Быстрый поиск

Курсовая работа: Аппарат емкостной ВКЭ1–1–5–1,0

АППАРАТ ЕМКОСТНОЙ ВКЭ1 – 1 – 5 – 1,0

1. Назначение и описание конструкции аппарата

Аппарат емкостной ВКЭ1–1 – 5 – 1,0 предназначен для приема, хранения и выдачи жидких и газообразных сред при условном давлении в аппарате 1 МПа.

Выдача жидких сред может осуществляться как самотеком, так и передавливанием среды сжатым воздухом, технологическим или инертным газом.

Условное обозначение аппарата [1]:

В-вертикальный;

К – с нижним коническим днищем;

Э – с верхним эллиптическим днищем;

1 цельносварной (без разъема);

1 – без рубашки;

5 номинальный объем 5 м3;

1,0 условное давление 1 МПа.

Аппарат представляет собой цельносварной цилиндрический сосуд с нижним эллиптическим и верхним коническим отбортованными днищами с технологическими штуцерами и штуцерами для присоединения контрольно-измерительных устройств. Обозначение и назначение штуцеров, их условный проход и условное давление приведены в таблице штуцеров на чертеже общего вида аппарата.

Аппарат оборудован люком для осмотра внутренней поверхности аппарата, его чистки и ремонта.

Аппарат устанавливается на опорные лапы. На корпусе аппарата имеются две цапфы для строповки аппарата. Схема строповки приведена на чертеже общего вида аппарата.

Аппарат теплоизолирован, втулки для крепления теплоизоляции размещаются согласно ГОСТ 17314–81.

Конструкцией аппарата предусмотрена возможность заземления его во время эксплуатации.

2. Выбор основных конструкционных материалов

Материалы для изготовления корпуса аппарата выбираются с учетом свойств рабочей среды в аппарате, давления и температуры [1]. Для взрывоопасной, пожароопасной, вредной среды 2 класса опасности при условном давлении в аппарате 1 МПа и рабочей температуре 220 °С для изготовления корпуса аппарата принята сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72.

Сталь 12Х18Н10Т относится к высоколегированным коррозионностойким, жаропрочным и жаростойким сталям аустенитного класса.

Состав стали 12Х18Н10Т: 0,12% углерода; 18% хрома; 10% никеля и не более 1,5% титана.

Сталь 12Х18Н10Т применяется для изготовления корпусов, днищ, фланцев и других деталей для сред, не вызывающих межкристаллитной коррозии. Температурные пределы применения от – 253 °С до + 610 °С без ограничения по давлению.

Материал труб для изготовления патрубков штуцеров – сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72 [5], материал трубопроводных фланцев – сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72 [3].

Обечайка люка изготавливается из листового проката из стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72, фланец люка – 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72 [3].

Материал крепежных изделий (болтов и гаек) по рекомендациям [3] для фланцев штуцеров из коррозионностойких сталей – 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72.

Материал крепежных изделий для фланцевого соединения люка по рекомендациям [3]: болтов и гаек – 12Х18Н10Т ГОСТ 5632–72.

Материал прокладок – паронит ПОН 2,0 ГОСТ 481–80.

Материал опорных лап и цапф для строповки – сталь Ст3сп5 ДСТУ 2651–94.

3. Расчеты на прочность, жесткость и устойчивость

3.1. Исходные данные

3.1.1. Расчетная температура

Рабочая температура в аппарате 220 °С. За расчетную температуру принято наибольшее значение температуры стенки t = 220 °С.

3.1.2 Допускаемые напряжения

Допускаемые напряжения при расчетной температуре и при температуре 20 0С для элементов аппарата приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Материал элемента аппарата	Допускаемые напряжения, МПа
Материал элемента аппарата
Сталь 12Х18Н10Т (корпус, фланцы, патрубки)	184	157,5
Сталь 12Х18Н10Т (болты)	110	97

Допускаемые напряжения определены по пособию [2].

3.1.3 Рабочее, расчетное и пробное давления

Рабочее давление в аппарате при температуре среды 220 °С = 0,85 МПа.

Давление при полном открытии предохранительного клапана

= 1,15 , (1)

= 1,15 · 0,85 = 0,977 МПа.

Элементы аппарата должны рассчитываться на давление, составляющее 90% давления при полном открытии клапана

0,9 = 0,9 ·0,977 = 0,88 МПа.

Гидростатическое давление среды с учетом высоты штуцера перелива, МПа

, (2)

где rс – плотность среды, кг/м3;

g – ускорение свободного падения, м/с2;

Нс – высота столба жидкости в аппарате, м.

Н = h + h ш+ К3, (3)

где h высота цилиндрической части аппарата, м [1];

h ш – высота штуцера перелива, м;

К3 - высота конического днища со штуцером выхода среды, м.

Н = 1,8 + 0,05 + 1,035 = 2,885 м.

= 2000 · 9,81·2,885 × = 0,057 МПa.

Гидростатическое давление в аппарате составляет более 5% от рабочего давления

0,057 МПа > 0,05 · 0,85 = 0,0425 МПа,

поэтому при дальнейших расчетах учитывается.

Расчетное давление

Р = 0,88 + 0,057 = 0,937МПа.

Принимаем расчетное давление Р = 0,94 МПа.

Пробное давление, при котором проводится испытание аппарата

Рпр = 1,25×Р×. (4)

Рпр= 1,25·0,99 · = 1,37 МПа.

Расчетное давление при испытании Ри равно пробному давлению, так как гидростатическое давление воды при испытании составляет менее 5% от пробного давления

, (5)

где Нв высота столба воды в аппарате при испытании, м.

Определяем высоту от фланцевого разъема штуцера выхода среды до фланцевого разъема люка как общую высоту аппарата за вычетом высоты крышки с ручкой и болтов

м.

МПа.

0,037 МПа < 0,05 ·1,37 = 0,0685 МПа.

Расчетное давление при испытании Ри равно пробному давлению, так как гидростатическое давление воды при испытании составляет менее 5% от пробного давления. При выполнении условия

Ри £ 1,35×Р×, (6)

расчет аппарата на прочность в условиях испытания проводить не требуется.

1,37 < 1,35×0,94×=1,48;

1,37 МПа < 1,48 МПа.

Условие (6) выполняется, следовательно, расчет на прочность производим только для рабочих условий.

3.1.4 Коэффициент прочности сварных швов

Коэффициент прочности сварных швов jР определяется в зависимости от группы аппарата по пособию [2].

При расчетном давлении 0,94 МПа и расчетной температуре 220 °С для взрывобезопасной, пожаробезопасной, вредной рабочей среды 2 класса опасности по пособию [2] определяем группу аппарата – 1.

Для аппаратов 1 группы длина контролируемых швов составляет 100% от общей длины швов.

Для стыковых швов с двусторонним сплошным проваром, выполняемых автоматической и полуавтоматической сваркой коэффициент прочности сварных швов jР = 1.

3.1.5 Прибавки к расчетным величинам конструктивных элементов

Прибавка для компенсации коррозии С1 принята исходя из максимально допускаемой скорости проникновения коррозии со стороны рабочей среды П = 0,05 мм/год.

Для элементов корпуса, подверженных коррозии со стороны рабочей среды, прибавка на коррозию составит

С1 = П ×t = 0,05× 20 = 1 мм.

Прибавки С2 для компенсации минусового допуска принимаются в зависимости от толщины листового проката [2]. Прибавку С2 учитываем в том случае, когда ее значение превышает 5% от номинальной толщины листа. Общую прибавку к расчетным толщинам определяем по формуле

С = С1 + С2. (7)

3.2 Расчет цилиндрической обечайки

Расчет толщины стенки обечайки от действия внутреннего давления

Расчетная толщина стенки , мм

, (8)

где P – расчетное внутреннее избыточное давление, МПа;

D внутренний диаметр обечайки, мм.

мм.

Исполнительная толщина стенки

S ³ S Р + С, (9)

где

С = С1 + С2 = 1 + 0,8 = 1,8 мм.

S ³ 4,79 + 1,8 = 5,63 мм.

С учетом стандартной толщины листа принимаем исполнительную толщину стенки обечайки S = 8 мм.

Допускаемое внутреннее давление

, (10)

МПа.

Проверка условия прочности по внутреннему давлению

, (11)

0,94 МПа < 1,2 МПа.

Условие прочности выполняется.

3.2.2 Проверка условий применения расчетных формул

Полученное в результате расчетов значение S должно удовлетворять условию

, (12)

Условие (12) выполняется.

3.3 Расчет эллиптического днища

3.3.1 Расчет толщины стенки днища

Расчетная толщина днища , мм

, (13)

где R радиус кривизны в вершине днища, мм.

R = D = 1000 мм.

мм.

Исполнительная толщина днища

, (14)

где

С = С1 + С2 = 1 + 0,8 = 1,8 мм.

мм.

Принимаем = 8 мм.

3.3.2 Определение допускаемого давления

Допускаемое давление для принятого значения S1

, (15)

МПа.

Проверка условия прочности по формуле (11)

0,94 МПа < 1,2 МПа.

3.3.3 Проверка условий применения расчетных формул

Полученное в результате расчета значение толщины S1 должно удовлетворять условию

, (16)

0,002 < 0,004 < 0,100.

Условие (16) выполняется.

3.4 Расчет конического днища

3.4.1 Расчет толщины стенки днища

По пособию [2] для конического отбортованного днища внутренним диаметром D = 1600 мм и углом при вершине конуса 2a = 90° радиус отбортовки составляет r = 200 мм.

Расчетный диаметр гладкой конической обечайки

, (17)

где а1 расчетная длина переходной части, мм.

. (18)

Исполнительная толщина стенки тороидального перехода SТ для предварительного расчета принята равной исполнительной толщине стенки цилиндрической обечайки S.

SТ = S = 8 мм.

мм.