Розрахунки основних елементів апарата

Використовуючи визначені раніше розміри апарата, а також розрахункові величини і коефіцієнти, послідовно виконують розрахунки товщини стінок апарата під дією внутрішнього та зовнішнього тиску, якщо останній має місце на ділянці апарата, що розраховується.

Розрахунки проводять у такій послідовності: розрахунок товщини стінки циліндричної обичайки апарата під внутрішнім і зовнішнім тисками. Визначають розрахункові величини, додають прибавку на корозію “С” і потім округлюють отримане значення до найближчого більшого цілого за стандартом (ГОСТ 19903-74 “Прокат листовой горячекатаный. Сортамент.”). Слід звернути увагу на те, що для вальцьованих обичайок, виготовлених із стального прокату з товщиною стінки S в межах від 6 до 42 мм, слід приймати товщину тільки парних розмірів (6, 8, 10, … 20, …42). Після цього необхідно зробити перевірку прийнятої товщини стінки на припустимий тиск (зовнішній) [P] і тільки після того, коли буде встановлено, що припустимий тиск, який зможе витримати прийнята товщина стінки S є більшим за зовнішній тиск, можна зробити висновок про остаточне прийняття товщини стінки S. Якщо припустимий тиск [P] буде меншим за зовнішній у цьому разі необхідно додати до прийнятого S ще 2 міліметри і знову перевірити на припустимий тиск. Остаточно товщина стінки може бути встановлена тільки за умови:

 

.

 

За аналогією розраховують товщину днища апарата, кришку. Обичайку та днище сорочки, розраховують під дією тільки внутрішнього тиску.

Розрахунки товщини стінки циліндричної обичайки

У відповідності з ГОСТ 14249-89 розрахунок товщини гладкої циліндричної обичайки, навантаженої внутрішнім надлишковим тиском, виконують за формулами:

, (4.1)

(4.2)

 

де – розрахунковий тиск в апараті, МПа;

D – внутрішній діаметр апарата, м;

[σ] – припустиме напруження у стінці апарата для заданого матеріалу при відповідній температурі стінки t_ст ˚С, МПа;

φ – коефіцієнт міцності зварюваного шва;

с – додаток на корозію, м, с=0,002 м.

Формули (4.1) і (4.2) можуть бути використані за умовами:

для діаметрів обичайок, труб більших за 0,2 м

 

;

 

для труб діаметром меншим 0,2 м

 

.

Розрахунок обичайки апарата, навантаженої зовнішнім тиском

Приблизно визначають товщину стінки за формулами:

, (4.3)

 

де К₂=ƒ(К₁ і К₃) – коефіцієнт визначають за номограмою (рис. 4.1) у залежності від значень К₁ і К₃;

Рис. 4.1. Номограма для визначення товщини циліндричних сталевих обичайок, навантажених зовнішнім тиском

 

, (4.4)

 

де n_y – коефіцієнт запасу стійкості, за нижніми критичними напруженнями, в межах пружності. При розрахунках елементів оболонок приймають n_y=2,4 для робочих умов;

– зовнішній тиск (тиск у сорочці), МПа;

 

, (4.5)

 

де l – довжина циліндричної обичайки апарата, м (див. розділ 4.2 п.7).

Потім розраховують за другою формулою і приймають більше з двох розрахованих. Виконавчу товщину стінки розраховують за формулою

 

. (4.6)

 

Далі цю величину округлюють до ближчої більшої за ГОСТ 19903-74, як вказано вище (див. розділ 4.4).

Прийняте значення товщини стінки S необхідно перевірити на припустимий зовнішній тиск за формулою

 

, (4.7)

 

де [P]_p – припустимий тиск, за умовами міцності;

 

, (4.8)

 

[P]_E – припустимий тиск за умовами стійкості в межах пружності, визначають за формулою

 

, (4.9)

 

де В₁ – коефіцієнт, обирають менший із значень:

. (4.10)

 

Після розрахунку [P] слід перевірити умови працездатності . Якщо умови не виконуються, слід до прийнятої величини S додати 2 мм, і знову перевірити умови працездатності.

Остаточно прийняти товщину обичайки S, яка задовольняє умовам .

Розрахунки днищ і кришок

Розрахунок днищ і кришок виконують за ГОСТ 14249-89. Днища і кришки еліпсоїдні та сферичні відбортовані (рис.7.1. а і б) [1]. Формули розрахунків можуть бути застосовані за умов, якщо:

 

.

 

4.4.3.1. Розрахунок еліпсоїдних та напівсферичних кришок і днищ, навантажених внутрішнім тиском, виконують за формулами:

 

, (4.11)

 

де R – великий радіус кришки (днища);

 

, (4.12)

 

R=D – для еліпсоїдних днищ з ;

R=0,5∙D – для напівсферичних днищ з .

Виконавча товщина стінки кришки (днища):

 

. (4.13)

 

У відповідності з ГОСТ 19903-74 приймають виконавчу товщину стінки .

Формулою (4.11) передбачено розрахунок товщини стінки суцільної еліпсоїдної оболонки без наявності отворів. У реальному апараті для здійснення технологічних процесів у кришці роблять 6 і більше технологічних отворів під штуцери різного призначення та для проходу вала перемішуючого пристрою.

Наявність цих отворів не враховується цією формулою, тому конструктору (виконавцю курсового проекту) надається право, враховуючи діаметр апарата, ступінь його ослаблення кількістю отворів та додаткове навантаження масою приводу, конструктивно підсилити міцність кришки шляхом збільшення товщини стінки на 2-4 мм.

Таким чином, після завершення розрахунку кришки під внутрішнім тиском і отримання значення S_K слід зробити висновок, наприклад:

Враховуючи послаблення міцності кришки за рахунок отворів, а також додаткове навантаження на кришку збоку приводу, конструктивно приймаємо товщину кришки мм.

Остаточно S_кр=……..