Расчёт узла врезки штуцера на прочность
Свойства материала элемента, несущего штуцер. Допускаемые нагрузки на штуцер (в системе координат аппарата). Минимальные размеры сварных швов. Расчет прочности и жесткости узлов врезки штуцеров, работающих под действием давления и внешних нагрузок.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.05.2013 |
| Размер файла | 587,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Расчёт узла врезки штуцера на прочность
Исходные данные приведены в таблицах 1,2 и 3
Таблица 1 - Исходные данные
|
Элемент |
Расчёт на прочность по МКЭ |
|
|
Тип элемента, несущего штуцер |
Обечайка цилиндрическая |
|
|
Тип штуцера |
Непроходящий без укрепления |
Таблица 2 - Исходные данные
|
Материал несущего элемента: |
12Х18Н10Т |
|
|
Толщина стенки несущего элемента, s: |
10 мм |
|
|
Сумма прибавок к стенке несущего элемента, c: |
2,18 мм |
|
|
Материал штуцера: |
12Х18Н10Т |
|
|
Внутренний диаметр штуцера, d: |
200 мм |
|
|
Толщина стенки штуцера, s1: |
8 мм |
|
|
Сумма прибавок к толщине стенки штуцера (включая коррозию), cs: |
2,18 мм |
|
|
Длина штуцера, l1: |
200 мм |
Таблица 3 - Исходные данные
|
Длина обечайки, L: |
3770 мм |
|
|
Внутренний диаметр обечайки, D: |
600 мм |
|
|
Смещение штуцера, Lш: |
320 мм |
|
|
Угол поворота штуцера, J: |
0 градус |
|
|
Минимальный размер сварного шва, D</SPAN:< p> |
10 мм |
Данные по продольному шву штуцера представлены в таблице 4, а по шву обечайки в зоне врезки штуцера снесены в таблицу 5.
Таблица 4 - Продольный шов штуцера
|
Тип шва |
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, автоматический |
|
|
Контроль 100% |
Да |
|
|
jl |
1 |
Таблица 5 - Шов обечайки в зоне врезки штуцера
|
Тип шва |
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, автоматический |
|
|
Контроль 100% |
Да |
|
|
js |
1 |
1.2 Расчёт в рабочих условиях
Условия нагружения:
|
Расчётная температура, T: |
20 |
oC |
|
|
Расчётное внутреннее избыточное давление, p: |
0,6 |
МПа |
Нагрузки на штуцер (в системе координат аппарата) представлены на рисунке 3.
2. Расчет на прочность по МКЭ
2.1 Допускаемые напряжения
Уровень разбивки - 1
Коэффициент запаса, учитывающий уровень разбивки: Km = 1,3
Свойства материала элемента, несущего штуцер
Номинальные допускаемые напряжения при температуре 20 oC:
[б] =1 / 1,3 * min{276 / 1.5; 540 / 2.6}=142 МПа
Допускаемые максимальные приведённые напряжения
[б]RV =1 / 1,3 * min{ (2.5 - 276 / 540) * 276; 2 * 276 } = 422 МПа
Модуль продольной упругости при температуре 20 oC
E= 2•105МПа
Конечно-элементная модель узла врезки штуцера
Рис. 1. Конечно-элементная модель узла врезки
2.2 Расчет напряжений от давления
Рисунок 2 - Мембранные напряжения от давления, Мпа
Заключение:
Для обечайки 40,7 МПа ? 184 МПа.
Для штуцера 29,1 МПа ? 184 МПа.
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
2.3 Расчет напряжений от совместного действия сил и давления
Рисунок 3 - Мембранные напряжения от совместного действия сил и давления, МПа.
Заключение:
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
Для штуцера 29,1 МПа ? 212 МПа.
Для обечайки 40,7 МПа ? 212 МПа.
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
Рисунок 4 - Общие (мембранные и изгибные) напряжения на внешней поверхности, Мпа.
Заключение:
Для обечайки 46 МПа ? 422 МПа.
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
Для штуцера 24,7 МПа ? 422 МПа.
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
Рисунок 5 - Общие (мембранные и изгибные) напряжения на внутренней поверхности, МПа.
Заключение:
Для обечайки 47,7 МПа ? 422 МПа.
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
Для штуцера 44,2 МПа ? 422 МПа.
Условие прочности ВЫПОЛНЕНО.
Общее заключение:
Условие прочности Работоспособность обеспечена.
2.4 Допускаемые нагрузки на штуцер (в системе координат аппарата)
Таблица 6 - Допускаемые индивидуальные нагрузки на штуцер при отсутствии действия остальных, включая давление
|
, кГс |
, кГс |
, кГс |
, кГс см |
, кГс см |
, кГс см |
, МПа |
|
|
4,15•103 |
1,53•104 |
9,11•103 |
1,74•105 |
3,64•105 |
7,7•104 |
2,71 |
Таблица 7 - Допускаемые нагрузки на штуцер при расчетном давлении*
|
, кГс |
, кГс |
, кГс |
, кГс см |
, кГс см |
, кГс см |
, МПа |
|
|
839 |
3,09•103 |
1,84•103 |
3,51•104 |
7,35•104 |
1,56•104 |
0,6 |
* При превышении одного или нескольких компонентов необходим дополнительный расчёт на прочность
Таблица 8 - Жёсткость врезки
|
Линейная, кГс/мм |
Угловая, кГс см/гр |
|||||
|
4,42•103 |
1,98•104 |
7,95•103 |
6,61•105 |
2,58•106 |
2,44•105 |
Таблица 9 - Податливость врезки
|
Линейная, мм/кГс |
Угловая, гр/кГс см |
|||||
|
0,226•10-3 |
0,504•10-4 |
0,126•10-3 |
0,151•10-5 |
0,387•10-6 |
0,41•10-5 |
3. Расчёт несущего элемента по ГОСТ 14249-89
Исходные данные представлены в таблице 10.
Таблица 10 - Исходные данные
|
Материал: |
12Х18Н10Т |
|
|
Внутр. диаметр, D: |
600 мм |
|
|
Толщина стенки, s: |
10 мм |
|
|
Сумма прибавок к расчётной толщине стенки, c: |
2,18 мм |
|
|
Длина обечайки, L: |
3770 мм |
Данные по продольному шву представлены в таблице 11, а по окружному шву в таблице 12.
Коэффициенты прочности сварных швов:
Таблица 11 - Продольный шов
|
Тип шва |
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, автоматический |
|
|
Контроль 100% |
Да |
|
|
1 |
Таблица 12 - Окружной шов:
|
Тип шва |
Стыковой или тавровый с двусторонним сплошным проваром, автоматический |
|
|
Контроль 100% |
Да |
|
|
1 |
Расчёт в рабочих условиях
Условия нагружения представлены в таблице 13:
Таблица 13 - Условия нагружения
|
Расчётная температура, T: |
20 oC |
|
|
Расчётное внутреннее избыточное давление, p: |
0,6 МПа |
|
|
Расчётный изгибающий момент, M: |
0 кГс см |
|
|
Расчётное поперечное усилие, Q: |
0 кГс |
|
|
Расчётное осевое растягивающее усилие, F: |
0 кГс |
Результаты расчёта:
Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 20 oC (рабочие условия):
[б]20 = 184 МПа
Модуль продольной упругости при температуре 20 oC:
E 20 = 2•105 МПа
штуцер узел врезка шов
4. Расчёт на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249-89
Гладкая обечайка, нагруженная внутренним избыточным давлением (п. 2.3.1.).
Расчётная толщина стенки с учётом прибавок:
= (0,6 * 600)/(2 * 184 * 1 - 0,6) + 2,18 =3,1599 мм
Допускаемое давление:
= 2 * 184 * 1 * (10 - 2,18) / (600 + 10 - 2,18) = 4,73 МПа
4,73 МПа >= 0,6 МПа
Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:
= 2 * ((10 - 2,18) / 0,98 - 0.8) * (600 * (10 - 2,18))1/2 = 984 мм
Минимальное расстояние между “одиночными” штуцерами:
= 2 * (600 * (10 - 2,18))1/2 = 137 мм
5. Расчёт укрепления отверстия по ГОСТ 24755-89
Допускаемые напряжения
Свойства материала элемента, несущего штуцер
Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 20 oC (рабочие условия):
[б]20 = 184 МПа
Свойства материала штуцера
Допускаемые напряжения для материала 12Х18Н10Т при температуре 20 oC (рабочие условия):
[б]201 = 184 МПа
Расчётная толщина стенки обечайки:
= 0,6 * 600 / (2 * 184 * 1 - 0,6) = 0,98 мм
Условный расчётный диаметр отверстия:
=200 = 200 мм
Расчётный диаметр отверстия (ось штуцера совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия):
=200 + 2 * 2,18 = 204 мм
Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:
= 2 * ((10 - 2,18) / 0,98 - 0.8) * (600 * (10 - 2,18))1/2 = 984 мм
dp < d0: Условие прочности выполнено
Расчетная длина внешней части штуцера:
= min{ 200; 1.25 * ((200 + 2 * 2,18) * (8 - 2,18))1/2} = 43,1 мм
Отношения допускаемых напряжений (п. 2.6)
Для внешней части штуцера:
=min{1.0, 184 / 184} = 1
Ширина зоны укрепления:
= (600 * (10 - 2,18))1/2 = 68,5 мм
Расчетная ширина зоны укрепления:
= 68,5 мм
Расчетный диаметр:
= 0.4 * (600 * (10 - 2,18))1/2 = 27,4 мм
= min{1; [1 + (43,1 * (8 - 2,18) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (0 - 2 * 2,18) * 1) / (68,5 * (10 - 2,18))] / [1 + 0.5 * (204 - 27,4) / 68,5 + 1 * (200 + 2*2,18) / 600 * 1 / 1 * 43,1 / 68,5] = 0,586}
= 0,586
=2 * 1 * (10 - 2,18) * 1 * 184 * 0,586 / [600 + (10 - 2,18) * 0,586] = 2,79 МПа
Допускаемое давление [p] = 2,79 МПа >= 0,6 МПа
Заключение: Условие прочности и устойчивости выполнено
Площадь, необходимая для укрепления отверстия:
= 0.5 * (204 - 27,4) * 0,98 = 0,867 кв. см
Расчётная толщина стенки штуцера:
= 0,6 * (200 + 2 * 2,18) / (2 * 184 * 1 - 0,6) = 0,334 мм
Располагаемая площадь укрепления отверстия:
= 43,1 * (8 - 0,334 - 2,18) * 1 + 0 * 0 * 0 + 0 * (0 - 2,18 - 0) * 1 + 68,5 * (10 -0,98 - 2,18) = 7,05 кв. см
Ar = 0,867 кв. см <= 7,05 кв. см
Минимальные размеры сварных швов должны удовлетворять условию:
= 2.1 * (43,1 * 0,334) / (200 + 2 * 0,334) = 0,151 мм <= 10 мм
Заключение: Условие прочности выполнено
Список литературы
1. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. - Справочник. - Л.: Машиностроение, 1981.- 385с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Представление принципиальной схемы вакуум-выпарной установки, ее технологические характеристики. Расчет вспомогательного оборудования, барометрического конденсатора, теплообменного аппарата, штуцеров. Проверка на прочность и устойчивость аппаратов.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.01.2011Анализ данных и расчёт расхода влаги, удаляемой из высушиваемого материала. Определение параметров отработанного воздуха. Расчет высоты псевдоожиженного слоя, штуцеров и гидравлического сопротивления сушилки. Описание технологического процесса фосфорита.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 17.01.2013Расчет на прочность и устойчивость цилиндрических обечаек, днища и крышки, элементов рубашки, крышки отъемные и фланцевые соединения. Выбор штуцеров. Выбор и расчет комплектующих элементов привода. Проектирование и расчет перемешивающего устройства.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 13.03.2011Расчет основных размеров кранового моста. Определение нагрузок на конструкцию. Аналитический расчет ездовой балки. Расчет фермы жесткости. Действие инерционных нагрузок и нагрузки перекоса. Проверка напряжений, расчет сварных швов и концевой балки.
курсовая работа [490,1 K], добавлен 19.11.2012Проектирование теплообменного аппарата: расчет диаметров штуцеров, выбор конструктивных материалов для изготовления устройства и крепежных элементов, определение величины различных участков трубопроводов, подбор насоса, оценка напора при перекачке молока.
курсовая работа [471,5 K], добавлен 16.07.2011Определение нагрузки и расчетных усилий, воспринимаемых балками настила до и после реконструкции здания. Подбор сечения балки настила. Усиление балки увеличением сечения. Расчет поясных швов и опорного узла. Проверка прочности и жесткости усиленной балки.
контрольная работа [49,2 K], добавлен 20.01.2015Анализ технологичности конструкции детали "Штуцер проходной", ее назначение. Выбор метода получения заготовки. Характеристика маршрута технологического процесса обработки детали. Расчет режимов резания и машинного времени. Режущий, мерительный инструмент.
курсовая работа [765,1 K], добавлен 08.01.2012Способы совершенствования сварочного производства применительно к сварной конструкции штуцера 20-150. Анализ конструкции изделия на технологичность. Обоснование выбора материала. Анализ характера конструкции изделия и выбор неразъемных соединений.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 15.07.2015Выбор конструкционных материалов. Расчёт корпуса, крышки и днища на прочность. Определение удельной тепловой нагрузки. Расчёт массы пустого и заполненного аппарата, напряжений от внутреннего давления, затвора и суммарных осевых податливостей днища.
курсовая работа [277,1 K], добавлен 03.11.2013Подбор и расчёт корпусных элементов аппарата и рубашки, штуцеров и люка. Выбор, проверка прочности и жесткости фланцевых соединений. Расчёт вала и элементов мешалки. Подбор опор, построение эпюр напряжений и деформаций для корпусных элементов аппарата.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 06.03.2013
