• RU
  • icon На проверке: 31
Меню

Проектирование бака запаса топлива

  • Добавлен: 09.09.2014
  • Размер: 576 KB
  • Закачек: 2
Узнать, как скачать этот материал

Описание

В курсовом проекте представлен расчет бака, с чертежами в компасе: Общий вид, эпюра напряжений; сварные швы, раскрой заготовок.

Состав проекта

icon
icon
icon
icon Спецификация бака.doc
icon Курсовой.doc
icon Лист4.cdw
icon Ведомость КП.rtf
icon лист3.cdw
icon 1лист.cdw.bak
icon 1лист.cdw
icon 2лист.cdw

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Курсовой.doc

В настоящем курсовом проекте рассмотрены следующие вопросы:
- назначение описание бака запаса топлива рассмотрены его технические характеристики;
- подобран материал (с изучением его химических и механических свойств) для изготовления бака запаса топлива;
- на основе сравнения выбраны методы и способы сварки с расчетом сварных соединений а также произведена оценка свариваемости конструкции;
- выбраны оптимальные формы разделок кромок сварочные материалы обеспечивающие высокое качество сварных соединений;
- произведены расчеты на прочности всей конструкции а также ее отдельных элементов;
- произведен выбор и раскрой заготовок элементов конструкции.
Курсовой проект состоит из графической части – 2 листа формата А1 2 листа формата А2 расчетно-пояснительной записки формата А4.
Ведомость курсового проекта ..4
Исходные данные для проектирования
1 Назначение конструкция и условия работы 6
2 Описание конструкции 6
3 Техническая характеристика .6
1 Обоснование выбора основных материалов 7
2Химический состав и механические свойства материалов 7
3Оценка свариваемости сталей 8
4Выбор способов сварки 9
5Выбор сварочных материалов 11
1 Допускаемые напряжения 13
2 Расчет толщины стенки днища 13
3 Расчет толщины обечайки 14
4 Расчет патрубков 15
5 Расчет плоской крышки 16
6 Расчет фланцевого соединения
6.1 Выбор типа уплотнителя 17
6.2 Определение усилий в шпильках .18
6.3 Определение размера фланца 18
6.4 Оценка прочности фланца 19
Описание сварных швов . ..22
Расчет сварных швов 23
Оценка напряженного состояния 24
Выбор и раскрой заготовок элементов конструкции 25
Заключение 26 Список литературы 27
Целью настоящего курсового проекта является закрепление и углубление знаний по курсу «Проектирование сварных конструкций» развитие навыков конструкторской работы в области проектирования сварных металлоконструкций.
В данном курсовом проекте производится:
- расчет сварных швов
- оценка напряженного состояния
Задача данного проекта: практическое применение навыков полученных при решении конкретного конструктивного задания по проектированию бака топливного приобретение опыта конструирования сварных узлов и соединений ответственных металлоконструкций привитие навыков разбивки сварной металлоконструкции на составные элементы с учетом поставляемых металлургической промышленностью сортамента металлопроката форм и размеров паковок и отливок; накопление опыта работы с научно-технической и справочной литературой ГОСТами и другими нормативными документами.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1 Назначение конструкции
Бак топливный служат для хранения нефти и нефтепродуктов (бензина дизельного топлива керосина мазута) технических спиртов аммиачной воды сахарных сиропов сжиженных газов и других жидкостей в том числе как противопожарные резервуары и резервуары для топлива..
2 Описание конструкции
Бак состоит из горизонтального корпуса и двух седловых опор. Корпус состоит из цилиндрической обечайки и двух эллептических днищ. На корпусе имеются два люка-лаза Ду800 и технологические патрубки.
3 Техническая характеристика бака
1 Обоснование выбора основных материалов
Для изготовления бака запаса топлива необходимо чтобы конструкционный материал сохранял свои механические имел максимальную возможную прочность другие стали для этого изделия не требуются так как эксплуатируется при невысоких температурах и нет агрессивной среды. Поэтому применительно к этой конструкции предлагается использовать сталь Ст3сп. Эта сталь не дорогая механические и химические свойства полностью соответствуют требованиям и она предпочтительна для производства данной конструкций.
2 Химический состав и механические свойства
Химический состав и механические свойства сталей приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2 - Химический состав стали Ст3сп.
Таблица 3 - Механические свойства стали Ст3сп.
Относительное удлинение 5
3 Оценка свариваемости
Свариваемость – свойство металла образовывать при установленной технологии сварки сварное соединение отвечающее требованиям обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия. При анализе свариваемости дифференцированно оценивают сопротивление сварки соединений образованию ХТ и ГТ. Формулы для определения показателей свариваемости углеродистых и низколегированных сталей имеют вид:
Углеродный эквивалент
При Сэ045% сталь не склонна к ХТ.
При HCS36 сталь не склонна к ГТ.
Трещины повторного нагрева:
Оценку склонности стали к трещинам повторного нагрева которые возникают в зоне температур отпуска произведём также на основании параметрического уравнения.
DG = Cr + 33M0 + 81V + 10C – 2 (3)
DG =03+0+0+10*02-2= 03
Сталь Ст3сп склонна к образованию трещин отпуска т.к. DG>0 (таблица 4).
Таблица 4 - Характеристики свариваемости стали Ст3сп.
4 Обоснование выбора способов сварки
Исходя из условий работы назначения материала используемого при изготовлении конструкции допускается использовать для сварки конструкции следующие виды сварки: ручная дуговая сварка (РДС) автоматическая сварка под флюсом (АСФ) автоматическая и полуавтоматическая сварка в среде СО2 и его смесях с О2 (кислородом) .
Ручная дуговая сварка. Этим способом сваривают конструкции во всех пространственных положениях из разных марок сталей в случаях когда применение автоматической и полуавтоматической сварок не возможно например при отсутствии требуемого оборудования. К преимуществам РДС относятся также:
- возможность сварки в любом пространственном положении;
- возможность устойчивого горения дуги и плавление электрода на постоянном и переменном токе;
- достаточная защита расплавленного металла;
- возможность получения хорошо сформированных валиков;
К недостаткам можно отнести большую вероятность получения дефектов в сварном соединении малую производительность процесса большой расход сварочных материалов плохие санитарные условия сварки большое тепловложение в свариваемое изделие что приводит к послесварочным деформациям изделия. Регулирование скорости подачи и скорости сварки осуществляется сварщиком вручную следовательно качество сварного шва будет зависеть от практических навыков сварщика.
Автоматическая сварка под флюсом. При сварке вылет электрода значительно меньше чем при РДС. Поэтому можно не опасаться перегрева электрода и отделения защитного покрытия в несколько раз увеличить силу тока. Производительность сварки под флюсом в 10-15 раз выше чем при РДС. Это достигается за счет: повышения величины и плотности сварочного тока повышения коэффициента наплавки увеличения глубины проплавления свариваемого металла повышения скорости сварки снижения машинного времени сварки. Плавление электродного и основного металла происходит под флюсом надежно защищающим их от окружающей среды. Флюс способствует получению чистого и плотного металла шва без пор и шлаковых включений с высокими механическими свойствами и однородностью металла шва по химическому составу. Практически отсутствуют потери на угар и разбрызгивание электродного металла. Улучшаются условия труда сварщика т.е. при сварке под флюсом отпадает необходимость в защите сварщика от воздействия дуги. Сокращается время освоения сварки под флюсом по сравнению с РДС. Процесс сварки полностью механизирован. К недостаткам АСФ можно отнести отсутствие визуального контроля за сварочной ванной возможность сварки только в нижнем положении ввиду возможного стекания флюса и металла при отклонении плоскости шва от горизонтали более чем на 10-150 ограниченную маневренность автоматов.
Сварка в СО2 и его смесях. По сравнению с РДС сварка в защитных газах имеет следующие преимущества:
Возможность механизации сварочных работ при выполнении коротких швов;
Уменьшение коробления изделий за счет повышенной теплоотдачи охлаждающего действия защитной среды и увеличения скорости кристаллизации расплавленного металла;
Простота процесса и техники сварки (сварщики осваивают этот способ за 3-5 смен);
Более высокая производительность труда за счет автоматической подачи проволоки при удовлетворительном качестве сварных швов;
Малая чувствительность к образованию пор по сравнению с процессом сварки электродами с фтористо-кальциевым покрытием и сваркой под флюсом ОСЦ-45 и АН-348А металла покрытого окалиной ржавчиной и другими загрязнениями;
Уменьшенное содержание газов в шве;
Возможность непосредственного наблюдения за процессом сварки и местом положения швов;
Возможность сварки в труднодоступных местах;
Недостатки: в связи с повышенным содержанием кислорода в атмосфере дуги необходимо раскислять в процессе сварки металл шва. Элементы раскислители вводятся в сварочную ванну через электродную проволоку.
Таким образом проанализировав все достоинства и недостатки вышеперечисленных способов выбираем для сварки протяженных продольных швов более 3000мм автоматическую сварку под флюсом– а для поперечных коротких швов трубопроводов и патрубков - способ сварки в среде защитного газа СО2 для сборочных работ РДС
5 Выбор сварочных материалов
На механические и физико-химические свойства металла шва весьма существенное влияние оказывает его химический состав. Поэтому для получения свойств удовлетворяющим требованиям надежности конструкции весьма важным является правильный выбор сварочных материалов. При выборе сварочных материалов следует исходить из необходимости получения плотных беспористых швов обеспечивающих высокую технологическую и эксплутационную прочность сварных соединений.
Сварочные материалы должны удовлетворять следующим требованиям:
Должны соответствовать требованиям стандартов технических условий и паспортов и иметь сертификаты.
Сварочные материалы следует хранить рассортированными по партиям. На поверхности сварочной проволоки не должно быть следов ржавчины масла и других загрязнений.
Электроды перед использованием должны быть прокалены.
Сварочные проволоки и электроды должны иметь химический состав близкий к составу основного металла иметь низкое содержание C S P..
Для ручной дуговой сварки низко- и среднеуглеродистых сталей рекомендуют использовать покрытые электроды УОНИИ 1355. Эти электроды обеспечивают высокую пластичность ударную вязкость металла шва и стойкость против образования трещин.
Выбираем сварочные материалы:
- РДС – электроды УОНИИ-1355 (3 – 5 мм).
- па в СО2 – проволоку Св-08Г2С(О) ( 12 мм).
- Флюс Esab OК 10.71
- Сварочная проволока для АСФ PITTARG 32мм
ОК Flux 10.71 - универсальный агломерированный (керамический) флюс алюминатно-основного типа предназначенный для сварки низколегированных и углеродистых конструкционных сталей (перлитный класс). Изделия этой марки позволяют проводить работы при постоянном и переменном токе обеспечивая высокое качество одно- и многопроходных швов. ОК 10.71 соответствует стандартам устанавливаемым ГОСТ 28555 для керамических флюсов в Европейской ассоциации торговли имеет маркировку "СЕ".
Таблица 5 - Химический состав сварочной проволоки
1Допускаемые напряжения
Допускаемые напряжения элементов оборудования нагруженных давлением вычисляются но выражению .
Механические свойства Стали Ст3сп представлены в таблице 6.
Таблица 6 - Механические свойства Стали Ст3сп
2 Расчет толщины стенки днища
Для эллептического днища используем формулу: (5)
где Р = 02 МПа - расчётное давление;
D – внутренний диаметр днища;
j=0913 –коэффициент снижения прочности;
С=С1+С2=1+08=18 - суммарная прибавка
здесь: С1-минусовой допуск на толщину стенки С1=1мм
С2=08 -поправка на коррозию;
=1384 МПа - допускаемое напряжение при расчётной температуре. Условие прочности выполнено
S=12 мм > Sп=487 мм- условие выполняется
3 Расчет толщины обечайки
Номинальная толщина стенки цилиндрической обечайки ослабленной отверстиями должна быть не менее
Коэффициент прочности выбирают в зависимости от вида ослабления и его геометрических характеристик.
Обечайка выполнена из листа Ст3 и ослаблена отверстием 826 мм
=0284 коэффициент снижения прочности одиночным неукреплённымотверстием Ду 800
с-суммарная прибавка к расчетной толщине обечайки равна:
с1=1-допуск на коррозию
с2=08-отрицательный допуск на толщину
где: P=004МПа – расчетное давление для рабочих режимов;
D=2800 мм – внутренний диаметр обечайки;
=1384 МПа – допускаемое напряжение стали
конструктивно принимаем SП=10мм
Расчетная толщина стенки
где: [] = 1384 МПа - допускаемое напряжение при расчетной температуре; φ= 1 - коэффициент прочности сварных швов;
Р = 004 МПа - расчетное давление;
d = 814мм внутренний диаметр патрубка;
Условие прочности выполнено
S = 8мм >Sp+ C = 195 мм;
где: с = 1 мм - сумма прибавок к толщине стенки;
Таблица 7 – Таблица патрубков
5 Расчет плоской крышки
Крышка выполнена из стали Ст3сп ГОСТ 5520–79.
Расчётная толщина крышки
41 коэффициент ослабления отверстиями;
К0=06-коффициент формы
D=149мм - диаметр отверстия в крышке;
D p =920мм – расчётный диаметр крышки;
D СП –средний диаметр прокладки;
Номинальная толщина стенки S1 = 20 мм больше полученного значения.
6 Расчет фланцевого соединения
6.1 Выбор типа уплотнения
В зависимости от типа и конструкции фланцевого соединения выбирается уплотнение для обеспечения герметичности.
Характеристика прокладки
Материал прокладки резина ТМКЩ-С-5
Прокладочный коэффициент m12
Удельное давление на прокладке при обжатии q0 МПа5
Ширина прокладки b0 мм20
Рабочая ширина прокладки b мм12
Толщина прокладки u мм 5
6.2 Определение усилий в болтах
Усилие необходимое для обжатия прокладки равно
где:Dm–средний диаметр прокладки Dm=Dd-b0=855-20=835 мм здесь
Dd=D+2b0+2u=805+2×20+2×5=855мм. (10)
Минимальное усилие обеспечивающее герметичность фланцевого соединения при рабочем давлении и гидроиспытании равно
F2=Dmbmp=314×835×12×12×004=3146×103Н; (11)
F2h=Dmbmph=314×835×12×12×02=157×103 Н.
Растягивающие усилия в шпильках от рабочего давления и давления гидроиспытания равны
FP=0785Dm2p=0785×8352×004=218×103 H;
FPh=0785Dm2ph=0785×8352×02=1094×103 H.
Усилие затяга определяется по формуле
значитF0=327737Н. (12)
Минимальный диаметр стержня шпильки равен
Принимаем резьбу М16: d0=18 мм;.
6.3 Определение размеров фланца
Диаметр окружности шпилек равен
ma580+20+10)=885 (14)
Наружный диаметр фланца равен
Df = Dw+e+2a1 = 885+10+32 = 927 мм. (15)
4×88516=1736мм. (16)
6.4 Оценка прочности фланца
Изгибающий момент на фланце от усилий обжатия прокладки Fd:
где : e2=(Dw–Dm)2=(885-835)2=30 мм – плечо силы Fd.
Изгибающий момент на фланце от усилий действующих в рабочем состоянии равен:
(18) где: ; (19) (20) (21) (22)
Расчетный момент определяем по формуле:
Высота тарелки фланца равна:
Принимаем hf = 30мм.
Оценку прочности фланца с коническим переходом производим для сечений в толстой и тонкой частях конического перехода.
Напряжения в основании конического перехода (в толстой части)
Напряжения в тонкой части конического перехода
=maB=ma1026=195МПа153МПа=[].
где: Н=700мм А=800мм L=6900мм.
Определяем силы реакции в опорах:
Сумма всех сил относительно точки Р=0.
Rm×53м-Q×265м=0 Rm=84кН×26553=935кН.
В расчетах сосуд нагружены равномерно распределенной нагрузкой интенсивностью
- реакция в опоре от всех нагружаемых факторов
Под опорой возникают дополнительные напряжения среза
Таблица 9. Выбор коэффициента
Помимо напряжений среза в месте установки опоры возникают местные изгибающие напряжения
- толщина стенки опоры коэффициент К5 принимают из таблицы 9.
Таблица 10. Выбор коэффициента
Таким образом жесткость опоры бака запаса топлива обеспеченна в виду маленьких напряжений.
ОПИСНИЕ СВАРНЫХ ШВОВ
Кольцевые швы (Ю) соединения обечаек корпуса выполняются стыковыми двухсторонним швами с V-образной разделкой кромок размеры которых соответствуют стандартному шву С-18.
Кольцевые швы (Т) соединения обечаек корпуса с днищем выполняются стыковыми двухсторонним швами с V-образной разделкой кромок размеры которых соответствуют стандартному шву С-18.
Тавровый шов (И) соединения обечайки с люк-лазом выполняется без разделки кромок па сваркой в СО2 он соответствует стандартному шву Т3.
Тавровый шов (Л) соединения обечайки с патрубком выполняется с разделкой кромок па сваркой в СО2 он соответствует стандартному шву Т8.
Нахлесточный шов (М) соединения дубляжа с корпусом выполняется без разделкой кромок па сваркой углекислом газе он соответствует стандартному шву Н1.
Нахлесточный шов (Ф) соединения грузовой проушины с обечайкой корпусом выполняется без разделки кромок па сваркой углекислом газе он соответствует стандартному шву Н1.
Тавровый шов (К) соединения стенок опоры выполняется без разделки кромок па сваркой в СО2 он соответствует стандартному шву Т3.
Тавровый шов (Ч) соединения штуцера с обечайкой корпуса выполняется с разделки кромок па сваркой в СО2 он соответствует стандартному шву Т7.
Расчитаем на прочность сварное соединение грузовой проушины бака:
Расчитаем опасное сечение одной грузовой проушины:
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
Воспльзуемся формулой для определения напряжений в обечайке и днища:
=-для обечайки; =-для эллептического днища;
Для днища ослабленного отверстием 57мм;
Для днища не ослабленного отверстием;
Для обечайки ослабленной отверстием 826;
Для обечайки не ослабленной отверстием;
Для обечайки ослабленной отверстием 108;
Для обечайки ослабленной отверстием 32;
Для обечайки ослабленной отверстием 57;
Для обечайки ослабленной отверстием 89;
ВЫБОР И РАСКРОЙ ЗАГОТОВОК ЭЛЕМЕНТОВ
) Раскрой обечаек корпуса бака запаса топлива произведем на стандартном листе 1500×6000×10-4шт и 2000×6000×10-1шт согласно ГОСТ 19903-74 который поступает на склад предприятия. Длина развертки стенки резервуара равна L=.
Раскрой днища корпуса произведем на стандартном листе 2500×6000×12-4шт согласно ГОСТ 19903-74 который поступает на склад предприятия. Расчитаем радиус заготовки под днище:R=Rc=2300мм. Заготовка не входит в ширину листа (лист изготавливаем сварным) чтобы отход был минимальный.
Все остальные мелкие изделия(опоры полосы грузовые проушины и т.д) можно изготовить из отхода листа если позволяют его размеры.
При раскрое материалов на листе нужно добиваться минимума невозвратного отхода а также удобства резки или рубки листа на гильиотине.
) При изготовлении патрубков штуцеров лучше использовать трубы (если позволяет толщина и диаметр трубы).
Люк-лаз изготавливаем из трубы Dн=820ммdвн=806мм =7мм ГОСТ 10704-91. При изготовлении их из круглого проката останется очень много отхода в виде стружки что влечет потерю времени на изготовление а также идет увеличение цены изделия. При выборе длины заготовки нужно давать припуски на сторону для торцовки и и зажатия изделия в патроне токарного станка.
Все трубы или круглый прокат выбираем минимальной длины для меньшего отхода.
В настоящем курсовом проекте рассмотрены и решены следующие вопросы:
-выбран основной материала
-выбраны сварочные материалы
-выполнен расчет прочности(допускаемые напряжения толщина стенок фланцевые соединения)
-расчитаны сварные швы
-произведен раскрой материалам
По данным расчета бак запаса топлива устойчив швы не подвержены разрушению рабочие напряжения не превышают допустимых.
Марочник сталей и сплавов. Под ред. В.Г. Сорокина. М.: Машиностроение 1989 г. – 640 с.
Справочник сварщика. Под ред. В.В. Степанова. Изд. 3-е. М.: Машиностроение 1975 520 с.
Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия. ОСТ 26291-94.
Курс лекций по дисциплине "Проектирование сварных конструкций.
Серенко А. Н. Крумбольдт М. Н. Расчет сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи. Киев: Высшая школа. 1977. – 336с.
Николаев Г. А. Куркин С. А. Винокуров В. А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций: Учебное пособие. М.: Высшая школа 1982. – 272 с.
Сталь листовая горячекатанная. Сортамент ГОСТ 19903-74.

icon Лист4.cdw

Лист4.cdw
*Размеры для справок
Размеры листового проката по ГОСТ 19903-74
фланци отвода дыхательного клапана
Штуцер отбора проб (1:2)

icon лист3.cdw

лист3.cdw

icon 1лист.cdw

1лист.cdw
Наименование параметра
пробное при гидроиспыт.
Класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76
Технические требования
*Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров
Изготовление и приемку ресивера произвести в соответствии с
требованиями ПБ 03-576-03
ТУ 3683-031-00220322-2004.
Действительное расположение штуцеров
смотри по виду сверху.
Сварка по ГОСТ 5264-80.
Произвести гидроиспытание корпуса аппарата на прочность и
герметичность пробным давлением 5
МПа в течении не менее 10
Допускается замена гидроиспытания на пневмоиспытание.
Покрытие наружной поверхности: эмаль КО-814
Маркировать знак "Место строповки" по ГОСТ 14192-96.
Маркировать на двух опорах монтажные риски
главные оси аппарата
для выверки его проектного положения на
Произвести консервацию ресивера по ГОСТ 9.014-78: наружных
механически обработанных
неокрашенных поверхностей и крепежных
изделий - вариант защиты ВЗ-12.
Условия транспортирования и хранения ресивера по группе 8(0ЖЗ)
Аппарат заземлить для снятия статического электричества.

icon 2лист.cdw

2лист.cdw
up Наверх