Реферат: Расчет ректификационной колонны

,                                  (30)

,                              (31)

Длину внешней части l3 принимаем равной нулю.

Рисунок 6 – Схема укрепления отверстий в обечайке

при Ду=50 мм,  мм,

         при Ду=100 мм,  мм,

         при Ду=150 мм,  мм,

         при Ду=200 мм,  мм,

         при Ду=250 мм,  мм,

при Ду=450 мм,  мм.

Принятые длины штуцеров удовлетворяют расчетным длинам.

4.5 Одиночные отверстия

4.5.1 Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияния, что имеет место, когда расстояние между наружными поверхностями соответствующих штуцеров удовлетворяют условию

,                                    (32)

где  - расчетные внутренние диаметры укрепляемого элемента, мм.

Для отверстий находящихся на обечайке

мм.

На цилиндрической части корпуса колонны отсутствуют отверстия, расстояние между которыми меньше 480 мм.

На днищах

мм.

На днищах отверстия считать взаимовлияющие, т.к.

bисп=320-108/2-10-159/2-16=160,5 мм.

660 мм > 160,5 мм.

4.5.2 Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления при наличии избыточной толщины стенки сосуда вычисляется по формуле

,                             (33)

 мм.

Для штуцеров В1, К1, К2, К, Р и М укрепление отверстий не требуется.

Для штуцеров А1, В2 и Жn требуется укрепление отверстий.

4.5.3 Расчет укрепления одиночных отверстий

При укреплении отверстия должно выполняться условие

                            l1R×(s1 - s1R - cs)×x1 + l2R×s2×x2 + l3R×(s3 - 2cs)×x3 +

                          +  lR×(s - sR - c) ³ 0,5×(dR - d0R)×sR,                            (34)

где  s1, s2, s3 — исполнительные толщины стенок штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно, мм.;

         l2R — исполнительная толщина накладного кольца, мм.;

         x1, x2, x3 — отношение дополнительных напряжений для внешней

части штуцера, накладного кольца, внутренней части штуцера соответственно;

         cs — сумма прибавок к расчетной толщине стенок штуцера, мм.;

         lR — расчетная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера или                 торообразной вставки, мм.;

d0R — наибольший  расчетный  диаметр  отверстия,  не  требующего  дополнительного  укрепления  при  отсутствии  избыточной     толщины  стенки  сосуда, мм.

4.5.3.1 Расчет укрепления штуцера В2

Ширина зоны укрепления в обечайках, переходах и днищах

                                            .                               (35)

         Обечайка s=50 мм

 мм.

         Расчетная ширина зоны укрепления в стенке обечайки

lR=L0,                                                                  (36)

lR=240 мм.

Расчетная ширина накладного кольца определяется по формуле

,                                  (37)

где s2 – исполнительная ширина накладного кольца, мм;

      s – исполнительная ширина стенки обечайки, мм;

      DR – расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента, мм.

Обечайка s=50 мм.

 мм.

Отношения допускаемых напряжений

x1 = min{1; [s1]/[s]},                                       (38)

x1=min{1;162/162}=1.

Для накладного кольца принимаем x2=1; для внутренней части штуцера x3=0.

Расчетный диаметр отверстия не требующего укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда

,                                 (39)

Обечайка s=50 мм.   

мм.

         Все найденные значения подставляем в формулу (34):

         Обечайка s=50 мм. штуцер Ду 150 мм.

61,42×(16-5,65)×1+140×6×1+240×(50-47,3-2)³0,5×(161-96)×47,3

1643,7 мм2 ³ 1537,01 мм2.

         Допускаемое внутренне избыточное давление определяется по формуле

,                                  (40)

где  к1=1 — для цилиндрических обечаек и конических переходов;

        к1=2 — для выпуклых днищ;

       ,                  (41)

где  j1 — коэффициент прочности продольного сварного соединения штуцера.

,

 МПа.

 4.5.3.2 Расчет укрепления штуцеров Ж1, Ж2, Жn.

Расчет проведем аналогично п. 4.5.3.1 и результаты расчета сведем в таблицу 3.

Таблица 3

4.6 Учет взаимного влияния отверстий днищ

Расчетная схема показана на рисунке 7

Рисунок 7 – Расчетная схема взаимовлияющих отверстий

Определим допускаемое давление для перемычек по формулам

,                             (42)

где V находится по формуле

,             (43)

где  - исполнительная ширина накладного кольца, мм;

  - длина внутренней части штуцеров, мм;

       - отношения допускаемых напряжений, .

Определим расчетную ширину накладного кольца

Допускаемое напряжение удовлетворяет принятым размерам кольца.

5 Расчет люка-лаза

Цель расчета: определение напряжений фланцевого соединения.

Схема фланцевого соединения показана на рисунке 8.

Исходные данные для расчета:

-     Расчетное давление PR=11 МПа;

-     Внутренний диаметр фланца D=450 мм;

-     Внутренний диаметр отверстия под шпильку d=46 мм;

-     Диаметр фланца Dф=775 мм;

-     Число отверстий n=20;

-     Материал фланца – сталь 16ГС;

-     Диаметр болтовой окружности Dб=690 мм;

-     Средний диаметр прокладки Dп.с.=525 мм.

Рисунок 8 – Расчетная схема фланцевого соединения

         По ГОСТ 28759.4-90 для данного аппарата выбираются размеры люка—лаза при Ру =16 МПа и Ду = 450 мм.

5.1 Расчет прокладки

Схема прокладки показана на рисунке         9

Рисунок 9 – Расчетная схема прокладки

Наружный диаметр прокладки

DП = Dб - е,                                            (44)

где  е  - размер, определяемый по таблице ОСТ 26–2003–77, е=78.

DП=690-78=612 мм.

Средний диаметр прокладки

D п.ср=Dп-bп,                                            (45)

где  bп — ширина прокладки, bп=12 мм;

Dп.ср =612-12=600 мм.

Эффективная ширина прокладки

bE = 0,125×bП,                                          (46)

bE=0,125×12=1,5 мм.

Ориентировочное число шпилек

zб=p×Dб /tб,                                               (47)

где  tБ - шаг болтов;

tб=(2,3…3)×dб,                                                 (48)

где dб – диаметр шпильки, мм;

tБ=3×42=126,

zБ = 3,14×690/126=18 шт.

         Определим вспомогательные величины

         а) коэффициент c

 ,                           (49)

где b - отношение большей толщины втулки фланца к меньшей, b=2.

х найдем по формуле

,                                                     (50)

где l – длина втулки, l=125 мм;

      s0 – толщина втулки, s0=34 мм.

б) эквивалентная толщина втулки фланца

sE=c×so,                                                    (51)

sE=1,57×34=53,6 мм.

в) ориентировочная толщина фланца

,                                                 (52)

где  l — коэффициент, из таблицы [3] l=0,5 ;

мм

г) безразмерный параметр

w=[1+0,9×l×(1+y1×j2)]-1 ,                                                ( 53)

где

j=h/sE,                                                        (54)

j=77,6/53,6=1,45,

k=Dф/D,                                                      (55)

k=775/450=1,72,

         y1=0,3, из таблица [3]

w = [1+0,9×0,5×(1+0,3×1,452)]-1=0,6

         д) безразмерные параметры возьмем из графиков [3]

Т=1,58,

y2=3,8,

y3=1.

         Угловая податливость фланца

,                                      (56)

где Еф - модуль  продольной  упругости  материала  фланца, Eф=1,75×105 МПа;

hкр – толщина фланцевой части крышки, hкр=110 мм

 1/(МН×м).

Угловую податливость плоской фланцевой крышки найдем по формуле

,                                                (57)

где

,                           (58)

где sкр – толщина плоской крышки, sкр=235 мм;

hкр – толщина фланцевой части крышки, hкр=110 мм.

,                                                      (59)

,

,

.

Линейная податливость прокладки

yп=sп/(p×Dп.ср×bп×Eп),                                          (60)

где  Еп - модуль продольной упругости прокладки, для металлической прокладки yп=0.

5.2 Расчет болтового соединения

Расчетная длина шпилек

lБ = lБО + 0,28×d,                                             (61)

где  lБО - длина шпильки между опорными поверхностями головки болта и                   гайки, lБО=220 мм.;

d - диаметр отверстия под болт, d=46 мм.

lБ=220+0,28×46=232,88 мм.

Линейная податливость шпилек

yБ=lБ/(EБ×fБ×zБ),                                       (62)

где  fБ - расчетная площадь поперечного сечения болта по внутреннему             диаметру резьбы, fБ=10,9×10-4 м2;

ЕБ - модуль продольной  упругости  материала  болта, ЕБ=1,85×105 МПа.

                   yБ= 232,88×10-3/(1,85×105×10,9×10-4 ×18)=6,4×10-5 м/Н.

Коэффициент жесткости для фланцев с овальными прокладками

a=1.                                                     (63)

Найдем безразмерный коэффициент u по формуле

u=A×yБ,                                                     (64)

где

       A=[yп+yБ+0,25×(yФ1 + yФ2)×(DБ - Dп.ср)2]-1,               (65)

при стыковки фланца с плоской крышкой                                                    

yф1=[1-w×(1+0,9×l)]×y2/(h13×E),                         (66)

yФ2=yкр ,                                        (67)

         По формулам (63)…(67) определяется безразмерный коэффициент

yф1=[1-0,6×(1+0,9×0,5)]×3,8/(0,0133×1,75×105)=2,27 м/МН,

yф2=0,001,

A=[0+6,4×10-5+0,25×(2,27+0,001)×(0,69-0,525)2]-1=10,67,

u=10,67×6,4×10-5=0,0007.     

5.3 Расчет фланцевого соединения работающего под внутренним давлением.

Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления найдем по формуле

,                                        (68)

Qд=0,785×0,5252×11=2,38 МН.

Реакция прокладки в рабочих условиях

Rп=2×p×Dп.ср×bE×m×pR ,                                        (69)

где  m - коэффициент, по ОСТ 26-426-79 m=5,5

Rп=2×3,14×0,525×1,5×5,5×11=299,2 МН.

Усилия, возникающие от температурных деформаций

Qt=u×zБ×fБ×EБ×(aф×tф - aБ×tБ),                                (70)

где  aф, aБ - коэффициенты температурного линейного расширения    фланца и болтов, aБ  = 12,36×10-6 1/°C,   aф = 17,3×10-6 1/°C;

         fБ, tф, tБ  - коэффициенты,   fБ=5,4×10-4 м2, tф=240, tб=37,5. 

Qt=0,0007×18×5,4×10-4×1,85×105×(17,3×10-6×240-12,36×10-6×237,5)=0,0015 МН.

Болтовая  нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при p>0,6 МПа

PБ1=max{a×Qд+Rп; p×Dп.ср×bE×q},                          (71)

где  q - параметр, q=125;

a - коэффициент жесткости фланцевого соединения, a=1;

[sБ]20 – допускаемое напряжение при температуре 20 °С, [sБ]20=230 МПа.

РБ1 = max{1×2,38+0,525/2; 3,14×510×1,5×125}=max{2,65;309}=309 МН.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

PБ2=РБ1+(1 - a)×QД+Qt,                                                (72)

PБ2=309+(1-1)×2,38+0,0015=309,0015 МН.

Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном сечении фланца по формулам

M01=0,5×PБ1×(Dб-Dп.с.),                                             (73)

,                      (74)

М01=0,5×309×(0,69-0,525)=25,5 МН×м,

МН×м.

Принимаем за расчетное МR=26,67 МН×м.

Условия прочности шпилек

,                                      (75)

,                                       (76)

 МПа£230 МПа,

 МПа£220 МПа.

Условия прочности выполняется.

Критический момент на ключе при затяжки определим из графика [3]

Мкр=2,2×103 МН×м.

5.3 Расчет приварных встык фланцев и буртов

Максимальное напряжение в сечении s1 фланца в месте соединения втулки с плоскостью фланца определим по формуле

,                                               (77)

D*=D+s1,                                                    (78)

D*=450+34=484

Максимальное напряжение в сечение s0 фланца наблюдается в месте соединения втулки с обечайкой

s0=y3×s1,                                                 (79)

s0=1×49,18=49,18 МПа.

Напряжения в кольце фланца от действия M0 найдем по формуле

,                                  (80)

 МПа.

Напряжение во втулки фланца от внутреннего давления найдем по формулам

,                                                     (81)

,                                                     (82)

 МПа

МПа.

Условие прочности фланца

в сечение s1

,                                         (83)

d сечение s0

,                           (84)

Страницы: 1, 2, 3