Прочностной расчет реактора

- из условия прочности (22) [2]

3,14∙(1,8+0,032-0,003)∙(0,032-0,003)∙140=23,32 МН

 

271,63 МН

с учетом обоих условий по формуле (21) [2]:

 

= 23,23 МН

 

Осевое сжимающее усилие – это усилие прижатия днища к обечайке давлением в рубашке 2,0 МПа, которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата с рубашкой»[5]):

F=0,25∙π∙(D+2s)2∙p=0,25∙3,14∙(1,8+2∙0,032)2∙2,0=5,45 МН

 

Так как обечайка корпуса при наличии давления в рубашке и отсутствия давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления 2,0 МПа и осевого сжимающего усилия F, должно выполняться условие устойчивости:

Проверяем условие устойчивости:

1,00≤1

Устойчивость обечайки корпуса с толщиной стенки 32 мм  выполняется.

 

 

5. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБЕЧАЙКИ РУБАШКИ

 

Толщину стенки цилиндрической части рубашки рассчитаем для 2-х случаев, когда пространство в рубашке аппарата нагружено избыточным внутренним давлением и, когда пространство в рубашке аппарата нагружено наружным давлением.

 

Расчет цилиндрической обечайки, нагруженной избыточным внутренним давлением.

 

Толщину стенки рассчитываем по формулам 8 и 9 [2]:

s ³ sР+с

где

где sР – расчетная толщина стенки, мм;

      p – внутреннее избыточное давление (в нашем случае оно равно давлению внутри рубашки p =20 кг/см2 = 2,0 МПа);

     D – внутренний диаметр цилиндрической части рубашки (D =1800+2∙(32+65)=1994 мм);

     [s] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа;

     φр – расчетный коэффициент прочности сварного шва.

Принимаем вид сварного шва – стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдем значение коэффициента прочности φр =1,0.

 

0,012 м

s = 12+2 = 14мм

Принимаем толщину стенки s = 14 мм.

Допускаемое избыточное внутреннее давление будет равным (формула 10 [2]):

2,05 МПа.

Расчёт цилиндрической части рубашки нагруженной наружным давлением.

 

Толщину стенки приближённо определяют по формулам 11,12  с последующей проверкой по формуле 13 [2]:

s ³ sР+с

 

,

где      p – наружное давление (оно равно атмосферному давлению p =0,101 МПа);

 

Коэффициент К2 определяем по номограмме, приведенной на черт. 5 [2], для этого следует определить два коэффициента K1 и K3, которые определяются по формулам:

,

где ny – коэффициент запаса устойчивости принимаем равным 2,4 для рабочих условий (п. 1.4.12 [2]);

     Е – модуль продольной  упругости при расчетной температуре, МПа. По табл.19 приложения 4 [2] для  низколегированной стали при  температуре 150°С находим    Е =1,86∙105 МПа.

0,54

 

Найдем   , где l =L+l3 - расчетная длина цилиндрической части (L=3000мм – длина цилиндра; l3 =Н/3  - длина примыкающего элемента для выпуклых днищ п.2.3.2.2  [2]). По условию задания Н не задано, значит, принимаем эллиптическое днище

Н=0,25D =0,25∙1,994=0,499 м. Тогда l =3,0+0,499/3=3,166м

- длина примыкающего элемента  по условию задания [2]).

Тогда l =3,166 м

1,59

По черт.5 «Номограмма для расчета на устойчивость в пределах упругости цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением» [2] найдем K2 = 0,44

Найдем значение расчетной толщины стенки:

0,009 м

0,001 м

 

s =9+2=11 мм

Принимаем s=14 мм.

Определим допускаемое наружное давление по формуле 13 [2]:

где допускаемое давление из условий прочности определяем по формуле 14 [2]:

2,05 МПа

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости определяем по формуле 15 [2]:

где

7,67

значит, выбираем B1 = 1.

0,29 МПа

 0,29 МПа

Принимаем толщину стенки корпуса рубашки S=14мм.

Расчёт цилиндрической части рубашки нагруженной осевыми усилиями.

 

Толщина стенки обечайки нагруженной осевым растягивающим усилием должна соответствовать условию:

 

где 0,0058 м

Осевое растягивающее усилие:

6,24 МН.

Допускаемое осевое растягивающее усилие:

=12,77 МН ≥6,24 МН.

Условия s≥sp+c и [F]≥F выполняются.

 

Осевое сжимающее усилие рассчитываем по формуле (21) [2]:

 

Допускаемое осевое сжимающее усилие:

- из условия прочности (22) [2]

3,14∙(1,994+0,014-0,002)∙(0,014-0,002)∙171=12,93 МН

 

- в пределах упругости из  условия устойчивости (23) [2]

[F]Е = min{[F]E1;[F]E2}

 

но при условии  l/D=3,166/1,994=1,6<10    [F]Е = [F]E1 ,

тогда [F]E1  находим по формуле (24) [2]

26,84 МН

с учетом обоих условий по формуле (21) [2]:

 

= 11,65 МН

Осевое сжимающее усилие – это усилие прижатия днища к обечайке атмосферным давлением, которое может быть рассчитано (Приложение 3 «Пример расчета аппарата с рубашкой»[5]):

F=0,25∙π∙(D+2s)2∙p=0,25∙3,14∙(1,994+2∙0,014)2∙0,101=0,32 МН

 

Так как обечайка рубашки при отсутствии давления в рубашке работает под совместным действием наружного давления 0,101 МПа и осевого сжимающего усилия F, должно выполняться условие устойчивости:

Проверяем условие устойчивости:

0,38≤1

Устойчивость обечайки рубашки с толщиной стенки 14 мм выполняется.

 

6. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЯ ЛЮКА-ЛАЗА

 

Согласно ОСТ 26-1408 – 76 и табл. 10.2 [7] принимаем тонкостенный штуцер Dy450 и стандартный тонкостенный штуцер Dy100 со следующими размерами:

Dy450 – dт=480 мм; Нт=300 мм sт=12 мм;

Dy100 – dт=108 мм; Нт=190 мм; sт=5 мм.

Расчётный диаметр укрепляемых элементов (люка лаза и штуцера для ввода сырья) для эллиптического днища определяются по формуле:

2,809 м

Расчётный диаметр отверстия для смещённого штуцера для эллиптического днища определяют по формуле:

0,512 м

 

Расчётные толщины стенок укрепляемых элементов:

0,010 м= 10 мм

0,003 м=3 мм

0,0007 м=1 мм

Принимаем коэффициент прочности сварного соединения j = 1 и

Расчетная толщина укрепляемых элементов принимаем равной:

для штуцера Dy450 sR = 10∙мм;

для штуцера Dy100 sR = 6∙мм.

Ширина внешней части штуцера:

0,084 м

0,022 м

Величина l1 принимается равной l1 = 2d, но не более 0,3м.

Ширину зоны укрепления определим по формуле:

0,184 м

Расчетную ширину зоны укрепления определим по формуле:

где lК – расстояние от наружной стенки штуцера до ближайшего несущего конструктивного элемента на укрепленном элементе:

0,358 м

 

Принимаем lR= L0= 0,184 м

Проверяем необходимость укрепления отверстия при толщине стенки 14 мм (п. 3). Расчётный диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления, вычисляется по формуле:

 

0,118 м

 

Расчётный диаметр d0,1 удовлетворяет условию: , и поэтому укрепление отверстия требуется.

Расчетная ширина накладного кольца:

l2p= ={184;270}

Принимаем исполнительную ширину накладного кольца l2=78 мм

Проверяем условие укрепления отверстия:

l1p(s1- s1p-cs)χ1+l2ps2χ2+l3p(s3-cs-cs1)χ3+lp(s-sp-cs)≥0,5(dp-d0)sp.

85∙(10-3-2)∙1+184∙14∙1+25∙(6-2-2)∙1+184∙(14-10,7-2)≥0,5∙(512-118)∙10,7

3290≥2108

Условие укрепления отверстия выполняется.

 

Допускаемое внутреннее избыточное давление

= 2,38 МПа,

 

где К1=2,

=

min{1;1,19}

 

 

 

7. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПЛОСКОЙ КРЫШКИ ЛЮКА

 

К расчету крышки люка-лаза

Рис. 4. К расчету толщины крышки люка-лаза.

 

По табл.1.36 «Типы и пределы применения фланцев» [5] определяем, что для крышки с диаметром 450 мм и давлением 2,0 МПа применяются приварные встык фланцы. Материал крышки и фланца тот же что и обечайки сталь марки 08Х18Н10 по ГОСТ 5632-72.

Толщину плоских круглых крышек, работающих под избыточным внутренним давлением или наружным давлением, рассчитывают по формулам 71,72 [2]:

Значение коэффициента К и расчетного диаметра Dр в зависимости от конструкции крышки принимаем по табл.3 [2]. Выбираем тип №11 (рис. 4) :

К= 0,40

Dр = D3

Для соединения с аппаратом принимаем фланец 1-450-25 ОСТ 26-427-79 с D3=590мм.

Для стали марки 08Х18Н10 допускаемое напряжение при расчетной температуре  150°С по табл.7 приложения 1 [2] -  [s]= 140 МПа.

Принимаем вид сварного шва – стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой. По табл.20 приложения 5 [2] найдем значение коэффициента прочности φ =1,0.

 

0,0282 м

Толщина s1 :

 

s1 =28,2+2=30,2 мм

Принимаем толщину крышки s1 =45 мм

 

Допускаемое давление на плоскую крышку определяем по формуле 75 [2]:

59,76 МПа

 

Принимаем: Люк 3-1-450-Х12-25 ОСТ 26-2005-77 со следующими типоразмерами:

 

Py, МПа	D	D1	s	s1	H	H1
	мм
2,5	450	590	12	45	200	290

 

Рис. 5. Определение геометрических размеров крышки люка-лаза.

 

Принимаем D2=440 мм, тогда s2=s1-(D-D2)/2 =45-(450-440)/2=40 мм.

Толщину s2 проверяем по формуле:

.

{0,006;0,03209}=0,033 м.

Расчетная толщина удовлетворяет проверочному расчету.

 

 

 

8. ПОДБОР ОПОР ДЛЯ РЕАКТОРА

 

Согласно [5] для реактора принимаем 4 опоры 3-2500 ОСТ 26-665-79. Материал опор сталь марки В Ст3 ГОСТ 380-71.

 

Рис. 2. Опора типа 3 (стойка) ОСТ 26-665-79

 

 

 

Согласно ОСТ 26-665-79 опора 3-2500 имеет следующие типоразмеры:

Q, кН	а	а1	b	b1	c	c1	hmax	h1	s1	K	K1	d	dб
25,0	125	165	140	200	22	80	365	16	10	10	105	24	М20

 

Расположение фундаментных болтов по ОСТ 26-665-79, мм:

 D=1800, D1=1610

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

         В результате проделанной работы были произведены расчеты на прочность и подобраны размеры основных элементов аппарата в соответствии с выданным заданием на курсовую работу. При этом получены навыки работы с нормативной документацией, регламентирующей указанные расчеты.

 

 

 ЛИТЕРАТУРА

 

1. Конструкционные материалы: Справочник/Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др.; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – М.: Машиностроение, 1990. – 688 с.; ил.
2. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. – М.: Издательство стандартов,1989. - 79с.
3. Смирнов Г.Г., Толчинский А.Р., Кондратьева Т.Ф.  Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств. – Л.: Машиностроение, 1988. -303 с.
4. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования: Справочник. Т.1. – Калуга: Издательство Н.Бочкаревой, 2002. -852 с.
5. Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: Примеры и задачи. -  Л.: Машиностроение, 1984. -301 с.
6. К.Ф.Павлов, П.Г.Романков, А.А.Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии.Л.:Химия,1987.
7. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение, 1981. – 382 с., ил.
8. ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий. – М.: Издательство стандартов,1989. - 79с.