Установка АВТ-5

 

            Выбранные материалы широко используются  в промышленности и приемлемы  по стоимости. Рабочие характеристики  подходят к данному  

режиму работы. Стали обладают хорошей  свариваемостью и химической стойкостью, хорошо обрабатываются, а листовой прокат для обечаек и днищ легко  поддается вальцовке. Используемые материалы прекрасно подходят к  рабочим условиям колонны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Специальная часть

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Проверочный расчет на прочность цилиндрической обечайки корпуса

 

Исходные данные для проектирования

 

Диаметр аппарата D_верх = 2000 мм

 

                      D_низ = 2800 мм

Высота  колонны    H=29,00 м

Расчетное давление Р = 1,4 МПа

Максимальная  температура T_верх.= 90ºС

                                      T_низ..= 175ºС

Вес аппарата G=122 ТН

Материалы:

Обечайка 16ГС+18Х13

Днище 16ГС+18Х13

Крепеж ВСт5

Прокладки паронит

Опора 16ГС+18Х13

Расчет  ведем по [ 1]

 

 

Рисунок 2 – Обечайка  корпуса

 

                   Расчет верхней обечайки.

 

             Исходные данные: D=2,0м; 16ГС+18Х13; р=1,4 МПа; t=65⁰C; S=0,018м

 

Толщину обечайки s_., м, корпуса колонны,  работающего под внутренним  давлением, определяем по формулам:

 

, (1)

 

      ,                                   (2)

 

где    S_R – расчетная толщина стенки, м;

          c – общая прибавка к расчетной толщине, с=0,003 м;

          Р – расчетное давление, p=1,4 МПа;

          D – расчетный диаметр аппарата, D=2,0 м;

          [σ] – допускаемое напряжение для материала 16ГС при расчетной 

                  температуре 90⁰С, [σ]=162,8 МПа;

          φ – коэффициент прочности  сварного шва, φ=1 ,так как сварка 

                двухсторонняя автоматическая.

 

 

 

Имеющаяся толщина стенки обечайки S=18 мм больше чем требуется по расчету S=11 мм.

 

Допустимое давление [р],МПа, для обечайки толщиной S=0,018 м, определяем  по формуле

                                        

                                                                                          (3)

 

 

Расчет нижней обечайки.

            Исходные данные: D=2,8м; 16ГС+18Х13; р=1,4МПа; t=175⁰C; S=0,018м

Толщину обечайки s_., м, корпуса колонны,  работающего под внутренним  давлением, определяем по формулам:

,

 

   ,

 

где    S_R – расчетная толщина стенки, м;

         c – общая прибавка к расчетной толщине, с=0,003 м;

         Р – расчетное давление, p=1,4 МПа;

         D – расчетный диаметр аппарата, D=2,8 м;

         [σ] – допускаемое напряжение для материала 16ГС при расчетной

                  температуре 175⁰С, [σ]=151 МПа;

         φ – коэффициент прочности  сварного шва, φ=1 ,так как сварка 

               двухсторонняя автоматическая.

 

 

 

Имеющаяся толщина стенки обечайки S=18 мм больше чем требуется по расчету S=16 мм.

Допустимое давление [р],МПа, для обечайки толщиной S=0,018 м,

     определяем  по формуле

 

 

 

 

2.2 Проверочный расчет на прочность  днища

 

Расчет  ведем по [1]

 

Расчет  верхнего днища

 

 

Рисунок 3– Расчетная схема стандартного эллиптического днища

 

             Исходные данные : D=2,0м; 16ГС+18Х13; р=1,4 МПа; t=90⁰С; S₁=0,016 м;

 

Толщину стенки эллиптического днища  s_1., м, работающего под внутренним избыточным давлением, определяем  по формулам:

 

                                        ,                                  (4) 

 

,                        (5)                                                                   

 

где     S_1R – расчетная толщина днища, м;

          с – прибавка на коррозию, с=0,003 м;

          р – расчетное давление, р=1,4 МПа;

          R – радиус кривизны в вершине днища, так как днище стандартное

                  R= D=2,0 м.;

          - допускаемое напряжение для материала днища 16ГС при расчетной температуре 90⁰С,  =162,8 МПа;

           - коэффициент прочности сварного шва, = 1, так как сварка

                   двухсторонняя автоматическая.

 

 

 

Имеющаяся толщина стенки днища  S=16 мм больше чем требуется по расчету S=11 мм.

Допустимое давление [р],МПа, для днище толщиной S=0,016 м , определяем по формуле

 

                                                                                           (6)   

 

Расчет  нижнего днища.

 

            Исходные данные : D=2,8м; 16ГС+18Х13; р=1,4 МПа; t=175⁰С; S₁=0,018 м;

Толщину стенки эллиптического днища  s_1., м, работающего под внутренним избыточным давлением, определяем  по формулам:

 

,

 

                                             ,

 

где     S_1R – расчетная толщина днища, м;

           с – прибавка на коррозию, с=0,003 м;

           р – расчетное давление, р=1,4 МПа;

           R – радиус кривизны в вершине днища, так как днище стандартное ;  

          - допускаемое напряжение для материала днища 16ГС+18Х13 при

                  расчетной  температуре 175⁰С ,  =151 МПа;

           - коэффициент прочности сварного шва, = 1, так как сварка

                 двухсторонняя автоматическая.

 

 

Имеющаяся толщина стенки днища  S=18 мм больше чем требуется по расчету S=16 мм.

Допустимое давление [р],МПа, для днище толщиной S=0,018 м , определяем по формуле

 

                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчет фланцевого соединения

 

Для аппарата работающего со следующими характеристиками:

 

Р = 1,4МПа;

t = 175⁰C;

Материала 16 ГС.

     Исходя из рабочих  параметров, по таблице определяем  серию фланца:

Р_у = 1,6МПа;

Материал фланца определили 16ГС.

     Исходя из особого  условия задания, принимаю фланец  – приварной стык.

 

 

 

 

 

Рисунок-4 Фланцевое соединение

 

 

Исходные данные:

h = 35мм L = 37мм

d = 23мм b_п = 27мм

d_Б = 22мм D_п = 563мм

D = 500мм D_Б = 600мм

D_пс = 536мм D_ф = 640мм

S₁ = 18мм z = 24

S_o  = 7мм

 

 

 

Допускаемое напряжение для приварных  фланцев, для сечения S_1, определяем по формуле:

 

,

 

где   - допускаемое напряжение для материала фланца, МПа;

         [σ]_тф – допускаемое напряжение, σ_тф=151МПа.

        

= 151МПа.

Допускаемое напряжение для сечения  S₀, определяется по формуле:

S_o= [σ]_фо=0,003×Е,

где    [σ]_фо- допускаемое напряжение для материала фланца, МПа;

Е – модуль нормальной упругости  для материала, Е = 1,91×10⁵МПа.

 

[σ]_фо = 0,003×1,91×10⁵ = 573 МПа.

 

   Определяем эффективную  ширину для плоских фланцев  по формуле:

 

b_Е = 0,6×√b_п,

где    b_Е - величина для плоских фланцев, мм;

          b_п = 31,5 мм.

 

b_Е = 0,6×√27 = 0,009м

 

Определяем вспомогательную величину для плоских фланцев по формуле:

S_E = S_o,

 

где    S_E - вспомогательная величина для плоских фланцев, мм.

 

S_E = 7мм.

Толщина тарелки определяется по формуле:

 

λ = h/√D× S_E,

где    λ – толщина тарелки;

        h – высота тарелки, h = 35мм;

        D – диаметр тарелки, D = 500 мм;

 

λ = 0,035 /√0,500 ×0,007 = 0,59

 

Безразмерный параметр Т, определяется по формуле:

 

=[1+0,9 λ (1+ψ₁× ²)]^-1;

 

К=D_ф/D = 1,2,

где     ψ₁ = 0,09- безразмерный параметр, по рис. 3.39;

 ψ₂ = 11 – безразмерный параметр, по рис. 3.39.

=[ 1+0,9×0,59(1+0,09×5²)]

 

= h/S_e= 0,035/0,007

= 5

=0,3

 

Расчетные нагрузки определяем по формуле

 

Q_g= 0,785×D²сп×р (МН),

 

где      Q – расчетная нагрузка, Q = 0,20 МН.

 

Q_g = 0,785×0,536²×1,4=0,31 МН.

 

Реакцию прокладки в рабочих  условиях определяем по формуле

 

R_n = 2ПD_пс×b_e×m×p (MH),

 

где     m – прокладочный коэффициент по таблице 3,31, m = 2,5.

 

R_n = 2×3,14×0,536×0,009×2,5×1,4=0,10

 

Болтовую нагрузку в рабочих  условиях находим по формуле

 

Р_Б2 = Р_Б1+(1-d)Q_q+Q_t,

 

где     Q_t – не учитывается, т.к очень мала.

 

Болтовую нагрузку в условиях монтажа  при р≤1,4МПа, определяем по формуле

 

Р_Б1 = max {d×Q_g+R_n; ПD_пс ×b_E ×q}

 

Р_Б1 = max {0,023×0,31+0,10; 3,14×0,536×0,009×20}

 

Р_Б1 = max {0,10; 0,30}

 

Р_Б1 = max {0,30} МН.

 

Р_Б2 = 0,30+(1-0,023)×0,31=0,40МН

 

Находим изгибающий момент М₀₁ по формуле

 

М₀₁ = 0,5×Р_б1(D_б – D_пс)

М₀₁ = 0,5×0,30(0,600-0,536)=0,009Н×м

 

М₀₂ = 0,5×[Р_б2(D_б – D_пс)+Q_q(D_пс -D-S_e) ×[σ]₂₀/[σ]_t

 

М₀₂ = 0,5×[0,40(0,600-0,536)+0,31(0,536-0,500-0,007)×183/151=0,020Н×м

 

Условие прочности определяется по формулам:

 

 

[Р_Б1/(zб×fб)]≤[σ]²⁰_б

 

≤130МПа;

 

42,8МПа≤130МПа

 

При монтаже Р_Б1 = 42,8МПа

[Р_Б2/(zб×fб)]≤[σ_б]^t

 

 

≤121,5МПа

 

57,1МПа≤121,5МПа

 

При рабочих условиях Р_Б2 = 57,1МПа

 

Условие прочности прокладок находим  по формуле

 

≤ [q]

 

= 6МПа≤130МПа

 

Расчет фланцев

 

Максимальное напряжение в сечении  S₁, определяется по формуле

 

 

=

 

Максимальное напряжение в сечении  S₀, определяется по формуле

 

;

где      σ₀ – максимальное напряжение в сечении S_1;

           ₃ – безразмерный параметр.

 

Кольцевое напряжение находим по формуле 

 

,

 

 

Напряжение во втулки фланца от внутреннего  давления определяется по формуле

 

,

Где     D – диаметр равный 500мм;

           σ_у – напряжение во втулки фланца,МПа.

 

=43,7МПа

 

Условие прочности в сечении  S_1, определяется по формуле

 

≤[σ₁]=[σ]_ф1

 

112,6МПа≤151МПа

 

Условие прочности в сечении  S₀, определятся по формуле

 

 

(4,16+43,7)²+87,5²+(4,16+43,7)×87,5=118,8МПа≤573МПа

 

Угол поворота бурта фланца, определяется по формуле

 

= ,

 

где      = 0,013 при D ≥ 200мм

 

= 0,0064≤0,013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчет укрепления отверстия