Курсовая работа: Аппараты с перемешивающими устройствами

Фланцы, подобранные по государственному или отраслевому стандарту, имеют размеры, полностью обеспечивающие прочность и плотность соединения и не нуждаются в проверочном расчёте.

Для соединения фланцев наиболее часто применяют либо болты, либо шпильки. Так как давление в аппарате менее 1,6 МПа, то используются болты.

Таблица 2.7.1.

Размеры плоских приварных фланцев. [1, табл.П3.1, стр.95]

В качестве материала для крепёжных деталей фланцевых соединений с учётом рабочих условий берётся сталь марки 35Х [2, табл.П3.4, стр.36].

Выбор типа и материала уплотнительной прокладки определяется рабочей температурой, давлением и потребной частотой разборки соединения. Для данного аппарата, в качестве материала уплотнительной прокладки выбирается паронит. Его характеристики приведены в таблице 2.72.

Таблица 2.7.2. . [1, табл.П3.5, стр.103]

Характеристика прокладок из паронита для фланцевых соединений.

Проверочный расчёт фланцевого соединения сводится к определению прочности болтов для двух различных состояний - при монтаже соединения и в рабочих условиях и к проверке прочности уплотнительных прокладок.

Расчётная нагрузка на все болты фланцевого соединения в условиях монтажа РБ1 принимается наибольшей из трёх значений:

КЖ · (Q ± F) + RП + 4М / DСП

РБ1 = max 0.5р · DСП · вО · рПР; [1, стр.29]

0,4[у]Б20 · z · fБ, (при рР < 0,6 МПа)

где, F - внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (-) сила, Н;

М - внешний изгибающий момент, Н · м;

Q - равнодействующая внутреннего давления в аппарате, Н:

Q = 0,25р · DСП2 · рРВ; [1, стр.29]

КЖ - коэффициент жёсткости фланцевого соединения, который

принимается равным 1,3;

DСП - средний диаметр прокладки, м;

DСП = 0,5 · (D1 + D2); [1, стр.31]

RП - реакция прокладки (сила осевого сжатия фланцев, требующаяся

для обеспечения герметичности соединения), Н:

RП = КПР · р ·DСП · вО · рРВ; [1, стр.31]

где КПР - коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки,

КПР = 2,50;

вО - эффективная ширина прокладки, м;

в - ширина прокладки, м;

в = 0,5 · (D1 - D2); [1, стр.31]

рПР - минимальное давление обжатия прокладки, Па,

рПР = 20,00 (МПа) = 20 · 106 (Па);

[у]Б20 - допускаемое напряжение для материала болтов при 20 °С, Па;

[у]Б20 = 230,00 (МПа) [2, табл.П3.9, стр.41]

z - число болтов фланцевого соединения;

z = 72;

fБ - площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру

резьбы, м2 ;

fБ = 235,5 (мм2) = 235,5 · 10-6 (м2); [2, табл.П3.3, стр.36]

Внешняя осевая сила F и внешний изгибающий момент М могут возникнуть в результате, например. эксцентрических весовых, ветровых и других внешних нагрузок. Для обычных условий эксплуатации внешние воздействия при расчёте не учитываются, т.е. F = 0, М = 0.

DСП = 0,5 · (2130 + 2090) = 2110 (мм) = 2,11(м)

в = 0,5 · (2130 - 2090) = 20,00 (мм) = 0,02 (м);

в > 0,015(м), значит вО = 0,12vв;

вО = 0,12v0,02=0,017 (м) = 17,00 (мм);

RП = 2,50 · 3,14 · 2,11 · 0,017 · 0,33 · 106 = 0,093· 106 (Н) = 0,093(МН);

Q = 0,25 · 3,14 · 2,112 · 0,33 · 106 = 1,153 · 106 (Н);

КЖ · (Q ± F) + RП + 4М / DСП = 1,3 · 1,153 · 106 + 0,093 · 106 = 1,59 · 106 (Н)

0,5р · DСП · вО · рПР = 0,5 · 3,14 · 2,11 · 0,017 · 20 · 106 = 1,13 · 106 (Н);

0,4[у]Б20 · z · fБ = 0,4 · 230 · 106 · 72 · 235,5 · 10-6 = 1,56 · 106 (Н)

Принимаем РБ1 = 1,59 · 106(Н)

Расчётная нагрузка на болты фланцевого соединения в рабочих (эксплуатационных) условиях РБ2 принимается равной:

РБ2 = РБ1 + (1 - КЖ) · (Q ± F) + Ft ; [1, стр.29]

здесь Ft - усилие, возникающее от разности температур фланца и болтов в период эксплуатации, определяемое по выражению:

Ft = EБ · г · z · fБ · t · (бtФ- 0,95бtБ), [1, стр.29]

где ЕБ - модуль упругости материала болтов при расчётной температуре, Па.

Расчётная температура для болтов - 0,97 tС. = 95о С.

Е·10-5 = Е1 + ;

Е1· 10-5 = 2,15 (МПа); Е2· 10-5 = 2,15 (МПа); [1, табл.П2.3, стр.91]

t1 = 20 °C; t2 = 100 °C

ЕБ = 2,15 · 105 (МПа)= 2,15 · 1011(Па)

г - коэффициент пропорциональности;

г · 103 = 46; [1, табл.П3.8, стр.108]

t - расчётная температура фланца, принимаемая равной температуре

рабочей среды в аппарате, °С;

t = 98 °С;

бtФ , бtБ - коэффициенты линейного расширения материалов фланцев и болтов соответственно;

бtФ = 11,2 · 10-6 (1/град); [1, табл.П2.6, стр.93]

бtБ = 13,1 · 10-6 (1/град);

Ft = 2,15 · 1011 · 0,046 ·72 · 235,5 · 10-6 · 98 · (11,2· 10-6 - 0,95 · 13,1 · 10-6)= - 0,0205 · 106 (Н)

РБ2 = 1,59· 106 + (1- 1,3) · 1,153· 106 - 0,0205 · 106 = 1,22· 106 (Н).

Условие прочности болтов проверяется для обоих состояний - при монтаже и в рабочих условиях:

РБ1 / (z · fБ) ? [у]Б20 [1, стр.29]

РБ2 / (z · fБ) ? [у]Б,

где [у]Б - допускаемое напряжение для материалов болтов при расчётной температуре (0,97 tС = 95о С), Па;

[у]Б = [у]Б1 + ;

[у]Б1 = 230,00 (МПа); [у]Б2 = 230,00 (МПа); [1, табл.П3.9, стр.108]

t1 = 20°С; t2 =100°C;

[у]Б = 230,00 (МПа) = 230 · 106(Па);

РБ1 / (z · fБ) = 1,59 · 106 / (72 · 235,5)= 93,77 (МПа)

[у]Б20 = 230,00 (МПа)

РБ1 / (z · fБ) ? [у]Б20 - условие прочности выполняется.

РБ2 / (z · fБ) = 1,22 · 106 / (72 · 235,5) = 71,95 (МПа)

[у]Б = 230,00 (МПа)

РБ2 / (z · fБ) ? [у]Б - условие прочности выполняется.

Условие прочности прокладки определяется по выражению:

рБmax / (р · DСП · в) ? [рПР] [1, стр.30]

где рБmax = max {РБ1, РБ2};

рБmax = PБ1 = 1,59 · 106 (Н);

[рПР] - допускаемое давление обжатия прокладки, Па;

рБmax / (р · DСП · в) = 1,59· 106 / (3,14 · 2,11 · 0,02) = 12,00 · 106 (Па)

[рПР] = 130 ·106 (Н)

рБmax / (р · DСП · в) ? [рПР] - условие прочности выполняется.

Расчёт штуцеров и люков

Для присоединения к аппаратам различных трубопроводов, установки арматуры и контрольно-измерительных приборов, как правило, используются разъёмные фланцевые и резьбовые штуцера или бобышки, размеры которых унифицированы в соответствии со стандартными условными проходами, DУ. Фланцевые штуцера используются для присоединения труб, арматуры и контрольно-измерительных приборов при DУ > 10 мм, а резьбовые штуцера при DУ < 32 мм.

При наличии тепловой изоляции аппарата вылет штуцеров должен быть таким, при котором фланцевое или резьбовое соединение штуцеров находилось бы за пределами изоляции, с целью доступа к этим соединениям для осмотра и подтяжки.

Кроме того, вылет штуцеров должен обеспечить удобную заводку фланцевых болтов со стороны аппарата.

Оценив назначение и режим эксплуатации аппарата, выбираем необходимое количество штуцеров и размещение их на аппарате в соответствии с приведенными рекомендациями [1, табл.П4.1, стр.109].

Таблица 2.8.1.

Размеры фланцев штуцеров.

Назначение штуцеров:

А - для ввода жидкости;

Б - для трубы передавливания;

Г - для установки гильзы термометра;

Д - для установки гильзы манометра;

Е - для установки предохранительного клапана

Ж - для входа и выхода теплоносителя;

К - для нижнего выпуска продукта;

Л - технологический;

П - люк.

Люки аппаратов, размещаемые обычно на их крышках, предназначаются для очистки, профилактического осмотра и ремонта внутренней полости аппарата, а также для монтажа и демонтажа перемешивающих устройств, находящихся внутри аппарата. В ряде случаев люки используются для загрузки технологического сырья.

Люки для проведения осмотра и монтажа внутренних устройств, как правило, должны устраиваться в аппаратах диаметром более 800 мм. При необходимости залезания в аппарат диаметр люка должен быть не менее 450 мм. Если производство внутренних работ возможно без залезания в аппарат, то устраивают люки диаметром не менее 150 мм, через которые должна свободно проходить рука человека.

Конструкция крышки люка и способ её крепления определяются тем, насколько часто предстоит пользоваться люком. Крепление крышки на обычных болтах применяют в тех случаях, когда люком пользуются редко. При необходимости часто открывать и закрывать люк (например, при загрузке сырья) крышку крепят откидными болтами или предусматривают быстродействующие прижимы различных конструкций.

Обечайки люков изготавливают из тех же материалов, что и обечайки аппаратов, фланцы люков - из тех же материалов, что и фланцы аппаратов.

Таблица 2.8.2. [1, табл.П4.3, стр.113]

Размеры люка загрузочного

Материал обечайки люка - 17Г1С;

Материал фланцев люка - 17Г1С.

Крепление крышки люка производится с помощью обычных болтов.

Назначение люка - для проведения осмотра и монтажа внутренних устройств.

Опорные устройства.

Для установки аппарата на фундамент или на специальные несущие конструкции могут быть использованы опоры двух типов: опоры-стойки или подвесные опоры-лапы. Типовые конструкции опор нормализованы и размеры их подбирают по нагрузке, приходящейся на одну опору и по величине удельного давления, оказываемого на фундамент (несущую поверхность).

Расчетная нагрузка, воспринимаемая опорами аппарата определяется максимальной его массой (брутто) либо в условиях эксплуатации, либо при гидравлических испытаниях (при заполнении водой) с учётом дополнительных нагрузок от массы монтируемых на аппарате трубопроводов, арматуры и проч. Опоры изготовляются из стали Ст3.

Проверочный расчет опор.

Расчётная нагрузка на одну опору определяется по формуле:

G = Gmax / nоп , [1, стр.32]

где Gmax - максимальный вес аппарата (при эксплуатации или гидравлических испытаниях), Н;

nоп - число опор, n = 4

Gmax = (Ga + mводы) · g,

где Ga - масса аппарата;

Ga = 2600(кг) [1, рис.П5.4, стр.119]

mводы - масса воды, объёмом 0,8 объёма аппарата;

mводы = 0,8 ·10,0 · 1000 = 8000 (кг);

g - ускорение свободного падения. g = 9,81м/с2.

Gmax = (2600 + 8000) · 9,81 = 103986 (Н).

G = 103986 / 4= 25996,5 (Н) = 26,0 (КН).

Типовая опора выбирается по таблице П5.1. по условию:

G ? [G], [1, стр.32]

где [G] - допускаемая нагрузка на опору.

Принимаем [G] = 40 (кН).

Выбираем опоры-лапы с подкладным листом (тип-2)

Таблица 2.9.1. [2, табл.П5.1, стр.48]

Размеры подвесных опор-лап типа 2.

Проверяем опорную площадь FОП из условия прочности материала фундамента:

FОП ? G / [у]Ф , [1, стр.35]

где FОП определяется как площадь подкладного листа;

FОП = а2 · b2 = 120 ·140 = 16800 (мм2) = 0,0168 (м2);

[у]Ф - допускаемое напряжение сжатия для материала фундамента;

[у]Ф = 8,00 (МПа); материал фундамента - бетон марки 100 [2, табл.П5.3, стр.117];

G / [у]Ф = 25996,5 / (8 · 106) = 0,0032 (м2);

FОП ? G / [у]Ф , условие прочности выполняется.

Проверка косынок опор на устойчивость проводится по условию:

у = 2,24G / (zP · S · b) ? KC · [у], [1, стр.35]

где у - напряжение сжатия при продольном изгибе ребра, Па;

2,24 - коэффициент, характеризующий действие неучтенных факторов;

zP - число рёбер в опоре, zP = 2;

S - толщина ребра, м; S = 0,01 (м);

b -вылет ребра, м; b = 0,31 5 (м);

КС - коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при

продольном изгибе; КС = 0,4; [1, стр.35]

[у] - допускаемое напряжение для материала рёбер опор, Па;