Проектирование корпуса вертикального фильтра однокамерного

Курсова робота МОЯ.doc

Даний курсовий проект розробляється для проектування апарату
вертикального виконання – корпус фільтра вертикального однокамерного. При
проектуванні розраховуються товщини стінки апарата товщина стінки лаза та
проводяться розрахунки на міцність апарата. Також при проектуванні
підбираються ряд деталей до апарата. По закінченню розрахунків та по
підібраних деталях кресляться два креслення на форматі А1. На першому листі
повинен бути накреслений апарат вертикального виконання а на іншому –
деталь з апарата на вибір викладача.
Розрахунок товщини стінки апарату .
1 Розрахунок товщини стінки обичайки .
2 Розрахунок товщини стінки еліптичного днища . ..
Підбір фланцевого з’єднання . ..
1 Фланцеві з’єднання .
2 Прокладки для фланцевого з’єднання . ..
3 Розрахунок болтів (шпильок) .
4 Вибір фланця та розрахунок болтів (шпильок) ..
Розрахунок пристроїв для трубопроводів огляду та установки
2 Вибір вузла ревізії корпуса. Розрахунок його елементів .
3 Укріплення отворів ..
4 Розрахунок опори апарату . .
Контрольно-вимірювальні прилади . .
Заходи з охорони праці ..
Однокамерний фільтр представляє собою вертикальний циліндричний апарат
який складається зі слідуючих основних елементів: корпусу нижнього і
верхнього розподільчих пристроїв трубопроводів запірної арматури
пробовідбірного пристрою і фільтруючої загрузки.
Корпус фільтра – циліндричний зварний із листової сталі з еліптичними
верхнім і нижнім днищами; верхнє днище приварене до циліндричної обичайки
фільтру; між нижнім днищем і обичайкою є фланцевий роз’єм. До нижнього
днища приварені чотири опори для установки фільтра на фундамент. Фланцевий
роз’єм корпусу фільтра дозволяє здійснювати монтаж і ремонт всіх пристроїв
що знаходяться всередині корпусу фільтра наносити протикорозійні покриття
і закріплювати нижній розподільчий пристрій.
Корпус фільтра оснащений двома боковими лазами. Верхній призначений для
завантаження фільтруючого матеріалу ревізії і ремонту верхнього
розподільчого пристрою а також періодичного огляду стану поверхні
фільтруючого матеріалу. Через нижній лаз здійснюють монтаж всередині
корпусу проводять антикорозійний захист корпусу а також періодичні огляди
і ремонт нижніх розподільчих пристроїв. В центрі верхнього і нижнього днищ
фільтра приварені фланці до яких ззовні по фронту фільтра приєднуються
трубопроводи а всередині – розподільчі пристрої.
На нижньому еліптичному днищі фільтра приварений штуцер для
гідравлічного вивантаження фільтруючого матеріалу; штуцер гідро
завантаження приварений зверху циліндричної частини корпусу. До верхнього
еліптичного днища приварено дві косинки для підйому корпусу фільтра при
транспортуванні і установці на фундамент.
Приєднання до апаратів кришок і з’єднання окремих частин апаратів
здійснюється за допомогою фланців. Герметичність фланцевих з’єднань
забезпечується прокладками.
Приєднання до апаратів трубопроводів і контрольно-вимірювальних
пристроїв здійснюється за допомогою штуцерів.
Для огляду апарата завантаження сировиною і очищення апарата а також
для зборки і розбирання внутрішніх пристроїв використовуються люки і лази.
Встановлення апаратів на фундаменті здійснюється за допомогою лап і
Видаляється рідина з апарата через нижній штуцер.
Апаратура під тиском пошкодження якої може призвести до нещасного
випадку повинна відповідати вимогам інспекції Державного гірничотехнічного
нагляду – Держгірничотех – нагляду. Апарати з токсичними і
вибухонебезпечними середовищами знаходяться під особливим наглядом. х
експлуатація виконується за спеціальними інструкціями.
Розрахунок товщини стінки апарату
1 Товщина стінки обичайки
Товщину стінки обичайки апарата [1] що працює під внутрішнім тиском
розраховуємо на міцність за формулою:
[pic] – нормативна допустима напруга яку вибираємо за даними ГОСТу
[pic] – коефіцієнт міцності зварного повздовжнього шва який
характеризує міцність зварювального шва в порівнянні з міцністю основного
Для заданого апарату оберемо [pic]= 07 – для сталевих апаратів при
стиковому односторонньому ручному шві.
Якби обичайка мала кільцеві зварні шви коефіцієнт міцності таких швів
при розрахунку на внутрішній тиск не враховують.
С – прибавка для компенсації корозії. Величина цієї прибавки
встановлюється враховуючи корозію і термін служби апарату (зазвичай 15-20
Оскільки наш апарат – це фільтр вертикальний однокамерний і робочим
середовищем в ньому є вода яка не являється сильним окислювачем то
Визначимо допустиму напругу [pic] за таблицею 1.1. Для цього нам
потрібно обрати марку сталі з якої буде виготовлятися корпус проектуючого
фільтра. Візьмемо вуглецеву та низьколеговану сталь 16 ГС за ГОСТ 5520-62.
За технічними характеристиками апарату фільтра робоча температура
внутрішнього середовища (вода) повинна бути до 35[pic]С. Тому вибираємо
Таблиця 1.1 – Нормативні допустимі напруги [pic] при розрахунку
апаратів що працюють під тиском ( за ГОСТ 14249-69)
РозрахункоЗначення [pic] Нмм[pic]
Вуглецеві та низьколеговані сталі
Ст. 3 10 20 09Г2С та 16ГС за
за ГОСТ 380-60 ГОСТ 5520-62
Отже за даною таблицею [pic] = 170 Нмм[pic].
За даними технічними характеристиками поданими у завданні а саме:
Розрахуємо товщину стінки обичайки:
2 Товщина стінки еліптичного днища
Товщину стінки еліптичного днища[1] що працює під внутрішнім тиском
[pic] – внутрішня висота еліптичної частини днища мм. Для стандартних
днищ (таблиця 1.2) відношення [pic][pic]= 025 та [pic]=[pic].
Рисунок 1.1 – Днище еліптичне відбортоване
Тоді товщина стінки днища:
Так як товщина обичайки та товщина стінки днища розраховуються за
аналогічними формулами то [pic]мм.
Таблиця 1.2 – Днища еліптичні відбортовані стальні для посудин
апаратів та котлів (за ГОСТ 6533-68)
[pic] [pic] Товщина стінки s мм
Висота борта h[pic] мм[pic]
За даними таблиці h[pic]= 25 мм h[pic]=275 мм.
За правилами Даржнагляду не дозволяється виготовляти апарати у яких
обичайка з’єднується під кутом. Тому для апаратів днища виготовляють з
відбортованимим краями. Циліндричний борт дозволяє змістити зварювальний
шов від заокругленої частини днища де виникають напруги розтягу та згину.
В результаті відбортовки зварювальні з’єднання більш міцні.
Підбір фланцевого з’єднання
трубопроводів. Найбільш поширені фланці плоскі приварні з гладкою
ушільненою поверхнею і фланці приварні встик з ущільнюючою поверхнею
“виступ-впадина”. Плоскі приварні фланці застосовують головним чином при
тисках до 25 Нмм[pic]. При більш високих тисках перевагу надають фланцям
привареним встик які мають стовщену шийку що надає фланцю більшу
1 Фланцеві з’єднання
Фланці являються деталями масового виготовлення і їх вибирають за
нормалями та ГОСТами.
Приєднувальні розміри фланців всіх типів уніфіковані що забезпечує
взаємозаміну. В основі уніфікації лежить поняття про умовний тиск і умовний
діаметр. Для того щоб не виготовляти фланці на будь-який можливий тиск і
діаметр обичайки весь неперервний ряд тисків і діаметрів розбитий на ряд
умовних тисків і діаметрів.
з збільшенням температури механічна міцність сталі знижується. Тому
із збільшенням температури значення допустимих робочих тисків в апаратах
опускаються нижче умовних.
Ряд діаметрів (умовних проходів) встановлений ГОСТом 9617-67. Стандарт
поширюється на циліндричні ємності та апарати з внутрішнім діаметром до
Фланці що підібрані за ГОСТом або за нормалю розрахунків не
потребують. хні геометричні розміри такі що забезпечують міцність та
щільність з’єднання.
2 Прокладки для фланцевого з’єднання
Прокладки забезпечують герметичність фланцевого з’єднання. Так як
прокладки виготовляють із матеріалу більш м’якого ніж матеріал фланців то
при затягуванні з’єднання вони деформуються та заповнюють всі заглибини і
подряпини на поверхні фланців.
з збільшенням тиску на прокладку збільшується герметичність
з’єднання. Так як із зменшенням ширини прокладки збільшується тиск на неї
то прокладки для фланцевих з’єднань високого тиску виготовляють більш
Так як в апараті знаходиться вода температура якої до 35 °С та тиск
МПа то краще використати прокладки азбестометалеві – по ОН 26-02-106-
3 Розрахунок болтів (шпильок)
Болти для з’єднання фланців використовуємо при тиску в апараті до 16
Нмм[pic]. При більш високих тисках болти застосовувати не рекомендується
через те що біля головки болта виникають місцеві напруги. При тисках вище
Нмм[pic] а також при високих температурах використовуємо шпильки.
Формула для розрахунку сили що діє на один болт від тиску в апараті:
де: z– кількість болтів (шпильок);
[pic]– середній діаметр прокладки мм.
Cумарна сила що розтягує болт де присутні всі три сили що діють на
де:[pic] – сила остаточного затягування або сила що необхідна для
підтримання герметичності (ця сила стискає прокладку після пуску тиску).
Вводячи коефіцієнт основного навантаження [pic] та коефіцієнт запасу
проти розкриття стику [pic] = 125 15 отримаємо вираз для сумарної
Коефіцієнт осьового навантаження:
– піддатливість прокладки що дорівнює деформації від одиночної сили:
– піддатливість болта:
[pic] та [pic] – площа прокладки що приходиться на один болт та
площа поперечного перерізу болта (площу болтів [pic] можна брати по
зовнішньому діаметру різі а площу шпильок [pic] – по внутрішньому діаметру
[pic] та [pic] – модулі пружності матеріалу прокладки і болта.
Для болтів (шпильок: [pic]=[pic] [pic]=[pic] Нмм[pic]).
Для сталевих деталей примаємо [p при наявності
м’яких прокладок [pic]= 04 та [pic]= 15. в тому і в іншому випадку для
орієнтовних розрахунків можна прийняти:
Умова міцності болтів:
де: [pic] – допустиме навантаження для болтів (шпильок) при розрахунковій
Розрахункову температуру для болтів (шпильок) в з’єднанні таких типів
приймаємо [pic] де [pic] – температура середовища в апараті. При дуже
наближених розрахунках приймають [pic].
4 Вибір фланця та розрахунок болтів (шпильок)
Технічні характеристики фільтра вертикального однокамерного:
– внутрішній діаметр [p
– температура стінок [p
– товщина стінок обичайки [pic] та днища [pic] складає 8 мм.
В апараті знаходиться звичайна вода.
Перевіримо на міцність фланцеві болти (шпильки). Для проектуючого
апарату із заданим тиском [pic] = 10 Нмм[pic] використаємо фланці
приварні встик (рис.2.1).
Таблиця 2.1 – Фланці приварні встик з ущільнюючою поверхнею виступ-
впадина” (за ОН 26-02-97-68)
[pic] [pic] [pic] [pic] [pic] [pic]
Умовне позначення прокладки: Прокладка 1400-16 ОН 26-02-106-68.
Перевіряємо міцність шпильок М20 із сталі 35Х всановлених в кількості
а) піддатливість шпильки:
де [pic] – розрахункова довжина шпильки [мм]:
l[pic]=2(48+52)+43=2043
б) піддатливість частини прокладки що приходиться на одну шпильку (за
– площа прокладки що приходиться на одну шпильку [мм]:
Тоді піддатливість прокладки:
в) коефіцієнт основного навантаження (за (2.4)):
г) зусилля від тиску в апараті що приходиться на одну шпильку (за
– де середній діаметр прокладки [мм]:
д) сумарне зусилля на шпильку (за (2.3)):
Допустима сила [pic] для М22 із сталі 35Х при 20[pic]С – 25 кН а при
0[pic]С – 18 кН. Тому немає впевненості що при 35[pic]С шпилька із сталі
Х буде працювати надійно. Отже приймемо матеріал шпильки – 45 різь –
М22. Для такої різі із цієї сталі [pic] при 20[pic]С – 32 кН а при
Розрахунок пристроїв для з’єднання трубопроводів огляду та
Штуцери використовуємо для приєднання до апарату трубопроводів і
арматури а також для встановлення контрольно-вимірювальних приладів і
оглядових вікон. Штуцера складаються з патрубка (короткого відрізка труби)
Найменша висота штуцера повинна забезпечувати зручний підвід фланцевих
болтів з боку апарату. Виготовляють штуцери з фланцями приварними плоскими
гладенькими для умовного тиску р[pic]=1 Нмм[pic].
Умовний прохід [pic] приймаємо 100 мм.
Вибрані розрахункові данні для штуцера (Рис.3.1) наведені в табл. 3.1.
Рисунок 3.1 – Штуцер з фланцем приварним плоким гладеньким для р[pic]=10
Нмм[pic] (за Н 999-65)
Таблиця 3.1 – Штуцери з фланцями приварними встик для р[pic]=10
Нмм[pic] (згідно Н 999-65) мм
Розрахуємо міцність зварювального шва МПа:
де р – тиск в середині апарата МПа;
D – діаметр труби зовні 519 мм;
[[pic]]– допустиме напруження матеріалу зварного шва.
Для зварювання підбираємо електрод Э42 то:
Для даного матеріалу температури та тиску [[pic]]=170 Нмм[pic].
[[pic]]=06170=102 (Нмм[pic]).
Розрахуємо напруження матеріалу зварного шва Нмм[pic]:
Звідси [pic] ≤ [[pic]] отже шов витримає дане навантаження.
Розрахуємо міцність шва який з’єднує штуцери і днища апарату.
Міцність шва між привареним штуцером D[pic]=100 мм що призначений для
завантаження фільтрувального матеріалу до верхнього днища Нмм[pic]:
[pic] [[pic]]=102 Нмм[pic].
Міцність шва між привареним штуцером D[pic]=80 мм що призначений для
гідро вивантаження фільтрувального матеріалу до корпусу. Штуцер знаходиться
біля нижнього фланцевого роз’ємну.
Виберемо фланці (штуцери) які приварені до верхнього та нижнього днищ
до яких приєднуються трубопроводи для підводу та відводу фільтрованої води.
Розрахуємо об’єм апарату:
Розрахуємо об’єм еліптичного днища м[pic]:
V[pic]=(02 014)D[pic] (3.6)
V[pic]=01811[pic]=024.
Розрахуємо об’єм обичайки м[pic]:
V[pic] = 21296+2024[pic]=22 [м[pic]].
Діаметр фланця (штуцера) для під’єднання трубопроводу можна
розрахувати за формулою:
Приймемо що швидкість руху води [pic] = 10 мс час = 15 хв = 900
Приймемо d=80 мм. Міцність шва розраховано за формулою (3.3).
3 Укріплення отворів
На поперечних зварювальних швах отвори робити не рекомендують на
повздовжніх - забороняють. Закріплюючі кільця виготовляємо з того ж
матеріалу що й сам апарат.
В обичайках і днищах апаратів існують різного роду отвори: для
штуцерів люків лазів та інших пристроїв. Ці отвори послаблюють стінку
апарату. Для відновлення міцності стінки її укріплюємо встановлюючи
укріплюючі елементи.
Рисунок 3.3 – Укріплення отворів
де [pic]- товщина стінки.
Так як φ[pic]> 05 то найбільший діаметр який можна проектувати
розраховується за формулою м:
Отже розрахувавши найбільший діаметр який можна проектувати без
спеціальних укріплень робимо висновок що отвір який вирізається настільки
послаблює стінку обичайки що його потрібно укріплювати способом зварювання
накладок до тіла патрубка і до стінки ємності.
При визначенні розмірів укріплюю чого кільця – товщина
Діаметр кільця визначається за формулою:
D[pic]= (17 2)500 = 850 1000 мм.
Приймаємо: h[pic]D[pic]= 8[pic]925 мм.
4 Розрахунок опори апарату
Для встановлення апаратів на фундамент встановлюємо чотири лапи опорні
для встановлення апарату в приміщенні на підлозі
Вибираємо лапи згідно нормалі в залежності від навантаження. Питоме
навантаження на опорній поверхні лап не повинно перевищувати 2 Нмм2 так
як опорна поверхня фундаменту – бетонна.
Питоме навантаження на опорних поверхнях лап розраховуємо при
максимальній вазі апарату [pic] яка звичайно буває під час гідравлічних
випробувань коли ємність заповнена водою.
Вага апарату при гідравлічних випробуваннях:
де [pic] – вага конструкції і за умовою вона складає 1450 кг = 14210 Н
Згідно нормалі МХ 64-56 приймаємо 3 лапи з допустимим навантаженням на
Таблиця 3.4 – Лапи стальні зварні опорні типу (рис. 3.4)за нормаллю
Допустиме навантаження на лапу кНОпорна площа ммLBB[pic]B[pic]HhSldD[pic]A405240026022022533040022516100272000750
Розрахуємо питоме навантаження на одну опору [Нмм[pic]]:
[pic] – кількість підвісних лап.
що є меншим допустимого навантаження. Робимо висновки що опорні лапи цілком здатні витримати масу апарату.
Рисунок 3.4 – Лапи стальні зварні опорні
Розрахуємо міцність швів
Контрольно-вимірювальні прилади
Для кращого нагляду за апаратом необхідно застосовувати манометри та термометри.
Кожну посудину і самостійну порожнину з різним тиском треба опоряджувати манометрами прямої дії. Манометр може бути встановлений на штуцері посудини або трубопроводі запірної арматури.
Манометри повинні мати клас точності не нижче:
– 25 – при робочому тиску посудини до 25 МПа;
– 15 – при робочому тиску посудини понад 25 МПа.
Манометр вибираємо з такою шкалою щоб межа вимірювання робочого тиску знаходилась у другій третині шкали. На шкалі манометра власником посудини має бути нанесена червона риска яка вказувала б на робочий тиск посудини. Замість червоної риски дозволяється прикріплювати до корпусу манометра металеву пластинку пофарбовану у червоний колір і щільно прилягаючу до скла манометра.
Манометр встановлюємо так щоб його покази можна було чітко бачити обслуговуючому персоналу. Номінальний діаметр корпусу манометрів що встановлюються на висоті до 2 м від рівня площадки спостереження за ним повинен бути не менше 100 мм а на висоті від 2 до 3 м – не менше 160 мм. Встановлювати манометри на висоті понад 3 м від рівня площадки обслуговування забороняється. Між манометром і посудиною має бути встановлений триходовий кран або інший аналогічний пристрій що дозволяє проводити періодичну перевірку манометрів за допомогою контрольного.
У необхідних випадках манометр залежно від умов роботи і властивостей середовища що міститься в посудині потрібно спорядити сифонною трубкою чи масляним буфером або іншими пристроями що захищають його від безпосередньої дії середовища і температури та забезпечують надійну роботу.
Посудини що працюють при змінюваній температурі стінок мають бути оснащені приладами [4] для контролю швидкості та рівномірності прогрівання по довжині висоти посудини і реперами для контролю теплових переміщень. Необхідність оснащення посудин вказаними приладами і реперами і допустима швидкість нагрівання та охолодження посудини визначаються розробником проекту і повинні бути зазначені в паспорті або інструкції з монтажу та експлуатації.
Згідно з довідковими даними ми вибираємо вимірювальні прилади з такими параметрами:
Термометр П41240291 тобто термометр прямого виконання №4 в діапазоні вимірювань від 0°С до 100°С з ціною поділки 1°С довжина верхньої частини 240 мм нижньої – 291 мм.
Манометр з корпусом діаметром 60 мм з класом точності 25 діапазон вимірювань від 0 до 6 (кгс)cм[pic].
Заходи з охорони праці
Кожна посудина що працює під тиском повинна мати паспорт форматом 210×297 мм твердій обкладинці. У паспорті вказується реєстраційний номер. При передачі посудини іншому власнику разом з нею передається паспорт. У паспорті наводиться характеристика посудини (робочий тиск МПа; температура стінки [p робоче середовище та його корозійні властивості; місткість м[pic]) відомості про основні частини посудини (розміри назва основного металу дані про зварювання (паяння) дані про штуцери фланці кришки і кріпильні вироби про термообробку посудини та її елементів). Наводиться перелік арматури контрольно-вимірювальних приладів та приладів безпеки. В паспорті також записуються відомості про місцезнаходження посудини вказується особа відповідальна за справний стан та безпечну дію посудини.
Вимоги до техніки безпеки наведені в галузевих правилах вони підлягають реєстрації в органах держохорони праці України. Нагляд за такими об’єктами організовується керівником підприємства який несе відповідальність за безпечну експлуатацію та виконання робіт по ремонту цих об’єктів. Для своєчасного виявлення можливих дефектів обладнання що працює під тиском воно підлягає технічному посвідченню перед запуском в роботу періодично і позачергово. Перед запуском у роботу такі апарати мають бути оглянуті органами держнагляду охорони праці України які їх реєструють і видають дозвіл на експлуатацію. Періодичне технічне посвідчення існує двох видів:
- зовнішній та внутрішній огляд один раз на чотири роки.
- гідравлічне випробування один раз на вісім років.
Проект і технічні умови на виготовлення посудин погоджують в порядку встановленої вище вказаною організацією. На корпусі апарату прикріплюють пластину на якій нанесені паспортні дані: назва підприємства виробника номер рік виготовлення робочий та пробний тиск і допустима температура стінки.
Під час гідравлічних випробувань апарат має перебувати під пробним тиском не менше 10 хвилин. Апарат обладнують запірною арматурою приладами для вимірювання тиску і температури середовища. Манометри повинні мати клас точності 25 і таку шкалу щоб межа вимірювання тиску знаходилась в першій третині шкали. Перевірку манометрів та їх опломбування проводять один раз в рік а через шість місяців проводять перевірку контрольними манометрами.
Виробниче обладнання має бути пожежо- та вибухобезпечним [4]. Елементи конструкції не повинні мати гострих кутів поверхонь з нерівностями що є джерелом небезпеки. Конструкція повинна включати можливість дотику працюючих до гарячих чи переохолоджених частин.
В даному курсовому проекті було спроектовано апарат вертикального виконання – корпус фільтра вертикального однокамерного. Даний апарат призначений для фільтрації речовини (води максимальна температура якої не повинна перевищувати 35[pic]С) яка в нього подається для подальшої її експлуатації
При проектуванні були розраховані товщини стінки апарата (обичайки та верхнього і нижнього конічного днищ) товщина стінки лаза та проводилися розрахунки на міцність апарата. По заданих параметрах (технічних характеристиках) підбиралися фланці прокладки до них штуцера лази опорні лапи.
По закінченню розрахунків та по підібраних деталях креслиться загальний вигляд фільтра на форматі А1 та складаються до нього відповідну специфікацію. Потім за вказівкою викладача кресляться 4 креслення.
Рисунок 3.2 – Лаз з фланцем сталевими плоскими приварними гладенькими
Рисунок 2.2 – Прокладка азбометалева для фланцевих з’єднань.

Чертеж5.cdw