Расчет на прочность аппарата с рубашкой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет на прочность аппарата с рубашкой

1. Исходные данные

Внутренний диаметр цилиндрической части-2400 мм;

форма днища-сферическая;

давление 0,25 МПа;

температура 100 оС

среда-уксусная кислота

срок эксплуатации 12 лет;

Рубашка:

давление 0,32 МПа

температура 120 оС

теплоноситель-пар

2. Выбор конструкции аппарата

Принимаем по ГОСТ 8031-79 вертикальный емкостной аппарат со сферическим днищем и эллиптической крышкой объемом V =12,5 м3: внутрений диаметр корпуса 2400 мм, высота цилиндрической части 2400, полная высота без крышки 2550 мм; диаметр рубашки 2600 мм высота рубашки 2000 мм

3. Выбор конструкционного материала

В качестве материала корпуса выбираем сталь Х18Н10Т ГОСТ 5632-72 (агрессивная среда)

модуль упругости Е = 2,00?105 МПа [1c101];

предел прочности ?в = 590 МПа [1c97];

предел текучести ?т = 195 МПа.

Нормативно допускаемое напряжение ?* = 130 МПа

Допускаемое напряжение

? = ??* = 0,9?130 = 117 МПа

? = 0,9-поправочный коэффициент [3c15]

Прибавка на коррозию С = nэ = 0,1?12= 1,2 мм

В качестве материала рубашки сталь 20 ГОСТ 1050-74

модуль упругости Е = 1,95?105 МПа [1c101];

предел прочности ?в = 500 МПа [1c97];

предел текучести ?т = 280 МПа.

Нормативно допускаемое напряжение ?* = 140 МПа

Допускаемое напряжение

? = ??* = 0,9?140 = 126 МПа

4. Обечайка корпуса

Обечайка нагружена наружным давлением. За расчетное давление принимаем максимально возможное наружное давление

Р = Рруб.ги = 0,50 Мпа

Давление гидравлических испытаний

Pги = max{1,5P[?]20/[?]; 0,2} = max{1,5?0,25·126·117= 0,40 МПа; 0,2}

принимаем Рги = 0,40 МПа

Расчетная длина цилиндрической обечайки корпуса

l = (2400-200) + 320/3 = 2300 мм

Проверяем условие

0,0052[0,50/2,00·105·10-6]0,5 = 0,0082

7,68[2,00·105·10-6/0,50]0,5 = 4,85

l/D = 2,3/2,4 = 0,96

Условие 0,0082 ? 0,96 ? 4,85 выполняется

Толщину обечайки определяем по формуле

где С1-поправка на округление

S = 0,0047·2,4(0,50·2,3/2,4·2,00·105·10-6)0,4 + 0,0012+ C1 = 0.018 мм

Толщину обечайки в условиях гидроиспытаний определяем по формуле

где ?доп=117 МПа-допускаемое напряжение

? = 1-коэффициент прочности сварного шва

S = 0,40·2,4/(2·1,0·117-0,40) + 0,0012+ C1 = 0.006 мм

Принимаем стандартное значение S = 0,020 м

Проверяем отношение

1,5? 2(S-C)/D < l/D < ?D/2(S-C)

1,5?2(0,020-0,0012)/2,4 = 0,187

?2,4/2(0,020-0,0012) = 7,99

Условие выполняется

Допускаемое давление

6,49·10-6·2,00·105·2,4 [100(0,020-0,0012)/2,4] 2[(100(0,020-0,0012)/2,4]0,5/2,3= 0,74 Мпа

Условие Pдоп > P выполняется

Допускаемое давление внутри аппарата при гидравлических испытаниях. цилиндрический обечайка рубашка реактор

=

= 2,3·1,0·117(0,020-0,0012)/(2,40+0,020-0,0012) =2,09 Мпа

Условие Pдоп > Pг.и. выполняется

5. Обечайка рубашки

Обечайка рубашки нагружена внутренним давлением.

Расчетное давление Р = Рруб = 0,32 МПа

Давление гидравлических испытаний

Pги = max{1,5P[?]20/[?]; 0,2} = max{1,5?0,32·132/126= 0,50 МПа; 0,2}

принимаем Рги = 0,50 МПа

Толщину стенки определяем по формуле

где ?доп=122 МПа-допускаемое напряжение

? = 1-коэффициент прочности сварного шва

S = 0,32·2,6/(2·1,0·126-0,32) + 0,0012+ C1 = 0.005 мм

Толщину стенки при гидроиспытаниях

S = 0,50·2,6/(2·1,0·126-0,50) + 0,0012+ C1 = 0.008 мм

Принимаем стандартное значение Sруб =10 мм

Условие (S-C)/D = (0,010-0,0012)/2,6 = 0,0034 < 0,1 выполняется

Допускаемое давление внутри рубашки

= 2,3·1,0·126(0,010-0,0012)/(2,60+0,010-0,0012) =0,98 Мпа

Условие Pдоп > P выполняется

6. Днище корпуса

Принимаем по МН 4704 -83 днище сферическое толщиной равной толщине обечайки корпуса Sдн= 0,020 м,

высота днища h = 0,32 м [1c458]

масса днища g = 768 кг

емкость днища V = 0,74 м2

Допускаемое давление в рабочих условиях

Рдоп = 0,09Е[(S-C)/Rв]2

в стандартных днищах Rв = D = 2,4 м

Рдоп = 0,09?2,00?105[(0,020-0,0012)/2,4]2 = 1,10 Мпа

Допускаемое давление при гидроиспытаниях

Pдоп = 4?доп?(S-C)/Dy

отношение h/D = 0,32/2,4 = 0,13 ? y = 2,7 [1c456]

Pдоп = 4?117?1(0,020-0,0012)/2,4?2,7 = 1,35 Мпа

Условие Pдоп > P выполняется

7. Днище рубашки

Принимаем по МН 4704 -83 днище сферическое толщиной равной толщине обечайки корпуса Sдн= 0,010 м,

высота днища h = 0,35 м [1c446]

масса днища g = 448 кг

емкость днища V = 0,95 м2

Допускаемое давление из условия прочности

Pдоп = 4?доп?(S-C)/Dy

отношение h/D = 0,35/2,6 = 0,13 ? y = 2,7 [1c456]

Pдоп = 4?126?1(0,010-0,0012)/2,6?2,7 = 0,63 Мпа

Условие Pдоп > P выполняется

8. Крышка корпуса

Принимаем эллиптическую крышку по ГОСТ 6533-78.

Крышка нагружена внутренним давлением 0,25 МПа

Толщина стенки крышки

где R = D - для стандартных днищ

ц = 1,00 - коэффициент прочности сварного шва [3 c.17]

S1 = 0,25·2,4/(2·1·117-0,5·0,25) + 0,0012 + C1 = 0,004 м

Принимаем стандартное значение Sдн = 0,008 м

Допускаемое давление из условия прочности

= 2·1,0·117(0,008-0,0012)/[2,40+0,5(0,008-0,0012)] = 0,66 Мпа

Условие Pдоп > P выполняется

Характеристика днища [2c442]:

h = 50 мм - высота борта днища;

V = 1,980 м3 - емкость днища;

m = 415 кг - масса днища.

9. Выбор фланцевого соединения

Крепление крышки аппарата к корпусу осуществляется с помощью фланцевого соединения по ГОСТ 28759.3-90.

10. Укрепление отверстия

Рассмотрим укрепление отверстий на рубашке реактора.

Диаметр отверстия не требующего укрепления

где S = 0,010 мм - исполнительная толщина стенки обечайки,

SR = 0,005 мм - расчетная толщина стенки обечайки,

d0 = 2[(0,010-0,001)/0,005 - 0,8][2,6(0,010-0,0012)]0,5 = 0,254 м

Допустим, что паровой штуцер имеет диаметр 300 мм, тогда отверстие под него требует укрепления.

Укрепление - приварным штуцером с внешней стороны

Расчетная толщина стенки штуцера

S1R= d1P/?д?ш=0,30·0,32/126?0,95 = 0,0008 м

Принимаем для изготовления штуцера трубу 300?10 с S1= 10 мм

Расчетная длина штуцера

где l1 = 0,16 м -вылет стандартного штуцера

l1R = min{0,16; 1,25[(0,30+2·0,0010)(0,010 - 0,0012)]0,5} = min{0,16; 0,064}

принимаем l1R = 0,064 м

Ширина зоны укрепления

L0 = [Dp(S-C)]0,5 = [2,6(0,010 - 0,0012)]0,5 = 0,15 м

Расчетная ширина зоны укрепления l2R=L0=0,15 м

Условия укрепления

F1+F2 > 0,5(d - d0)SR

где F1 = l1R(S1 - S1R - C)ч = 0,064(0,010 - 0,0008- 0,0012)1 = 5,12·10-4 м2

ч = 1 - т.к. материал корпуса и штуцера один и тот же.

F2 = l2R(S - SR - C) = 0,15(0,010 - 0,005 - 0,0012) = 5,70·10-4 м2

F1+F2 = 5,12·10-4+5,10·10-3 = 1,22·10-3 м2

0,5(d - d0)SR = 0,5(0,30 - 0,254)·0,005 = 1,15·10-4 м2

Условие укрепления F1+F2 > 0,5(d - d0)SR выполняется.

11. Масса реактора

Масса обечайки корпуса

mо = 0,785(Dн2-D2)HS? = 0,785(2,4402-2,42)?2,4?7750 = 2827 кг

Масса обечайки рубашки

mор = 0,785(Dн2-D2)HS? = 0,785(2,6202-2,62)?2,0?7750 = 1270 кг

Масса крышки корпуса 415 кг Масса днища корпуса 448 кг Масса днища рубашки 768 кг

Общая масса аппарата, с учетом массы фланцев и другой вспомогательной арматуры, составляющей 10% от массы аппарата

m = 1,1(2827+1270+415+448+ 768) = 6301 кг

Масса воды при гидравлическом испытании

mги=Va?в =12,5?1000 =12500 кг

Вес аппарата при испытании

12500+6301 =18801 кг = 0,184 МН

Принимаем, что аппарат установлен на 4 опорах, тогда нагрузка приходящаяся на одну опору

Gоп = 0,184/4 = 0,046 МН

По [1 с673] выбираем опору с допускаемой нагрузкой 0,063 МН, конструкция которой приводятся на рисунке

Литература

1. А.А.Лащинский, А.Р.Толчинский Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Л.:Машиностроение.- 1970.

2. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Фланцевые соединения ОСТ-373-71.

3. Расчет сосудов. Учебное посбие. Иваново.-1981.

Размещено на Allbest.ru