.
       Расчетное давление PR – максимальное допускаемое  рабочее  давление,
на  которое  производится  расчет  на  прочность  и  устойчивость  элементов
аппарата при максимальной их температуре. Как  правило,  расчетное  давление
может равняться рабочему давлению.
       Расчетное давление может быть выше  рабочего  в  следующих  случаях:
если во время  действия  предохранительных  устройств  давление  в  аппарате
может повыситься более чем на 10% от рабочего, то расчетное давление  должно
быть равно 90% давления в аппарате при  полном  открытии  предохранительного
устройства; если на элемент действует гидростатическое  давление  от  столба
жидкости в аппарате, значение которого свыше  5%  расчетного,  то  расчетное
давление  для  этого  элемента   соответственно   повышается   на   значение
гидростатического давления.
       Поскольку аппарат  снабжен  предохранительным  клапанном  и  рабочее
давление P>0,07 МПа

        РR1=1,1(P,                                                       (1)

где P –  рабочее давление, P=10 МПа;

                             PR1=1,1(10=11 МПа.


       Пробное давление для испытания аппарата определим по формуле


                           [pic],                                        (2)

       где [(]20 – допускаемое напряжение материала при  20  (С,  [(]20=196
МПа;
       [(]tR – допускаемое напряжение материала при  расчетной  температуре
t=250 (С, [(]250=145 МПа.

                                  [pic]МПа.


       Условное давление для выбора узлов и фланцевых соединений  определим
по формуле


                       [pic],                                            (3)

                                  [pic]МПа.

       2.5 Выбор материала

       По условиям работы аппарата, как в рабочих условиях так и в условиях
монтажа, ремонта, нагрузок от веса и ветровых  нагрузок,  для  этих  условий
выбираем сталь 16ГС область применения от –40 (С до +475 (С, по давлению  не
ограничена.
       Выбрали по ОСТ 26-291-94, ГОСТ 14249-89 сталь 16ГС.

       2.6 Допускаемые напряжения

       Определим допускаемые напряжение для стали 16ГС  с  толщиной  стенки
свыше 32 мм при ТР=250 (С.
       По ГОСТ 14249-89 [(]=145 МПа.

       2.7 Модуль продольной упругости

       Выбираем расчетное значение модуля продольной упругости

                               Е=1,75(105 МПа.

       2.8 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов
       Прибавка на коррозию металла принимаем

                                  С1=2 мм.

       Прибавка на минусовое значение по толщине листа принимаем 5% и далее
не учитываем

                                  С2=0 мм.

       2.9 Коэффициенты прочности сварных швов

       Корпус  имеет  продольные  и   кольцевые   сварные   швы.   Применим
автоматическую сварку род слоем флюса  со  сплошным  проваром.  Для  корпуса
аппарата выбираем стыковые швы.
       Значение коэффициента прочности сварных швов принимаем

                                    (=1.

       Приварка штуцеров будет выполняться в ручную с подваркой корня шва и
значение коэффициента прочности сварных швов принимаем

                                    (=1.

       3 Расчет на прочность и устойчивость корпуса аппарата от  расчетного
давления

       3.1 Расчет обечайки нагруженной внутренним избыточным давлением

       Цель  расчета:  расчет  на  прочность,  определение  толщины  стенки
аппарата удовлетворяющая условиям прочности.
       Расчетная схема аппарата приведена на рисунке 1.
       Исходные данные для расчета:

        - расчетное давление PR = 11МПа;
        - диаметр колонны D=1200 мм;
        - допускаемое напряжение при T=250 (С, [(]=145 МПа;
        - коэффициент прочности сварного шва (=1;
        - общая прибавка к толщине металла С=2 мм.


                                    [pic]
                    Рисунок 1 – Расчетная схема аппарата


       Толщина стенки аппарата определяется по формулам


                                [pic]                                    (4)
                   [pic],                                                (5)



       где  s - исполнительная толщина стенки, мм;


              D- внутренний диаметр аппарата, мм.


                                  [pic] м.

                          s ( 47,31 + 2 = 49,31 мм.

       Принимается  исполнительная  толщина  стенки  сосуда s=50 мм.
       Допускаемое внутреннее избыточное давление для оболочки, МПа

                             [pic],                                      (6)

                                 [pic] МПа.


       Условия применения расчетных формул


                   [pic],                                                (7)

       тогда

                                    [pic]

                               0,04000 < 0,1.

       Условие по формуле (7) выполняется.



       3.2 Расчет днищ

       Цель   расчета:   расчет   на   прочность,   определение     толщины
эллиптического днища удовлетворяющего условию прочности.
       Расчетная схема эллиптического днища приведена на рисунке 2.
       Исходные данные для расчета:

        - расчетное давление PR = 11МПа;
        - диаметр колонны D=1200 мм;
        - допускаемое напряжение при T=250 (С, [(]=145 МПа;
        - коэффициент прочности сварного шва (=1;
        - общая прибавка к толщине металла С=2 мм.

                                    [pic]

                       Рисунок 2 - Днище эллиптическое

       Для данной обечайки выбираются эклиптические отбортованные днища.


       Толщина стенки днища определяется по формулам


                                  [pic],          (8)

                                       sд ( s + c                  (9)

       где  R — радиус кривизны в вершине днища, м;
       R = D — для эллиптических днищ с H=0,25(D.

                             H=0,25(1200=300 мм,

                                  R=1,2 м,

                                  [pic] мм,

                          sд = 46,39+2 = 48,39 мм.

       Принимаем толщину днищ стандартного значения sд=50 мм.

       Допускаемое  внутреннее  избыточное  давление  для   оболочки,   МПа
определяется по формуле

                             [pic].                                     (10)

                                 [pic] МПа.

       Условия применения расчетных формул для эллиптических днищ

                            [pic],                                      (11)
                                    [pic]

       Условие выполняется.

       Определим длину цилиндрической отбортованной части днища

                      [pic],                                            (12)

                                    [pic]

                                 h1>192 мм.

       Принимаем h1=200 мм.



       3.3 Выбор стандартных штуцеров.

       По  технологии  производства  или  эксплуатационным  требованиям   в
стенках аппаратов,  днищах  и  крышках  делают  отверстия  для  люков—лазов,
загрузочных приспособлений, штуцеров и  т.  д.  Схема  штуцера  с  приварным
фланцем встык и тонкостенным патрубком приведем на рисунке

                                    [pic]

       Рисунок 3 – Схема штуцера с приварным фланцем встык и патрубком


       Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых
тонкостенных штуцеров приведены в таблице 1.


Таблица 1 – Основные размеры патрубков, стандартных стальных фланцевых
тонкостенных штуцеров по ОСТ 26-1404-76, ОСТ 26-1410-76
|Обозначение |Ду, мм  |dт, мм  |давление условное Pу,  |Sт, мм |Hт, мм  |
|            |        |        |МПа                    |       |        |
|А           |250     |273     |16                     |20     |335     |
|Б, Д        |100     |108     |16                     |10     |220     |
|В, Е        |150     |159     |16                     |16     |260     |
|Г           |200     |219     |16                     |20     |315     |
|И           |50      |57      |4                      |6      |230     |
|К, Р, С     |50      |57      |2,5                    |6      |165     |
|М           |50      |57      |1,6                    |6      |165     |



       3.4 Сопряжение узлов

       Цель расчета:  определить  напряжение  в  сопряжение  цилиндрической
оболочки с эллиптическим днищем в условиях нагружения внутренним давлением.
       Расчетная схема к определению краевых сил и  моментов  приведена  на
рисунке 4.
       Исходные данные для расчета:

        - расчетное давление PR = 11МПа;
        - диаметр колонны D=1200 мм;
        - допускаемое напряжение при T=250 (С, [(]=145 МПа;
        - коэффициент прочности сварного шва (=1;
        - общая прибавка к толщине металла С=2 мм.
       - соединение цилиндрической оболочки с  эллиптическим  днищем;  2  –
расчетная схема.

                                    [pic]

       Рисунок 4 – Схема к определению краевых сил и моментов

       Определим  краевые  силы  и  моменты  из   уравнения   совместимости
деформацией для места стыка обечайки с эллиптическим днищем


                                 [pic]                                  (13)

где  [pic]-   соответственно   радиальные   и   угловые   перемещения   края
цилиндрической оболочки под действием нагрузок P, Q0, и М0;
          [pic] -  соответственно  радиальные  и  угловые  перемещения  края
эллиптической оболочки под действием нагрузок P, Q0 и М0.

        Подставляем в уравнение (13) соответствующие значения деформаций

[pic](14)

где (=(Э, R=a=600 мм, b=300 мм.

           [pic],                                                       (15)

где ( - коэффициент Пуассона, (=0,3.

                                    [pic]

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic].

       Определим  суммарные  напряжения  на  краю  эллиптического   днища,
меридиальное и кольцевое соответственно по формулам

                             [pic]                                      (16)

                            [pic]                                       (17)

где [pic] - соответственно меридиальные напряжения действующие от нагрузок
Р, Q0, М0;
    [pic] - соответственно кольцевые напряжения действующие от нагрузок P,
Q0, M0.

       Подставим соответствующие значения нагрузок в уравнение (16), (17)

                             [pic],                                     (18)

                                                            [pic],      (19)

                                 [pic] МПа,

                                    [pic]

       Определим суммарные напряжения  на  краю  цилиндрической  обечайки,
меридиальное и кольцевые соответственно

                      [pic],                                            (20)
                   [pic],[pic]                                          (21)

где [pic]- соответственно меридиальные и кольцевые напряжения, действующие
от нагрузок P, Q0, M0.

       Подставим соответствующие значения погрузок в уравнение (20), (21)

                               [pic],                                   (22)

                                      [pic],                            (23)

                                 [pic] МПа,

                                    [pic]

       Определим максимальное напряжение на краю  эллиптического  днища  и
цилиндрической обечайке соответственно

                                   [pic],

                                   [pic],

                 [pic],                                                 (24)
                            139,29 МПа < 145 МПа,

                                    [pic]

                            139,36 МПа < 145 МПа.

       Таким  образом,  напряжения  на  краю  соединяемых  эллиптической  и
цилиндрической  оболочек  (maxЭ=139,29  МПа  и   (max=139,36   МПа   меньше
критического допускаемого напряжения [(]кр=145 МПа, т.е. условие  прочности
в месте сопряжения элементов выполняется.



       4 Расчет укрепления отверстий


       Цель расчета: определение размеров укрепляющих элементов.
       Расчетные схемы штуцеров приведена на рисунке 5.
       Исходные данные для расчета:

        - расчетное давление в колонне PR = 11 МПа;
        - внутренний диаметр колонны D=1200 мм;
        - исполнительная толщина обечайки и днища s=50 мм;
        - допускаемое напряжение при T=250 (С и s=50 мм, [(]=145 МПа;
        - допускаемое напряжение при T=250 (С и s<50 мм, [(]=162 МПа;
        - коэффициент прочности сварного шва (=1;
        - общая прибавка к толщине металла для корпуса колонны с=2 мм;
        - общая прибавка к толщине металла для штуцера cs=1 мм.


                                    [pic]

  Рисунок 5— Основная расчетная схема соединения штуцера со стенкой сосуда

       4.1 Выбор материала

       Удаление материала стенки в вырезе эквивалентно удалению каких (  то
связей в системе и для сохранения ее равновесия необходима их компенсация.
       Для изготовления штуцеров применяется сталь 16ГС допускаемое
напряжение  для  которого  при  tR=250 (C   равно  [(]250=162 МПа.
       Для условного давления Ру=11 МПа выбираются тонкостенные  штуцера  с
фланцами по ОСТ 26-1410-76. Все размеры штуцеров заносятся в таблицу 2.

Таблица 2 — Таблица штуцеров
|       |Условный  |Внутренний    |Толщина    |Длина     |Условное     |
|       |проход    |диаметр       |стенки     |штуцера   |давление Ру, |
|штуцер |Ду, мм    |штуцера       |s1, мм     |Hт, мм    |МПа          |
|       |          |dт, мм        |           |          |             |
|А      |250       |273           |20         |335       |16           |
|Б, Д   |100       |108           |10         |220       |16           |
|В, Е   |150       |159           |16         |260       |16           |
|Г      |200       |219           |20         |315       |16           |
|И      |50        |57            |6          |230       |4            |
|К1, К2,|50        |57            |6          |165       |2,5          |
|Р, С   |          |              |           |          |             |
|М1, М2 |50        |57            |6          |165       |1,6          |
|Ж1, Ж2,|450       |450           |28         |200       |16           |
|Жn     |          |              |           |          |             |



       4.2 Расчетные диаметры

       4.2.1 Расчетные диаметры укрепляемых элементов определяются по
формулам

      - для цилиндрической обечайки

                      DR = D                                            (25)


Для штуцеров A1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Жn


                                DR = 1200 мм.

      - для эллиптических днищ при высоте днища H = 0,25(D

                      [pic],                                            (26)

где  x — расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического
         днища.



Для штуцера Д1, С

                                  [pic]мм.


Для штуцера Е1, Г

                                  [pic] мм.


       4.2.2 Расчетный диаметр отверстия в стенке обечайке, ось которого
совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия определим по формуле

         dр=d+2(cs,                                                     (27)

Для штуцеров A1, В1, В2, И, К1, К2, Р, С, М1, М2, Ж1, Ж2, Жn

                  при d = 273 мм, dР = 273 + 2(1 = 275 мм,
                  при d = 108 мм, dР = 108 + 2(1 = 110 мм,
                  при d = 159 мм, dР = 159 + 2(1 = 161 мм,
                    при d = 57 мм, dР = 57 + 2(1 = 59 мм,
                  при d = 450 мм, dР = 450 + 2(1 = 452 мм.

       Расчетный диаметр отверстия для смещенного штуцера на эллиптическом
днище определяют по формуле

                       [pic],                                           (28)


Для штуцера Д1


                                  [pic]мм,

Для штуцера С

                                  [pic]мм.


Для штуцера Е1


                                   [pic]мм


Для штуцера Г


                                  [pic] мм.

       Выбранные диаметры удовлетворяют расчет.

       4.3 Расчетные толщины

       Расчетная толщина стенки штуцера нагруженного как внутренним так и
внешним давлением определяется по формуле

                                        [pic],                          (29)

где  (1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера, (1
          = 1, [(1]=162 МПа

      при Ду=50 мм, [pic] мм,
      при Ду=100 мм, [pic] мм,
      при Ду=150 мм, [pic] мм,
      при Ду=200 мм, [pic] мм,
      при Ду=250 мм, [pic] мм,
      при Ду=450 мм, [pic] мм.

      Расчетные толщины удовлетворяю принятым толщинам.

       4.4 Расчетные длины штуцеров

        Расчетные длины  внешней  и  внутренней  частей  круглого  штуцера,
показано на рисунке 6, участвующие в укреплении отверстий и учитываемые  при
расчете, определяют по формулам

                                [pic],                                  (30)

                                    [pic],                              (31)

       Длину внешней части l3 принимаем равной нулю.


                                    [pic]
              Рисунок 6 – Схема укрепления отверстий в обечайке


      при Ду=50 мм, [pic] мм,
      при Ду=100 мм, [pic] мм,
      при Ду=150 мм, [pic] мм,
      при Ду=200 мм, [pic] мм,
      при Ду=250 мм, [pic] мм,
      при Ду=450 мм, [pic] мм.

      Принятые длины штуцеров удовлетворяют расчетным длинам.



       4.5 Одиночные отверстия

       4.5.1 Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие
не оказывает на него влияния, что имеет место, когда расстояние между
наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяют условию

                              [pic],                                    (32)

где [pic] - расчетные внутренние диаметры укрепляемого элемента, мм.


       Для отверстий находящихся на обечайке


                                  [pic]мм.

       На  цилиндрической  части  корпуса  колонны  отсутствуют  отверстия,
расстояние между которыми меньше 480 мм.

       На днищах

                                  [pic]мм.

       На днищах отверстия считать взаимовлияющие, т.к.

                    bисп=320-108/2-10-159/2-16=160,5 мм.

                             660 мм > 160,5 мм.

       4.5.2  Расчетный  диаметр  одиночного   отверстия,   не   требующего
дополнительного укрепления при  наличии  избыточной  толщины  стенки  сосуда
вычисляется по формуле

                                         [pic],                         (33)

                                  [pic] мм.

Для штуцеров В1, К1, К2, К, Р и М укрепление отверстий не требуется.
Для штуцеров А1, В2 и Жn требуется укрепление отверстий.


4.5.3 Расчет укрепления одиночных отверстий


       При укреплении отверстия должно выполняться условие


                 l1R((s1 - s1R - cs)(x1 + l2R(s2(x2 + l3R((s3 - 2cs)(x3 +
                       +  lR((s - sR - c) ( 0,5((dR - d0R)(sR,
     (34)

где  s1, s2, s3 — исполнительные толщины стенок штуцера, накладного  кольца,
                 внутренней части штуцера соответственно, мм.;
      l2R — исполнительная толщина накладного кольца, мм.;
      x1, x2, x3 — отношение дополнительных напряжений для внешней
                части штуцера, накладного кольца, внутренней  части  штуцера
                соответственно;
      cs — сумма прибавок к расчетной толщине стенок штуцера, мм.;
      lR — расчетная  ширина  зоны  укрепления  в  окрестности  штуцера  или
торообразной вставки, мм.;
      d0R —  наибольший   расчетный   диаметр   отверстия,   не   требующего
           дополнительного    укрепления    при    отсутствии    избыточной
           толщины  стенки  сосуда, мм.


       4.5.3.1 Расчет укрепления штуцера В2



       Ширина зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах


                                  [pic].                      (35)

      Обечайка s=50 мм

                                  [pic] мм.

      Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки

    lR=L0,                                                              (36)

                                 lR=240 мм.


       Расчетная ширина накладного кольца определяется по формуле


                                [pic],                                  (37)

где s2 – исполнительная ширина накладного кольца, мм;
      s – исполнительная ширина стенки обечайки, мм;
      DR – расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм.


Обечайка s=50 мм.

                                  [pic] мм.


       Отношения допускаемых напряжений


                   x1 = min{1; [(1]/[(]},                               (38)

                            x1=min{1;162/162}=1.

       Для накладного кольца принимаем x2=1; для внутренней  части  штуцера
x3=0.
       Расчетный диаметр отверстия не требующего укрепления при  отсутствии
избыточной толщины стенки сосуда

                                [pic],                                  (39)

       Обечайка s=50 мм.

                                  [pic]мм.

      Все найденные значения подставляем в формулу (34):

      Обечайка s=50 мм. штуцер Ду 150 мм.

         61,42((16-5,65)(1+140(6(1+240((50-47,3-2)(0,5((161-96)(47,3

                          1643,7 мм2 ( 1537,01 мм2.

      Допускаемое внутренне избыточное давление определяется по формуле

                                        [pic],                          (40)

где  к1=1 — для цилиндрических обечаек и конических переходов;
        к1=2 — для выпуклых днищ;

                                                    [pic],              (41)

где  (1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера.

                                   [pic],

                                 [pic] МПа.

        4.5.3.2 Расчет укрепления штуцеров Ж1, Ж2, Жn.

       Расчет проведем аналогично п. 4.5.3.1 и результаты расчета сведем в
таблицу 3.


Таблица 3
|Наименование параметров         |Обозначение |Укрепляемый элемент      |
|                                |            |люк-лаз                  |
|                                |            |Условный проход штуцера  |
|                                |            |Ж1, Ж2, Жn (450)         |
|Внутренний диаметр              |D           |1200                     |
|цилиндрической обечайки днища,  |            |                         |
|мм                              |            |                         |
|Расчетный внутренний диаметр    |DR          |1200                     |
|укрепляемого элемента, мм       |            |                         |
|Расчетное давление, МПа         |P           |11,00                    |
|Допускаемые напряжения для      |[(]         |145                      |
|материала укрепляемого элемента,|            |                         |
|МПа                             |            |                         |
|Допускаемые напряжения для      |[(1]        |162,00                   |
|материала внешней части штуцера,|            |                         |
|МПа                             |            |                         |
|Коэффициент прочности сварного  |            |                         |
|                                |            |                         |
|шва:                            |            |                         |
|                                |(           |1                        |
|- укрепляемого элемента         |            |                         |
|                                |(1          |1                        |
|- штуцера                       |            |                         |
|Исполнительная толщина стенки   |s           |50                       |
|укрепляемого элемента, мм       |            |                         |
|Исполнительная толщина стенки   |s1          |28                       |
|внешней части штуцера, мм       |            |                         |
|Исполнительная толщина стенки   |s3          |0                        |
|внутренней части штуцера, мм    |            |                         |
|Расчетная толщина стенки        |sR          |47,31                    |
|укрепляемого элемента, мм       |            |                         |
|Расчетная толщина стенки        |s1R         |15,8                     |
|укрепляемого штуцера, мм        |            |                         |
|Сумма прибавок к расчетной      |с           |2                        |
|толщине стенки укрепл. элемента,|            |                         |
|мм                              |            |                         |
|Сумма прибавок к расчетной      |сs          |1                        |
|толщине стенки штуцера (общая), |            |                         |
|мм                              |            |                         |
|Внутренний диаметр штуцера, мм  |d           |450                      |
|Исполнительная длина внешней    |l1          |200                      |
|части штуцера, мм               |            |                         |
|Исполнительная длина внутренней |l3          |0                        |
|части штуцера, мм               |            |                         |
|Расчетная длина внешней части   |l1r         |143,11                   |
|штуцера, мм                     |            |                         |
|Расчетная длина внутренней части|l3r         |0                        |
|штуцера, мм                     |            |                         |
|Расчетный диаметр отверстия, мм |dr          |452,0                    |
|Расчетный диаметр одиночного    |d0          |103,0                    |
|отверстия, не требующего        |            |                         |
|дополнительного укрепления, мм  |            |                         |
|Расчетная ширина зоны укрепления|lr          |240,0                    |
|в окрестности штуцера, мм       |            |                         |
|Расчетный диаметр, мм           |d0r         |96,0                     |
|Исполнительная толщина          |s2          |24,00                    |
|накладного кольца, мм           |            |                         |
|Исполнительная ширина накладного|l2          |270,0                    |
|кольца, мм                      |            |                         |
|Расчетная ширина накладного     |l2r         |270,0                    |
|кольца, мм                      |            |                         |
|Отношение допускаемых напряжений|x1          |1,0                      |
|                                |x2          |1,0                      |
|                                |x3          |-                        |
|Условие укрепления одиночного   |            |8522>8422                |
|отверстия    A1+A2+A3+A0 > A    |            |                         |
|Коэф. снижения допуск. давления |V           |0,9779                   |
|Допускаемое внутреннее          |[P]         |10,92                    |
|избыточное давление, МПа        |            |                         |


       4.6 Учет взаимного влияния отверстий днищ

       Расчетная схема показана на рисунке 7
       [pic]
       Рисунок 7 – Расчетная схема взаимовлияющих отверстий
       Определим допускаемое давление для перемычек по формулам

                                     [pic],                             (42)
где V находится по формуле

                                                     [pic],             (43)

где [pic] - исполнительная ширина накладного кольца, мм;
    [pic] - длина внутренней части штуцеров, [pic]мм;
       [pic]- отношения допускаемых напряжений, [pic].


       Определим расчетную ширину накладного кольца


                                    [pic]

       [pic]


                                    [pic]

Допускаемое напряжение удовлетворяет принятым размерам кольца.


       5 Расчет люка(лаза


       Цель расчета: определение напряжений фланцевого соединения.
       Схема фланцевого соединения показана на рисунке 8.
       Исходные данные для расчета:

        - Расчетное давление PR=11 МПа;
        - Внутренний диаметр фланца D=450 мм;
        - Внутренний диаметр отверстия под шпильку d=46 мм;
        - Диаметр фланца Dф=775 мм;
        - Число отверстий n=20;
        - Материал фланца – сталь 16ГС;
        - Диаметр болтовой окружности Dб=690 мм;
        - Средний диаметр прокладки Dп.с.=525 мм.



              Рисунок 8 – Расчетная схема фланцевого соединения
      По ГОСТ 28759.4-90 для данного аппарата выбираются размеры люка—лаза
при Ру =16 МПа и Ду = 450 мм.

       5.1 Расчет прокладки

       Схема прокладки показана на рисунке   9



                    Рисунок 9 – Расчетная схема прокладки



       Наружный диаметр прокладки


                       DП = Dб - е,                                     (44)

       где  е  - размер, определяемый по таблице ОСТ 26–2003–77, е=78.

                              DП=690(78=612 мм.

       Средний диаметр прокладки

                              D п.ср=Dп(bп,                             (45)

       где  bп — ширина прокладки, bп=12 мм;

                            Dп.ср =612(12=600 мм.

       Эффективная ширина прокладки

                         bE = 0,125(bП,                                 (46)

                             bE=0,125(12=1,5 мм.


       Ориентировочное число шпилек


                              zб=((Dб /tб,                              (47)

где  tБ ( шаг болтов;

         tб=(2,3…3)(dб,                                                 (48)
где dб – диаметр шпильки, мм;

                                tБ=3(42=126,

                          zБ = 3,14(690/126=18 шт.

      Определим вспомогательные величины

      а) коэффициент (

                                               [pic],                   (49)

где ( - отношение большей толщины втулки фланца к меньшей, (=2.

       х найдем по формуле

             [pic],                                                     (50)

где l – длина втулки, l=125 мм;
      s0 – толщина втулки, s0=34 мм.


                                    [pic]

                                    [pic]


       б) эквивалентная толщина втулки фланца

                         sE=((so,                                       (51)

                             sE=1,57(34=53,6 мм.

       в) ориентировочная толщина фланца

                              [pic],                                    (52)

где  ( — коэффициент, из таблицы [3] (=0,5 ;

                                   [pic]мм

       г) безразмерный параметр

            (=[1+0,9((((1+(1(j2)]-1 ,                                  ( 53)

где
         j=h/sE,                                                        (54)

                              j=77,6/53,6=1,45,

           k=Dф/D,                                                      (55)

                               k=775/450=1,72,

      (1=0,3, из таблица [3]

                     ( = [1+0,9(0,5((1+0,3(1,452)]-1=0,6

      д) безразмерные параметры возьмем из графиков [3]

                                   Т=1,58,

                                   (2=3,8,

                                    (3=1.

      Угловая податливость фланца

                                  [pic],                                (56)

где Еф ( модуль  продольной  упругости  материала  фланца, Eф=1,75(105 МПа;
    hкр – толщина фланцевой части крышки, hкр=110 мм

                               [pic] 1/(МН(м).

       Угловую податливость плоской фланцевой крышки найдем по формуле

                  [pic],                                                (57)
где

                                       [pic],                           (58)
где (кр – толщина плоской крышки, (кр=235 мм;
    hкр – толщина фланцевой части крышки, hкр=110 мм.

            [pic],                                                      (59)

                                   [pic],


                                   [pic],

                                   [pic].


       Линейная податливость прокладки


               yп=sп/(((Dп.ср(bп(Eп),                                   (60)

где  Еп ( модуль продольной упругости прокладки, для металлической
    прокладки yп=0.



       5.2 Расчет болтового соединения


       Расчетная длина шпилек


              lБ = lБО + 0,28(d,                                        (61)

где  lБО ( длина  шпильки  между  опорными  поверхностями  головки  болта  и
  гайки, lБО=220 мм.;
    d ( диаметр отверстия под болт, d=46 мм.

                          lБ=220+0,28(46=232,88 мм.


       Линейная податливость шпилек


                             yБ=lБ/(EБ(fБ(zБ),                          (62)

где  fБ ( расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему
диаметру резьбы, fБ=10,9(10-4 м2;
    ЕБ ( модуль продольной  упругости  материала  болта, ЕБ=1,85(105 МПа.

            yБ= 232,88(10-3/(1,85(105(10,9(10-4 (18)=6,4(10-5 м/Н.


       Коэффициент жесткости для фланцев с овальными прокладками


                              (=1.                                      (63)

Найдем безразмерный коэффициент ( по формуле


            (=A(yБ,                                                     (64)

где

                  A=[yп+yБ+0,25((yФ1 + yФ2)((DБ - Dп.ср)2]-1,           (65)

при стыковки фланца с плоской крышкой

                yф1=[1-(((1+0,9(()]((2/(h13(E),                         (66)

                                        yФ2=yкр ,                       (67)

      По формулам (63)…(67) определяется безразмерный коэффициент

          yф1=[1(0,6((1+0,9(0,5)](3,8/(0,0133(1,75(105)=2,27 м/МН,

                                 yф2=0,001,

           A=[0+6,4(10-5+0,25((2,27+0,001)((0,69-0,525)2]-1=10,67,

                          (=10,67(6,4(10-5=0,0007.


       5.3  Расчет  фланцевого  соединения   работающего   под   внутренним
давлением.

       Нагрузка  действующая  на  фланцевое   соединение   от   внутреннего
избыточного давления найдем по формуле

                                    [pic],                              (68)

                         Qд=0,785(0,5252(11=2,38 МН.


       Реакция прокладки в рабочих условиях


             Rп=2(((Dп.ср(bE(m(pR ,                                     (69)

где  m ( коэффициент, по ОСТ 26-426-79 m=5,5

                    Rп=2(3,14(0,525(1,5(5,5(11=299,2 МН.


       Усилия, возникающие от температурных деформаций


                Qt=((zБ(fБ(EБ(((ф(tф ( (Б(tБ),                          (70)

где  (ф, (Б ( коэффициенты температурного линейного расширения    фланца и
             болтов, (Б  = 12,36(10-6 1/(C,   (ф = 17,3(10-6 1/(C;
      fБ, tф, tБ  ( коэффициенты,   fБ=5,4(10-4 м2, tф=240, tб=37,5.

Qt=0,0007(18(5,4(10-4(1,85(105((17,3(10-6(240(12,36(10-6(237,5)=0,0015 МН.

       Болтовая  нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего
давления) при p>0,6 МПа

                    PБ1=max{((Qд+Rп; ((Dп.ср(bE(q},                     (71)

где  q ( параметр, q=125;
    ( ( коэффициент жесткости фланцевого соединения, (=1;
    [(Б]20 – допускаемое напряжение при температуре 20 (С, [(Б]20=230 МПа.

    РБ1 = max{1(2,38+0,525/2; 3,14(510(1,5(125}=max{2,65;309}=309 МН.



       Болтовая нагрузка в рабочих условиях


                  PБ2=РБ1+(1 - ()(QД+Qt,                                (72)

                   PБ2=309+(1(1)(2,38+0,0015=309,0015 МН.


       Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном  сечении  фланца
по формулам


                                                     M01=0,5(PБ1((Dб-Dп.с.),
                                                                        (73)

                                            [pic],                      (74)

                     М01=0,5(309((0,69-0,525)=25,5 МН(м,

                                 [pic]МН(м.

       Принимаем за расчетное МR=26,67 МН(м.



       Условия прочности шпилек


                                 [pic],                                 (75)
                                [pic],                                  (76)

                             [pic] МПа(230 МПа,

                             [pic] МПа(220 МПа.

Условия прочности выполняется.

Критический момент на ключе при затяжки определим из графика [3]

                              Мкр=2,2(103 МН(м.

       5.3 Расчет приварных встык фланцев и буртов

       Максимальное напряжение в сечении s1 фланца в месте соединения
втулки с плоскостью фланца определим по формуле

                   [pic],                                               (77)

            D*=D+s1,                                                    (78)

                                D*=450+34=484

                                    [pic]

       Максимальное напряжение в сечение  s0  фланца  наблюдается  в  месте
соединения втулки с обечайкой

              (0=(3((1,                                                 (79)

                            (0=1(49,18=49,18 МПа.

       Напряжения в кольце фланца от действия M0 найдем по формуле

                                [pic],                                  (80)

                                 [pic] МПа.

       Напряжение во  втулки  фланца  от  внутреннего  давления  найдем  по
формулам

             [pic],                                                     (81)

             [pic],                                                     (82)

                                  [pic] МПа

                                  [pic]МПа.


       Условие прочности фланца


       в сечение s1

                         [pic],                                         (83)

                                    [pic]

d сечение s0

                                       [pic],                           (84)

                                   [pic],

                                   [pic].


       Условия прочности выполняется


       Угол поворота фланца найдем по формуле

                       [pic],                                           (85)

                                    [pic]

                                   [pic].

       Условие выполняется.

       5.4 Расчет крышки

       5.4.1 Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10.



                Рисунок 10 – Расчетная схема для крышки люка

       Определим толщину плоской крышки люка по формулам

                 s1(s1p+c,                                              (86)
где
                                [pic],                                  (87)

где К – коэффициент, определяется по таблице [2], К=0,4;
       Dp – расчетный диаметр, Dр=D3=Dб=690 мм;
       ( – коэффициент прочности сварного шва, (=1;
       [(] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, [(]=145 МПа;
       p – расчетное давление, p=10 МПа;
       К0 – коэффициент ослабления крышки отверстиями, K0=1.

                                   [pic].

                               s1(76+1=77 мм.

       5.4.2 Допускаемое давление на крышку определим по формуле

                                   [pic],

                                  [pic]МПа



       5.4.1 Область применения расчетных формул

       Расчетная схема для крышки люка  показана  на  рисунке  10.  Формулы
применимы для расчета крышки при условии

                 [pic],                                                 (88)
где s1 – исполнительная толщина крышки, примем s1=200 мм;
      Dр – расчетный диаметр, Dр=Dб=690 мм.

                                   [pic],

                                 0,109(0,11.

       Условие соблюдается.



       6 Расчет весовых характеристик аппарата



       6.1 Расчет веса аппарата



       Вес аппарата при рабочих условиях рассчитывается по формуле


                                          GA =  GK + GИЗ + GН.У + GВ.У + GЖ,
                                                                        (89)

где  GK ( вес корпуса, кН;
    GИЗ ( вес изоляции, кН;
    GН.У ( вес наружных устройств, кН;
    GВ.У ( вес внутренних устройств, кН;
    GЖ ( вес жидкости, кН.

                              GК = (GЦ + (GД,                           (90)

где  GЦ ( вес цилиндрической части корпуса, кН;
    GД ( вес днища, кН.

                            GЦ = (((DВ + s)(s(HЦ((м(g,                 ( 91)

где  HЦ ( высота цилиндрической части корпуса, м;
    (м ( плотность металла, кг/м3,  (м=7850 кг/м3.



                    GД=SД(s((м(g,                                       (92)

где  SД ( площадь днища, м2;
    sд ( толщина днища, м.

            GЦ=3,14((1,2 + 0,05)(0,05(25,9(7850(9,81=391,424 кН,

                      GД=2,31(0,05(7850(9,81=9,673 кН.

      По формуле (90)

                        GK=391,424+2(9,673=410,77 кН

Найдем вес изоляции цилиндрической части корпуса

      Gиз.ц=(((DB+2(s+sиз.)(sиз(HЦ((из.(g,                              (93)

где sиз. – толщина изоляции, м;
    (из. – плотность изоляции, кг/м3.

                         [pic],                                         (94)
где  sм.в., sAl ( толщина минеральной ваты и фольги, sм.в.=0,08 м,
sAl=0,8(10-3 м;
    (м.в., (Аl ( плотность минеральной ваты и фольги, (м.в.=250 кг/м3,
              (Al=2500 кг/м3.


                                 [pic]кг/м3.



      Gиз.ц=3,14((1,2+2(0,05+0,0808)(0,0808(25,9(272,3(9,81=24,237 кН.


       Найдем вес изоляции днищ


                            GИЗд=Fд(sиз((из(g,                          (95)

                    GИЗд=2,31(0,808(272,3(9,81=4,985 кН,

                      GИЗ=GИЗц+2(GИЗд,                                  (96)

                        GИЗ=24,237+2(4,985=34,207 кН.


       Вес внутренних устройств определяется по формуле


                             GВН=nт(Мт(g+Gот,                           (97)

где  nт ( число тарелок, nт=40 шт.;
    Мт ( масса тарелки, Мт=70 кг по ОСТ 26-01-1488-83;
    Gот – вес сетчатого отбойника, Gот=830,9 Н.

                       GВН = 40(70(9,81+830,9=28,3 кН.


       Вес жидкости в рабочих условиях определяется по формуле


                     GЖ=((((DB)2/4)(HЖ((ж(g+Vg((ж(g,                    (98)

где  HЖ ( высота слоя жидкости, HЖ=1,95 м;
      (ж ( плотность жидкости, (ж=900 кг/м3;
      Vд ( объем днища, Vд=0,45 м3.

           GЖ=(3,14(1,22/4)(1,95(900(9,81+0,45(900(9,81=23,434 кН.


       Найдем вес наружных устройств по формуле


       Gн.у.=0,1(GК,                                                    (99)

                         Gн.у.=0,1(410,77=41,077 кН.

       По формуле (89)

               GA=410,77+34,207+28,3+23,434+41,077=537,788 кН.

       Найдем вес аппарата при монтаже

                                            GА.М. =  GK + GИЗ + GН.У + GВ.У,
                                                                       (100)

                  GA.М=410,77+34,207+28,3+41,077=514,354 кН


       Максимальный вес аппарата определяется по формуле


                            GAmax = GK+GНУ+GВУ+Gиз.+GВ,                (101)

где  GВ ( вес воды.

                      GВ=(((((DB)2/4)(HЦ+2(Vд)(((воды)20(g,            (102)

           GB = ((3,14(1,22/4)(25,9+2(0,45)(1000(9,81=296,039 кН,

             Gmax=410,77+34,207+41,077+28,3+296,039=810,393 кН.


      6.2 Выбор опоры

      С учетом минимального веса аппарата GА=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 Dб=1360 мм;
      толщина стенки опоры s1=10 мм;
      толщина стенки опоры s2=20 мм;
      толщина стенки опоры s3=20 мм;
      число болтов zб=16 шт.;
      диаметр отверстия под болт d2=35 мм;
      диаметр болтов dб=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 CF=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[pic]  ,           (103)
       где  (i  (  относительное  перемещение   центров   тяжести   участков
рассчитываемое по формуле

                                            [pic]  ,                   (104)

      где (i (  коэффициент, определяемый по формуле

                                            [pic],                     (105)

      ( ( коэффициент, определяемый по формуле

                                                  [pic],               (106)

[pic] ( ,  ( ,  (  (  определяют по формулам:

                                       [pic][pic],                     (107)

                                        [pic],                         (108)
                              [pic],                                  ( 109)

       Момент инерции сечения аппарата найдем по формуле

                          [pic],                                       (110)

                                  [pic]м4;

                                  [pic]м4;

                                  [pic]м4.


       Момент сечения подошвы фундамента

                 [pic],                                                (111)

                                  [pic]м4.

Проведем расчет по формулам (102)…(108)


                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic].

                                   [pic],

                                   [pic],

[pic]

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                    [pic]


       7.2 Определение изгибающего момента от ветровой нагрузки

       При расчете ветровая нагрузка, распределенная непрерывно  по  высоте
аппарата,   заменяется   сосредоточенными   горизонтальными   силами    Pi,
приложенными в серединах участков, как показано на рисунке 12.
       Изгибающий момент  в  расчетном  сечении  на  высоте  [pic]  следует
определять по формуле

                                            [pic],                     (112)
      где MvJ ( ветровой момент от действия ветра на площадки  обслуживания,
Н(м.

       Ветровая нагрузка на i ( м участке

                                   [pic],                              (113)

       Статическая составляющая ветровой нагрузки на  i ( м участке

                                                                      [pic],
                                                                       (114)

       Динамическая составляющая ветровой нагрузки на i ( м участке

                                                                       [pic]
                                                                       (115)

       Нормативное значение статической  составляющей  ветровой  нагрузки
на середине  i ( го участка аппарата

                                                                      [pic],
                                                                       (116)

       где  q 0  ( определяется по ГОСТ Р 51273-99, q0=230 H/м2;

                     [pic],                                            (117)

       для аппаратов круглого сечения  K = 0,7.



       Коэффициент динамичности ( находится в зависимости от параметра

                                       [pic].                          (118)

       Коэффициент динамичности ( определяется по формуле

                                       [pic].                          (119)
       Коэффициент пространственной корреляции пульсации ветра ( определяют
по формуле

                                            [pic].                     (120)
           Приведенное относительное ускорение центра тяжести i ( го
       участка

                           [pic]  ,                                    (121)

       где   ( i ,  ( n  ( относительное перемещение  i (  го  и   n  (  го
участка при основном колебании

           Если  X ( 10,  то
                     [pic],                                            (122)

           Если  X ( 10,  то  m n = 0,6.

      Изгибающий момент в расчетном сечении на высоте  [pic]   от   действия
ветровой нагрузки на обслуживающую площадку следует определять по формуле

                                                   [pic],              (123)

      где  АJ ( общая площадь, включенная в контур площадки, м2.

      Коэффициент (J по формуле
                                            [pic]                      (124)
       Проведем расчет по формулам (111)…(123).

                                    [pic]

                                    [pic]

                                   [pic],

                                   [pic],

                                    [pic]

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                    [pic]

                                    [pic]

                                   m2=0,6,

                                    [pic]

                                    [pic]
                                    [pic]
                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],
                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                  [pic]м2,

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                   [pic],

                                 [pic],[pic]

                                    [pic]



       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, PR=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 ;
      (т  – коэффициент прочности кольцевого сварного шва , (т =1;
      (p – коэффициент прочности продольного сварного шва , (p=1.



                   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

                                                [pic],                 (125)

где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F=0,537 МН;

                                    [pic]

       Рассчитываем  продольные  напряжения  на  подветренной  стороне  по
формуле

                                             [pic] ,                   (126)

                                   [pic].

       Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

                [pic],                                                 (127)

                                  [pic]МПа.

       Рассчитываем эквивалентные напряжения  на  наветренной  стороне  по
формуле

                           [pic],                                      (128)

                                 [pic] МПа.

       Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной   стороне  по
формуле

                            [pic] ,                                   ( 129)

                                   [pic].

       Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

                           [pic] ,                                     (130)

                           124,04 МПа < 145(1 МПа.

- на подветренной стороне

                            [pic],                                     (131)

                             124,31 МПа<145 МПа.

       Условие прочности выполняются.

       8.1.2 Проведем расчет при условии монтажа
       Рассчитываем продольные напряжения на наветренной стороне по формуле

                                                [pic],                 (132)

где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F=0,514 МН;

       По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p=0 МПа.

                                   [pic].

       Рассчитываем  продольные  напряжения  на  подветренной  стороне  по
формуле

                                             [pic] ,                   (133)

                                   [pic].

       Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

                [pic],                                                 (134)

                                  [pic]МПа.
       Рассчитываем эквивалентные напряжения  на  наветренной  стороне  по
формуле

                           [pic],                                      (135)

                                 [pic] МПа.

       Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной   стороне  по
формуле

                            [pic] ,                                   ( 136)

                                   [pic].

       Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

                           [pic] ,                                     (137)

                           0,954 МПа < 145(1 МПа.

- на подветренной стороне

                            [pic],                                     (138)

                             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

                                                                     [pic] ,
                                                                       (139)

                                   [pic].

       Допускаемая осевая нагрузка из условия местной  устойчивости  формы
определяется по формуле

                                              [pic],                   (140)

                                  [pic]MH,

                                  [pic]МН.
       Допускаемая осевая сжимающая сила  из  условия  устойчивости  формы
определяется по формуле

                                 [pic],                                (141)

      где ( – гибкость аппарата;

                                   [pic] ,
                                   [pic],
                                  [pic]МН,
                                    [pic]
                                      .

      Определяем эквивалентную сжимающую осевую силу по формуле

                           [pic],                                     ( 142)

                                   [pic].,

                                   [pic].

      Определяем допускаемый изгибающий момент из условия прочности

                           [pic],                                     ( 143)

                                   [pic].

      Определяем допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости

                                                  [pic],               (144)

                                   [pic].
                                   [pic].

      Определяем допускаемый изгибающий момент по формуле

                       [pic],                                          (145)

                                   [pic].

                                   [pic].

      Проверяем аппарат на устойчивость от совместного действия нагрузок по
условию

                        [pic] ,                                        (146)

      При условиях испытания

                                   [pic],

                                    [pic]
      Условие выполняется.
      При рабочих условиях

                                    [pic]

      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, PR=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 ;
      (т  – коэффициент прочности кольцевого сварного шва, (т =1;
      (p – коэффициент прочности продольного сварного шва, (p=1.



              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

                                                [pic],                 (147)

где F – осевое сжимающие усилие при рабочих условиях, F=0,537 МН;

                                    [pic]

       Рассчитываем  продольные  напряжения  на  подветренной  стороне  по
формуле

                                             [pic] ,                   (148)

                                   [pic].

       Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

                [pic],                                                 (149)

                                  [pic]МПа.

       Рассчитываем эквивалентные напряжения  на  наветренной  стороне  по
формуле

                           [pic],                                      (150)

                                 [pic] МПа.

       Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной   стороне  по
формуле

                            [pic] ,                                   ( 151)

                                   [pic].

       Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

                           [pic] ,                                     (152)

                            12,1 МПа < 145(1 МПа.

- на подветренной стороне

                            [pic],                                     (153)

                             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

                                                [pic],                 (154)

где F – осевое сжимающие условие при монтаже, F=0,514 МН;

       По ГОСТ Р 51274 – 99 при условии монтажа p=0 МПа.

                                   [pic].

       Рассчитываем  продольные  напряжения  на  подветренной  стороне  по
формуле

                                             [pic] ,                   (155)

                                   [pic].

       Кольцевые напряжения рассчитываем по формуле

                [pic],                                                 (156)

                                  [pic]МПа.
       Рассчитываем эквивалентные напряжения  на  наветренной  стороне  по
формуле

                           [pic],                                      (157)

                                 [pic] МПа.

       Рассчитываем эквивалентные напряжения на подветренной   стороне  по
формуле

                            [pic] ,                                   ( 158)

                                   [pic].

       Проверяем условие прочности по следующим условиям

- на наветренной стороне

                           [pic] ,                                     (159)

                            11,5 МПа < 145(1 МПа.

- на подветренной стороне

                            [pic],                                     (160)

                              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
                                        [pic],                         (161)

где а – катет сварного шва, а=2 мм;
      [(]0 – допускаемое напряжения для материала опоры, [(]0=145 МПа.

                                   [pic],

                                   [pic].

Условие выполняется.

       9.1.4 Проверка устойчивости опорной обечайке

       Проверку устойчивости в сечение Z-Z проведем по формуле

                            [pic],                                    ( 162)

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.


                                    [pic]

                                   0,51(1

   Условие выполняется.

       9.2 Расчет Элементов опорного узла

       9.2.1 Рассчитаем толщину нижнего опорного кольца s1 по формуле

                                            [pic],                     (163)

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;
    Dб – диаметр окружности анкерных болтов, Dб=1360 мм;
    s0 – исполнительная толщина обечайки опоры, s0=8 мм.

                                   [pic],

                                 [pic][pic].

   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.

-----------------------
У

У

М

G

Направление ветра



S4

S2



1:5

D

 S

2000

y

z

z

y

d1

S3

D2

x

x

Dб

D1




смотреть на рефераты похожие на "Расчет ректификационной колонны "