Определение расчетных параметров
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

По расчетному давлению 0,94 МПа и расчетной температуре 220 °С для аппарата 1 группы принимаем плоский приварной фланец из стали 12Х18Н10Т с уплотнительной поверхностью типа шип-паз на условное давление 1,0 МПа [3].

Расчетная температура изолированного фланца [3]:

tф = t = 220 °С.

Расчетная температура болтов

tб= 0,97×t, (61)

tб = 0,97×220 = 213,4°C.

Допускаемое напряжение для материала болтов (Сталь 12Х18Н10Т) при расчетной температуре определяем по методическим указаниям [3]:

 МПа.

Допускаемые напряжения для материала фланца в сечении S0:

в рабочих условиях

 

, (62)

 

где - минимальное значение предела текучести и временного

сопротивления (предела прочности) материала фланца при

расчетной температуре,

 МПа;

в условиях затяжки

 

, (63)

 

где - минимальное значение предела текучести и временного

сопротивления (предела прочности) материала фланца при

температуре 20° С,

 МПа.

Расчет фланцевого соединения для условий испытаний не производится,

так как выполняется условие (6)

1,37 < 1,35×  МПа.

3.6.2. Определение вспомогательных величин

Эффективная ширина прокладки

 

b0 =  при  £ 15 мм, (64)

 

где  – исполнительная ширина прокладки.

Во фланцевом соединении применяется прокладка из паронита исполнения 1 по стандарту [3]:

 мм,

b0 = 12,5 мм.

Линейная податливость неметаллической прокладки, мм/Н

 

, (65)

 

где  – толщина прокладки, мм [3];

 – коэффициент обжатия прокладки [3];

 – условный модуль сжатия прокладки, МПа [3];

- средний диаметр прокладки, мм.

 мм.

мм/Н.

Податливость болтов, мм/Н


, (66)

 

где  – расчетная длина болта, мм;

- модуль продольной упругости материала болта при температуре

20 °С, МПа;

fб - площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резь-

бы, мм2;

n – количество болтов;

 – расстояние между опорными поверхностями гайки и головки болта, мм;

d – наружный диаметр болта, мм.

 МПа; d = 20 мм; n = 24; fб = 225 мм2;

мм;

 мм.

 1/Н×мм.

Эквивалентная толщина плоского приварного фланца

SЭ = S0 = 8 мм.

Угловая податливость фланца

 

,

 

где

 

; (67)

; (68)

; (69)

; (70)

. (71)

 

;

1/Н×мм.

Угловая податливость плоской крышки

 

, (72)

 

где

 

, (73)


где  – толщина плоской крышки соответственно в зоне уплотнения и на наружном диаметре, мм [7].

 

; (74)

 

;

;

 1/Н×мм.

Плечи моментов сил, мм

, (75)

 мм;

, (76)

 мм.

Коэффициент жесткости фланцевого соединения с плоской крышкой

 

, (77)

 

где

 

. (78)

 

,

.

 



Расчет нагрузок

Равнодействующая внутреннего избыточного давления, Н

 

, (79)

 

Н.

Реакция прокладки в рабочих условиях, Н

 

, (80)

 

где m – коэффициент, определяемый по пособию [3].

 Н.

Нагрузка, возникающая от температурных деформаций фланцевого соединения, Н

 

, (81)

Qt= , (81)

 

где

 

, (82)


 – коэффициенты линейного расширения материала фланца, крышки и болтов соответственно, 1/ °С [3].

 17,2 × 10-6 1/ °С;

 = 17,14 × 10-6 1/ °С.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

Рб = max {Рб1; Рб2; Рб3},    (83)

где Рб1 – болтовая нагрузка от совместного действия давления, осевой

сжимающей силы и изгибающего момента, Н;

Рб2 – болтовая нагрузка, необходимая для начального смятия прокладки, Н;

Рб3 - болтовая нагрузка из условия обеспечения прочности болтов, Н.

 

Рб1 , (84)

 

где F – внешнее осевое усилие, Н;

М – внешний изгибающий момент, Н×мм.

Рб1 = 1,667 ×(2,236·105 + 0) + 5,08·104 = 4,248·105 Н.

 

Рб2 = , (85)


Рб2 = 0,5×3,14×550,5×12,5×20 = 2,162·105 Н.

 

Рб3 = ,         (86)

 

Рб3 = 0,4 ×110 ×24 ×225 = 2,376·105 Н.

Рб = Рб1 = 4,248·105 Н.

 



Расчет болтов

Условие прочности болтов:

в условиях монтажа

 

, (87)

 МПа < 110 МПа;

в рабочих условиях

 

,                (88)

 

где

 

 –           (89)

 

приращение нагрузки на болты в рабочих условиях,

б = (1 – 1,667)×(2,236·105 + 0) +1080= – 1,503·105 Н.

 МПА < 97 МПа.



Расчет прокладки

Условие прочности мягких прокладок

 

, (90)

 

где  – допускаемое удельное давление на прокладку, МПа [3].

 МПа < 130 МПа.

 

Расчет фланца на прочность

Угол поворота фланца при затяжке соединения, рад.

 

, (91)

 

где  – изгибающий момент от болтовой нагрузки, Н×мм.

 H×мм,

 рад.

Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях, рад.

 

, (92)

 

где

 

. (93)

 

 Н×мм,

 рад.

Меридиональные напряжения в цилиндрической обечайке при затяжке фланцевого соединения для плоских приварных фланцев, МПа:

на наружной поверхности втулки

 

 (94)

 

на внутренней поверхности втулки

 

 (95)

 

где

 

. (96)

, (97)

 

 МПа.

Приращение меридиональных напряжений в цилиндрической обечайке в рабочих условиях для плоских приварных фланцев, МПа:

на наружной поверхности обечайки

 


, (98)

 

на внутренней поверхности

 

, (99)

 

где

 

, (100)

 

 МПа;

 

, (101)

 

 МПа,

 МПа,

 

 МПа.

Окружные напряжения в цилиндрической обечайке при затяжке соединения для плоских приварных фланцев, МПа:

на наружной поверхности обечайки

 

,  (102)

 

на внутренней поверхности


. (103)

 

 МПа,

 МПа.

Приращения окружных напряжений в цилиндрической обечайке в рабочих условиях для плоских приварных фланцев, МПа:

на наружной поверхности обечайки

 

, (104)

 

на внутренней поверхности

 

. (105)

 

 МПа,

 МПа.

Условие статической прочности фланца:

при затяжке соединения

 

,   (106)

 

 МПа,

в рабочих условиях

 

, (107)

 

442,4 МПа < 562,5 МПа.

 

Условия статической прочности фланцевого соединения выполняются.

 



Требования к жесткости фланцевого соединения

 

Условие жесткости (герметичности) фланцевого соединения

, (108)

где  – допускаемый угол поворота фланца, рад.

Для плоских приварных фланцев в рабочих условиях  = 0,013 рад.

Проверка условия жесткости:

 < 0,013 (рад).

Условие жесткости выполняется.

 

Расчет крышки люка

Расчетная толщина плоской круглой крышки с дополнительным краевым моментом

 


, (109)

 

где - коэффициент ослабления крышки отверстиями;

- безразмерный коэффициент;

- расчетный диаметр крышки, мм.

Расчетный диаметр крышки  равен среднему диаметру прокладки:

мм.

Коэффициент ослабления для крышек без отверстий

Коэффициент  определяется по формуле:

 

, (110)

 

где  – безразмерный коэффициент;

- диаметр болтовой окружности, мм.

 мм.

 

, (111)

 

где - реакция прокладки, Н;

- болтовая нагрузка, Н;

- равнодействующая внутреннего давления, Н.

;

;

;

Расчетная толщина крышки по формуле (109)

мм.

Исполнительная толщина крышки

 

 (112)

 

где С1 - прибавка на коррозию.

 мм.

Толщина плоской крышки по стандарту [7] S1 = 26 мм.

Толщина плоской крышки в месте уплотнения, мм

 

, (113)

 

где

 

, (114)

 


В формуле (114) индекс «р» указывает на то, что величина относится к рабочему состоянию или условиям испытания, индекс «м» – к условиям монтажа.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях,

 

, (115)

 

Н,

Допускаемое напряжение материала крышки в рабочих условиях

 МПа.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

 МПа.

Допускаемое напряжение материала крышки в условиях монтажа

 МПа.

Коэффициент  в формуле (93)

 

. (116)

 

Толщина крышки в месте уплотнения по формуле (113)

 мм.

Окончательно толщина крышки в месте уплотнения принята согласно стандарта [7]

S2 = 23 мм.

Толщина плоской крышки на краю, мм

 

, (117)

 

мм.

Окончательно толщина крышки в месте уплотнения принята согласно стандарта [7] S3 = 17 мм.

Допускаемое давление для плоской крышки с дополнительным краевым моментом

 

, (118)

 

где С = С1 – прибавка на коррозию, мм.

 МПа.

0,94 МПа < 1,4 МПа.

Условие прочности выполняется.

 



Выбор опор

 

Аппарат установлен на 4 опорных лапах.

Усилие, действующее на опорную лапу при обеспечении равномерного распределения нагрузки между всеми опорными лапами, Н

 

, (119)

 

где G – вес аппарата в рабочих условиях, Н.

Масса аппарата в рабочих условиях с учетом изоляции [1]:

m= 12150 кг.

Вес аппарата

 

, (120)

 

где g – ускорение свободного падения, м / с2.

G = 12150 × 9,81 = 1,192× 104 Н,

Н.

По пособию [4] принимаем сварные лапы с увеличенным вылетом для изоляции с допускаемой нагрузкой на опорную лапу 40000 Н.

Обозначение: Опорная лапа 3–40000 ГОСТ 26296–84.

Сварная опорная лапа с увеличенным вылетом для изоляции

 = 270 мм;                     h = 525 мм;

= 300 мм;                      = 535 мм;

d = 35 мм;                 = 8 мм.

 = 320 мм;

 

Выбор строповых устройств

 

Строповка аппарата осуществляется за две цапфы. Схема строповки приведена на чертеже общего вида аппарата.

Масса аппарата в условиях монтажа

 кг.

Вес аппарата в условиях монтажа

 

, (121)


 Н.

Усилие, действующее на одно строповое устройство

 

, (122)

 

где n – количество строповых устройств.

 Н = 10,15 кН.

Принимаем цапфу грузоподъемностью 20 кН из стали марки Ст3сп5 для аппарата с радиусом кривизны R = 750 мм [4]:

Цапфа 3–1–20–750 Ст3сп5 ГОСТ 13716–73.

 

 




Выводы

 

Конструкция аппарата, его основных сборочных единиц и расчеты выполнены в соответствии с действующей в химическом машиностроении нормативно-технической документацией.

Расчеты аппарата на прочность, жесткость и устойчивость выполнены в полном объеме и подтверждают работоспособность разработанной конструкции аппарата.

Дата: 2019-07-24, просмотров: 160.