Документ: В.И.Чуешов, Л.А.Мандрыка, А.А. Сичкарь Оборудование и основы проектирования химико-фармацевтических производств, страницы 91-95

1

Рсшс1шс

Расчст11ую и исполнительную толщину стенки цилиндрической обечайки приближенно определяют по формулам:

l	' =шах			{	К	2	Д·10	-2	1,lрД
s	' =шах				К		Д·10		;--};
s ;с: sr		+ С							2[cr]
с последующей проверкой по формуле: )
	[						р
	[	р	] = ---==[==="=
		р							2

1+([Р]п) ,

[р]Е

где sp - расчетная толiцина обечайки, мм;

s - исполнительная толщина обечайки, мм;

К2 - коэффцциент, определяемый по номограмме; Д - внутренний диаметр обечайки, мм;

р - расчетное наружное давление, МПа;

[crJ - допускаемое напряжение материала обечайки, при расчетной температуре, МПа;

[р] - допускаем_оенаружное дащ1ение, МПа;

[р]n - допускаемое давление из условия прочности, МПа;

[рk - допускаемое давление ·из условия устойчивости в пределах упругости, МПа.

2.1. Расчетное наружное давление

Так как аппарат работает под аТf1оСферным давлением, то расчетное наружное· давление принимаем равным давлению среды в рубашке:

р= РР = О,6МПа

2.2.Расчетная температура обечайки

Принимаем расчетную температуру обечайки равной рабочей температуре среды в рубашке: t = tP = 1,54 С

2.3. Допускаемое напряжение материала обечайки при рабочей температуре

Допускаемое напряжение можно рассчитать по формуле (см. приложение Д, пример1, п.1.3) или выбрать по таблица,м., если таковые имеются.

Принимаем для материала обечайки. ВМСт.3сп при расчетной температуре

154°С [cr] = 145МПа (64), стр. 55, табл. 5:

•

..

2.4. Коэфф1щ11с11т 1(,

'Значение ко')фф11 111е11та К можно выбрать по11омограш1е [64], стр. 11, черт. 5, если ·mать значения коэффициентов К1 и К3:

К	1	=	nyp	6	Е'
			2,4 · 1 о-

где ny - коэффициент запаса устойчивости; для рабочих услови,й ny = 2,4

(58], стр.6;

Е - модуль продольной упругости материала обечайки при расчетной

температуре, МПа; для углеродистых сталей при t = 154°С Е
1,86*10	5			=
		МПа (таблица Ж.6) (64J.
		к				2,4 'о,6				3,22
		к	1		2,4 . 10-		.•	1,86 · 10		3,22
			1			6	.•		5
		К	3		д	875	=1'46'
		К		= !_р_ =		600	=1'46'

где lp - расчетная длина обечайки

Iµ = L + h+ 13,

где L - длина цилиндрической части обечайки, L = 800мм: h - высота цилиндрической отбортовки днища, h = 25J1щ;

13 - длина, учитывающая влияние на устойчивость цилиндрической обечайки примыкающих к ней элементов; для выпуклых днищ 13=Н/3 (Н - высота днища без отбортовки).

Для стандартных эллиптических днищ Н = 0,25 Д;Н = 0,25*600 = 150мм. lp = 800 + 25 + 150/3 = 875мм.

При К 1 = 3,22 и К3 = 1,46 значение К2 = 0,93.

2.5. Расчетная толщина стенки обечайки в первом приближении

s	P	к,д-10-2 = 0,93, 600-10-2 = 5,58мм				}	=	5,58мм.
s		= шах{ 1,lрД	1,1 · 0,6 . 600 _		Збмм	}		5,58мм.
		2 а	2 · 145	- 1,
		-[-]

2.6. Исполнительная толщина обечайки в первом приближении

s 2 sµ +С= 5,58 +2,5 = 8,08мм.

Принимаем предварительно сторону стенки обечайки равной стщщартной толщине прокатного листа 8мм (таблица Ж.9).

180

181

...1

2.7. Пrовсrка 11r1111ято11

11спол 111пслыюu· толщ,1111,1

1ю до11усю1смому

давлс11шо

(р

=

[р]

]

---;====="===

l + (

[р]

)

2

.,

(р]

2.7.1. Допускаемое давление из условия црочности:

(

р

]

__ 2[crks- С)

2,63МПа

Д+

s-С.

2.

7.2.

11

в

пределах

Допускаемое давление из условия устойчивости

упругости:

6

. Е х

д

1

оо(s-с)

·

= 20,8. 1

2

5

[р]Е

0-

]

,

nYB1

Jp

[

Д

г

в,

min{l

; 9,

Jioo( -с}}

min{l,

;

: l

,

= 6,76

} =

,

де

,O

45

0 9,45

O

1 0

=

OO(

2 5)

(р]

20,8

. 10

-1,86

· 10

х 600

1 00(8

- 2

;

5)

]

25

= о,88МПа

6

5

75

[

·

=

·J,

Е

2,4

p

8

600 ,·

Допускаемое наружное давление:

(р

2•63

О

3МПа

]

=

1 +(t: )

2

,8

Таюш

(р]= О,83МПа > р = 0,6 МПа

S

8мм

следует

образом, принятое

предварительное

значение

(

считать исполнительной толщиной обечайки.

•

.

Птшер 3.

Рассч11тать толщину эллиптического днища аппарата.

Исходные

данные:. внутренний диаметр

аппарата 800мм,

рабочее

давление среды в аппарат/1,6 МПа,

рабочая температура - 5

°

С, плотность

среды 1200кг/м3

; высота столба жидкости 2500мм, материал корпуса

аппарата

-

двухслойная сталь 16ГС

+

12Х18Н10Т, скорость коррозии 0,05

мм/год,

срок службы аппарата

lZ

лет,

сварные

швы

выполнены

электродуговой сваркой вручную со 100% контролем длины швов.

l'сшснис.

и

исполнительную

толщину

сте11ки

эллиптического днища,

Расчетную

rаботающсrо под

в11утрен11им давлением, определяют

по фор\1улам:

s

'r

=

Рр

·д

2[cr}p- 0,5pr

'

где Р

s, :::: s, r

+ С,

МПа;

- расчетное внутреннее давление,

р

s,

- расчетная и исполнительная толщина стенки эллиптического

sч.,

Д -

днища,

мм;

внутренний диаметр аппарата,

[cr] - допускаемое напряжение материала днища, МПа;

<р

-

коэффициент прочности

сварных

швов;

С

-

прибавка к расчетной

толщине стенки днища, мм.

3.1. Расчетное внутреннее давление

РР

=

+

Рг

,

где р -

рабочее

Р

давление в аппарате,

р, ·- гидравлическое давление

рабочей среды (жидкости) на днище.

где

р, = Pcgh = 1200 ·9,81

·2,5 =29430н/м

2

"'О,ОЗМПа

Р - плотность рабочей жидкости, кr/м

;

е

3

;

g - ускорение свободного падения, м/с

h - высота· столба жидкости,

мм.

2

РР = 1,6+0,03 = МПа

Так

3.2. Расчетная температура стенки корпуса

за расчетную

как температура среды

в

аппарате

ниже 20 С,

то

°

температуру

для

определения

допускаемых

р

пр11нимаем

20

нап яжений

температуру

°

С [64], стр.2.

Так как

аппарат

3.3. Допускаемое напряжение

выполнен из

двухслойной

стали lбГС+ 12Х18Н10Т, то за

основной

конструкционный материал

принимаем

сталь

16

ГС, а сталь

12Х 1 8Н I

ОТ будет служить в качестве защитного от коррозии

слоя..

Для

стали 16ГС при расчетной температуре 20°С:

[cr] =

196 МПа (таблица

Е.1)[64].

182

183

При

3.4. Коэфф11ш1с1п 11rо•11юсп1 снар111,1х 1111юн д11ищ 1

можно

ко1111чсского д1111ща, работающего под внутренним давлением определяют. по

диаметре

аппарата

до

1 600мм,

эллиптическое

днище

формулам:

изготавливать

штамповкой, из

целыюrо

прокатного листа,

тогда (р

== 1,0

s

Р,,д

(таблица Ж.8)

(64].

3.5. Рас'IСТШIЯ толщи11а CTCIIKII д1111ща

= r,:;-cj-- -.·у

•r

\2[a](P-PrJCOsa,

Рр · д

1,63_:! -

= 3 32мм

s. = sк r. + с

s'r = 2

(0-}р-О,5р1,

2 · 196· 1,0 - 0,5 · 0,33

где s,.r,

s.

толщина

стенки

конического днища

расчетная и

3.6. Исполшпсльная толщ1111а основного .011струкц1юнного материала

исполнительная;

Pr - расчетное внутреннее давление, МПа;

Принимаем исполнительную толщину наружного слоя корпуса равной

Д - внутренний диаметр аппарата, мм;

ближайшему большему значению стандартной толщины прокатного листа из

[а] - допускаемое , напряж шие материала днища при расчетной

1

=4мм, (таблица Ж.9) [24).

температуре, МПа;

стали 16ГС, s

(р - коэффициент прочности сварных швов;

3.7. Проверка условия применимости расчетных формул

•

а - угол при вершине корпуса, град;

s-C

4-0

=

О

005 < О 1

с - прибавка к расчетной толщине стенки, мм.

--=

--

'

Д

800

4.1. Расчетное внутреннее давление

Условие применимости формул выполняется.

РР = Р

3.8. Толщина стенки плакирующего слоя из стали 12Х18Н10Т

+ Рг,

Sпл = П1 = 0,05 * 12 = О,бмм

где р - рабочее давление в аппарате;

Из технологических условий изготовления толщину планирующего слоя

р,-гидравлическое давление рабочей среды.

принимаем Sпл = 2мм.

р, = pgh = 1300 · 9,81 · 3,5 =

45 · 103 Па= О,045МПа

3.9. Исполнительная толщина стенки днища из двухслойной стали

РР = 0,4+0,045=0,445 МПа

S = Sз

+ Sпл= 4+2 = бмм.

4.2. Допускаемое напряжение материала днища при рабочей

Пример 4. Рассчитать толщину стен .и

температуре

4

конического днища листового фильтра.

[cr] =127 МПа (таблицаЕ.1) [64).

5

Исходные

данные:

внутренннй

диаметр фильтра 1600мм, высота ф11.1ьтра

4.3. Расчетная толщина днища

3500мм, угол при вершине корпуса - 45°,

внутреннее давление - 0,4 МПа, расчетная

Ррд

= _

_

О,445 -1600

температура

корпуса

60°С,

материал

s

=

2

4,41мм

к рпуса

сталь

10.

Плотность

,p

{

[a]<p -p

)cosa

(2·127··0,9-0,445)cos45

°

обрабатываемой

среды

1300 i-.r/м3,

P

Прибавка к расчетной толщине стенки

4.4. Исполнительная толщина днищ:

и расчетная

схема

его коничес

2,54мм, коэффициент прочности

сварного

s Sк.р +С= 4,41 + 2, 54 = 6, 95мм.

шва-0,9.

Рис Листовой верт11калъный фильтр

Решение.

Принимаем исполнительную толщину днища равную стандартной

кого

днища:

1 - орпус; 2- крыш

исполнительную

толщину

ка; 3- коллепор; 4

- опора; 5 -

фильтрующий элемент

Расчетную и

толщине прокатного листа sк =8мм [24), стр.102, табл.2.22.

184

185

, 4.5. Проверка применяемости расчетных формул

s-·---С --0,1 .
	Д	cosa
s -С 8- 2,54-			0,0034;
к	Д	---
		= 1600
Условие применимости формул

= =014 0,0034 < 0,14
cosa, cos45	°

выполняется.

Пример 5. Для цилиндрического			аппарата с эллиптическим днищем
определить допускаемое внутренне давление в рабочем состоянии и при
		.
гндраВЛ11ческих испытаниях					аппарата 1200мм, толщина
		й диаметр			аппарата 1200мм, толщина
Исходные данные: Внутренни						С, материал корпуса
стенки корпуса 6мм, рабочая температура среды 150						С, материал корпуса
					°
-'- сталь 09Г2С,	скорость коррозии материала корпуса							0,15 мм/год,
н	слу	жбы аппарата 12 лет, сварные				швы,	выполненные
расчет ый срок	слу
вручную.					.Допустимое			внуrреннее
		Решение			.Допустимое			внуrреннее
		давление		при	известной толщине" стенки
		аппарата		определяют				:
		аппарата		определяют		по формулам
		для цилиндрической обечайки:

					[pl	2[cr)cp(s - с)
						Д+s-С		днища
					для эллиптического			днища
						2[cr]<p(s	1 - С)
						R + 0,5(s1 -С)			,
									,
					где Д - внуrренний диаме"Iр аппарата
Рис.Д.3	- Цилиндрический аппарат с			мм;	R - радиус кривизны в вершине днища
				мм;
				по внУ"Iренней поверхности, мм;
эллиmическим днищем				по внУ"Iренней поверхности, мм;
		s, S1 - толщина стенки обечайки И днища, мм;							коррозии, мм;
С -			r стенки корпуса для компенсации						коррозии, мм;
С -	прибавка к толщин J						корпуса при расчетнои
[cr]	-	допускаемое	напряжение материала				корпуса при расчетнои
			;
	температуре, МПа			сварных швов.
<Р - коэффициент прочности				сварных швов.

5.1. Расчетная температура корпуса

Принимаем расчеrnую температуру корпуса равной температуре рабочей среды: t = tc = 150°С.

			5.2. Допустимое ШIП[HIЖCIIIIC
	Допу
		сти юс напряжение материала корпуса при рабоt1ей температуре
	[cr] = 171МПа,(таблицаЕ.\)[64J.
	Допустимое напряжение при гидравлических испытаниях:
			[а]"= cr,2° =	3ОО=272,7МПА
	где		nT·U	1,1
	где	О'т - предел текучести материала при 20°С;
		20
	а,20	= 300МПа (58], стр.61, табл.9.
	n,.... -		запас прочности no пределу текучести при гидравлических
	испытаниях;
•, •	п,и.	= 1,1 (таблица Ж.1) [64].
			5.3. Радиус кривизны эллиптического днища

Для стандартных эллиптических днищ R=Д (64], стр.22.

5.4. Пр11бавка к толщине стенки корпуса для компенсации коррозии

С=Пt = О,15 · 12= 1,8мм

где П - скорость коррозии материала корпуса= О,1Sмм/год; t - срок эксплуатации аппарата=12 лет.

5.5. Коэффициент прочности сварных швов

Для стыковых швов, выполненных вручную, с двухсторонним проваром при контроле до 50% длины сварных швов <Р = 0,9 (таблица Ж.8) [64].

Предполагая, что эллиптическое днище выполнено штамповкой из цельного прокатного листа, принимаем q, 1 = 1,0.

5.6. Доnускаемое давлею1е в аппарате в рабочем состоянии 11 при гндравлических испытаниях

Для обечайки:	2[a]<P(s - с)	_2	1·7_1·_0_, 9(6_-_8)l,		=	l	?МПа
	2[a]<P(s - с)	_2	1·7_1·_0_, 9(6_-_8)l,		=

	-С		_,	-'-			О
	-С		1200 + 6 -1,8
	Д+s		1200 + 6 -1,8
	2[cr)u q,(s - с)	-	2 · 272 · 0,9(6 -1,8)				1,7IМПа
Для днища:	Д+(s --: С)	-	1200+6-l,8
Для днища:

186	187

	=	2[o°}p&i - С)			2 171 1,		0 6	-1,8)
[р]л				=	-	-	(		= l,l 9Mlla
		R + 0,5{s1 -		С)	1200	+ 0,5(6 -1,8)

[р]л..			2[cr].,cp1 (s1 -С)		2 · 272 · 0,9(6 -1,8)= J'9ОМПа
			R + 0,5{s, - С)		1200 + 0,5(6- 1,8)
5.7. Услов11е nрименимосп1 расчетных формул
			s -С	= 6 -1'8 = О 0035<О 1
			Д	1200		'

Условие применимости расчетных формул выполняется. Таким образом,

давление в аппарате может быть в рабочем состоянии: Р s 1,07 МПа, при гидравлических испытаниях: Р s 1,71 МПа.

Пример 6. Подобрать опоры для вертикального цилиндрического аппарата, имеющего внутренний диаметр 600мм, длину цилиндрической части 2500мм, толщину стенки корпуса 5мм, и стандартные эллиптические днища без отбортовки. Материал корпуса - ВСт3сп.

Вес внутренних устройств и обвязки аппарата принять равным 60% веса корпуса.

Решение.
Выбор нормализованных опор производится по допускаемой нагрузке на
опору из условия:	= лI	GП11LX	+ л.		s [N]'
N	= лI	GП11LX	+ л.	2	s [N]'
Р		z	•		Д + 2е

где Np, [N] - расчетная и допускаемая нагрузка на одну опору, Н; Gm,., -максимальный вес аппарата, Н;

z - число опор аппарата;

л.1 и л.2 - поправочные коэффициенты, зависящие от числа опор;

М -максима.r ьный изгибающий момент, действующий на аппарат, Нм; Д -внутренний диаметр аппарата, м; е - расстояние ·отсравнодействующей_ реакции опоры до наружной

стенки аппарата, м;

6.1. Вес корпуса аппарата

Gk = p(g · Vk ,

где р. - плотность материала корпуса аппарата =7850 кг/м3 ; [24], стр.1 01,

табл.2.21.

g-ускорение свободного паде ия, м/с2; V. -объем материала корпуса, м3•

\(

.i •.

Vk = п: · дер - s · Lp,

где дсr -средний диаметр корпуса аппарата, м; s - толщина стенки корпуса, м;

Lr -расчетная длина корпуса, м;

Д, с = Д+s = 600+5 = О,605м LP= L+23н ,

где L- длина цилиндрической части обечайки;

Н - высота эллиптического днища; для стандартных днищ Н = О,25Д,

т.е. Н = 0,25 ·600 = 150мм = О,15м Lp= 2,5 + 2 O,3l5 =2,6м.

vk = 3,14 * о,605 *5 * 10·3 * 2,6 = 24,7 * 10·3 м3 .

Gk= 7850 * 9,8 1 * 24,7 * Ш3 = 1902Н.

6.2.Вес вспомогательных устройств и обвязки аппарата

G.= 0,6Gk = 0,6 * 1902= 1141Н

6.3.Вес жидкости в аппарате

Gж =Рж ·g·Vж

где: Рж - плот ость жидкости,. кг/м3

Vж - объе'м жидкости в аппарате, м3

Так как в условии задачи не оговорена рабочая среда в аппарате, то

определим вес жидкости в аппарате при его гидравлических испытаниях.

Для ВОДЫ при температуре 20°С Рж = 998 кг/м3

Vж	=п:д\		3,14 · 0		,	62	х26	=	0 735мз
		Р	=	4
	4						'		'

Gж = 998 · 9,81 ·О,735=7196Н

6.4 Максимальный вес аппарата

G.,,.x = Gk + G. + Gж =1902 + 1141 + 7196 = 10239Н

6.5. Число опор аппарата

I1ринимаем число опор z= 3.

188

189

Материал: В.И.Чуешов, Л.А.Мандрыка, А.А. Сичкарь Оборудование и основы проектирования химико-фармацевтических производств

Смотрите также: