Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 22 из 74)

а допустимий зовнішній тиск за умови стійкості в границях пружності _Р_Е – за формулою (3.22)

20,8 10^6 D E 100S C_^2,5

РЕ  ny  B1 l  D  

 20,8102,^4⁶ 11,0,91190010⁵ 120010012008  2,8^2,5  0,129_МПа.

  

Допустимий зовнішній тиск, який визначається за умови стійкості обичайки між двома суміжними кільцями жорсткості, розраховуємо за формулою (3.20)

P^П  ^1,286  0,129МПа.

Р₂ 

2 2

РП  1 1,286 1 _ РЕ  0,129

Допустимий зовнішній тиск визначаємо за формулою (3.51) Р minP₁; P₂ min0,169; 0,129 0,129МПа.

Умова міцності

P 0,09P0,129МПа

виконується.

За таблицею Б.1 додатку Б визначаємо допустимі напружини для сталі марки Ст3сп5 при розрахунковій температурі стінки t  100°С, 149МПа і при температурі випробувань ^t_в  20°С, ^₂₀  154МПа.

Пробний тиск для апарата, який працює під вакуумом, визначаємо за формулою (3.5), приймаючи розрахунковий тиск рівним Р  0,1МПа Р_пр  1,25 P 20  1,250,1 154  0,13МПа.

 149

Загальна висота стовпа рідини в апараті дорівнює висоті циліндричної обичайки з урахуванням висоти двох еліптичних днищ

H_в  l_ц  2 H  h₁  h_шт  12390  2300  25  200 13440 мм.

Гідростатичний тиск води визначаємо за формулою (3.1), прийнявши густину води рівною _в  1000 кг/м³

Р_{г води}  _в  g ^H_в 10^6  10009,8113,4410^6  0,132МПа.

Р_{г води}  0,132  0,05 P_пр  0,05 0,13  0,0065 МПа.

Гідростатичний тиск води складає понад 5 % від пробного, тому розрахунковий тиск в умовах випробувань визначаємо з урахуванням гідростатичного тиску води за формулою (3.4)

Р_в  ^P_пр  ^P_{г води}  0,13 0,132  0,262 МПа.

Перевіряємо необхідність розрахунку на міцність в умовах випробувань

^

Р_в  0,262 1,35 Р_ ²⁰ _ 1,350,1_ ¹⁵⁴ _ 0,139.

 149

Розрахунковий тиск води в умовах випробувань більше розрахункового в робочих умовах, помноженого на 1,35₂₀

, тому розрахунок на міцність необхідно проводити як для робочих умов, так і для умов випробувань.

Виконуємо перевірний розрахунок на міцність для умов випробувань.

За таблицею Б.6 додатку Б визначаємо границю текучості матеріалу обичайки і кілець жорсткості при температурі 20 °С,

R_e²⁰  250МПа. Коефіцієнт запасу міцності при гідравлічних випробуваннях приймаємо за таблицею 3.1 рівним ⁿ_т  1,1 . Допустиму напружину в умовах випробувань визначаємо за формулою (3.9)

σв  σк  Rn^e20т  2501,1 _ 227МПа.

Допустимий тиск P₁ за умови міцності всієї обичайки розраховуємо за формулою (3.42)

Aк к к

Р1  2 в p DS CS2Cl1 

222718  2,8 22271



 1,83 МПа.

1200 8  2,8

Параметр _п визначаємо за формулою (3.44)

2 b² 1900² 578,5.

_п   

DS C 12008  2,8

Допустимий внутрішній надлишковий тиск за умови міцності обичайки між двома суміжними кільцями жорсткості визначаємо за фор-мулою (3.43)

P2  2 DтSSCC 12тn2n2 

p

22270,98 2,8 2578,5 1,76 МПа.

 

12008 2,8^ 1_

Допустимий внутрішній надлишковий тиск визначаємо за формулою (3.41)

P min 1,83; 1,76 1,76МПа.

Умова міцності

P  0,262 P 1,76 МПа

виконується.

3.2.8 Розрахунок циліндричних обичайок з кільцями жорсткості, що працюють під спільною дією навантажень кількох видів

Товщину стінки циліндричної обичайки, розміри поперечного перерізу кілець жорсткості та відстань між ними попередньо необхідно визначати за пунктами 3.2.6 і 3.2.7. Після цього проводять перевірний розрахунок за формулою (3.24). При цьому допустимий зовнішній тиск необхідно визначати за формулою (3.51).

Допустимі навантажини необхідно розраховувати за формулами (3.25, 3.31, 3.34) при розрахунковій довжині гладкої циліндричної обичайки l, яка дорівнює відстані між двома суміжними кільцями жорсткості b. При визначенні наведеної розрахункової довжини ^l_np за таблицею 3.9 замість довжини l необхідно приймати розрахункову довжину циліндричної обичайки, підкріпленої кільцями жорсткості, L .

Приклад 3.11

Розрахувати на міцність та стійкість циліндричну обичайку кор-

пуса колонного апарата з кільцями жорсткості, установленого на відкритому майданчику і працюючого під вакуумом, (рисунок 3.11). Залишковий тиск в апараті ^P_зал  0,01МПа . Внутрішній діаметр апарата D =1200 мм, розрахункова температура стінки обичайки t=100 °С. Висота апарата ^H_к  15000мм . Довжина циліндричної обичайки l_ц  12390 мм, товщина стінки обичайки S  8 мм, висота відбортовки еліптичного днища ^h₁  25мм. Матеріал корпуса – сталь марки Ст3сп5. Добавку для компенсації корозії та ерозії прийняти рівною С1  2мм.

Розміри поперечного перерізу кілець жорсткості та відстань між ними визначені в прикладі 3.10.

Для колонного апарата, установленого на відкритому майданчику, із співвідношенням ^H_к

D  10 необхідно враховувати вітрове навантаження.

Маса колонного апарата:

– в робочих умовах 7670 кг; – в умовах випробувань 20600 кг.

В результаті розрахунку колонного апарата на вітрове навантаження визначені згинальні моменти в місці приєднання опорної обичайки до корпуса (переріз Z-Z на рисунку 3.11), які складають:

– в робочих умовах 1,636·10⁸ Н·мм; – в умовах випробувань 1,646·10⁸ Н·мм.

У даному прикладі обичайка, крім зовнішнього тиску, навантажена осьовим стискальним зусиллям від власної ваги та згинальним моментом від дії вітрового навантаження.

Осьове стискальне зусилля приймаємо рівним вазі колони в робочих умовах

F  mg 76709,8175240Н ,

де m – маса апарата в робочих умовах, кг;

g – прискорення вільного падіння, м/с².

Модуль подовжньої пружності для сталі марки Ст3сп5 в робочих умовах (при температурі t  100 °С) знаходимо за таблицею 3.8, Е  1,9110⁵ МПа.