Курсовая работа: Аппарат емкостной ВКЭ1–1–5–1,0
= 2947 мм;
;
380,1 мм > 259 мм.
Условие (53) выполняется, т.е. отверстия не являются взаимовлияющими.
Расчет перемычки между штуцерами
Допускаемое давление для перемычки
, (55)
где 
= 2 – для выпуклых днищ;
V коэффициент понижения прочности.
, (56)
где 
= 1 для выпуклых днищ.
Расчетные величины для определения коэффициента понижения прочности определяем по приведенным ниже формулам.
Для штуцеров Е и Ж:
Расчетную длину внешней части штуцеров определяем по формуле (45)
мм.
Расчетная ширина укрепляющего кольца
. (57)
Отношения допускаемых напряжений
=1.
Расчетная длина внутренней части штуцера
. (58)
Расчетные диаметры отверстий
= 60,9 мм.
Расчетные диаметры укрепляемого элемента
2491 мм.
Коэффициент понижения давления для перемычки
Допускаемое давление для перемычки
МПа.
Проверяем условие прочности
0,94 МПа < 1,5 МПа.
Условие прочности выполняется. Перемычка не требует дополнительного укрепления.
Для штуцеров Ж и Б:
Расчетную длину внешней части штуцеров определяем по формуле (45)
мм; 
мм.
Расчетная ширина укрепляющего кольца
. (59)
Отношения допускаемых напряжений
=1.
Расчетная длина внутренней части штуцера
. (60)
Расчетные диаметры отверстий
Расчетные диаметры отверстий
60,9 мм, 
мм.
Расчетные диаметры укрепляемого элемента
2491 мм.
Расчет перемычки между люком и штуцером
Коэффициент понижения давления для перемычки
Допускаемое давление для перемычки
МПа.
Проверяем условие прочности
0,94 МПа < 1,4 МПа.
Условие прочности выполняется. Перемычка не требует дополнительного укрепления.
3.6 Расчет фланцевого соединения люка
3.6.1 Определение расчетных параметров
По расчетному давлению 0,94 МПа и расчетной температуре 220 °С для аппарата 1 группы принимаем плоский приварной фланец из стали 12Х18Н10Т с уплотнительной поверхностью типа шип-паз на условное давление 1,0 МПа [3].
Расчетная температура изолированного фланца [3]:
tф = t = 220 °С.
Расчетная температура болтов
tб= 0,97×t, (61)
tб = 0,97×220 = 213,4°C.
Допускаемое напряжение для материала болтов (Сталь 12Х18Н10Т) при расчетной температуре определяем по методическим указаниям [3]:
МПа.
Допускаемые напряжения для материала фланца в сечении S0:
в рабочих условиях
, (62)
где 
- минимальное значение
предела текучести и временного
сопротивления (предела прочности) материала фланца при
расчетной температуре,
МПа;
в условиях затяжки
, (63)
где 
- минимальное значение
предела текучести и временного
сопротивления (предела прочности) материала фланца при
температуре 20° С,
МПа.
Расчет фланцевого соединения для условий испытаний не производится,
так как выполняется условие (6)
1,37 <
1,35×
МПа.
3.6.2. Определение вспомогательных величин
Эффективная ширина прокладки
b0 = 
при 
£ 15 мм, (64)
где 
– исполнительная ширина
прокладки.
Во фланцевом соединении применяется прокладка из паронита исполнения 1 по стандарту [3]:
мм,
b0 = 12,5 мм.
Линейная податливость неметаллической прокладки, мм/Н
, (65)
где 
– толщина прокладки, мм [3];
– коэффициент обжатия
прокладки [3];
– условный модуль сжатия
прокладки, МПа [3];
- средний диаметр
прокладки, мм.
мм.
мм/Н.
Податливость болтов, мм/Н
, (66)
где 
– расчетная длина болта,
мм;
- модуль продольной
упругости материала болта при температуре
20 °С, МПа;
fб - площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резь-
бы, мм2;
n количество болтов;
– расстояние между
опорными поверхностями гайки и головки болта, мм;
d – наружный диаметр болта, мм.
МПа; d = 20 мм; n = 24; fб = 225 мм2;
мм;
мм.
1/Н×мм.
Эквивалентная толщина плоского приварного фланца
SЭ = S0 = 8 мм.
Угловая податливость фланца
,
где
; (67)
; (68)
; (69)
; (70)
. (71)
;
1/Н×мм.
Угловая податливость плоской крышки
, (72)
где
, (73)
где 
– толщина плоской крышки
соответственно в зоне уплотнения и на наружном диаметре, мм [7].
; (74)
;
;
1/Н×мм.
Плечи моментов сил, мм
, (75)
мм;
, (76)
мм.
Коэффициент жесткости фланцевого соединения с плоской крышкой
, (77)
где
. (78)
,
.
3.6.3 Расчет нагрузок
Равнодействующая внутреннего избыточного давления, Н
, (79)
Н.
Реакция прокладки в рабочих условиях, Н
, (80)
где m коэффициент, определяемый по пособию [3].
Н.
Нагрузка, возникающая от температурных деформаций фланцевого соединения, Н
, (81)
Qt=
, (81)
где
, (82)
– коэффициенты линейного
расширения материала фланца, крышки и болтов соответственно, 1/ °С [3].
17,2 × 10-6 1/ °С;
= 17,14 × 10-6 1/ °С.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа
Рб = max {Рб1; Рб2; Рб3}, (83)
где Рб1 болтовая нагрузка от совместного действия давления, осевой
сжимающей силы и изгибающего момента, Н;
Рб2 болтовая нагрузка, необходимая для начального смятия прокладки, Н;
Рб3 - болтовая нагрузка из условия обеспечения прочности болтов, Н.
Рб1
,
(84)
где F внешнее осевое усилие, Н;
М – внешний изгибающий момент, Н×мм.
Рб1 = 1,667 ×(2,236·105 + 0) + 5,08·104 = 4,248·105 Н.
Рб2
=
, (85)
Рб2 = 0,5×3,14×550,5×12,5×20 = 2,162·105 Н.
Рб3
= 
, (86)
Рб3 = 0,4 ×110 ×24 ×225 = 2,376·105 Н.
Рб = Рб1 = 4,248·105 Н.
3.6.4 Расчет болтов
Условие прочности болтов:
в условиях монтажа
, (87)
МПа < 110 МПа;
в рабочих условиях
, (88)
где
– (89)
приращение нагрузки на болты в рабочих условиях,
DРб = (1 – 1,667)×(2,236·105 + 0) +1080= – 1,503·105 Н.
МПА < 97 МПа.
3.6.5 Расчет прокладки
Условие прочности мягких прокладок
, (90)
где 
– допускаемое удельное
давление на прокладку, МПа [3].
МПа < 130 МПа.
3.6.6 Расчет фланца на прочность
Угол поворота фланца при затяжке соединения, рад.
, (91)
где 
– изгибающий момент от
болтовой нагрузки, Н×мм.
H×мм,
рад.
Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях, рад.
, (92)
где
. (93)
Н×мм,
рад.
Меридиональные напряжения в цилиндрической обечайке при затяжке фланцевого соединения для плоских приварных фланцев, МПа:
на наружной поверхности втулки
(94)
на внутренней поверхности втулки
(95)
где
. (96)
, (97)
МПа.
Приращение меридиональных напряжений в цилиндрической обечайке в рабочих условиях для плоских приварных фланцев, МПа:
на наружной поверхности обечайки
, (98)
на внутренней поверхности
, (99)
где
, (100)
МПа;
, (101)
МПа,
МПа,
МПа.
Окружные напряжения в цилиндрической обечайке при затяжке соединения для плоских приварных фланцев, МПа:
на наружной поверхности обечайки
, (102)
на внутренней поверхности
. (103)
МПа,
МПа.
Приращения окружных напряжений в цилиндрической обечайке в рабочих условиях для плоских приварных фланцев, МПа:
на наружной поверхности обечайки
, (104)
на внутренней поверхности
. (105)
МПа,
МПа.
Условие статической прочности фланца:
при затяжке соединения
, (106)
МПа,
в рабочих условиях
, (107)
442,4 МПа < 562,5 МПа.
Условия статической прочности фланцевого соединения выполняются.
3.6.8 Требования к жесткости фланцевого соединения
Условие жесткости (герметичности) фланцевого соединения
, (108)
где 
– допускаемый угол
поворота фланца, рад.
Для плоских
приварных фланцев в рабочих условиях 
= 0,013
рад.
Проверка условия жесткости:
< 0,013 (рад).
Условие жесткости выполняется.
3.6.9 Расчет крышки люка
Расчетная толщина плоской круглой крышки с дополнительным краевым моментом
, (109)
где 
- коэффициент ослабления
крышки отверстиями;
- безразмерный
коэффициент;
- расчетный диаметр
крышки, мм.
Расчетный
диаметр крышки 
равен среднему
диаметру прокладки:
мм.
Коэффициент
ослабления для крышек без отверстий 
Коэффициент 
определяется по формуле:
, (110)
где 
– безразмерный
коэффициент;
- диаметр болтовой
окружности, мм.
мм.
, (111)
где 
- реакция прокладки, Н;
- болтовая нагрузка, Н;
- равнодействующая
внутреннего давления, Н.
;
;
;
Расчетная толщина крышки по формуле (109)
мм.
Исполнительная толщина крышки
(112)
где С1 - прибавка на коррозию.
мм.
Толщина плоской крышки по стандарту [7] S1 = 26 мм.
Толщина плоской крышки в месте уплотнения, мм
, (113)
где
, (114)
В формуле (114) индекс «р» указывает на то, что величина относится к рабочему состоянию или условиям испытания, индекс «м» – к условиям монтажа.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях,
, (115)
Н,
Допускаемое напряжение материала крышки в рабочих условиях
МПа.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа
МПа.
Допускаемое напряжение материала крышки в условиях монтажа
МПа.
Коэффициент 
в формуле (93)
. (116)
Толщина крышки в месте уплотнения по формуле (113)
мм.
Окончательно толщина крышки в месте уплотнения принята согласно стандарта [7]
S2 = 23 мм.
Толщина плоской крышки на краю, мм
, (117)
мм.
Окончательно толщина крышки в месте уплотнения принята согласно стандарта [7] S3 = 17 мм.
Допускаемое давление для плоской крышки с дополнительным краевым моментом
, (118)
где С = С1 прибавка на коррозию, мм.
МПа.
0,94 МПа < 1,4 МПа.
Условие прочности выполняется.
3.7 Выбор опор
Аппарат установлен на 4 опорных лапах.
Усилие, действующее на опорную лапу при обеспечении равномерного распределения нагрузки между всеми опорными лапами, Н
, (119)
где G – вес аппарата в рабочих условиях, Н.
Масса аппарата в рабочих условиях с учетом изоляции [1]:
m= 12150 кг.
Вес аппарата
, (120)
где g ускорение свободного падения, м / с2.
G = 12150 × 9,81 = 1,192× 104 Н,
Н.
По пособию [4] принимаем сварные лапы с увеличенным вылетом для изоляции с допускаемой нагрузкой на опорную лапу 40000 Н.
Обозначение: Опорная лапа 3–40000 ГОСТ 26296–84.
Сварная опорная лапа с увеличенным вылетом для изоляции
= 270 мм; h = 525 мм;
= 300 мм; 
= 535 мм;
d = 35 мм; 
= 8 мм.
= 320 мм;
3.8 Выбор строповых устройств
Строповка аппарата осуществляется за две цапфы. Схема строповки приведена на чертеже общего вида аппарата.
Масса аппарата в условиях монтажа
кг.
Вес аппарата в условиях монтажа
, (121)
Н.
Усилие, действующее на одно строповое устройство
, (122)
где n – количество строповых устройств.
Н = 10,15 кН.
Принимаем цапфу грузоподъемностью 20 кН из стали марки Ст3сп5 для аппарата с радиусом кривизны R = 750 мм [4]:
Цапфа 3–1–20–750 Ст3сп5 ГОСТ 13716–73.
Выводы
Конструкция аппарата, его основных сборочных единиц и расчеты выполнены в соответствии с действующей в химическом машиностроении нормативно-технической документацией.
Расчеты аппарата на прочность, жесткость и устойчивость выполнены в полном объеме и подтверждают работоспособность разработанной конструкции аппарата.
