Реактор с эллиптической крышкой и эллиптическим днищем

Размещено на http://www.allbest.ru/

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Параметры	Обозначение	Значение
1	2	3
Давление в аппарате	P	0,1 МПа
Давление в рубашке	P1	0,9 МПа
Диаметр аппарата	D	450 мм
Диаметр рубашки	D1	550мм
Длина цилиндрической части аппарата	L	700 мм
Температура в аппарате	t	170°С
Температура в рубашке	t1	180°С
Диаметр штуцеров	d1 , d 3	36 мм
Диаметр штуцеров	d2	80 мм
Диаметр штуцера	d4	36 мм
Конструкционный материал		08Х17Н15М2Т

Размеры и параметры принятые конструктивно

1. Рабочая температура

t _раб = t = 170 ⁰C

2. Допускаемые напряжение

Mпа, при t = 20 ⁰C ( таб. 1,3 / 1 )

=144,8 Мпа, при t = 170 ⁰С ( интрополяция );

=143,2 Мпа, при t = 180 ⁰С ( интрополяция );

при t = 100 ⁰C , Мпа,

при t = 20 ⁰C, 168Мпа ( таб.1,3 / 1 )

Мпа.- предел текучести при 20 ⁰С

Мпа, для гидроиспытание ;

где,- коэффициент на вид испытание.

3. Модуль упругости:

Е = 2,00 ^. 10^-5 ( таб. 1,5 / 1 ) ;

при t₁ = 150 ⁰C, E = 1,99^. 10^-5; при t₂ = 200 ⁰C , Е = 1,97^. 10^-5;

E₁₇₀ = 1,905 ^. 10^-5

E₁₈₀ = 1,97 ^. 10^-5

4. Коэффициент линейного расширение= 12,1 ^. 10⁶ ( таб. 1,6 / 1 )

РАСЧЁТ ОБЕЧАЙКИ РУБАШКИ НАГРУЖЕННОЙ ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

Давление в рубашке:

гидроиспытание P_г.и.;

P_г. = = 1000 ^. 9,81 ^. 0,7 = 6867 Па = 0,006867 МПа.

где,

- плотность воды.

- ускорение свободного падения.

= L - высота камеры нагрева.

Р_г < 0,05 ^. Р_раб 0,0068 < 0,05 ^. 0,9 0,01068 < 0,045

расчётное P_рас.;

P_рас = Р_раб = 0,9 Мпа.

Р_раб = Р₁ - Давление в рубашке.

условное Р_у ;

Р_у = Р_раб ^. = 0,9 ^. = 0,9 ^. 1,1732 = 1,056 МПа

испытания Р_и ;

Р_раб 0,5 = {max [1,25 ^. Р_у ; Р_раб + 0,3 ] }= max {1,25 ^. 1,056 = 1,32; 0,9+0,3 = 1,2 }= max { 1,32 ; 1,2 }= 1,32 МПа

Р_и = + Р_г = 1,32 + 0,0068 = 1,3268 МПа

допускаемое испытание[ Р] _и ;

[ Р ] _и = ;

- коэффициент прочности сварного шва (Стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполняемый вручную ) = 0,9 (таб. 1,8 / 1 )

- толщина стенки для испытания

= +;

= - расчётная толщина стенки;

=

=0,0026м = 2,6мм;

= C- прибавка к толщине стенки ( принимаем конструктивно

для гидроиспытание = 1мм );

- прибавка на округление толщины стенки до стандартного значение;

= 2,6 + 1 += 3,6 + 1,4 = 5мм.

Мпа

допускаемое рабочее;

= = Мпа

УсловиеР_рас1,86 > 0,9 выполняется.

РАСЧЁТ ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО ДНИЩА РУБАШКИ НАГРУЖЕНОГО ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ

Толщина стенки

s = s + +;

где,

- толщина днища;

= P_раб = 0,9 МПа -максимальное допускаемое давление;

R - радиус кривизны днища;

R = D₁ = 550 мм,

= 0,9 - коэффициент сварного шва.

= 143,2 МПа - допускаемое напряжение;

=1 - прибавка к толщине стенки;

мм;

s = 1,92 + 1 + = 2,92 + = 6мм.

Допускаемое внутреннее давление

Мпа.

Условия для проверки расчёта на прочность

Так как т.е. 0,9<1,86, то днище работоспособно в условиях эксплуатации.

РАСЧЁТ ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО ДНИЩА КОРПУСА НАГРУЖЕНОГО НАРУЖНИМ ДАВЛЕНИЕМ

Диаметром мм; давлениемМпа; температурой

Толщина стенки

s s + +;

где,

;

где,

P_рас = 1 Мпа.

К_Э=0,9 - для эллиптических днищ.

R - радиус кривизны днища;

R = D₁ = 450 мм,

n_и=2,4 - коэффициент запаса устойчивости.

s = 5мм

Допускаемое давление

МПа

МПа

Условия для проверки расчёта на прочность

Так как т.е. 1<1,62, то днище работоспособно в условиях эксплуатации.

РАСЧЁТ ОБЕЧАЙКИ КОРПУСА НАГРУЖЕНОЙ НАРУЖНИМ ДАВЛЕНИЕМ

Диаметром мм; давлениемМпа; температурой

Толщина стенки

s s + +;

где,

;

где, Мпа [ таб.1.3 / ( 1 ) ]

,

где

;

мм

Допускаемое давление

МПа

где

МПа

Условия для проверки расчёта на прочность

Так как т.е. 1<2,91, то обечайка работоспособна в условиях эксплуатации.

РАСЧЕТ ШТУЦЕРА

Штуцера выбираем по ( таб. 17.2 / 2 ) принимаем штуцер с фланцам стальным плоским приварной встык ОСТ 26 1410 - 76

1. Эллиптическая крышка

мм; Р = 0,2 Мпа выбираем : мм; = 3,5 мм; = 190мм.

2. Цилиндрическая обечайка рубашки

мм ; Р = 0,9 Мпавыбираем : мм; = 3,5 мм; = 190мм.

3. Эллиптическое днище корпуса

мм ; Р = 0,2 Мпавыбираем : мм; = 5,5 мм; = 155мм.

4. Эллиптическое днище рубашки

мм ; Р = 0,9 Мпавыбираем : мм; = 3,5 мм; = 155мм.

РАСЧЁТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ

1. Эллиптической крышки С : диаметром штуцера =36мм ;толщиной стенки штуцера = 3,5 мм ; высотой штуцера = 190мм. толщиной стенки обечайки s = 8мм .

Расстояние от оси штуцера до края крышки:

20,7

Расчётная толщина стенки укрепляемого элемента:

;

где,

= мм( таб.11.1 / 1 )

мм

Расчётная толщина стенки штуцера:

мм

Расчётные длины:

Внешней части штуцера

= min

= min= minмм

Внутренней части штуцера

= min

= min= minмм

Ширина зоны укрепления:

мм

Расчётная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера

При наличии наружного давления

Расчётный диаметр отверстия

=0,4 ^. 80 = 32мм

Условия для укрепления отверстия

где,

= = 36 + 2 ^. 1 = 38мм (таб.18.2 / 2 )

= 32 < 38 условие выполнено укрепления отверстия не требуется.

Цилиндрической обечайки

С диаметром штуцера =36мм ; толщиной стенки штуцера = 3,5 мм ; высотой штуцера = 190мм ; толщиной стенки обечайки s = 5мм :

Расчётная толщина стенки укрепляемого элемента;

;

где,

=D=550 мм( таб.11.1 / 1 )

мм

мм

Расстояние от оси штуцера до края крышки;

где,

где,

=550мм ( таб. 11.1 / 2 )

= 46,9мм

мм

Расчётная толщина стенки штуцера;

мм

Расчётные длины;

Внешней части штуцера

= min= minмм.

Внутренней части штуцера

= min= minмм

Расчётная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера

= min ()= 46.9мм

= 80мм - расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего конструктивного элемента

Расчётный диаметр отверстия

=0,4 ^. 46.9 = 18,76мм.

Условия для укрепления отверстия

где,

= = 36 + 2 ^. 1 = 48мм = 38 > 18,76 условие не выполнено требуется укрепления отверстия

Условия укрепления отверстия

Расчётная площадь врезанного сечения

= 0,5 0,96= 9,23мм²

Расчётная площадь укрепляемой стенки

= 46,9 ^. ( 5 - 0,96 - 1 ) = 142,6мм²

Расчётная площадь укрепляемого сечения внешней части штуцера

где,

= min = 1

= 28,9

Расчётная площадь укрепляемого сечения внутренней части штуцера

где,

= min = min= min= 0,85

= 4,8

Проверяем условие

28,9 +4,89,23- 142,633,7< -133,4- условие выполнено.

С диаметром штуцера =78мм ; толщиной стенки штуцера = 5,5 мм; высотой штуцера = 155мм.; толщиной стенки обечайки s = 8мм .

Расстояние от оси штуцера до края крышки;

18,6

Расчётная толщина стенки укрепляемого элемента;

;

где,

= мм( таб.11.1 / 1 )

мм

Расчётная толщина стенки штуцера;

мм

Расчётные длины;

Внешней части штуцера

= min

= min= min

= minмм

Внутренней части штуцера

= min

= min= min

= minмм

Ширина зоны укрепления;

мм

Расчётная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера

При наличии наружного давления

Расчётный диаметр отверстия

=0,4 ^. 80 = 32мм

Условия для укрепления отверстия

где,

= = 78 + 2 ^. 1 = 80мм (таб.18.2 / 2 )

= 80 > 32 условие не выполнено требуется укрепления отверстия

Условия укрепления отверстия

Расчётная площадь врезанного сечения

= 0,5 = 41,52мм²

Расчётная площадь укрепляемой стенки

= 0 ^. (8- 1,73 - 1 ) = 0мм²

Расчётная площадь укрепляемого сечения внешней части штуцера

где,

= min = 1

=99,4мм²

Расчётная площадь укрепляемого сечения внутренней части штуцера

где,

= min = min= min= 0,86

= 25,2мм²

Проверяем условие

99,4 +25,241,52 - 0124,6> 41,52 - условие выполнено.

3. Эллиптического днища рубашки : диаметром штуцера =36мм; толщиной стенки штуцера= 3,5мм высотой штуцера = 190мм. толщиной стенки обечайки s = 6мм ;

Расчётная толщина стенки укрепляемого элемента;

;

где,

= мм( таб.11.1 / 1 )

мм

Расстояние от оси штуцера до края крышки;

где,

где,

46мм

мм

Расчётный диаметр отверстия

мм

Расчётная толщина стенки штуцера

мм

Расчётные длины;

Внешней части штуцера

= min= min16мм

Внутренней части штуцера

= min= minмм

Расчётная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера

= min ()=46мм

= 70мм - расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего конструктивного элемента

Расчётный диаметр отверстия

=0,4 ^. 46 = 18,4мм

Условия для укрепления отверстия

где,

= 62,5мм = 62,5 > 18,4 условие не выполнено требуется укрепления отверстия

Условия укрепления отверстия

Расчётная площадь врезанного сечения

= 0,5 = 20,5мм²

Расчётная площадь укрепляемой стенки

= 46 ^. ( 6 - 0,93 - 1 ) = 187,2мм²

Расчётная площадь укрепляемого сечения внешней части штуцера

где,

= min = 1

= 36,5мм²

Расчётная площадь укрепляемого сечения внутренней части штуцера

где,

= min = min= min= 0,85

= 6,17 мм²

Проверяем условие

36,5 +6,1720,5 - 187,242,67 > -166,7 - условие выполнено.

РАСЧЁТ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Приваренным плоским не изолированные элементы

= 0,96= 0,96 ^. 180= 172.8 ⁰С - температура фланца ;

= 0,95 = 0,95 ^. 180 = 171 ⁰С

Допускаемые напряжения болтов ( таб. 19.22 / 2 )

= 230 Мпа для материала болта ( 40Х )

= 230 Мпа

Выбираем: прокладку.

Конструкция: плоская не металлическая.

Материал: резина.

Ширину уплотнительной прокладки

= 15мм

Меньшая толщина конической втулки фланца

мм

Отношение большей толщины втулки фланца к меньшей

где,

удовлетворяет

Диаметр болтовой окружности



где,

D = 550мм внутренний диаметр соединения

= М 20диаметр болта

=550 + 2^. 48 = 646мм646мм

Наружный диметр фланца

где,

а = 40мм - для шестигранной гайки (таб. 19.27 / 2 )

мм мм

Наружный диметр прокладки

где,

е = 30мм - для плоской прокладки (таб. 19.27 / 2 )

мм

Средний диметр прокладки

мм

Эффективная ширина прокладки

мм =0,0075м, при 15мм

Ориентировочное число болтов

где,

= 4,2= 4,2 ^. 20 = 84 - шаг болтов (таб. 19.29 / 2 )

шт принимаем z_Б=28 ( кратное четырем ).

Вспомогательные величины

Эквивалентная толщина втулки фланца

мм

Ориентировочная толщина фланца

= 0,38 ( рис. 19.14 / 2 )

= 38.89мм принимаем h=42мм.

Безмерные величины

1.

где,

( рис.19.15 )

==

2. ( рис. 19.16 / 2 )

3. ( рис. 19.17 / 2 )

4. х =0 ( т.к фланец плоско приварной )

5. ( рис. 19.18 / 2 )

Угловая податливость фланца

1,92 ^. 10 ⁵ - модуль продольной упругости материала фланца

Линейная податливость прокладки

где,

мм - толщина стандартной прокладки

=Мпа ( таб.19.28 / 2 )

м / МН

Расчётная длина болта

= 88 мм - длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки ( принятый конструктивно )

= 88 + 5,6 = 93,6 мм = 0,0936м

Линейная податливость

где,

=2,35 ^. 10^-4 м ² - расчётная площадь поперечного сечения болта (таб.19.27 / 2)

= 2 ^. 10⁵ Мпа - модудь продольной упругости

м / МН

Нагрузка на фланец

= 0,785 ^. 1,051^{2 .} 0,2 = 0,173 МН

Реакция прокладки в рабочих условиях

где,

m = 1 (таб. 19.28 / 2 )

9,9=0,0099МН

Усилие от температурных деформаций

где,

=12 - коэффициент линейного расширения материала фланца ( таб. 1.6 / 1 )

= 12- коэффициент линейного расширения материала болтов ( таб. 1.6 / 1 )

А=

=0,795- для стыковки одинаковых фланцев

А= 0,0083^-1=119.4

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

При P = 0,2 Мпа

В = = - для стыковки одинаковых фланцев

коэффициент жесткости фланцевого соединения =

q =4 Мпа -для резины (таб.19.28 / 2)

Болтовая нагрузка в условиях работы

МН

Проверка прочности и герметичности

;;- удовлетворяет.

;;65.60<230 - удовлетворяет.

Приведённый изгибающий момент

; МН ^. м

Максимальное напряжение в сечении фланца в месте соединения со втулкой

где,

при D > 20 =550>20 ^. 11 = 550 > 220

МПа

Максимальное напряжение в сечении фланца в месте соединения втулки с обечайкой

МПа

Окружное напряжение в кольце фланца

Напряжение во втулки от внутреннего давления

Тангенциальное

=МПа

меридиальное

=

Условие прочности для сечения фланца в месте соединения со втулкой

МПа

<=<248<253.2 - удовлетворяет.

Условие прочности для сечения фланца в месте соединения втулки с обечайкой

МПа

5.02<216 - удовлетворяет.

Условие герметичности определяемое углом поворота фланца

рад - при D<2000 1000мм<2000мм

увеличиваем h=90мм = 0,09м

Безмерные величины

==

Угловая податливость фланца



А=

=0,044- для стыковки одинаковых фланцев

А==130.5

Усилие от температурных деформаций

= 0.000264

Болтовая нагрузка в условиях работы

МН

;65<230 - удовлетворяет.

Условие герметичности определяемое углом поворота фланца

рад - при D<2000 1000мм<2000мм

Масса цилиндрических обечаек

1 м³

кг.

кг.

2 =0,1

кг

кг.

кг.

Масса эллиптического днища корпуса

- масса жидкости

где,

=149,56 кг.

- масса материала крышки

кг.

Масса эллиптического днища рубашки

- масса жидкости

где,

=199,43 кг.

- масса материала днища

кг.

Масса фланцев

- масса материала фланца крышки.

- масса материала фланца корпуса.

- масса материала фланцев Dу80.

- масса материала фланца Dу40.

Общая масса аппарата

= 224,06 + 746.96 + 333.92 + 224,06+266,83+169,4+169,4+3*1,36+2,76 = 2141.47 кг.

РАСЧЁТ ОПОР АППАРАТА

эллиптическое днище рубашка

Нагрузка на одну опору

где,

b = 255мм (таб. 14.1 / 1 ) при = 25 кН

= 140мм (таб. 14.1 / 1 ) при = М 20 и = 25 кН

=5-1-1=3мм

s = 5мм - исполнительная толщина цилиндрической стенки с D = 550мм

c =1 мм - прибавка на коррозию ( принял конструктивно )

= 1 мм - дополнительная прибавка ( принял конструктивно )

= 204 мм

=1 - коэффициенты зависящие от числа опор z = 2 шт.

P =2141.47 кг. =21414.7 Н. осевая сила относительно опорной поверхности

M =P ^. L осевой момент относительно опорной поверхности

L= - расстояния от верхней части аппарата до опорной поверхности

М =21414.7 ^. 600 = 12848820 Н ^. мм

Н

Проверка прочности стенки под опорной лапой с накладным листом

Размеры накладного листа

мм - толщина накладного листа (таб. 14.2 / 1 )

H =410 мм - высота накладного листа

где,

0,3 при =; ( рис.14.8 / 1 )

= 59.3 МПа

МПа

МПа

= 109.34; 55.55 МПа.

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры

где,

=0,12 при =; ( рис.14.9 / 1 )

МПа

Проверка условие прочности

;0, 50051<1

- удовлетворяет

ЛИТЕРАТУРА:

1. А.А. Лащинский « Конструирование сварных химических аппаратов» справочник - Л.:Машиностроение Ленинград 1981.г

2. А.С. Тимонин «Основы конструирование и расчёт химико - технологического и природоохранного оборудования» справочник Том 1 - Калуга издательство Н. Бочкарёва 2002 .г

Размещено на Allbest.ru