Прочностной расчет основных элементов аппарата

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................................

1. Устройство аппарата и выбор конструкционных материалов...............................
   1. Описание устройства и принцип работы аппарата…………………………
   2. Выбор конструктивного исполнения основных элементов аппарата……
   3. Выбор конструкционных материалов………………………………………..

1. Цель расчетов и исходные данные……………………………………………………
   1. Цель расчетов……………………………………………………………………
   2. Расчетная схема аппарата……………………………………………………..
   3. Исходные данные для расчетов……………………………………………….
   4. Определение расчетных параметров…………………………………………

1. Прочностной расчет основных элементов аппарата……………………………….
   1. Расчет цилиндрических обечаек………………………………………………
      1. Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженной избыточным внутренним давлением……………………………………………………………..
      2. Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженного наружным давлением…………………………………………………………………………….
      3. Расчет обечайки рубашки, нагруженной внутренним давлением
   2. Расчет днища……………………………………………………………………..
      1. Расчет днища корпуса, нагруженного избыточным внутренним давлением…………………………………………………………………………….
      2. Расчет толщины стенки днища корпуса, нагруженного наружным давлением…………………………………………………………………………….
      3. Расчет днища рубашки, нагруженной избыточным внутренним давлением…………………………………………………………………………….
   3. Расчет и укрепление отверстий………………………………………………..
   4. Выбор фланцевого соединения и расчет его болтов………………………...
   5. Выбор и расчет опоры…………………………………………………………...

Выводы………………………………………………………………………………………..

Список используемой литературы.......................................................................................

ВВЕДЕНИЕ

Современное химическое производство со специфическими условиями работы оборудования, характеризуемыми часто высокими рабочими параметрами (температурой и давлением) и в основном большой производительностью, требует создания аппаратов высокого качества.

Высокое качество аппаратов характеризуется: высокой эффективностью; долговечностью (сроком службы не менее 15 лет); экономичностью; надежностью; безопасностью; удобством и простотой обслуживания, зависящих как от качества, так и от изготовления.

Задачи курсовой работы:

- систематизация, закрепление и расширение теоретических и практических знаний по этим дисциплинам;

- приобретение практических навыков и развитие самостоятельности в решении инженерно технических задач;

- подготовка студентов к работе над дальнейшими курсовыми и дипломными проектами

1. УСТРОЙСТВО АППАРАТА И ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1. Описание устройства и принцип работы аппарата

Реакционным аппаратом называются закрытые сосуды, предназначенные для проведения различных физико-химических процессов. Реактор – аппарат, в котором протекает основной процесс химической технологии; он должен работать эффективно, т.е. обеспечивать определенную глубину и избирательность химического превращения веществ. Реактор должен удовлетворять следующим требованиям: иметь необходимый реакционный объем; обеспечивать заданную производительность и гидродинамический режим движения реагирующих веществ, создавать требуемую поверхность контакта фаз, поддерживать необходимый теплообмен, уровень активности катализатора и т.д.

Конструкцию реакционного аппарата определяет ряд факторов: температура, давление, требуемая интенсивность теплообмена, консистенция обрабатываемых материалов, агрегатное состояние материалов и т.д.

Конструкция смесителя для жидких сред с перемешивающим устройством приведена на рисунке 1. В соответствии с рисунком 1 основными элементами смесителя являются: корпус с рубашкой , крышка , привод со стойкой , вращающаяся мешалка , установленная на валу , сальниковое и торцевое уплотнение, штуцер для отвода продуктов реакции.

На крышке и корпусе аппарата имеются два патрубка для подвода и отвода продуктов. С помощью мешалки происходит перемешивание веществ. Для поддержания определенной температуры внутри реактора, аппарат снабжен рубашкой, на которой имеется два патрубка для подвода греющего агента и отвода конденсата.

1. Выбор конструктивного исполнения основных элементов аппарата

Элементами, подлежащими выбору и конструктивной проработке являются: обечайка (корпус), днище, крышка, рубашка, мешалка, фланцевые соединения, опоры.

Выбор конструктивного исполнения основных элементов аппарата производим в соответствии с использованием [1].

Для стальных цилиндрических обечаек, обечайки которых выполняются из листового проката, применяется ГОСТ 9617-76.

Днище выбираем эллиптической формы с отбортовкой на цилиндр (ГОСТ 6533-78) [стр.112, рис.7.1(а), 1]. Размеры днища корпуса принимаем согласно табл.7.2 стр.116 [1]:

; ; .

Крышки аппаратов могут быть как отъемными, так и цельносварными с аппаратом. Такие цельносварные аппараты обычно снабжены люками, которые стандартизованы. Конструкция люка с крышкой – принимаем со сферической крышкой, исполнение 1 с уплотнением на соединительном выступе [1, стр.148, рис.8.4 (б)].

Рубашки предназначены для наружного нагрева или охлаждения обрабатываемых и хранящихся в аппарате жидких продуктов. По конструкции рубашки бывают неразъемные и отъемные. Более простыми и надежными в работе являются неразъемные рубашки. Поэтому принимаем стальную неразъемную рубашку для стального вертикального аппарата типа 1 с эллиптическим днищем и нижнем выпуском продукции стр.164 [1]:

; ; ; .

Обозначение: Рубашка 1-3000-3563-2-О ОСТ 26-01-984-74.

Рубашки с эллиптическими днищами применяются при и , что соответствует заданным условиям в рубашке (,).

В аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения, преимущественно круглой формы. Конструкцию фланцевого соединения применяем в зависимости от рабочих параметров аппарата. При и применяют плоские приварные фланцы [1, стр.211].

Конструкцию мешалки принимаем турбинную открытую. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем рабочем объеме смесителя при перемешивании жидкостей вязкостью до , а также грубых суспензий.

Установка аппаратов на фундаменты или специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор. Вертикальные аппараты обычно устанавливают на подвесных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на специальных конструкциях [1, стр.274]. Принимаем конструкцию опор – лапы [1, стр.274, рис.14.1 (а)].

1. Выбор конструкционных материалов

При выборе конструкционных материалов необходимо учитывать:

- условия эксплуатации аппарата, т.е. коррозионные и эрозионные свойства среды, температуру и давление среды;

- технологические свойства используемого материала: свариваемость, пластичность и другие;

- технико-экономические соображения

Для корпуса аппарата выбираем сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 [1, стр.27, табл.3.2]. Сталь 12Х18Н10Т – это высоколегированная сталь коррозионная аустенитного класса. Данная сталь весьма распространена в химической промышленности и не является дефицитной. Сталь не будет оказывать влияния на жидкую среду, находящуюся в корпусе аппарата.

Согласно условию, в рубашке неагрессивная среда (водяной пар). Учитывая это, для рубашки выбираем углеродистую сталь обыкновенного качества ВСт3сп5 ГОСТ 380-71 [1, стр.25, табл.3.2].

Мешалку и вал, которые соприкасаются с рабочей средой, изготавливают из сталей с коррозионной стойкостью не ниже, чем сталь, из которой выполнен корпус аппарата. Выбираем также сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72.

Так как в аппарате нетоксичная и не взрывоопасная среда, а также рабочее давление не превосходит значения , то применяют сальниковые уплотнения.

Материал заготовок или готовые крепежные изделия должны быть термообработаны. Сопрягаемые гайки и болты (шпильки) должны изготавливаться из разных по твердости материалов, при этом предпочтительно более твердыми принимать болты (шпильки). Согласно [1, стр.76, табл.3.19] материалом крепежных деталей выбираем Ст 35 ГОСТ 1050-74 НВ=229 (болты) и НВ=187 (гайки).

Материал прокладок выбираем паронит ГОСТ 480-80.

Прямолинейные и кольцевые стыковые швы аппарата, изготавливаемого из листовой стали, выполняются полуавтоматической сваркой под слоем флюса. Выбираем сварочные материалы, применяемые для полуавтоматической сварки:

1. для высоколегированной стали 12Х18Н10Т [1, стр.84]:

Марка проволоки 05Х20Н9ФБС ГОСТ 2246-70

Марка флюса АН-26С ГОСТ 9087-69

1. для углеродистой стали ВСт3сп5 [1, стр.81]:

Марка проволоки СВ-08А ГОСТ 2246-70

Марка флюса ОСЦ-45 ГОСТ 9087-69

1. для высоколегированной стали 12Х18Н10Т с углеродистой ВСт3сп5 [1, стр.84]:

Марка проволоки 07Х25Н12Г2Т ГОСТ 2246-70

Марка флюса АН-26С ГОСТ 9087-69

При изготовлении и приварке внутренних устройств аппарата, опорных конструкций применяют ручную электродуговую сварку. Выбираем сварочные следующие материал:

1) для штуцеров, выполненных из высоколегированной стали 12Х18Н10Т, с корпусом [1, стр.84]:

Тип электрода Э08Х20Н9Г2Б ГОСТ 10052-75;

2) для штуцеров и опор, выполненных из углеродистой стали ВСт3сп5, с рубашкой [1, стр.77]:

Тип электрода Э50А ГОСТ 9467-75.

1. ЦЕЛЬ РАСЧЕТОВ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
   1. Цель расчетов

Целью работы является:

- определение толщин стенок обечаек, днищ корпуса и рубашки;

- определение основных размеров укрепляющих элементов отверстий;

- выбор фланцевого соединения, определение диаметра и числа болтов фланцевого соединения;

- подбор и расчет опоры

1. Расчетная схема аппарата

Конструкция смесителя для жидких сред с перемешивающим устройством приведена на рисунке 1. В соответствии с рисунком 1 основными элементами смесителя являются: корпус с рубашкой , крышка , привод со стойкой , вращающаяся мешалка , установленная на валу , сальниковое и торцевое уплотнение, штуцер для отвода продуктов реакции.

Рис. 1 Расчетная схема аппарата.

1. Исходные данные для расчетов

Исходные данные:

Объем аппарата

В реакторе
Среда	Температура, С	Давление, Мпа
Глицерин, 30%	95	0,2
В рубашке
Среда	Температура, С	Давление, Мпа
Пар	135	0,33

Значения диаметров

Масса привода

Опоры расположить на стенке рубашки;

Привод на чертеже изображен условно. Высоту привода принять равной высоте реактора .

1. Определение расчетных параметров

Расчетная температура определяется на основании теплового расчета или результатов испытаний. В случае невозможности выполнения теплового расчета расчетная температура равна рабочей, но не менее 200С, следовательно:

Рабочая температура: корпуса

рубашки

Расчетная температура: корпуса

рубашки

Расчетное давление для корпуса аппарата принимаем равным:

(2.1)

Проверим необходимость учета давления гидростатического столба жидкости , проверив условие:

; (2.2)

; (2.3)

где - плотность среды в корпусе при рабочей температуре. Средой в корпусе является 30% раствор глицерина. Плотность раствора определяют по формуле:

; (2.4)

где W – влажность, принимаем W=90%;

Т=275 – 295 0К, принимаем Т=2900К;

;

- высота уровня жидкости в корпусе аппарата;

;

Тогда по формуле (2.2) получаем:

;

.

Условие выполняется, следовательно, давление гидростатического столба жидкости в аппарате необходимо учесть. Тогда расчетное давление определяется по формуле:

; (2.5)

.

Допускаемые напряжения материала корпуса выбираем согласно табл.1.4 [1] при расчетной температуре

Допускаемые напряжения материала рубашки выбираем согласно табл.1.3 [1] при расчетной температуре

Расчетное давление для рубашки:

(2.6)

Проверим необходимость учета гидростатического столба жидкости в рубашке. По формуле (2.3):

.

Тогда по формуле (2.2) получаем:

;

.

Так как условие не выполняется, то давление гидростатического столба жидкости в аппарате не учитываем. Следовательно .

Пробное давление при гидравлическом испытании корпуса определяем по формуле при :

; (2.7)

.

Пробное давление при гидравлическом испытании рубашки определяем по формуле при :

; (2.8)

.

Допускаемые напряжения при гидравлическом испытании определяются по формуле:

; (2.9)

где - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки. Для стального листового проката [2, стр.10]

- предел текучести стали при 200С. Для стали 12Х18Н10Т [2, стр.282, табл.II]; для стали ВСт3сп5 [2, стр.282, табл.I];

Для материала корпуса ;

Для материала рубашки .

Проверим необходимость расчета аппарата на внутреннее пробное давление, проверив условие:

; (2.10)

где - давление гидроиспытаний определяется по формуле:

; (2.11)

где - плотность воды при ;

- высота столба жидкости (воды);

;

По формуле (2.10) получаем:

;

.

Условие не выполняется, следовательно, расчет на прочность корпуса аппарата в условиях гидроиспытаний проводить требуется.

Проверяем условие (2.10) для рубашки:

;

где - высота уровня воды в рубашке при гидроиспытании;

.

По формуле (2.10) получаем:

;

.

Условие не выполняется, следовательно, расчет на прочность рубашки аппарата в условиях гидроиспытаний проводить требуется.

1. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АППАРАТОВ

1. Расчет цилиндрических обечаек

Начнем с расчета цилиндрической обечайки корпуса.

На обечайку действуют два давления: избыточное внутреннее (внутри реактора) и внешнее давление (давление в рубашке), таким образом, при расчете цилиндрической обечайки корпуса будет два варианта толщины, из которых нужно выбрать максимальный.

Объем, занимаемый обечайкой, определяется как разность объема аппарата и объема днища:

; (3.1)

.

Высота обечайки:

; (3.2)

.

Расчетная длина цилиндрической обечайки корпуса:

; (3.3)

где - длина обечайки, на которую действует наружное давление;

- высота цилиндрической части сопрягаемого днища, принимаем согласно стр.118 [1];

- высота эллиптической части днища;

.

3.1.1 Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженной избыточным внутренним давлением

Определяем расчетную толщину обечайки корпуса, расчет ведем по [1] и [3]:

; (3.4)

где - внутренне давление;

- диаметр обечайки;

- допускаемые напряжения для стали 12Х18Н10Т при ;

- коэффициент прочности сварного шва при автоматической дуговой электросварке, принимаем согласно [2, стр.13, табл.1.7];

.

Расчетная толщина обечайки для условий гидроиспытаний:

; (3.5)

.

Проверяем условие:

; (3.6)

.

Условие не выполняется, следовательно, .

Исполнительная толщина стенки определяется по формуле:

; (3.7)

где с – суммарная величина прибавки к расчетным толщинам стенок. Величина с определяется по формуле:

; (3.8)

где с1 – прибавка для компенсации коррозии и эрозии;

с2 – прибавка для компенсации минусового допуска;

с2 – технологическая прибавка;

Прибавка с1 определяется по формуле:

; (3.9)

где - скорость коррозии материала корпуса – стали 12Х18Н10Т

Т=20лет – срок службы аппарата;

;

значения с2, с3 равны нулю.

По формуле (3.7) получаем:

Выбираем ближайшее большее стандартное значение .

3.1.2 Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженного наружным давлением

Ориентировочная толщина стенки определяется по формуле:

; (3.10)

где - коэффициент, определяемый по рис.6.3 [1] в зависимости от значений коэффициентов и :

; (3.11)

где - коэффициент запаса устойчивости для рабочих условий, принимаем согласно стр.105 [1];

- коэффициент запаса устойчивости для условий гидроиспытаний, принимаем согласно стр.105 [1];

- модуль упругости для стали 12Х18Н10Т [1, стр.14, табл.1.5];

- модуль упругости для стали ВСт3сп5 [1, стр.14, табл.1.5];

- расчетное наружное давление, принимаем равным давлению воды в рубашке;

для рабочих условий: ;

для гидроиспытаний: .

Расчетный коэффициент К3 определяется по формуле:

; (3.12)

;

Определяем : для рабочих условий

для условий гидроиспытаний .

По формуле (3.10) для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

.

Расчетную толщину стенки обечайки корпуса, нагруженной внутренним и наружным давлением, принимаем из условия максимума:

.

Исполнительная толщина стенки:

; (3.13)

где с – определяется по формуле:

; (3.14)

;

;

;

.

Принимаем большее стандартное значение .

Осевая сжимающая сила F определяется по формуле:

для рабочих условий ; (3.15)

;

для условий гидроиспытаний (3.16)

.

Проверим устойчивость обечайки корпуса. Должно выполнятся условие:

для рабочих условий ; (3.17)

для условий гидроиспытаний ; (3.18)

где и - давление в рабочих условиях и гидроиспытания соответственно;

и - допускаемое наружное давление в рабочих условиях и в условиях гидроиспытаний;

и - допускаемое осевое сжимающее усилие в рабочих условиях и в условиях гидроиспытаний;

Допускаемое наружное давление из условия прочности:

В рабочих условиях ; (3.19)

;

в условиях гидроиспытаний ; (3.20)

.

Допускаемое давление из условия устойчивости:

В рабочих условиях ; (3.21)

где В1 – определяется так:

; (3.22)

;

принимаем В1=1;

.

В условиях гидроиспытаний (3.23)

.

Допускаемое наружное давление с учетом прочности и устойчивости:

В рабочих условиях ; (3.24)

.

В условиях гидроиспытаний ; (3.25)

.

Проверим условие прочности обечайки:

В рабочих условиях ; (3.26)

.

В условиях гидроиспытаний ; (3.27)

.

Условия прочности выполняются.

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:

Для рабочих условий ; (3.28)

;

для условий гидроиспытаний ; (3.29)

.

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости в пределах упругости при ; (3.30)

;

; (3.31)

Для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний .

Допускаемое осевое сжимающее усилие с учетом обоих условий:

Для рабочих условий ; (3.32)

;

для условий гидроиспытаний ; (3.33)

.

Проверяем условие (3.17):

;

Проверяем условие (3.18):

.

Оба условия устойчивости выполняются.

3.1.3 Расчет обечайки рубашки, нагруженной внутренним давлением

Расчетная толщина обечайки рубашки определяется по формуле:

; (3.34)

где - давление в рубашке;

- диаметр рубашки;

- допускаемые напряжения для стали ВСт3сп5 при ;

- коэффициент прочности сварного шва для стыковых сварных швов рубашки с двухсторонним сплошным проваром, выполняемых автоматической сваркой [2, стр.13, табл.1.7];

.

Для условий гидроиспытаний:

; (3.35)

.

В качестве расчетной толщины из двух значений выбираем большее, т.е. .

Исполнительная толщина стенки:

; (3.36)

где с – определяется по формуле:

; (3.37)

где - скорость коррозии материала корпуса – стали ВСт3сп5

;

.

Принимаем большее стандартное значение .

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

Для рабочих условий ; (3.38)

;

для условий гидроиспытаний ; (3.39)

.

Проверяем условие прочности

Для рабочих условий ; (3.40)

.

Для условий гидроиспытаний ; (3.41)

.

Оба условия прочности выполняются.

1. Расчет днища

Расчет начинаем вести с днища корпуса. На него действуют два давления: наружное и внутреннее избыточное.

3.2.1 Расчет днища корпуса, нагруженного избыточным внутренним давлением

Толщина стенки эллиптического днища рассчитывается по формуле:

В рабочих условиях ; (3.42)

где - внутренне давление;

- диаметр днища;

- допускаемые напряжения для стали 12Х18Н10Т при ;

- коэффициент прочности сварного шва при автоматической дуговой электросварке, принимаем согласно [2, стр.13, табл.1.7];

;

в условиях гидроиспытаний ; (3.43)

.

Из двух значений выбираем большее, т.е. .

3.2.2 Расчет толщины стенки днища корпуса, нагруженного наружным давлением

Толщина стенки эллиптического днища рассчитывается по формуле:

В рабочих условиях ; (3.44)

где КЭ – коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища. Для предварительного расчета принимаем КЭ=0,9;

В рабочих условиях

или ;

для условий гидроиспытаний ; (3.45)

или ;

Расчетную толщину стенки днища корпуса, нагруженного избыточным внутренним и наружным давлением, принимаем из условия:

; (3.46)

=8,5мм.

Исполнительная толщина стенки:

; (3.47)

.

Принимаем большее стандартное значение .

Допускаемое внутренне избыточное давление:

; (3.48)

.

Проверим условие прочности:

; (3.49)

.

Условие прочности выполняется.

Допускаемое наружное давлении определяется по формуле:

Для рабочих условий ; (3.50)

Допускаемое давление из условия прочности:

; (3.51)

;

Допускаемое давление из условия устойчивости:

; (3.52)

Коэффициент КЭ определяем по формуле:

; (3.53)

; (3.54)

;

;

;

;

Для условий гидроиспытаний ; (3.55)

; (3.56)

;

Допускаемое давление из условия устойчивости:

; (3.57)

;

;

Проверяем условие прочности

Для рабочих условий ; (3.58)

.

Для условий гидроиспытаний ; (3.59)

.

Оба условия прочности выполняются.

3.2.3 Расчет днища рубашки, нагруженной избыточным внутренним давлением

Расчетная толщина стенки эллиптического днища определяется по формуле:

В рабочих условиях ; (3.60)

где - внутренне давление;

- диаметр рубашки;

- допускаемые напряжения для стали ВСт3сп5 при ;

- коэффициент прочности сварного шва при автоматической дуговой электросварке, принимаем согласно [2, стр.13, табл.1.7];

;

в условиях гидроиспытаний ; (3.61)

.

Из двух значений выбираем большее, т.е. .

Исполнительная толщина стенки:

; (3.62)

.

Принимаем большее стандартное значение .

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

Для рабочих условий ; (3.63)

;

для условий гидроиспытаний ; (3.64)

.

Проверяем условие прочности

Для рабочих условий ; (3.65)

.

Для условий гидроиспытаний ; (3.66)

.

Оба условия прочности выполняются.

1. Расчет и укрепление отверстий

Произведем расчет отверстия, не требующего укрепления:

; (3.67)

где ; (3.68)

;

;

; (3.69)

.

Проверяем условие: ; (3.70)

.

Условие выполняется, следовательно, укреплять данное отверстие не следует. Также это относится и к остальным отверстиям.

1. Выбор фланцевого соединения и расчет его болтов

Материал болтов, гаек – сталь 35 ГОСТ 1050-74;

Материал фланцев – 20К [1, стр.223, табл.13.5];

Материал прокладки – паронит ГОСТ 480-80;

Расчетное давление внутри аппарата – 0,136 МПа;

Расчетная температура -

Внутренний диаметр фланцевого соединения ;

Толщина стенки ;

Основные параметры фланцевого соединения [1, стр.233, табл.13.7]:

Внутренний диаметр фланца ;

Наружный диаметр фланца ;

Диаметр болтовой окружности ;

Геометрические размеры уплотнительной поверхности;

;;;

Толщина фланца ;

Диаметр отверстий под болты ;

Число отверстий ;

Диаметр болтов ;

Основные параметры прокладки [1, стр.248, табл.13.14]:

Наружный диаметр ;

Внутренний диаметр ;

Ширина прокладки ;

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от избыточного внутреннего давления:

; (3.71)

где - средний диаметр прокладки;

; (3.72)

;

;

Реакция прокладки в рабочих условиях:

; (3.73)

где - эффективная ширина прокладки;

для плоских прокладок ; (3.74)

;

- коэффициент, принимаем по [1, стр.265, табл.13.28];

.

Усилие, возникающее от температурных деформаций. Для приварных фланцев из одного материала:

; (3.75)

где - число болтов;

; (3.76)

где - шаг болтов;

[1, стр.266, табл.13.29];

; (3.77)

- безразмерный коэффициент. Для соединений с приварными фланцами:

; (3.78)

где ; (3.79)

где - линейная податливость прокладки;

(3.80)

где - модуль предельной упругости материала прокладки, принимаем согласно [1, стр.265, табл.13.28];

- линейная податливость болтов:

; (3.81)

где - расчетная длина болта:

; (3.82)

где - длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки;

; (3.83)

- [2, стр.95, табл.1.41];

;

- расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы, [1, стр.264, табл.13.27];

- модуль продольной упругости материала болта;

;

- угловая податливость фланца:

; (3.83)

где w – безразмерный параметр;

- коэффициент;

- безразмерный параметр;

- ориентировочная толщина фланца;

- модуль продольной упругости материала фланца;

; (3.84)

где - безразмерный параметр;

; (3.85)

для плоских приварных фланцев ; ; (3.86)

- принимаем согласно [1, стр.267, рис.13.14];

; (3.87)

где ; (3.88)

- эквивалентная толщина втулки фланца для плоских приварных фланцев;

- меньшая толщина конической втулки фланца;

, но ; (3.89)

;

;

;

;

;

;

- принимаем согласно [1, стр.268, рис.13.17];

- принимаем согласно [1, стр.14, табл.1.5];

- коэффициент температурного линейного расширения материала фланцев;

- коэффициент температурного линейного расширения материала болтов;

согласно [1, стр.259, табл.13.21];

согласно [1, стр.14, табл.1,6];

;

;

.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа при :

; (3.90)

где – параметр, принимаем согласно [1, стр.265, табл.13.28];

- коэффициент жесткости фланцевого соединения;

; (3.91)

где ; (3.92)

;

для плоских приварных фланцев .

;

- принимаем согласно [2, стр.93, табл.1.38];

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

; (3.93)

;

Приведенные изгибающие моменты в диаметральном направлении сечения фланца:

; (3.94)

; (3.95)

; (3.96)

;

;

;

Условия прочности болтов:

; (3.97)

; (3.98)

; ;

; .

Крутящий момент на ключе при затяжке болтов (шпилек) определяется по [1, стр.271, табл.13.19] .

Условие прочности прокладки:

; (3.99)

; .

Условие прочности прокладки выполняется.

Максимальное напряжение в сечении s1 фланца:

; (3.100)

при - принимаем согласно [1, стр.268, табл.13.16]

.

Максимальное напряжение в сечении s0 фланца:

; (3.101)

где - принимаем согласно [1, стр.269, табл.13.18];

.

Напряжение в кольце фланца от действия момента М0:

; (3.102)

.

Напряжения во втулке фланца от внутреннего давления:

; (3.103)

; (3.104)

;

.

Условие прочности фланца:

; (3.105)

при ; (3.106)

;

;

.

Угол поворота фланца:

; (3.107)

для плоских фланцев [2, стр.102];

. (3.108)

1. Выбор и расчет опоры

Расчет ведется по [1].

Определяем расчетные нагрузки. Нагрузка на одну опору определяется по формуле:

; (3.109)

где , - коэффициенты, зависящие от числа опор;

Р – вес сосуда в рабочих условиях и в условиях гидроиспытания;

М – внешний изгибающий момент;

D – диаметр рубашки;

e – расстояние между точкой приложения усилия и подкладным листом.

Так как внешний изгибающий момент равен нулю, то формула (3.109) принимает вид:

; (3.110)

При числе опор [1, стр.291];

- вес сосуда в рабочих условиях;

- вес сосуда в условиях гидроиспытаний;

для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний ;

Осевое напряжение от внутреннего давления и изгибающего момента:

; (3.111)

где - толщина стенки аппарата в конце срока службы;

; (3.112)

где s – исполнительная толщина стенки аппарата;

с – прибавка для компенсации коррозии;

с1 – дополнительная прибавка;

;

для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний .

Окружное напряжение от внутреннего давления:

; (3.113)

для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний .

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры:

; (3.114)

для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний .

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяется по формуле:

; (3.115)

где - коэффициент, зависящий от параметров и. [1, стр.293, рис.14.8];

для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры:

; (3.116)

где - коэффициент, зависящий от параметров и. [1, стр.293, рис.14.9];

для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний .

Условие прочности имеет вид:

; (3.117)

где - для рабочих условий;

- для условий гидроиспытаний;

для рабочих условий ;

;

для условий гидроиспытаний ;

Условие прочности выполняется.

Толщина накладного листа определяется по формуле:

;

где - коэффициент, принимаем согласно [1, стр.294, рис.14.10];

для рабочих условий ;

для условий гидроиспытаний ;

Окончательно принимаем .

ВЫВОДЫ

Итогом курсового проектирования является подробный расчет аппарата и его элементов исходя из условий его эксплуатации. В частности, был произведен расчет толщин обечайки, рубашки, днища; расчет фланцевого соединения; расчет укрепления отверстий; расчет опор. Также был произведен подбор материалов с учетом технико-экономических показателей. Большинство толщин элементов аппарата были приняты с запасом исходя из прочностных расчетов, что дает возможность применять аппарат при более жестких условиях, чем заданные.

Итак, на основании расчет можно сделать вывод, что спроектированный аппарат пригоден к эксплуатации при заданных условиях.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1981. – 382 с., ил.

2. Михалев М.Ф. "Расчет и конструирование машин м аппаратов химических производств";

3. Конспект лекций по КРЕО

Прочностной расчет основных элементов аппарата