Курсовая работа по расчету аппарата емкостного ВКЭ 1-3-12, 5-1

РКМАХП.doc

1.Аналитический обзор
Емкостные стальные сварные аппараты предназначены для приема хранения и выдачи жидких и газообразных сред при температуре не более 300º С в условиях статических и малоцикловых нагрузок с числом циклов нагружения за весь срок эксплуатации не более 1000 при установке их в районах с сейсмичностью не более 6 баллов.
Возможность применения аппаратов для конкретных условий эксплуатации (в том числе по вредности опасности температуре коррозионным свойствам рабочих сред требованиям безопасности конкретных производств и т.д.) применение на месте монтажа арматуры приборов КИПиА а также прокладочных материалов отличных от входящих в комплект поставки определяет проектная организация применяющая аппараты в своих разработках.
Допускается эксплуатация аппаратов типа ГЭЭ ВЭЭ и ВКЭ в районах с сейсмичностью 7 и 8 баллов при условии что масса аппаратов в рабочем состоянии с учетом всех нагрузок (массы самого аппарата среды теплоизоляции площадок обслуживания и др.) не будет превышать значений указанных в технических характеристиках умноженной на соответствующий коэффициент понижения. Исходя из полученного значения массы уточняется и допускается плотность рабочей среды. Конструкция фундамента вертикальных аппаратов должна исключать возможность взаимного перемещения опор.
Допускается эксплуатация аппаратов типа ВПП в районах сейсмичностью не более 8 баллов при уровне рабочей среды в аппарате не выше уровня штуцера перелива.
Не допускается применение аппаратов в качестве подземных и резервуаров и передвижных резервуаров для транспортировки в них рабочих сред а также нанесения антикоррозионных покрытий.
Аппараты изготавливаются без термообработки поэтому эксплуатация их с веществами вызывающими коррозионное растрескивание материала корпуса не допускается.
Горизонтальные аппараты изготавливают с седловыми опорами или без опор – для установки на бетонные опоры шириной 300 мм и углом охвата 120º.
Вертикальные аппараты с эллиптическими и коническими днищами изготавливают с опорами – стойками и лапами.
Вертикальные аппараты с плоскими днищами изготавливают без опор – для установки на специальное жесткое основание.
Аппараты могут иметь выпуклые плоские днища и крышки а также конические обечайки днища.
Существуют следующие виды днищ: плоские отбортованные и не отбортованные эллиптические отбортованные полусферические сферические неотбортованные.
Аппараты могут быть разъемные и цельносварные.
Аппараты могут быть оснащены штуцерами различного технологического
назначения штуцерами для присоединения контрольно-измерительных приборов и первичных приборов микропроцессорных устройств; штуцерами для предохранительных клапанов (в аппаратах работающих под давлением) и люками – лазами .
Аппараты могут быть изготовлены с приварными деталями для крепления теплоизоляции по ГОСТ 17314 – 81.
Назначение и описание конструкции аппарата
Вертикальный аппарат с коническим днищем и эллиптической крышкой предназначен для приема хранения и выдачи жидких и газообразных сред (в том числе вредных взрыво – и пожаробезопасных веществ классифицируемых по ГОСТ 12.1.007 – 76 и ГОСТ 12.1.011 –78) если такие среды требуют при хранении заданного температурного режима.
Аппарат представляет собой цилиндрический стальной цельносварной сосуд с коническим днищем и эллиптической крышкой.
Аппарат оснащен штуцерами различного технологического назначения штуцерами для присоединения контрольно-измерительных приборов и первичных приборов микропроцессорных устройств штуцерами для предохранительных клапанов.
Аппарат установлен на 4–х опорах-лапах по ОСТ 26-665-79.
Подъем и перемещение аппарата при монтаже и демонтаже осуществляется подъемно - транспортными средствами с помощью строповых устройств – цапф.
Схема строповки приведена на чертеже общего вида аппарата.
Конструкцией аппарата предусмотрена возможность заземления во время эксплуатации.
К аппарату на месте монтажа могут быть приварены площадки обслуживания или наружные лестницы (к специально предусмотренным полосам). При этом нагрузка на площадки обслуживания – не более 20 МПа а масса аппарата в рабочем состоянии с учетом максимальных нагрузок от площадки обслуживания и лестниц не должна превышать значений указанных в соответствующих технических характеристиках.
Расшифровка условного обозначения аппарата:
В – вертикальный аппарат;
К – коническое днище;
Э – эллиптическое днище (крышка);
– аппарат с рубашкой;
5 – номинальный объём м;
– условное давление МПа.
Выбор основных конструкционных материалов
Материалы для изготовления корпуса и днищ аппарата выбираются с учетом свойств рабочей среды в аппарате давления и температуры.
В соответствии с заданием материал для изготовления корпуса аппарата сталь 08Х22Н6Т ГОСТ 5632-72. Для материального исполнения рекомендован материал для изготовления рубашки сталь 09Г2С ГОСТ 5520-79.
Материал труб для изготовления патрубков штуцеров корпуса – сталь 08Х22Н6Т ГОСТ 9940-72 материал трубопроводных фланцев сталь 08Х22Н6Т ГОСТ 9940-72.
Материал труб для изготовления патрубков штуцеров рубашки – сталь 10Г2 ГОСТ 8733-74 материал трубопроводных фланцев сталь 10Г2 ГОСТ 8733-74.
Материал крепежных изделий для фланцевых соединений – из легированных сталей:
Для болтов – сталь 45Х14Н14В2М ГОСТ 5632-72
Для гаек – сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72
Материал крепежных изделий для фланцевых соединений – из углеродистых сталей:
Для болтов – сталь 40 ГОСТ 1050-88
Для гаек – сталь 35 ГОСТ 1050-88
Материал прокладок – паронит ПОН 20 ГОСТ 481-80.
Материал опор и цапф для строповых устройств – сталь Ст3сп5 ГОСТ 380-94.
Расчеты на прочность жесткость и устойчивость
1 Определение расчетных параметров
Т.к. температура в аппарате 140ºС по [1] принимаем температуру в рубашке 165ºС которой соответствует абсолютное давление Рабс = 07 МПа.
Т.о. избыточное давление в рубашке составляет 06 МПа.
1.1. Расчетная температура
За расчетную температуру принимаю температуру теплоносителя (пара) в рубашке t = 165°C.
1.2 Допускаемые напряжения
Для аппарата сталь 08Х22Н6Т
где []20 – допускаемое напряжение при 20°С;
[] – допускаемое напряжение при расчетной температуре.
[] = 193 +=191.5 МПа;
Рисунок 4.1. Определение высот воды и среды в аппарате
1.3 Расчетное рабочее и пробное давление
Давление срабатывания предохранительного клапана.
Рк = 1.15 Рраб (4.1)
где Рраб – рабочее давление;
Рк = 1.15 0.85=0.9775 МПа
Гидростатическое давление среды:
где ρс – плотность среды;
g – ускорение свободного падения;
Нс – высота среды в аппарате;
Давление без учета гидростатического:
РР1 = 1К = 0.909775 = 088 Мпа
Принимаем РР1 = 088МПа (т.к. РГ > 0.05 РР1 = 0.044 МПа)
P = РР + Рг = 088 +0057 = 0937
Принимаю P = 094 МПа
Рпр = 125 Р МПа (4.3)
Гидростатическое давление воды :
РВ 0.05P1пр. = 00715 МПа
принимаем давление при испытании равным пробному давлению.
Расчет на прочность в условиях испытания не требуется.
Рг = 0 (т.к. среда в рубашке – пар)
Рк2 =1.15 ·Рраб = 115·06 = 0.69 Мпа
Принимаю P = 0621 МПа
Пробное давление по (4.3):
Гидростатическое давление воды:
НВ = 3867 м – высота уровня воды в рубашке
РВ(руб.) Р2пр 0.05 = 00475 МПа.
Принимаем давление при испытании равным пробному давлению
Расчет при испытании не требуется.
1.4. Коэффициент прочности сварных швов.
Так как в аппарате среда взрывобезопасная пожаробезопасная вредная: 1класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76 то группа аппарата – 1 по ГСТУ 3-17-191-2000.
Для аппаратов 1 группы длина контролируемого участка швов в % от длины каждого шва 100%. Для стыковых швов с двусторонним сплошным проваром выполняемых автоматической и полуавтоматической сваркой коэффициент прочности сварных швов равен 1.
1.5.Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов.
Прибавка на коррозию к расчетной толщине корпуса:
где С1 - прибавка со стороны рабочей среды
C1'' – прибавка со стороны теплоносителя
С1 = П = 00520 =1мм (4.5)
где П – скорость коррозии ммгод;
– срок службы аппарата;
C1'' = 0.5 С1 = 1 05 =05 мм. (4.6)
2. Расчет цилиндрической части корпуса
2.1 Расчет толщины стенки обечайки от внутреннего и наружного давлений
От внутреннего давления:
где P – расчетное внутреннее избыточное давление МПа;
D – внутренний диаметр обечайки мм.
От наружного давления:
где Р – расчетное наружное давление
К2 – коэффициент определяемый по номограмме в зависимости от К1 и К3 .
Коэффициент определяют по формуле
где ny – коэффициент запаса устойчивости;
Е - модуль продольной упругости материала обечайки при расчетной температуре МПа.
Е =1984103 МПа по материалу обечайки;
ny=24 для рабочих условий
Коэффициент К3 определяем по формуле:
где - расчетная длина гладкой обечайки мм
– длина отбортованной части
Рисунок 4.2. Определение расчетной длины обечайки
таким образом имеем : К3 = = 32682000=1634
По номограмме определяем коэффициент К2:
Из всех расчетных величин наибольшей является Sp=16 мм.
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии (с учетом двусторонней коррозии со стороны рабочей среды и теплоносителя) составит
С1 = С1 + C1'' =1 +05 =15 мм.
Исполнительную толщину стенки обечайки S определяем по формуле
S > Sp +C =16 +15 =175 мм.
Принимаем стандартное значение S = 18 мм.
2.2 Определение допускаемого давления
Допускаемое наружное давление:
где [P]П – допускаемое давление из условия прочности МПа;
[P]Е – допускаемое давление из условия устойчивости МПа
Допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле
При этом должно выполняться условие .
Безразмерный коэффициент В1 определяем по формуле (4.15):
Допускаемое наружное давление из условия устойчивости в пределах упругости определяем по формуле:
Допускаемое наружное давление рассчитываем по формуле (4.12) :
Допускаемое внутреннее давление:
Допускаемое давление рассчитываем по формуле :
2.3 Проверяем условие применения расчетных формул
Условие выполняется.
3 Расчет нижнего днища корпуса.
3.1 Расчет конического днища от внутреннего давления:
Расчетная длина переходной части:
Для конической обечайки расчетный диаметр Dк определяем:
Расчетная толщина стенки днища
Принимаю Sкр = 10 мм
Окончательно принимаю Sкр =10
Допускаемое внутреннее избыточное давление
P=1167 > [P]=09 МПа - условие выполняется
3.2 Расчет толщины стенки конического днища от наружного давления
Расчетная толщина стенки днища от внешнего давления :
эффективная длина конической обечайки
Эффективный диаметр конической обечайки
Исполнительная толщина стенок днища:
S = 12.38 + (15+08) =1468мм
Принимаем стандартное S1 = 16 мм.
Для принятого значения S=16 уточним эффективный диаметр конической обечайки:
Тогда подставляем К2 в формулу
S = 11928 + (15+08) =14228мм
Полученная в результате расчета толщина совпала со значением принятым при определении DЕ. Окончательно принимаю толщину конического днища
3.3 Определение допускаемого давления
Допускаемое давление из условия прочности :
Допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле (4.13) :
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле:
Допускаемое давление из условия прочности:
Допускаемое давление из условия устойчивости:
Безразмерный коэффициент по формуле (4.14) :
Допускаемое наружное давление рассчитываем по формуле (4.12):
Условие прочности P=0621[P]=0902 МПа
3.4 Расчет соединения цилиндрической и конической обечаек с тороидальным переходом
Определяем расчетные коэффициенты:
Коэффициент 3 определим по формуле:
Определим допускаемое внутреннее (наружное) давление
Условие прочности выполняется
3.5 Соединение штуцера с коническим отбортованным днищем:
dн = 159 мм S1 = 16 мм S2 = 6 мм 159×6
Рисунок 4.3 Нижнее днище корпуса
Внутренний диаметр штуцера определяем по наружному диаметру и толщине стенки патрубка штуцера:
Прибавку к расчетной толщине стенки штуцера определяем как сумму прибавки для компенсации коррозии и прибавки для компенсации минусового допуска:
Прибавка СS для труб принимаем равной 15% от толщины стенки трубы:
Определяем величину х по формуле :
Значение вычисляем по формуле:
Тогда коэффициент Н определяем по формуле:
Расчетная толщина стенки штуцера :
Толщина стенки штуцера с учетом прибавки к расчетной толщине
Выбранная предварительно труба 159×6 удовлетворяет условию прочности.
Допускаемое избыточное давление из условия прочности переходной части
Проверка условия прочности:
4 1039 МПа –условие прочности выполняется.
4 Расчет эллиптического днища:
4.1 Расчетная толщина стенки днища:
где Р1 – внутреннее избыточное давление МПа; P1=094МПа
φ – коэффициент прочности сварных швов;
[] – допускаемое напряжение материала при расчетной температуре МПа;
R = D для стандартных эллиптических днищ.
4.2 Допускаемое внутреннее избыточное давление
Условие выполнения формул:
5.1. Расчет толщины обечайки рубашки
Расчетная толщина стенки
Исполнительная толщина стенки обечайки рубашки
Для принятого значения S рассчитываем допускаемое внутреннее избыточное внутреннее давление :
Условие выполняется [P]=075 > P = 0621МПа
5.2 Расчет толщины днища рубашки (как коническое днище)
Расчетная толщина стенки днища :
Исполнительная толщина стенки днища:
S ≥ 52+ (05+06)= 63мм
S ≥ 52+ (05+08)= 65мм
Принимаю окончательно Sкр = 8 мм
Окончательно принимаю толщину обечайки равной толщине днища Sкр = 8 мм
5.3 Расчет соединения цилиндрической и конической обечаек с тороидальным переходом
Определим допускаемое внутреннее давление
Условие прочности выполняется [P]=065 > P=0621 МПа
5.4 Расчет мест соединений рубашки с корпусом
Для нижнего места соединения выполняется условие
0 04*2200=880 (мм.)значит расчет не требуется.
Рисунок 4.4. Место соединения рубашки с корпусом
D1 = 2000 мм; D2 = 2200 мм ; e0 =86мм ; S1 = 18мм; S2 = 8 мм.
где e0 – расстояние от середины стенки рубашки до наружной стороны стенки сосуда.
Определяем вспомогательные параметры :
а) Коэффициент осевого усиления
где D1 – внутренний диаметр аппарата;
D2 – внутренний диаметр рубашки;
d1 – диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем рубашки;
б) Коэффициент учитывающий расстояние между корпусом и рубашкой
в) Коэффициент радиуса конической отбортовки
г) Коэффициент длинны сопряжения
д) Коэффициент отношения прочности корпуса сосуда и рубашки
е) расчетные коэффициенты прочности сварного шва
ж) относительная эффективная несущая длинна корпуса
Допускаемое избыточное давление в рубашке
где В – коэффициент сопряжения при помощи конуса
где X1 X3 – вспомогательные величины.
где f1 f2 f3 f4 – коэффициенты прочности сопряжений при помощи конуса определяем по [12]
Рассчитываем методом приближений расчетную толщину конуса.
S2 = 4.8 + 13=61 мм.
Проверяем допускаемое напряжение
Условие [P] = 0.86 > P =0621 МПа выполняется.
Окончательно принимаем S2 = 8 мм.
Для всей рубашки S2 =8мм
6 Расчет укрепления отверстий
Будем проверять следующие элементы :
Обечайка – штуцер перелива Г
Обечайка рубашки – штуцер M12.
Днище рубашки- штуцер H
Верхнее днище – люк А штуцера БДЖЕ.
6.1 Расчет диаметра одиночного отверстия не требующего укрепления
где SP – расчетная толщина стенки укрепляемого элемента.
Dp =D = 2000 мм; Sp =492
Рисунок 4.5 Штуцер перелива “Г”
6.2 Расчет укрепления одиночных отверстий
Расчетный диаметр штуцера
где CS – прибавки к расчетной толщине стенки штуцера
Принимаем трубу 159×6
Внутренний диаметр штуцера
где dH - наружный диаметр штуцера мм;
S1 – толщина стенки штуцера.
Сумму прибавки к расчетной толщине стенки штуцера определяем по формуле :
где СS1 = 2 – прибавка для компенсации коррозии;
СS2 – прибавка для компенсации минусового допуска мм
Для стальных бесшовных труб прибавку для компенсации минусового допуска принимаем равной 15% от толщины стенки трубы.
CS2=015·S1 =015·6 =09 мм.
dP = 147 + 2· 19 = 1508 мм.
Условие dP =1508 d0 = 9792 мм выполняется следовательно отверстие не требует укрепления.
Штуцер М12 обечайка рубашки.
Расчет диаметра одиночного отверстия не требующего укрепления по (4.39):
Dp =D = 2200 мм; Sp =52
Рисунок 4.6 Обечайка рубашки штуцер «М1-2»
Принимаем трубу 57×3 материал трубы 10Г2.
dP = 51 + 2· 095 = 529 мм.
Условие dP=529 d0 = 1186мм выполняется следовательно отверстие не требует укрепления.
S = 8мм S1=3мм Sр=52 мм Труба 57x 3
Расчетные диаметры укрепляемого элемента по центру укрепляемых отверстия определяем по формуле :
Рисунок 4.7 Штуцер Н
Расчетный диаметр одиночного отверстия не требующего дополнительного укрепления при избыточной толщине стенки сосуда определяем по формуле (4.39):
Расчетный диаметр отверстия
Условие для штуцера :
выполняется следовательно не требуется дополнительное укрепление.
Рисунок 4.8. Эллиптическое днище (крышка)
Расчетные диаметры укрепляемого элемента по центру укрепляемых отверстий
где D – внутренний диаметр днища;
x – расстояние от центра днища до центра отверстия.
– для люка при х = R1 =520 мм
– для штуцеров при х = R = 740 мм;
Сумму прибавок к расчетной толщине стенки днища С определяем :
где С1 = 1 мм - прибавка для компенсации коррозии;
С2 = 08 мм - компенсация минусового допуска.
Расчетную толщину стенки эллиптического днища работающим под избыточным внутренним давлением в месте где проходит ось отверстия :
где Р – избыточное внутреннее давление МПа
Расчетный диаметр отверстия для смещенного штуцера на эллиптическом днище определяем по формуле:
где d – внутренний диаметр штуцера;
где = 500 мм - внутренний диаметр люка;
= 51 мм - внутренний диаметр штуцеров;
=100 мм внутренний диаметр штуцеров
Cs' = 18 мм – сумма прибавок к расчетной толщине стенки люка;
CS'' = 145 мм – сумма прибавок к расчетной толщине стенки штуцера;
CS'''=16 мм- сумма прибавок к расчетной толщине стенки штуцера;
не выполняется следовательно требуется дополнительное укрепление.
Условие для штуцеров :
6.3 Расчет укрепления отверстия в днище под люк «А» производим в следующем порядке :
проверяем условие закрепления отверстия в эллиптическом днище под люк за счет избыточных толщин стенок днища и обечайки люка.
По ОСТ на условное давление РУ = 10 МПа толщина стенки обечайки люка составляет S1 = 8 мм.
Определяем расчетные величины входящие в условие закрепления :
Расчетную толщину стенки люка нагруженного внутренним избыточным давление определяем по формуле :
где [] – допускаемое напряжение материала штуцера при расчетной температуре МПа.
Расчетную длину внешней части люка определим по формуле :
где S1 – исполнительная толщина стенки люка;
Т.к люк выполнен из того же материала что и днище то отношение допускаемых напряжений материала люка и днища составляют :
«Избыточный» металл внешней части люка определяют по формуле :
где l1P – расчетная длинна внешней части круглого люка участвующая в укреплении отверстия мм.
S1 – исполнительная толщина стенки штуцера мм;
S1P – расчетная толщина стенки штуцера мм;
CS – сумма прибавок к расчетной толщине внутренней части штуцера мм.
Длину внутренней части люка принимаем равной l3P = 0 мм в этом случае «избыточный» металл внутренней части люка= 0 мм2.
Расчетную ширину зоны укрепления определяем по формулам :
Расчетный диаметр определяем по формуле :
«Избыточный» металл укрепляемого днища участвующий в укреплении определяем по формуле :
S – исполнительная стенки укрепляемого элемента;
SP – расчетная толщина стенки укрепляемого элемента;
С – сумма прибавок к расчетной толщине стенки укрепляемого элемента.
Компенсируемую площадь отверстия определим по формуле
где dP – расчетный диаметр отверстия;
d0 – расчетный диаметр.
Условие укрепления люка без использования накладного кольца :
А1 + А4 =346+ 269б3 = 6153 мм2
А1 + А4 = 615б3мм2 А = 1092 мм2 не выполняется
поэтому принимаем схему укрепления с накладным кольцом.
A- ( А1 + А4) =1092-6153= 4767 мм2
При толщине накладного кольца S2 = S=8мм минимальное значение ширины кольца
Расчетная ширина накладного кольца
Площадь поперечного сечения накладного кольца
Условие укрепления люкa c учетом накладного кольца:
А1 + А2 + А4 = 346 + 560 + 2693 =11753 > A=1092 мм2
Коэффициент понижения прочности:
>P= 094 МПа условие выполняется.
6.4 Проверим являются отверстия одиночными по условию
где -- расчетные диаметры укрепляемого элемента по центру укрепляемых отверстий.
S – исполнительная толщина стенки укрепляемого элемента.
Рассмотрим следующие пары отверстий :
люк «А» и штуцер «Б» ;
и соседних штуцеров: «Б» «Ж» и «Ж» «Е»
Штуцера расположены на окружности радиусом R = 740 мм угол между любой парой смежных штуцеров составляет = 30º.
Рисунок 4.9 Учет взаимного влияния отверстий
Вычисляем правую часть неравенства :
- для люка «А» и штуцера «Б» :
- для штуцеров «Б» «Ж» и «Ж» «Е»:
Определяем фактическое расстояние «b» между наружными поверхностями штуцеров.
Для люка «А» и штуцера «Б» : расстояние «b» приближенно вычисляем по теореме Пифагора :
Условие для люка «А» и штуцера «Б»:
следовательно отверстия «А» и «Б» являются одиночными.
Расстояние между близлежащими штуцерами «Б» «Ж» и «Ж» «Е» определим по теореме косинусов :
Условие для штуцеров
значит отверстия «Б» «Ж» и «Ж» «Е» являются одиночными.
7 Расчет фланцевого соединения люка
фланцы сосудов и аппаратов стальные плоские приварные по ГОСТ – 28759.2 – 90 .
Тип уплотнительной поверхности : шип – паз.
Материал фланца и крышки – сталь 08Х22Н6Т.
Материал прокладки – паронит.
Материал крепежа по рекомендациям ГОСТ – 28759.2 – 90 : 12Х18Н10Т
По расчетному давлению Рр=094 и расчетной температуре t=165С для аппарата 1 группы по [9] принимаем люк исполнения 3.
Люк ОСТ 26-2002-83 исполнения 3 Р=10
По ОСТ 26 - 2008 – 83 выбираем крышку плоскую для люков:
По ГОСТ 28759.6 – 90 выбираем прокладку из неметаллических материалов
Рисунок 4.12 прокладка
7.1 Определение расчетных параметров
Принимаю материал болтов сталь 12Х18Н10Т по ГОСТ 28759.2-90
Допускаемые напряжения.
Минимальное значение для материала обечайки люка:
Минимальное значение предела текучести для стали 08Х22Н6Т при расчетной температуре t = 165 ºС принимаем равным
При t = 20 ºС Rр02 = 220 МПа
Минимальное значение временного сопротивления при t = 165 ºС Rm= 5395 МПа.
При температуре t = 20 ºС Rm= 600 МПа
Определяем допустимые напряжения для материала фланца в сечении S0
– при рабочих условиях :
– в условиях затягивания фланцевого соединения:
– в условиях испытаний:
7.2 Расчет вспомогательных величин
Эффективная ширина плоской прокладки
где bn – исполнительная толщина прокладки
Средний диаметр прокладки
Линейная податливость прокладки
где hn – толщина прокладки мм
К – коэффициент обжатия прокладки
Еп – условный модуль сжатия прокладки МПа.
DСП – средний диаметр прокладки мм.
К =09 – для плоских из поранита толщиной не более 2 мм.
где -- расчетная длинна болта
- модуль продольной упругости материала болта при t = 20ºC.
fб – площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы.
n – количество болтов
- расстояние между опорными поверхностями гайки и головки болта.
Эквивалентная толщина втулки
Угловая податливость фланца.
Е20 – модуль продольной упругости материала 08Х22Н6Т фланца при 20ºС;
Угловая податливость плоской крышки
h КР КР – толщина плоской крышки соответственно в зоне уплотнения и на наружном диаметре мм.
ККР = DНDСП = 640 5505 = 116 мм.
Угловая податливость крышки
Определим коэффициент жесткости фланцевого соединения.
7.3Расчет нагрузок которые действуют во фланцевом соединении
Равнодействующая внутреннего избыточного давления
где Р – расчетное внутреннее избыточное давление МПа.
Реакция прокладки в рабочих условиях
где m – коэффициент удельного давления на прокладку;
Нагрузка возникающая от температурных деформаций фланцевого соединения Н.
коэффициенты линейного расширения материалов соответственно фланца крышки болтов 1ºС.
αкр=αфл=123310-6 1ºС.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа.
где Рб1 – болтовая нагрузка от совместного действия внутреннего избыточного давления среды осевой силы и изгибающего момента.
Рб2 – болтовая нагрузка необходимая для начального смятия прокладки.
Рб3 – болтовая нагрузка из условия обеспечения прочности болтов.
т.к Qt > 0 то необходимо учитывать
где qобж – коэффициент обжатия прокладки; qобж = 20(табл. 4).
где []20 – допускаемое напряжение для болтов в условиях монтажа.
7.4Условие прочности болтов:
7.5 Расчет прокладки
Условие прочности мягкой прокладки
7.6 Расчет фланца на прочность
Угол поворота фланца при затяжке соединения :
где МО1= Рб·b = 493302 ·2475 = 12209225 Н·мм – изгибающий момент от болтовой нагрузки.
Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях :
Максимальное напряжение изгиба в сечении толщиной S1:
Максимальное изгибающее напряжение в сечении S0 втулки фланца
Меридиальные напряжения в цилиндрической обечайке при затягивании фланцевого соединения:
- на внешней поверхности втулки
-на внутренней поверхности
Приращение меридиональных напряжений в рабочих условиях от действия внешних нагрузок и изгибающего момента
Приращение меридиональных напряжений в рабочих условиях:
На внешней поверхности обечайки
На внутренней поверхности фланца
Окружные напряжения в цилиндрической втулке при затяжке соединения :
на внутренней поверхности втулки :
Приращение окружных напряжений в цилиндрической втулке в рабочих условиях в сечении толщиной S.
на наружной поверхности втулки :
Меридиальные напряжения в сечении S0 на внешней поверхности втулки фланца в рабочих условиях:
Меридиальные напряжения в сечении S0 на внутренней поверхности втулки фланца в рабочих условиях:
Окружное напряжение в сечении S0 на внешней поверхности втулки фланца в рабочих условиях:
Окружное напряжение в сечении S0 на внутренней поверхности втулки фланца в рабочих условиях:
Условия статической прочности фланцев.
при затяжке соединения :
в рабочих условиях (4.78)
7.7 Требования к жесткости (герметичности)
Условие жесткости (герметичности) фланцевого соединения :
где [] – допускаемый угол поворота фланца рад.
В рабочих условиях условие
В условиях испытания
Расчетную толщину плоских круглых крышек с дополнительным краевым моментом в соответствии с рисунком нагруженным внутренним избыточным давлением определяем по формуле :
где К6 – безразмерный коэффициент;
К0 – коэффициент ослабления;
К0 =1 – для крышек без отверстий;
DР – расчетный диаметр крышки;
Принимаем S1 = 26 мм.
Толщину крышки в месте уплотнения определяем по формуле :
Принимаем толщину крышки в месте уплотнения по стандарту : мм
Проверяем допускаемое давление по формуле :
Условие прочности выполняется : МПа
8 Расчет опорных узлов.
В качестве опорный узлов принимаем опоры-лапы с увеличенным вылетом для изоляции вертикальных аппаратов по [17]
При обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между всеми опорными лапами (точный монтаж установка прокладок подливка бетона и т.п.) усилие определяют по формуле:
где масса аппарата в рабочих условиях;
количество опорных лап;
ускорение свободного падения.
Выбираем опору исполнения - 3 ГОСТ 26296-84.
Условное обозначение лапы:
Опорная лапа 3-63000 ГОСТ 26296-84
Сварку опорной лапы и приварку ее к обечайке или накладному листу следует производить сплошным двусторонним швом.
При выборе опорной лапы необходимо производить расчет несущей способности обечайки в месте приварки опорной лапы по ГОСТ 26202-84. В случае недостаточной несущей способности обечайки необходимо применять накладные листы или увеличивать толщину стенки обечайки.
Накладной лист приваривают к обечайке сплошным односторонним швом в соответствии с отраслевой нормативно-технической документацией.
На лапу на видном месте должна быть нанесена маркировка содержащая обозначение и марку материала.
При попадании накладного листа на сварной шов обечайки допускается на накладном листе выполнять два контрольных резьбовых отверстия. М10.
Рисунок 4.14 Опорная лапа
Проверим условие (без подкладного листа ):
где nТ=15 для рабочих условий
К2=12 для рабочих условий
=03 без подкладного листа
К1=075 по номограмме
Условие не выполняется.
Несущую способность обечайки в месте приварки опорной лапы с подкладным листом следует проверить по формуле:
Расчет будем вести с накладным листом.
Рис. 4.15 Накладной лист
где общее меридиональное мембранное напряжение в цилиндрической обечайке:
коэффициент определяют в зависимости от и .
К2 = 12 для рабочих условий
- условие выполняется.
9 Выбор строповых устройств
Тип стропового устройства принимается согласно грузоподъемности.
При определении усилия действующего на строповое устройство следует учитывать одновременное действие следующих нагрузок:
- вертикальной составляющей силы тяжести от массы поднимаемого груза;
- от возможного отклонения подъемной силы от вертикали;
- от возможной неравномерности нагрузки на строповое устройство в процессе перемещения груза;
- динамических зависящих от способа монтажа;
- вертикальной составляющей усилий в оттяжках прикрепленных к грузу;
По [17] выбираем тип стропового устройства – цапфы грузоподъемностью от 10 до 320 (кН) включительно.
Вес аппарата в монтажных условиях :
где m –масса аппарата в монтажных условиях.
Нагрузка на одну цапфу при монтаже :
где n – количество цапф.
Для обеспечения надежности и безопасности строповки вертикальных аппаратов строповые устройства на них размещаются по два на боковых стенках.
Строповые устройства на вертикальных аппаратах следует размещать не менее чем на 1 метр выше центра тяжести. В плане их следует ориентировать таким образом чтобы после подъема аппарата в вертикальное положение не требовался его разворот. При размещении строповых устройств следует учитывать и возможность их расстроповки с обслуживающих площадок.
Строповые устройства 4 го типа (цапфы) устанавливаются также на аппаратах с подкладными так и без подкладных листов.
Строповые устройства для стальных сосудов и аппаратов изготавливают из сталей марки Ст3сп5 и Ст3Гпс5 по ГОСТ 380-88.
Строповые устройства применимы в этом случае при температуре окружающего воздуха от до .
-труба; 2-подкладная пластина;3-заглушка.
Выбираем цапфу грузоподъемностью G = 80 кН.
Цапфа 4 – 1 – 8 – 1000 ст3СП5 ГОСТ 13716 – 73.
Конструкция емкостного аппарата ВКЭ 1-3-125-1 его основных сборочных единиц и расчеты выполняются в соответствии с действующей нормативно – технической документацией. Расчеты на прочность жесткость и устойчивость выполнены в полном объеме и подтверждают работоспособность выбранной конструкции аппарата.
Павлов К.Ф. Романков П.Г. Носков А.А. «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.» -- Л: Химия 1981. – 560с
Емкостные стальные сварные аппараты завода "Павлоградхиммаш". Каталог. - М.: ЦИНТИхимнефтемаш 1982. - 76 с.
ГОСТ 6533 - 78. Днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов аппаратов и котлов. Основные размеры.
ГОСТ 8732 - 74. Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент.
ГОСТ 12820 - 80. Фланцы стальные плоские приварные на Ру от 01 до 25 МПа. Конструкция и размеры.
ГОСТ 26296-84. Лапы опорные подвесные вертикальных сосудов и аппаратов. Основные размеры.
ГОСТ 28759.1 -90. Фланцы сосудов и аппаратов. Типы и параметры.
ГОСТ 28759.2 - 90. Фланцы сосудов и аппаратов стальные плоские приварные. Конструкция и размеры.
ГОСТ 28759.6 - 90. Прокладки из неметаллических материалов. Конструкция и размеры. Технические требования.
ОСТ 26 - 2002 - 83. Люки с плоскими крышками стальных сварных сосудов и аппаратов. Конструкция.
ОСТ 26 - 2008 - 83. Крышки плоские люков стальных сварных сосудов и аппаратов. Конструкция и размеры.
АТК 24. 200.02 - 90 Заглушки фланцевые стальные. Конструкция размеры и технические требования.
Методические указания к расчету цилиндрических обечаек стальных сварных сосудов и аппаратов для студентов специальности 7.090220 Сост. А.И. Барвин И.М. Генкина В.В. Иванченко В.Г. Табунщиков Ю.Н.Штонда. – Северодонецк СТИ 2002. – 83 с.
Расчет выпуклых и плоских днищ и крышек конических обечаек днищ и переходов стальных сварных сосудов и аппаратов. Методика и примеры расчета Сост. А.И. Барвин И.М. Генкина В.В. Иванченко Д.А. Куликов В.Г. Табунщиков Г.В. Тараненко Ю.Н.Штонда. – Северодонецк СТИ 2003. – 122 с.
Методические указания к расчету на прочность укрепления отверстий в обечайках переходах и выпуклых днищах стальных сварных сосудов и аппаратов для студентов специальности 7.090220 Сост. А.И. Барвин И.М. Генкина В.В. Иванченко В.Г. Табунщиков Ю.Н.Штонда. – Северодонецк СТИ 1999. – 24 с.
Методические указания к расчету на прочность и герметичность фланцевых соединений в курсовом и дипломном проектировании для студентов специальности 7.090220 Сост. А.И. Барвин И.М. Генкина В.В. Иванченко В.Г. Табунщиков Ю.Н.Штонда. – Северодонецк СТИ 1996. – 32 с.
Методические указания к выбору строповых устройств для стальных сварных сосудов и аппаратов в курсовом и дипломном проектировании. – Северодонецк СТИ 1994. – 28 с.

ВКЭ-2.dwg

Содержание РКМАХП.doc

Аналитический обзор 3
Назначение и описание конструкции аппарата 4
Выбор основных конструкционных материалов 5
Расчеты на прочность жесткость и устойчивость 6
1 Определение расчетных параметров 6
1.1 Расчетная температура 6
1.2 Допускаемые напряжения 6
1.3 Рабочее расчетное и пробное давления 7
1.4 Коэффициент прочности сварных швов 8
1.5 Прибавки к расчетным толщинам конструктивных элементов 8
2 Расчет цилиндрической обечайки корпуса 8
2.1.Расчет толщины стенки обечайки от внутреннего и наружного давлений 8
2.2 Определение допускаемого давления 10
2.3 Проверка условий применения расчетных формул 11
3 Расчет нижнего днища корпуса 11
3.1 Расчет толщины стенки днища от внутреннего давления 11
3.2.Расчет конического днища от наружного давления 12
3.3 Определение допускаемого давления 14
3.4 Расчет соединения с тороидальным переходом 15
3.5.Соединение штуцера с коническим отбортованным днищем 16
4 Расчет верхнего днища корпуса(эллиптическое) 18
4.1 Расчет толщины стенки днища от внутреннего давления 18
4.2 Определение допускаемого давления 18
5.1.Расчет толщины обечайки рубашки 18
5.2.Расчет толщины днища рубашки 19
5.3.Тороидальный переход 20
5.4.Расчет мест соединения рубашки с корпусом 20
6 Расчет укрепления отверстий 24
6.1Расчет диаметра одиночного отверстия не требующего укрепления 24
6.2Расчет укрепления одиночных отверстий 24
6.3Расчет укрепления отверстия в днище под люк 29
6.4Проверка являются отверстия одиночными 31
7 Расчет фланцевого соединения аппарата (люка) 32
7.1 Определение расчетных параметров 33
7.2 Расчет вспомогательных величин 34
7.3 Расчет нагрузок 36
7.4 Расчет болтов (шпилек) 37
7.5 Расчет прокладки 37
7.6 Расчет фланца на прочность 37
7.7 Требования к жесткости (герметичности) 40
7.8 Расчет крышки люка 40
8.Расчет опорных узлов 41
9 Выбор строповых устройств 45

Спецификация.dwg

Маслоспускная пробка
Мазеудерживающее кольцо
Мазеудерживающая втулка
Шпонки ГОСТ 10748-79
Х22Н6Т АТК24.201.02-90
Прокладка 19х32 ПОН-А2
Аппарат емкостной ВКЭ 1-3-12
Пояснительная записка

Тиульный лист РКМАХП.doc

Восточноукраинский Национальный Университет
Пояснительная записка
Руководитель курсовой работы

ВКЭ-1.dwg

Сварные швы подвергнуть контролю ультразвуковой дефектоскопией
Прочность и герметичность аппарата
сварных и разъемных соединений
проверить гидравлическим испытанием. Величина пробного давления
Аппарат должен быть теплоизолирован. Размещение втулок для крепления
Строповку аппарата проводить соответственно схеме строповки
показанной на чертеже. Строповые устройства и их приварку к аппарату
соответственно п.3 технической характеристики.
теплоизоляции - по ГОСТ 17314-81.
испытать на прочность соответственно ГОСТ 13716-73.
Зварювання в хiмiчному машинобудуваннi. Вимоги до технологiчного процесу".
испытание и приемку емкостного аппарата проводить
согласно требованиям ГСТУ 3-17-191-2000 "Посудини та апарати
Сварку проводить соответственно требованиям ГСТУ 3-020-2001
Технические требования
стальн1 зварн1. Загальнi технiчнi умови".
Основной материал аппарата - 08Х22Н6Т по ГОСТ55 20-79
Аппарат подлежит ведению органов Госнадзорохрантруда
прокладок- паронит ПОН-2
Вход и выход воздуха
Установка термометра
Утановка уровнемера типа УБ
Выход среды ( опорожнение)
Вход среды (наполнение)
Труба передавливания
Установка предохранительного клапана
Расчетный срок эксплуатации
Число циклов нагружения за весь срок службы
Прибавка для компенсации коррозии
аппарата в рабочем состоянии
Группа аппарата по ГСТУ 3-17-191-2000
Аппарат предназначен для приема
Аппарат емкостной ВКЭ 1-3-12
Техническая характеристика
класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76; плотность 1300 кгм
со стороны рабочей среды
со стороны теплоносителя
Герметичность приварки укрепляющего кольца люка проверить
пневматическим испытанием Рпр=0
Линией-выноской показано место сварного соединения

Техническое задание.doc

Техническое задание
Исходные данные к курсовой работе
Объем номинальный м3 125
Давление рабочее МПа 085
Температура рабочаяС 140
в аппарате: взрывобезопасная пожаробезопасная
вредная: 1 класса опасности по
ГОСТ 12.1.007-76; плотность 1300 кгм2
Материал корпуса аппарата Сталь 08Х22Н6Т
Скорость коррозии ммгод не более 005
Расчетный срок эксплуатации год 20
Число циклов нагружения за весь срок службы не более 1000
Содержание курсовой работы
Согласно «Методическим указаниям к выполнению курсовой работы по расчету и конструированию химического оборудования».
Перечень графического материала
Чертёж общего вида аппарата 2 листа формата А1
Перечень составных частей 2 лист формата А4
Ведомость курсовой работы 1 лист формата А4
Срок сдачи выполненной курсовой работы: 12.05.2007