Расчет аппарата с рубашкой на устойчивость

Дата: 2025-04-30; Просмотры: 3

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Министерство образования Российской Федерации

Алтайскогоий государственногоый техническогоий

университета имени И.И. Ползунова

Бийский технологический институт (филиал)

М.С. Василишин

Расчет АППАРАТА С РУБАШКОЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

Методические указания по выполнению расчетной работы для студентов специальности 171200 «Автоматизированное производство химических предприятий»

Барнаул 20023

УДК 612.01

Василишин М.С. Расчет аппарата с рубашкой на устойчивость.: Методические указания по выполнению расчетной работы для студентов специальности 171200 «Автоматизированное производство химических предприятий».

АлтГТУ им. И.И.Ползунова, БТИ. – Бийск. Издательствао АлтГТУ, 2002. - С.

Методические указаниях содержат рекомендации для расчета аппарата с рубашкой на устойчивость.

Методические указания предназначены для студентов дневной и вечерней форм обучения специальности 171200, а также студентов специальности 170600 «Машины и аппараты пищевых производств».

БТИ АлтГТУ, 2002

ВВЕДЕНИЕ

Технологическиеонкостенные элементы емкостного химического оборудования (обечайки, днища, крышки и т.д.) могут потерять работоспособность вследствии резкого изменения своей первоначальной геометрической формы. Это явление, называемое в техникие потерей устойчивости, происходит при достижении сжимающими нагрузками определенного критического значения. Физическим аналогом данного явления может служить потеря устойчивости стержнем, нагруженным осевой сжимающей силой.

Причинами, вызывающими потерю устойчивости элементов химического оборудования принято считать совместное действие изгибающего момента М, осевой сжимающей или растягивающей силы F, а также давление среды Р_Н.

Важным при проверкие устойчивости обечаек является выбор расчетного сечения. Чаще всего в качестве такого сечения принимается сечение в зоне опор аппарата. Если толщина стенки обечайки, а также ее диаметр изменяеются по высоте аппарата, то проверку устойчивости следует производить в каждом месте изменениия толщины и диаметра.

При расчете аппаратаов с рубашкой за расчетное наружное давление рекомендуется принимать давление, которое может возникать в аппарате при самых неблагоприятных условиях его эксплуатации.

1. ЦЕЛЬ РАСЧЕТА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТНЫХ ОПЕРАЦИЙ.

Целью расчета является определение толщин стенок, величин допускаемых давлений и внешних сил для элементов вертикального аппарата, снабженного гладкой приварной рубашкой, с последующей проверкой соблюдения условий устойчивости.

Определение вышеперечисленных величин производится раздельно для каждого элемента или узла аппарата, исходя из действующего давления в корпусе и рубашке, силы тяжести находящейся в нейм среды и внешних сил.

Расчету предшествует уточнение основных рабочих параметров аппарата: расчетного давления P_R, расчетной температуры t_R, допускаемого напряжения для стали при температуре эксплуатации [σ] _t, модуль продольной упругости для стали при температуре эксплуатации Е_t, коэффициента прочности сварных швов φ.

Далее по известным зависимостям для расчета цилиндрических обечаек, эллиптических, полусферических, конических крышек и днищ определяют толщины стенок и величины допускаемых давлений для соответствующих элементов аппарата. При этом следует обращать внимание на соблюдение условий применимости расчетных зависимостей.

Итогом расчета является проверка выполнения условий устойчивости для аппарата с рубашкой. Если по результатам проверки условия устойчивости не выполняется, то возможны два варианта дальнейших действий:

1. Увеличение толщины стенки обечайки, что одновременно повысит её массу и стоимость.

2. Установка на внутренней или наружнеой поверхности обечайки колец жесткости, т.е. бандажей, изготовляемых из стандартного проката и привариваемых к обечайке сплошным или поверхностнымрерывистым швом.

Расчеты сопровождаюется выполнением эскиза емкостного аппарата

2. ПРИМЕР РАСЧЕТА АППАРАТА С РУБАШКОЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ.

Задание 3.

Выполнить расчет на устойчивость элементов конструкции вертикального аппарата с эллиптической съемной крышкой, коническим неотбортованным днищем и гладкой приварной рубашкой

Исходные данные

Эскиз емкости представлен на рис. 2.1.

рРисунок. 2.1. Эскиз аппарата

Решение

Расчетное давление в нутрии аппарата

(2.1.)

где Р_АГ – гидростатическое давление в корпусе аппарата, Па;

(2.2.)

где g – ускорение свободного падения, м/с²

Так как

,

то расчетное давление внутри аппарата составит [1,с.8]

.

Расчетное давление в рубашке

(2.3.)

где Р_Г – гидростатическое давление теплоносителя в рубашке

аппарата, Па.

(2.4.)

где ρ_В – плотность конденсата (воды), кг/м³.

Считаем ρ_В = 1000 кг/м³, тогда

Так как

то расчетное давление в рубашке аппарата составит [1, с.8]

Расчетную температуру стенки аппарата t_R принимаем согласно [2, с.8] равной температуре среды в аппарате t_R=t_C=200⁰C/

Допускаемое напряжение для стали 10 ГОСТ 5520-79 при

t_R =200⁰С согласно [3, с.388] составит [σ]=118МПа

Расчетное значение модуля продольной упругости Е_t для стали 10 ГОСТ 5520-79 при t_R =200⁰С согласно [2, с.14] составит Е=1,81·10⁵МПа

Прибавку к расчетной толщине стенки С считаем равной прибавке для компенсации коррозии С₁.

С=С₁=1·10^-3м

Прибавкой С₂ на минусовое значение предельного отклонения по толщине листа и прибавкой С₃ на технологию изготовления деталией аппарата пренебрегаем.

Толщина стенки эллиптической крышки, находящейся под действием внутреннего избыточно давления [2, с.132]

(2.75.)

где R – радиус кривизны в вершине эллиптической крышки, м.

Для стандартных эллиптических крышек R=D=2,4м.

Высота стандартной эллиптической крышки Н_ЭЛМ=0,25·D=0,25·2,4=0,6м.

Принимаем толщину стенки эллиптической крышки S_КР=6·10^-3м.

Проверяем условие применимости формулы (2.5)

(2.6.)

что удовлетворяет неравенству (2. 6.)

Толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса аппарата под действием внутреннего избыточного давления [2, с.103]

, (2.7.)

Принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки S_Ц1=6·10^-3м.

Проверяем условие применимости формулы (2.7)

(2.8.)

что удовлетворяет неравенству (2.8).

Толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса аппарата под действием наружного избыточного давления [2, с.103]

(2.9.)

где К₂=f(К₁; К₃) определяется по номограмме [2, с.104]

(2.10.)

где n_И – коэффициент запаса устойчивости. Для рабочих условий n_И = 2,4, тогда

(2.11.)

где l_R – расчетная величина обечайки, м.

Для аппарата заданной конфигурации l_R определяется в соответствии с рис. 6.1. [2, с.101]

(2.12.)

где Н_ОБ – высота цилиндрической обечайки аппарата, м;

Н_ЭЛ – высота эллиптической крышки, м.

Для аппарата заданной конфигурации Н_ОБ = 1,6м; Н_ЭЛ = 0,25·D=0,25·2.4=0,6м.

Тогда: в соответствии с (2.9) имеем:

С учетом прибавки С принимаем S_Ц2 = 18·10^-3м.

Толщина стенки конического неотбортованного днища под действием внутреннего избыточного давления

(2.13.)

где D_К – расчетный диаметр конического днища, м.

Ориентировочно принимаем конструктивные параметры конического неотбаортованного днища S₁=S₂=20·10^-3м, см. рис.7.3 [2, с.113]

Тогда, согласно табл. 7.12 [2, с.134] расчетные длины элементов конического днища составят:

(2.14) (2.14.)

(2.15.)

Расчетный диаметр конического неотбортованного днища согласно табл. 7.12 [2, с.134] составит

(2.16.)

Тогда в соответствии с (2.13) имеем:

Принимаем толщину стаенки конического неотбортованного днища S_Дg11=8·10^-3м.

Проверяем условие применимости формулы (2.13.)

(2,17.)

,

что удовлетворяет неравенству (2.17)

Толщина стенки конического неотборованного днища под действием наружного избыточного давления может быть расчитана по зависимости (2.9). В этом случае s_Д1g1=18·10^-3м.

Таким образом, по результатам выполненных расчетов имеем:

s_КР=6·10^-3м; s_Ц=18·10^-3м; s_Дg=18·10^-3м.

Цилиндрическая обечайка корпуса аппарата находится под совместным действием наружного давления P_PR и осевой сжимающей силы Р_1Ц.

Условие устойчивости обечайки имеет вид [2,с.108]

(2.18.)

где [Р_Ц] – допускаемое наружное давление для цилиндрической

обечайки, МПа

[Р_1Ц] – допускаема осевая сжимающая сила, МН.

Допускаемое наружное давление для цилиндрической обечайки согласно [2,с.103]

(2.19.)

где [Р_Ц]_Р – допускаемое наружное давление из условия прочности,

МПа

[Р_Ц]_Е – допускаемое наружное давление из условия устойчивости

в пределах упругости, МПа.

Допускаемое наружное давление из условия прочности согласно [2,с.103]

(2.20.)

Допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости согласно [2,с.103]

((2.21.)

где В₁ – эмпирический коэффициент.

(2.22.)

С учетом (2.22) принимаем В₁=1,0. Тогда в соответствии с (2.21.) имеем

После подстановки (2.20) и (2.21) в (2.19) получим

Допускаемая осевая сжимающая сила для цилиндрической обечайки согласно [2,с.105]

(2.23.)

где [Р_1Ц]_Р – допускаемая осевая сжимающая сила из условия проч-

ности, МН;

[Р_1Ц]_Е – допускаемая осевая сжимающая сила из условия устой-

чивости в пределах упругости, МН;

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности согласно [2,с.105]

(2.24.)

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости в пределах упругости согласно [2,с.105]

(2,25.)

где [Р_1Ц]_Е1 – допускаемая осевая сжимающая сила из условия ме-

ст-

ной устойчивости в пределах упругости, МН;

[Р_1Ц]_Е2 – допускаемая осевая сжимающая сила из условия

общей устойчивости в пределах упругости, МН;

(2.26.)

Поскольку то в соответствии с [2,с.105]

[Р_1Ц]_Е=[Р_1Ц]_Е1=56,8МН

После подстановки (2.24) и (2.25) в (2.23) получим

Фактическая осевая сжимающая сила

(2.27.)

После подстановки полученных значений в (2.18) проверим выполнение условия устойчивости цилиндрической обечайки.

Таким образом условие (2.18) выполняется и обечайка аппарата будет устойчива.

Коническое неотбортованное днище находится под действием наружного давления Р_PR. Условие устойчивости днища имеет вид [2,с.1424]

(2.28.)

где [P_Дq] – допускаемое наружное давление для конического неот-

бортованного днища, МПа.

Допускаемое наружное давление для конического неотбортованного днища согласно [2,с.103]

(2.29.)

где [P_Дq]_Р – допускаемое наружное давление для днища из условия

прочности, МПа.

[P_Дq]_Е – допускаемое наружное давление для днища из условия

устойчивости в пределах упругости, МПа

Допускаемое наружное давление для днища из условия устойчивости в пределах упругостипрочности согласно [2,с.136]

(2.30.)

Допускаемое наружное давление для днища из условия устойчивости в пределах упругости согласно [2,с.136]

(2.31.)

где В₁ – эмпирический коэффициент;

D_E – эффективный диаметр конического днища, м;

l_E – эффективная длина конического днища, м.

Эффективный диаметр конического днища согласно [2,с.136] составит:

(2.32)

Окончательно принимаем D_E = 1,5м.

Эффективная длина конического днища согласно [2,с.137] составит:

(2.33.)

Эмпирический коэффициент В₁ согласно [2,с.136] составит:

(2.34.)

Окончательно принимаем В₁ = 1,00

После подстановки (2.32), (2.33), (2.34) в (2.31) получим

После подстановки полученных значений [P_Дq]_Р и [P_Дq]_Е в (2.29) получим

Условие обеспечения устойчивости конического неотбортованного днища (2.28) выполняется

Допускаемое внутреннее давление для цилиндрической обечайки аппарата согласно [2,с.103]

(2.35.)

где φ_Р – коэффициент прочности продольного сварного шва

обечайки

Допускаемое внутреннее давление для конического неотбортованного днища согласно [2,с.136]

(2.36.)

Допускаемое внутреннее давление для эллиптической крышки аппарата согласно [2,с.132]

(2.37.)

Окончательно, допускаемое внутреннее давление для

аппарата – 0,49МПа. Допускаемое давление в рубашке

аппарата – 0,43МПа

Приложение 1.

Таблица 1.1. – Исходные данные для выполнения задания 23.

Литература

1. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи: Учеб. пособие для студентов ВТУЗов /М.Ф.Михалев, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобхнин; Под общ. ред. М.Ф. Михалева. Л.: Машиностроение, Лениградское отделение, 1984.-301с.
2. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. Л.: Машиностроение, 1981.-382с.

Содержание

Введение

1. Цель расчета и последовательность расчетных операций

2. Пример расчета аппарата с рубашкой на устойчивость

Приложение 1.

Литература

Василишин Михаил Степанович

РАСЧЕТ АППАРАТА С

РУБАШКОЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

Методические указания по выполнению расчетной

работы для студентов специальности 171200

«Автоматизированное производство химических

предприятий»

Редактор ИДТ Л.И.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16.

Усл. п.л. - . Уч. – изд.л. -

Печать – ризография, множительно-копировальный

Аппарат «RISO TR - 1510»

Тираж экз. Заказ 2002 -

Издательство Алтайского государственного

технического университета им. И.И. Ползунова

656099, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46

Оригинал - макет подготовлен ВЦ БТИ АлтГТУ.

Отпечатано на ВЦ БТИ АлтГТУ.

659305, г. Бийск, ул. Трофимова, 29.