3 ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЁТЫ

Исходные данные для расчёта:

- давление рабочее (абсолютное) в аппарате, МПа

- температура рабочей среды,С

- материал конструкции

- допустимое напряжение, МПа

- диаметр, мм

- диаметр укрепляемого отверстия, мм

- скорость коррозии, мм/год

- срок службы, лет

3.1 Расчёт толщины стенки цилиндрической обечайки аппарата

Давление расчётное сепаратора (наружное):

Определение толщины стенки цилиндрической обечайки, работающей под наружным давлением

Толщину стенки цилиндрической обечайки определяем по формуле:

где - расчётная толщина стенки цилиндрической обечайки:

где - коэффициент, который определяем по номограмме

где - коэффициент запаса устойчивости в рабочих условиях:

- модуль упругости стали при

где - расчётная длина цилиндрической обечайки:

Зная , найдём :

- конструктивная прибавка, которая определяется по формуле:

где - прибавка для компенсации коррозии и эрозии;

- прибавка для компенсации минусового допуска;

- технологическая прибавка.

Толщина стенки цилиндрической обечайки сепаратора определяется по формуле:

Проверка области применения расчётных формул:

- условие выполняется.

Определение допускаемого давления в аппарате (наружного):

так как полученное значение коэффициента лежит ниже соответствующей штрихпунктирной линии

Условие выполняется так как

3.2 Расчёт толщины стенки эллиптического отбортованного днища, работающего под наружным давлением

Толщину стенки приближённо определяем по формуле:

где .

Радиус кривизны в вершине днища равен:

где - для эллиптических днищ с

Для предварительного расчёта принимают равным для эллиптических днищ.

Толщина стенки эллиптического отбортованного днища определяется по формуле:

Принимаем стандартную толщину стенки эллиптического днища:

Проверка области применения расчётных формул:

- условие выполняется.

Допускаемое наружное давление следует рассчитывать по формуле:

где допускаемое давление из условия прочности:

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

Допускаемое наружное давление:

Коэффициент следует определять в соответствии с или по формуле:

где

3.3 Укрепление отверстия в цилиндрической обечайке сепаратора, работающего под внутренним давлением

Определение расчётного диаметра укрепляемого отверстия:

где принимаем

Для цилиндрической обечайки тогда

Проверка на необходимость укрепления отверстия.

Так как то данное отверстие требует укрепления.

Укрепление отверстия внешним штуцером. Условие укрепления отверстия внешним штуцером выражается следующим неравенством:

где

принимаем (потому что материал стенки обечайки и штуцера одинаков).

Находим - расчётную толщину стенки штуцера:

Исполнительная толщина стенки штуцера:

Определяем - наибольший диаметр отверстия, которое не требует дополнительного укрепления:

Находим - расчётную ширину зоны укрепления цилиндрической обечайки в окружности отверстия:

Определяем - расчётную длину внешней части цилиндра:

где - внешняя длина цилиндра, которая выбирается конструктивно в зависимости от внутреннего диаметра штуцера.

Принимаем

Подставляем:

- условие не выполнилось.

Укрепление отверстия с помощью накладного кольца

Расчётная ширина накладного кольца:

где- расстояние от внешнего диаметра штуцера до ближайшего конструктивного элемента,

Принимаем

Подставляем:

- условие не выполнилось.

Тогда с шагом последовательно увеличиваем толщину накладного кольца соответственно с уравнением пока

Увеличивая до удаётся выполнить условие укрепления отверстия.

Подставляем:

- условие выполнено.

Таким образом, для укрепления отверстия диаметром на цилиндрической обечайке при расчётном давлении в аппарате необходимо применять внешний штуцер с толщиной стенки при его длине не менее и накладное кольцо толщиной при ширине его не меньше

3.4 Расчёт опоры

Масса аппарата толщина корпуса число опор конструктивная прибавка диаметр аппарата

Рассчитываем нагрузку на одну опору по формуле:

В соответствии с нагрузкой находим параметры опоры:

Данный выпарной аппарат установлен на цилиндрической опоре. Была выбрана стандартная цилиндрическая опора по ОСТ 26 - 467- 88, в зависимости от нагрузки и диаметра аппарата

Однако может создаться ситуация, когда необходимо данный аппарат установить на опору - лапу. Проверим прочность цилиндрической обечайки сепаратора под опорой - лапой с накладным кольцом.

Определяем момент относительно опорной поверхности лапы:

Определяем толщину стенки аппарата в конце срока службы:

где - дополнительная прибавка.

Нагрузка на одну опору определяется по уравнению:

где - коэффициенты, зависящие от числа опор.

Проверка прочности стенки аппарата под опорой - лапой без накладного кольца.

Определяем осевые напряжения от внутреннего давления и изгибающего момента по формуле:

Окружные усилия от внутреннего давления:

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок:

Определение максимального мембранного напряжения от основных нагрузок реакции опоры по формуле:

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры:

Условие прочности имеет вид:

- условие выполняется.

коэффициент принят исходя из эксплуатационных условий.

Таким образом, при необходимости установить данный выпарной аппарат на опору - лапу, необходимо выполнить накладной лист толщиной . Для данного аппарата была выбрана такая опора - лапа: опора 1 - 10000 ОСТ 26 - 665 - 89.

3.5 Расчёт фланцевого соединения

Толщина стенки аппарата ; внутреннее рабочее давление ; температура ; материал фланца 08Х18Н10Т; допускаемое напряжение ; модуль продольной упругости ; материал болтов сталь 35; модуль продольной упругости ; предел текучести материала фланца ; предел прочности ; предел текучести материалов болтов ; толщина стенки втулки ; конструктивная прибавка

Допускаемое напряжение для материала фланца в сечении:

- для рабочих условий:

;

- для условий испытания:

Допускаемое напряжение для материала болтов:

где

Расчёт геометрических параметров фланцевого соединения:

- длина цилиндрической втулки для фланца.

Диаметр болтовой окружности фланцев:

Наружный диаметр фланцев всех рассматриваемых типов:

где - конструктивная прибавка для размещения гаек по диаметру фланца.

Наружный диаметр прокладки:

где - конструктивный размер.

Наружный диаметр бурта:

Средний диаметр прокладки:

где - ширина прокладки.

Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:

где - рекомендуемый шаг расположения болтов.

Ориентировочная толщина фланца:

где - эквивалентная толщина втулки;

Расчёт коэффициента жёсткости фланцевого соединения

Определение безразмерных параметров фланца:

Определение угловой податливости фланца:

Угловая податливость плоской фланцевой крышки:

Угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом:

Плечи моментов:

Податливость прокладки:

Линейная податливость болтов для рассматриваемых фланцев:

- длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки;

- для болта;

- для шпильки.

Коэффициент жёсткости фланцевого соединения, нагруженного внутренним давлением и внешней осевой силой:

Коэффициент жёсткости фланцевого соединения, нагруженного внешним изгибающим моментом:

Расчёт нагрузок

Нагрузка, действующая на фланец от внутреннего избыточного давления:

Реакция прокладки в рабочих условиях:

где - эффективная ширина прокладки;

Нагрузка, возникающая от температурных деформаций:

Болтовая нагрузка в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

Приращение нагрузки в болтах в рабочих условиях:

Расчёт болтов

Условия прочности болтов:

Расчёт прокладок и фланца

Условия прочности прокладок проверяются для мягких прокладок:

Угол поворота фланца при затяжке:

Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях:

Меридиональные напряжения в обечайке на наружной и внутренней поверхности при затяжке:

Приращение меридиональных напряжений в обечайке:

Определение напряжений в обечайке при затяжках:

Приращение окружных напряжений в обечайке на наружных и внутренних поверхностях:

Условия прочности фланцев при расчёте статической прочности:

- при затяжке:

- в рабочих условиях:

Требования к жёсткости:

, что меньше чем ;

, что больше чем - условие жёсткости выполняется.