Расчет ректифікаційної колонны

1 Конструкція колони і умова эксплуатации.

1.1 Проектований апарат призначений для ведення тепломассобменных процесів. Колонний апарат складається з цельносварного корпуси та обладнаний внутрішніми пристроями. Як внутрішніх пристроїв для ведення технологічного процесу використовують 40 колпачковых тарілок. Відстань між тарілками 500 мм. Крім цього, у апараті є штуцера, призначені для підвода сировини, виведення продукту, виміру температури і тиску. Апарат обладнаний люками-лазами на ремонт і обслуживания.

1.2 Зовнішні умови работы.

Апарат встановлено у 3 вітровому районі, фундамент на грунтах середньої щільності. Мінімальна температура холодної десятиденки мінус 36 (З. Апарат теплоизолирован мінеральної ватою, товщина ізоляції sиз=80 мм і покрита алюмінієвої фольгою. Район не сейсмичный.

2 Основні розрахункові параметры.

2.1 Технічна характеристика.

Апарат працює під тиском. Надлишкове тиск у апараті 10 МПа, діаметр апарату 1200 мм, робоча температура 250 (З. Середовище гарячі світлі нефтепродукты.

2.2 Група аппарата.

Умова роботи апарату [1] - вибухонебезпечна середовище й внутрішнє тиск. Згідно з умовами роботи апарат належить до I групі, тому відсоток контролю зварних швів приймається рівним 100% по ГОСТ 6996–86.

2.3 Робоча і розрахункова температура.

Розрахункова температура TR — це температура визначення физикомеханічних характеристик конструкційного матеріалу і що допускаються напруг. Вона визначається виходячи з теплового розрахунку чи результатів випробувань. Якщо за експлуатації температура елемента апарату може підвищиться до температури дотичної з нею середовища, розрахункова температура приймається рівної робочої, але з менш 20 (З. Проектований апарат оснастили ізоляцією котра перешкоджає охолодження чи нагріванню елементів апаратів зовнішньої средой.

Робоча температура апарату Т=250 (С.

Розрахункова температура ТР =250 (С.

2.4 Робоча, розрахункове і умовне давление.

Робоча тиск P — максимальне надлишкове тиск середовища в апараті нормального протікання технологічного процесу не враховуючи допускаемого короткочасного підвищення тиску під час дії захисного устрою P=1,4 МПа.

Розрахунковий тиск PR — максимальне допускаемое робочий тиск, яким виробляється розрахунок на міцність і стійкість елементів апарату за максимальної їх температурі. Зазвичай, розрахункове тиск може рівнятися робочому давлению.

Розрахунковий тиск може бути вищим робочого у таких випадках: якщо під час дії запобіжних пристроїв тиск у апараті може підвищитися понад 10% від робітника, то розрахункове тиск має бути одно 90% тиску в апараті за повної відкритті захисного устрою; якби елемент діє гідростатичний тиск від стовпа рідини в апараті, значення понад 5% розрахункового, то розрахункове тиск при цьому елемента відповідно підвищується на значення гідростатичного давления.

Оскільки апарат оснастили запобіжним клапанному і робочий тиск P>0,07 МПа.

РR1=1,1(P, (1).

где P — робочий тиск, P=10 МПа;

PR1=1,1(10=11 МПа.

Пробне тиск випробування апарату визначимо по формуле.

[pic], (2).

де [(]20 — допускаемое напруга матеріалу при 20 (З, [(]20=196 МПа;

[(]tR — допускаемое напруга матеріалу при розрахункової температурі t=250 (З, [(]250=145 МПа.

[pic]МПа.

Умовне тиск для вибору вузлів і фланцевых сполук визначимо по формуле.

[pic], (3).

[pic]МПа.

2.5 Вибір материала.

Згідно з умовами роботи апарату, як і робочих умовах і у умовах монтажу, ремонту, навантажень ваги і вітрових навантажень, тих умов вибираємо сталь 16ГС сферу застосування від -40 (З до +475 (З, щодо тиску не ограничена.

Вибрали по ОСТ 26−291−94, ГОСТ 14 249–89 сталь 16ГС.

2.6 Допущені напряжения.

Визначимо допущені напруга для стали 16ГС з товщиною стінки понад 32 мм при ТР=250 (С.

По ГОСТ 14 249–89 [(]=145 МПа.

2.7 Модуль подовжньої упругости.

Вибираємо розрахункове значення модуля подовжньої упругости.

Е=1,75(105 МПа.

2.8 Прибавки до розрахунковим толщинам конструктивних элементов.

Надбавка на корозію металу принимаем.

С1=2 мм.

Надбавка на мінусове значення за «товщиною аркуша приймаємо 5% і далі не учитываем.

С2=0 мм.

2.9 Коефіцієнти міцності зварних швов.

Корпус має подовжні і кільцеві зварні шви. Застосуємо автоматичну зварювання рід шаром флюсу зі суцільним проваром. Для корпусу апарату вибираємо стикові швы.

Значення коефіцієнта міцності зварних швів принимаем.

(=1.

Приварку штуцеров виконуватиметься вручну з подваркой кореня шва і значення коефіцієнта міцності зварних швів принимаем.

(=1.

3 Розрахунок на міцність і стійкість корпусу апарату від розрахункового давления.

3.1 Розрахунок обечайки навантаженої внутрішнім надлишковим давлением.

Мета розрахунку: розрахунок на міцність, визначення товщини стінки апарату яка задовольнить умовам прочности.

Розрахункова схема апарату приведено малюнку 1.

Вихідні дані для расчета:

— розрахункове тиск PR = 11МПа;

— діаметр колони D=1200 мм;

— допускаемое напруга при T=250 (З, [(]=145 МПа;

— коефіцієнт міцності зварного шва (=1;

— загальна збільшення товщині металу С=2 мм.

[pic].

Малюнок 1 — Розрахункова схема аппарата.

Товщина стінки апарату визначається по формулам.

[pic] (4).

[pic], (5).

де p. s — виконавча товщина стінки, мм;

Dвнутрішній діаметр апарату, мм.

[pic] м.

p.s (47,31 + 2 = 49,31 мм.

Приймається виконавча товщина стінки судини s=50 мм.

Допускаемое внутрішнє надлишкове тиск для оболонки, МПа.

[pic], (6).

[pic] МПа.

Умови застосування розрахункових формул.

[pic], (7).

тогда.

[pic].

0,4 000 < 0,1.

Умова за такою формулою (7) выполняется.

3.2 Розрахунок днищ.

Мета розрахунку: розрахунок на міцність, визначення товщини еліптичного днища задовольняючого умові прочности.

Розрахункова схема еліптичного днища приведено малюнку 2.

Вихідні дані для расчета:

— розрахункове тиск PR = 11МПа;

— діаметр колони D=1200 мм;

— допускаемое напруга при T=250 (З, [(]=145 МПа;

— коефіцієнт міцності зварного шва (=1;

— загальна збільшення товщині металу С=2 мм.

[pic].

Малюнок 2 — Днище эллиптическое.

Для даної обечайки вибираються екліптичні отбортованные днища.

Товщина стінки днища визначається по формулам.

[pic], (8).

sд (p.s + з (9).

де R — радіус кривизни в вершині днища, м;

R = D — для еліптичних днищ з H=0,25(D.

H=0,25(1200=300 мм,.

R=1,2 м,.

[pic] мм,.

sд = 46,39+2 = 48,39 мм.

Приймаємо товщину днищ стандартного значення sд=50 мм.

Допускаемое внутрішнє надлишкове тиск для оболонки, МПа визначається по формуле.

[pic]. (10).

[pic] МПа.

Умови застосування розрахункових формул для еліптичних днищ.

[pic], (11).

[pic].

Умова выполняется.

Визначимо довжину циліндричною отбортованной частини днища.

[pic], (12).

[pic].

h1>192 мм.

Приймаємо h1=200 мм.

3.3 Вибір стандартних штуцеров.

За технологією виробництва чи експлуатаційним вимогам в стінках апаратів, днищах і кришках роблять отвори для люков—лазов, завантажувальних пристосувань, штуцеров тощо. буд. Схема штуцера з приварным фланцем впритул і тонкостенным патрубком наведемо на рисунке.

[pic].

Малюнок 3 — Схема штуцера з приварным фланцем впритул і патрубком.

Основні розміри патрубків, стандартних сталевих фланцевых тонкостінних штуцеров наведені у таблиці 1.

Таблиця 1 — Основні розміри патрубків, стандартних сталевих фланцевых тонкостінних штуцеров по ОСТ 26−1404−76, ОСТ 26−1410−76 |Позначення |Ду, мм |dт, мм |тиск умовне Pу, |Sт, мм |Hт, мм | | | | |МПа | | | |А |250 |273 |16 |20 |335 | |Б, Д |100 |108 |16 |10 |220 | |У, Є |150 |159 |16 |16 |260 | |Р |200 |219 |16 |20 |315 | |І |50 |57 |4 |6 |230 | |До, Р, З |50 |57 |2,5 |6 |165 | |М |50 |57 |1,6 |6 |165 |.

3.4 Поєднання узлов.

Мета розрахунку: визначити напруження у поєднання циліндричною оболонки з эллиптическим днищем за умов навантаження внутрішнім давлением.

Розрахункова схема до визначення крайових зусиль і моментів приведено на малюнку 4.

Вихідні дані для расчета:

— розрахункове тиск PR = 11МПа;

— діаметр колони D=1200 мм;

— допускаемое напруга при T=250 (З, [(]=145 МПа;

— коефіцієнт міцності зварного шва (=1;

— загальна збільшення товщині металу С=2 мм.

— з'єднання циліндричною оболонки з эллиптическим днищем; 2 — розрахункова схема.

[pic].

Малюнок 4 — Схема до визначення крайових зусиль і моментов.

Визначимо крайові сили та моменти з рівняння сумісності деформацією для місця стику обечайки з эллиптическим днищем.

[pic] (13).

где [pic]- відповідно радіальні і кутові переміщення краю циліндричною оболонки під впливом навантажень P, Q0, і М0;

[pic] - відповідно радіальні і кутові переміщення краю еліптичної оболонки під впливом навантажень P, Q0 і М0.

Підставляємо в рівняння (13) відповідні значення деформаций.

[pic](14).

где (=(Еге, R=a=600 мм, b=300 мм.

[pic], (15).

где (- коефіцієнт Пуассона, (=0,3.

[pic].

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic].

Визначимо сумарні напруги край еліптичного днища, меридиальное і кольцевое відповідно по формулам.

[pic] (16).

[pic] (17).

где [pic] - відповідно меридиальные напруги діючі від навантажень Р, Q0, М0;

[pic] - відповідно кільцеві напруги діючі від навантажень P, Q0, M0.

Підставимо відповідні значення навантажень в рівняння (16), (17).

[pic], (18).

[pic], (19).

[pic] МПа,.

[pic].

Визначимо сумарні напруги край циліндричною обечайки, меридиальное і кільцеві соответственно.

[pic], (20).

[pic],[pic] (21).

где [pic]- відповідно меридиальные і кільцеві напруги, діючі від навантажень P, Q0, M0.

Підставимо відповідні значення навантажень в рівняння (20), (21).

[pic], (22).

[pic], (23).

[pic] МПа,.

[pic].

Визначимо максимальне напруга край еліптичного днища і циліндричною обечайке соответственно.

[pic],.

[pic],.

[pic], (24).

139,29 МПа < 145 МПа,.

[pic].

139,36 МПа < 145 МПа.

Отже, напруги край соединяемых еліптичної і циліндричною оболонок (maxЭ=139,29 МПа і (max=139,36 МПа менше критичного допускаемого напруги [(]кр=145 МПа, тобто. умова міцності на місці поєднання елементів выполняется.

4 Розрахунок зміцнення отверстий.

Мета розрахунку: визначення розмірів зміцнювальних элементов.

Розрахункові схеми штуцеров приведено малюнку 5.

Вихідні дані для расчета:

— розрахункове тиск у колоні PR = 11 МПа;

— внутрішній діаметр колони D=1200 мм;

— виконавча товщина обечайки і днища s=50 мм;

— допускаемое напруга при T=250 (З повагою та s=50 мм, [(]=145 МПа;

— допускаемое напруга при T=250 (З повагою та p. s 160,5 мм.

4.5.2 Розрахунковий діаметр одиночного отвори, не що вимагає додаткового зміцнення за наявності надлишкової товщини стінки судини обчислюється по формуле.

[pic], (33).

[pic] мм.

Для штуцеров В1, К1, К2, До, Р і М зміцнення отворів непотрібен. Для штуцеров А1, В2 і Жn потрібно зміцнення отверстий.

4.5.3 Розрахунок зміцнення одиночних отверстий.

При зміцненні отвори мало виконуватися условие.

l1R ((s1 — s1R — cs)(x1 + l2R (s2(x2 + l3R ((s3 — 2cs)(x3 +.

+ lR ((s — sR — з) (0,5((dR — d0R)(sR,.

(34).

где s1, s2, s3 — виконавчі товщини стінок штуцера, накладного кільця, внутрішньої частини штуцера відповідно, мм.; l2R — виконавча товщина накладного кільця, мм.; x1, x2, x3 — ставлення додаткових напруг для зовнішньої частини штуцера, накладного кільця, внутрішньої частини штуцера відповідно; cs — сума збільшень до розрахункової товщині стінок штуцера, мм.; lR — розрахункова ширина зони зміцнення на околиці штуцера чи торообразной вставки, мм.; d0R — найбільший розрахунковий діаметр отвори, не що вимагає додаткового зміцнення за відсутності надлишкової товщини стінки судини, мм.

4.5.3.1 Розрахунок зміцнення штуцера В2.

Ширина зони зміцнення в обечайках, переходах і днищах.

[pic]. (35).

Обечайка s=50 мм.

[pic] мм.

Розрахункова ширина зони зміцнення у судинній стінці обечайки.

lR=L0, (36).

lR=240 мм.

Розрахункова ширина накладного кільця визначається по формуле.

[pic], (37).

где s2 — виконавча ширина накладного кільця, мм; p. s — виконавча ширина стінки обечайки, мм;

DR — розрахунковий внутрішній діаметр укрепляемого елемента, мм.

Обечайка s=50 мм.

[pic] мм.

Відносини що допускаються напряжений.

x1 = min{1; [(1]/[(]}, (38).

x1=min{1;162/162}=1.

Для накладного кільця приймаємо x2=1; для внутрішньої частини штуцера x3=0.

Розрахунковий діаметр отвори не що вимагає зміцнення за відсутності надлишкової товщини стінки сосуда.

[pic], (39).

Обечайка s=50 мм.

[pic]мм.

Усі знайдені значення підставляємо в формулу (34):

Обечайка s=50 мм. штуцер Ду 150 мм.

61,42((16−5,65)(1+140(6(1+240((50−47,3−2)(0,5((161−96)(47,3.

1643,7 мм² (1537,01 мм².

Допускаемое внутрішньо надлишкове тиск визначається по формуле.

[pic], (40).

где к1=1 — для циліндричних обечаек і конічних переходів; к1=2 — для випуклих днищ;

[pic], (41).

где (1 — коефіцієнт міцності подовжнього зварного сполуки штуцера.

[pic],.

[pic] МПа.

4.5.3.2 Розрахунок зміцнення штуцеров Ж1, Ж2, Жn.

Розрахунок проведемо аналогічно п. 4.5.3.1 й одержують результати розрахунку зведемо в таблицю 3.

Таблиця 3 |Найменування параметрів |Позначення |Укрепляемый елемент | | | |люк-лаз | | | |Умовний прохід штуцера | | | |Ж1, Ж2, Жn (450) | |Внутрішній діаметр |D |1200 | |циліндричною обечайки днища, | | | |мм | | | |Розрахунковий внутрішній діаметр |DR |1200 | |укрепляемого елемента, мм | | | |Розрахунковий тиск, МПа |P |11,00 | |Допущені напруги для |[(] |145 | |матеріалу укрепляемого елемента,| | | |МПа | | | |Допущені напруги для |[(1] |162,00 | |матеріалу зовнішньої частини штуцера,| | | |МПа | | | |Коефіцієнт міцності зварного | | | | | | | |шва: | | | | |(|1 | |- укрепляемого елемента | | | | |(1 |1 | |- штуцера | | | |Виконавча товщина стінки |p.s |50 | |укрепляемого елемента, мм | | | |Виконавча товщина стінки |s1 |28 | |зовнішньої частини штуцера, мм | | | |Виконавча товщина стінки |s3 |0 | |внутрішньої частини штуцера, мм | | | |Розрахункова товщина стінки |sR |47,31 | |укрепляемого елемента, мм | | | |Розрахункова товщина стінки |s1R |15,8 | |укрепляемого штуцера, мм | | | |Сума збільшень до розрахункової |з |2 | |товщині стінки укрепл. елемента,| | | |мм | | | |Сума збільшень до розрахункової |сs |1 | |товщині стінки штуцера (загальна), | | | |мм | | | |Внутрішній діаметр штуцера, мм |d |450 | |Виконавча довжина зовнішньої |l1 |200 | |частини штуцера, мм | | | |Виконавча довжина внутрішньої |l3 |0 | |частини штуцера, мм | | | |Розрахункова довжина зовнішньої частини |l1r |143,11 | |штуцера, мм | | | |Розрахункова довжина внутрішньої части|l3r |0 | |штуцера, мм | | | |Розрахунковий діаметр отвори, мм |dr |452,0 | |Розрахунковий діаметр одиночного |d0 |103,0 | |отвори, не що вимагає | | | |додаткового зміцнення, мм | | | |Розрахункова ширина зони укрепления|lr |240,0 | |на околиці штуцера, мм | | | |Розрахунковий діаметр, мм |d0r |96,0 | |Виконавча товщина |s2 |24,00 | |накладного кільця, мм | | | |Виконавча ширина накладного|l2 |270,0 | |кільця, мм | | | |Розрахункова ширина накладного |l2r |270,0 | |кільця, мм | | | |Ставлення що допускаються напряжений|x1 |1,0 | | |x2 |1,0 | | |x3 |- | |Умова зміцнення одиночного | |8522>8422 | |отвори A1+A2+A3+A0 > A | | | |Коэф. зниження допуск. тиску |V |0,9779 | |Допускаемое внутрішнє |[P] |10,92 | |надлишкове тиск, МПа | | |.

4.6 Облік взаємовпливу отворів днищ.

Розрахункова схема показано малюнку 7.

[pic].

Малюнок 7 — Розрахункова схема взаимовлияющих отверстий.

Визначимо допускаемое тиск для перемичок по формулам.

[pic], (42) де V перебувають розслідування щодо формуле.

[pic], (43).

где [pic] - виконавча ширина накладного кільця, мм;

[pic] - довжина внутрішньої частини штуцеров, [pic]мм;

[pic]- відносини що допускаються напруг, [pic].

Визначимо розрахункову ширину накладного кольца.

[pic].

[pic].

[pic].

Допускаемое напруга задовольняє прийнятим розмірам кольца.

5 Розрахунок люка (лаза.

Мета розрахунку: визначення напруг фланцевого соединения.

Схема фланцевого сполуки показано малюнку 8.

Вихідні дані для расчета:

— Розрахунковий тиск PR=11 МПа;

— Внутрішній діаметр фланца D=450 мм;

— Внутрішній діаметр отвори під шпильку d=46 мм;

— Діаметр фланца Dф=775 мм;

— Кількість отворів n=20;

— Матеріал фланца — сталь 16ГС;

— Діаметр болтовой окружності Dб=690 мм;

— Середній діаметр прокладки Dп.с.=525 мм.

Малюнок 8 — Розрахункова схема фланцевого соединения.

По ГОСТ 28 759.4−90 для даного апарату вибираються розміри люка—лаза при Ру =16 МПа і Ду = 450 мм.

5.1 Розрахунок прокладки.

Схема прокладки показано малюнку 9.

Малюнок 9 — Розрахункова схема прокладки.

Зовнішнє діаметр прокладки.

DП = Dб — е, (44).

де е — розмір, визначається за таблицею ОСТ 26−2003−77, е=78.

DП=690(78=612 мм.

Середній діаметр прокладки.

D п. ср=Dп (bп, (45).

де bп — ширина прокладки, bп=12 мм;

Dп.ср =612(12=600 мм.

Ефективна ширина прокладки.

bE = 0,125(bП, (46).

bE=0,125(12=1,5 мм.

Орієнтовний число шпилек.

zб=((Dб /tб, (47).

где tБ (крок болтов;

tб=(2,3…3)(dб, (48) де dб — діаметр шпильки, мм;

tБ=3(42=126,.

zБ = 3,14(690/126=18 шт.

Визначимо допоміжні величины.

а) коефіцієнт (.

[pic], (49).

где (- ставлення більшої товщини чопи фланца до меншою, (=2.

x знайдемо по формуле.

[pic], (50).

где l — довжина чопи, l=125 мм; s0 — товщина чопи, s0=34 мм.

[pic].

[pic].

б) еквівалентна товщина чопи фланца.

sE=((so, (51).

sE=1,57(34=53,6 мм.

в) орієнтовна товщина фланца.

[pic], (52).

где (— коефіцієнт, з таблиці [3] (=0,5 ;

[pic]мм.

р) безрозмірний параметр

(=[1+0,9((((1+(1(j2)]-1, (53).

где j=h/sE, (54).

j=77,6/53,6=1,45,.

k=Dф/D, (55).

k=775/450=1,72,.

(1=0,3, з таблиця [3].

(= [1+0,9(0,5((1+0,3(1,452)]-1=0,6.

буд) безрозмірні параметри з графіків [3].

Т=1,58,.

(2=3,8,.

(3=1.

Кутова податливість фланца.

[pic], (56).

где Еф (модуль подовжньої пружності матеріалу фланца, Eф=1,75(105 МПа; hкр — товщина фланцевой частини кришки, hкр=110 мм.

[pic] 1/(МН (м).

Кутову податливість пласкою фланцевой кришки знайдемо по формуле.

[pic], (57) где.

[pic], (58) де (кр — товщина пласкою кришки, (кр=235 мм; hкр — товщина фланцевой частини кришки, hкр=110 мм.

[pic], (59).

[pic],.

[pic],.

[pic].

Лінійна податливість прокладки.

yп=sп/(((Dп.ср (bп (Eп), (60).

где Єп (модуль подовжньої пружності прокладки, для металевої прокладки yп=0.

5.2 Розрахунок болтового соединения.

Розрахункова довжина шпилек.

lБ = lБО + 0,28(d, (61).

где lБО (довжина шпильки між опорними поверхнями голівки болта і гайки, lБО=220 мм.; d (діаметр отвори під болт, d=46 мм.

lБ=220+0,28(46=232,88 мм.

Лінійна податливість шпилек.

yБ=lБ/(EБ (fБ (zБ), (62).

где fБ (розрахункова площа поперечного перерізу болта з діаметру різьби, fБ=10,9(10−4 м2;

ЕБ (модуль подовжньої пружності матеріалу болта, ЕБ=1,85(105 МПа.

yБ= 232,88(10−3/(1,85(105(10,9(10−4 (18)=6,4(10−5 м/Н.

Коефіцієнт жорсткості для фланців з овальними прокладками.

(=1. (63).

Найдем безрозмірний коефіцієнт (по формуле.

(=A (yБ, (64).

где.

A=[yп+yБ+0,25((yФ1 + yФ2)((DБ — Dп. ср)2]-1, (65).

при стикування фланца з пласкою крышкой.

yф1=[1-(((1+0,9(()]((2/(h13(E), (66).

yФ2=yкр, (67).

По формулам (63)…(67) визначається безрозмірний коэффициент.

yф1=[1(0,6((1+0,9(0,5)](3,8/(0,0133(1,75(105)=2,27 м/МН,.

yф2=0,001,.

A=[0+6,4(10−5+0,25((2,27+0,001)((0,69−0,525)2]-1=10,67,.

(=10,67(6,4(10−5=0,0007.

5.3 Розрахунок фланцевого сполуки працюючого під внутрішнім давлением.

Навантаження діюча на фланцевое з'єднання від внутрішнього надлишкового тиску знайдемо по формуле.

[pic], (68).

Qд=0,785(0,5252(11=2,38 МН.

Реакція прокладки у робочих условиях.

Rп=2(((Dп.ср (bE (m (pR, (69).

где m (коефіцієнт, по ОСТ 26−426−79 m=5,5.

Rп=2(3,14(0,525(1,5(5,5(11=299,2 МН.

Зусилля, виникаючі від температурних деформаций.

Qt=((zБ (fБ (EБ (((ф (tф ((Б (tБ), (70).

где (ф, (Б (коефіцієнти температурного лінійного розширення фланца і болтів, (Б = 12,36(10−6 1/(C, (ф = 17,3(10−6 1/(C; fБ, tф, tБ (коефіцієнти, fБ=5,4(10−4 м2, tф=240, tб=37,5.

Qt=0,0007(18(5,4(10−4(1,85(105((17,3(10−6(240(12,36(10−6(237,5)=0,0015 МН.

Болтовая навантаження за умов монтажу (до подачі внутрішнього тиску) при p>0,6 МПа.

PБ1=max{((Qд+Rп; ((Dп.ср (bE (q}, (71).

где q (параметр, q=125;

((коефіцієнт жорсткості фланцевого сполуки, (=1;

[(Б]20 — допускаемое напруга за нормальної температури 20 (З, [(Б]20=230 МПа.

РБ1 = max{1(2,38+0,525/2; 3,14(510(1,5(125}=max{2,65;309}=309 МН.

Болтовая навантаження у робочих условиях.

PБ2=РБ1+(1 — ()(QД+Qt, (72).

PБ2=309+(1(1)(2,38+0,0015=309,0015 МН.

Знайдемо наведені изгибающие моменти диаметральном сечении фланца по формулам.

M01=0,5(PБ1((Dб-Dп.с.),.

(73).

[pic], (74).

М01=0,5(309((0,69−0,525)=25,5 МН (м,.

[pic]МН (м.

Приймаємо за розрахункове МR=26,67 МН (м.

Умови міцності шпилек.

[pic], (75).

[pic], (76).

[pic] МПа (230 МПа,.

[pic] МПа (220 МПа.

Условия міцності выполняется.

Критический момент на ключі при затяжки визначимо з графіка [3].

Мкр=2,2(103 МН (м.

5.3 Розрахунок приварных впритул фланців і буртов.

Максимальне напруження у сечении s1 фланца на місці сполуки чопи з площиною фланца визначимо по формуле.

[pic], (77).

D*=D+s1, (78).

D*=450+34=484.

[pic].

Максимальне напруження у перетин s0 фланца зокрема у місці сполуки чопи з обечайкой.

(0=(3((1, (79).

(0=1(49,18=49,18 МПа.

Напруги в кільці фланца від дії M0 знайдемо по формуле.

[pic], (80).

[pic] МПа.

Напруга у чопи фланца від внутрішнього тиску знайдемо по формулам.

[pic], (81).

[pic], (82).

[pic] МПа.

[pic]МПа.

Умова міцності фланца.

в перетин s1.

[pic], (83).

[pic].

d перетин s0.

[pic], (84).

[pic],.

[pic].

Умови міцності выполняется.

Кут повороту фланца знайдемо по формуле.

[pic], (85).

[pic].

[pic].

Умова выполняется.

5.4 Розрахунок крышки.

5.4.1 Розрахункова схема для кришки люка показано малюнку 10.

Малюнок 10 — Розрахункова схема для кришки люка.

Визначимо товщину пласкою кришки люка по формулам.

s1(s1p+c, (86) где.

[pic], (87).

где До — коефіцієнт, визначається за таблицею [2], К=0,4;

Dp — розрахунковий діаметр, Dр=D3=Dб=690 мм;

(- коефіцієнт міцності зварного шва, (=1;

[(] - допускаемое напруга при розрахункової температурі, [(]=145 МПа; p — розрахункове тиск, p=10 МПа;

К0 — коефіцієнт ослаблення кришки отворами, K0=1.

[pic].

s1(76+1=77 мм.

5.4.2 Допускаемое тиск на кришку визначимо по формуле.

[pic],.

[pic]МПа.

5.4.1 Область застосування розрахункових формул.

Розрахункова схема для кришки люка показано малюнку 10. Формули застосовні до розрахунку кришки при условии.

[pic], (88) де s1 — виконавча товщина кришки, приймемо s1=200 мм;

Dр — розрахунковий діаметр, Dр=Dб=690 мм.

[pic],.

0,109(0,11.

Умова соблюдается.

6 Розрахунок вагових характеристик аппарата.

6.1 Розрахунок ваги аппарата.

Вага апарату при робочих умовах розраховується за формуле.

GA = GK + GИЗ + GН. У + GВ. У + GЖ,.

(89).

где GK (вагу корпусу, кН;

GИЗ (вагу ізоляції, кН;

GН.У (вагу зовнішніх пристроїв, кН;

GВ.У (вагу внутрішніх пристроїв, кН;

GЖ (вагу рідини, кН.

GК = (GЦ + (GД, (90).

где GЦ (вагу циліндричною частини депутатського корпусу, кН;

GД (вагу днища, кН.

GЦ = (((DВ + s)(s (HЦ ((м (g, (91).

где HЦ (висота циліндричною частини депутатського корпусу, м;

(м (щільність металу, кг/м3, (м=7850 кг/м3.

GД=SД (s ((м (g, (92).

где SД (площа днища, м2; sд (товщина днища, м.

GЦ=3,14((1,2 + 0,05)(0,05(25,9(7850(9,81=391,424 кН,.

GД=2,31(0,05(7850(9,81=9,673 кН.

За формулою (90).

GK=391,424+2(9,673=410,77 кН Найдем вагу ізоляції циліндричною частини корпуса.

Gиз.ц=(((DB+2(s+sиз.)(sиз (HЦ ((из.(g, (93).

где sиз. — товщина ізоляції, м;

(з. — щільність ізоляції, кг/м3.

[pic], (94) де sм.в., sAl (товщина мінеральної вати і фольги, sм.в.=0,08 м, sAl=0,8(10−3 м;

(м. в., (Аl (щільність мінеральної вати і фольги, (м.в.=250 кг/м3,.

(Al=2500 кг/м3.

[pic]кг/м3.

Gиз.ц=3,14((1,2+2(0,05+0,0808)(0,0808(25,9(272,3(9,81=24,237 кН.

Знайдемо вагу ізоляції днищ.

GИЗд=Fд (sиз ((из (g, (95).

GИЗд=2,31(0,808(272,3(9,81=4,985 кН,.

GИЗ=GИЗц+2(GИЗд, (96).

GИЗ=24,237+2(4,985=34,207 кН.

Вага внутрішніх пристроїв визначається по формуле.

GВН=nт (Мт (g+Gот, (97).

где nт (число тарілок, nт=40 шт.;

Мгт (маса тарілки, Мт=70 кг по ОСТ 26−01−1488−83;

Gот — вагу сітчастого отбойника, Gот=830,9 Н.

GВН = 40(70(9,81+830,9=28,3 кН.

Вага рідини у робочих умовах визначається по формуле.

GЖ=((((DB)2/4)(HЖ ((ж (g+Vg ((ж (g, (98).

где HЖ (висота шару рідини, HЖ=1,95 м;

(ж (щільність рідини, (ж=900 кг/м3;

Vд (обсяг днища, Vд=0,45 м³.

GЖ=(3,14(1,22/4)(1,95(900(9,81+0,45(900(9,81=23,434 кН.

Знайдемо вагу зовнішніх пристроїв по формуле.

Gн.у.=0,1(GК, (99).

Gн.у.=0,1(410,77=41,077 кН.

За формулою (89).

GA=410,77+34,207+28,3+23,434+41,077=537,788 кН.

Знайдемо вагу апарату при монтаже.

GА.М. = GK + GИЗ + GН. У + GВ. У,.

(100).

GA.М=410,77+34,207+28,3+41,077=514,354 кН.

Максимальний вагу апарату визначається по формуле.

GAmax = GK+GНУ+GВУ+Gиз.+GВ, (101).

где GВ (вагу воды.

GВ=(((((DB)2/4)(HЦ+2(Vд)(((воды)20(g, (102).

GB = ((3,14(1,22/4)(25,9+2(0,45)(1000(9,81=296,039 кН,.

Gmax=410,77+34,207+41,077+28,3+296,039=810,393 кН.

6.2 Вибір опоры.

З урахуванням мінімального ваги апарату GА=810,393 кН по ОСТ 26−467−78 вибирається опора 3 типу з кільцевим опорним поясом, показаний малюнку, зі такими основними розмірами: висота опори H1=2000 мм; зовнішнє діаметр кільця D1=1480 мм; діаметр D2=1150 мм; діаметр Dб=1360 мм; товщина стінки опори s1=10 мм; товщина стінки опори s2=20 мм; товщина стінки опори s3=20 мм; число болтів zб=16 прим.; діаметр отвори під болт d2=35 мм; діаметр болтів dб=М30.

Малюнок 11 — Конструкція циліндричною опори 3 типа.

7 Розрахунок на вітрову нагрузку.

Мета розрахунку: визначення розрахункових докладає зусиль до колони від вітрових нагрузок.

Вихідні дані для расчета:

— висота колони H=30,3 м;

— коефіцієнт нерівномірності стискування грунту CF=2(108 H/м3;

— швидкісної натиск вітру 0,0005 МН/м2;

— модуль подовжньої пружності Е=1,75(105 МПа;

7.1 Визначення періоду власних коливань колонны.

Колону розбиваємо за висотою втричі ділянки. Розрахункова схема показано малюнку 12. Вага ділянки апарату приймають зосередженим у його середині. Навантаження ваги апарату докладають вертикально, а вітрову горизонтально.

Малюнок 12 — Розрахункова схема колонны.

Період основного тону власних коливань апарату змінного перерізу слід визначимо по формуле.

T=2(H[pic], (103) де (і (відносне переміщення центрів тяжкості ділянок рассчитываемое по формуле.

[pic], (104).

де (і (коефіцієнт, визначається по формуле.

[pic], (105).

((коефіцієнт, визначається по формуле.

[pic], (106).

[pic] (, (, ((визначають по формулам:

[pic][pic], (107).

[pic], (108).

[pic], (109).

Момент інерції перерізу апарату знайдемо по формуле.

[pic], (110).

[pic]м4;

[pic]м4;

[pic]м4.

Момент перерізу підошви фундамента.

[pic], (111).

[pic]м4.

Проведем розрахунок по формулам (102)…(108).

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic].

[pic],.

[pic],.

[pic].

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic].

7.2 Визначення изгибающего моменту від вітрової нагрузки.

При розрахунку вітрова навантаження, розподілена безперервно за висоті апарату, замінюється зосередженими горизонтальними силами Pi, прикладеними в серединах ділянок, як показано малюнку 12.

Изгибающий той час у розрахунковому сечении в розквіті [pic] слід визначати по формуле.

[pic], (112) де MvJ (вітрової момент від дії вітру на майданчики обслуговування, Н (м.

Вітрова навантаження і (м участке.

[pic], (113).

Статична складова вітрової навантаження на і (м участке.

[pic],.

(114).

Динамічна складова вітрової навантаження на і (м участке.

[pic].

(115).

Нормативне значення статичної складової вітрової навантаження посередині і (го ділянки аппарата.

[pic],.

(116).

де q 0 (визначається по ГОСТ Р 51 273−99, q0=230 H/м2;

[pic], (117).

для апаратів круглого перерізу K = 0,7.

Коефіцієнт динамічності (залежний від параметра.

[pic]. (118).

Коефіцієнт динамічності (визначається по формуле.

[pic]. (119).

Коефіцієнт просторової кореляції пульсації вітру (визначають по формуле.

[pic]. (120).

Наведене відносне прискорення центру ваги і (го участка.

[pic], (121).

де (і, (n (відносне переміщення і (го і n (го ділянки при основному колебании.

Якщо X (10, то.

[pic], (122).

Якщо X (10, то m n = 0,6.

Изгибающий той час у розрахунковому сечении на висоті [pic] від дії вітрової навантаження на обслуговуючу майданчик слід визначати по формуле.

[pic], (123).

де АJ (загальна площа, включена в контур майданчики, м2.

Коефіцієнт (J по формуле.

[pic] (124).

Проведемо розрахунок по формулам (111)…(123).

[pic].

[pic].

[pic],.

[pic],.

[pic].

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic].

[pic].

m2=0,6,.

[pic].

[pic].

[pic].

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic]м2,.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],.

[pic],[pic].

[pic].

8 Розрахунок корпусу апарату спільного дії всіх навантажень (5(.

Мета розрахунку: Перевірка апарату на міцність і стійкість в результаті сукупного дії всіх нагрузок.

Вихідні дані: p — расчётное тиск, PR=11 МПа;

D — внутрішній діаметр апарату, D=1200 мм; p. s — товщина стінки апарату, S=50 мм; з — сума збільшень до товщині стінки, С=2 мм;

F — расчётное осьове стискаюче зусилля в сечении У, F = 0,81 МН ;

М — расчётный изгибающий той час у сечении У, М = 0,206 МН (м ;

(т — коефіцієнт міцності кільцевого зварного шва, (т =1;

(p — коефіцієнт міцності подовжнього зварного шва, (p=1.

Малюнок 13 — Расчётная схема аппарата.

8.1 Перевірка корпусу апарату на прочность.

8.1.1 Проведемо розрахунок для робочого условия.

Розраховуємо подовжні напруги на навітряного боці по формуле.

[pic], (125).

где F — осьове стискаючі зусилля при робочих умовах, F=0,537 МН;

[pic].

Розраховуємо подовжні напруги на подветренной боці по формуле.

[pic], (126).

[pic].

Кільцеві напруги розраховуємо по формуле.

[pic], (127).

[pic]МПа.

Розраховуємо еквівалентні напруги на навітряного боці по формуле.

[pic], (128).

[pic] МПа.

Розраховуємо еквівалентні напруги на подветренной боці по формуле.

[pic], (129).

[pic].

Перевіряємо умова міцності за такими условиям.

— на навітряного стороне.

[pic], (130).

124,04 МПа < 145(1 МПа.

— на подветренной стороне.

[pic], (131).

124,31 МПа.