Механический расчет колонного аппарата

Размещено на http://www.allbest.ru/

Механический расчет колонного аппарата



1. Данные механического расчета

1. Диаметр аппарата D = 2000 мм

2. Материал корпуса - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-86

3. Рабочее давление p = 1,8 МПа

4. Рабочая температура в аппарате t_ап = 90 ^?С

5. Число тарелок - 42 тарелки

6. Тип тарелок - решетчатые

7.Высота аппарата - 34 м

8. Масса одной тарелки - 182 кг

9. Рабочая среда - H2O (вода)

10. Плотность стали - 7900 кг/м3



2. Расчет на прочность конструктивных элементов колонны

2.1 Расчет корпуса колонны на прочность

Исполнительная толщина обечайки определяется по формуле

где р - расчетное давление, МПа;

D - внутренний диаметр, мм;

с - общая прибавка на коррозию, мм;

[у] - допускаемое напряжение, МПа.

ц - коэффициент прочности сварного шва.

В рассматриваемом случае имеем:

D = 2000 мм

Гидростатическое давление в колонне составляет

p_г.ст = с · g · H = 1000 · 9,8 · 34 = 0,33 Мпа

Расчетное давление для колонных аппаратов принимают с учетом рабочего и гидростатического давления, т.е.

p = pраб. + p_г.ст = 1,8 + 0, 33 = 2,13 МПа

Допускаемое напряжение определяется по формуле

где з = 1,0 - поправочный коэффициент;

у^* - нормативное допускаемое напряжение.

Для стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-86 при t_ап = 90 ^?С имеем: у^* = 154 МПа

Коэффициент прочности сварного шва зависит от типа сварки. Принимая автоматическую сварку имеем:

Общая прибавка на коррозию определяется по формуле

где с₁ - прибавка на коррозию;

с₂ = 0,4 ч 0,8 мм - прибавка на минусовой допуск листа;

с₃ - конструктивная прибавка.

Прибавка на коррозию зависит от срока эксплуатации аппарата х и скорости коррозии ф, т.е.

Обычно х = 10 ч 15 лет, а ф = 0,1 ч 0,2 мм/год, следовательно, принимая х = 10 лет и ф = 0,1 мм/год имеем:

с₁ = 10 Ч 0,1 = 1 мм

Прибавку на минусовой допуск листа принимаем с₂ = 0,8 мм.

Окончательно имеем:

s = +с₃= 0.014 м

Вывод: из условия прочности, по стандарту толщину стенки корпуса принимаем s = 16 мм, s' = 14 мм.

2.2 Определение допускаемого давления при принятой толщине стенки

p = = 2.17 Мпа

Вывод: колонна способна выдержать рабочее давление.

2.3 Расчет днища и крышки корпуса на прочность

Материал днища и крышки выбираем такой же, как и материал корпуса, т.е. сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-86

Толщина стенки эллиптического днища (крышки), нагруженного внутренним давлением определяется по формуле

где R - радиус кривизны в вершине днища (для стандартных днищ R = D)

В рассматриваемом случае имеем:

р = 2.13 МПа

[у] = 154 МПа

R = D = 2000 мм

c = 1.8 + с₃

При D > 1600 мм заготовка днища выполняется сварной, следовательно, принимая сварку автоматическую имеем ц = 1

Окончательно имеем:

s = = 14 мм

Вывод: из условия прочности, толщину стенки крышки и днища принимаем s = 16 мм

2.4 Подбор днища корпуса

По ГОСТ 6533-78 подбираем эллиптическое днище (крышку), у которого

D = 2000 мм

s = 16 мм

h_отб = 50 мм

h_в = 500 мм

F = 4.6 м²

V = 1175 Ч 10^-3 м³

D_з = 2919 мм

m = 610 кг

Днище 2000 Ч 16 - 50 - 12Х18Н10Т ГОСТ 6533-78

Рисунок 1 Эскиз днища

Днище (крышку) колонны принимаем эллиптическое, следовательно, высота днища (крышки) определяется

2.5 Определение высоты

где h_отб - высота отбортованной части днища (крышки)

По ГОСТ 6533-78 принимаем h_отб = 50 мм, следовательно

Н_дн = Н_кр = 0,25 Ч 2000 + 50 = 650 мм = 0,55 м

Высоту верхнего штуцера принимаем h_шт = 200 мм = 0,2 м



3. Определение весовых характеристик колонны

3.1 Определение массы корпуса колонны

где Q_кр - масса крышки, кг

Q_дн - масса днища, кг

Q_ц - масса обечайки корпуса, кг

Q_н - масса неучтенных узлов и деталей (принимаем 10 % от массы перечисленных узлов и деталей), кг.

В рассматриваемом случае имеем:

Q_кр = Q_дн = m = 610 кг

Масса обечайки корпуса определяется по формуле

где с = 7900 кг/м³ - плотность стали.

V_заг = р Ч D_ср Ч s Ч (H - H_оп - H_кр - H_ц )

- объем заготовки обечайки корпуса, м³

D_ср = D + s - средний диаметр обечайки корпуса, м

D_ср = D + s = 2000 + 16 = 2016 мм = 2,016 м

Vзаг=3.14Ч2.016Ч0.016Ч(34-3-0.55-0.2)=3.06

7900 Ч 3.06 = 24174 кг

Масса неучтенных узлов и деталей определяем по формуле

Q_н=0.1Ч(610+ 610 + 24174) = 2539.4

Принимаем Q_н = 2540 кг

Окончательно имеем:

Q_к = 610 + 610 + 24174 + 2540 = 27934 кг

Определение массы тарелок

где q_т - масса одной тарелки, кг

n = 42 - число тарелок (см. п.1)

Q_т = 182 Ч 42 = 7644 кг

Принимаем Q_т = 7644 кг

Определение массы опоры

где Q_оп.об - масса опорной обечайки, кг

Q_оп.к - масса опорного кольца, кг

Масса опорного кольца определяется по формуле

где с = 7900 кг/м³ - плотность стали

D - диаметр аппарата, м

s₁ - толщина опорной обечайки, м

H_оп - высота опоры, м

В рассматриваемом случае имеем:

D = 2000 мм = 2 м

H_оп = 3 м

Принимаем толщину опорной обечайки s₁ = 16 мм = 0,016 м

Q_ц= 7900 Ч 3.14 Ч (2 + 0.016) Ч 0.016 Ч 3 = 2400.42

Масса опорного кольца определяется по формуле

где s₂ - толщина опорного кольца, м

D₃ - наружный диаметр опорного кольца, м

D₁ - внутренний диаметр опорного кольца, м

с = 7900 кг/м³ - плотность стали

По ОСТ 26-467-78 при D = 2000 мм и s₁ = 16 мм имеем:

s₂ = 30 мм = 0,03 м

D₃ = 2300 мм = 2,3м

D₁ = 1900 мм = 1,9 м

Q_опк = 7900 Ч Ч (2.3² - 1.9²) Ч 0.03 = 312.5 кг

Окончательно имеем

Q_оп = 2400.4 + 312.5 = 2712.9 кг

Принимаем Q_оп = 2713 кг

Определение массы изоляции

где Q_из.к - масса изоляции корпуса, кг

Q_из.дн - масса изоляции днища (крышки), кг

Масса изоляции днища (крышки) определяется по формуле

где с_из - плотность изоляции, кг/м³

F_дн - площадь днища, м²

s_из - толщина изоляции, м

В рассматриваемом случае имеем:

F_дн = 4.6 м²

Принимаем s_из = 90 мм = 0,09 м

с_из = 300 кг/м³

Q_из.дн = 4.6 Ч 0.09 Ч 300 = 124.2 кг

Масса изоляции корпуса определяется по формуле

где D_н = D + 2 Ч s - наружный диаметр колонны, м

D_н.из = D_н + 2 Ч s_из - наружный диаметр колонны с учетом изоляции, м

В рассматриваемом случае

D = 2000 мм

s = 16 мм

D_н = 2000 +2 Ч 16 = 2032мм = 2.032 м

D_н.из = 2032 + 2 Ч 90 = 2212 мм = 2.212 м

Q_из.к = 300 Ч Ч (2.212² - 2.032² ) Ч (34 - 3 - 0.55 - 0.2) = 5442.07 кг

Окончательно имеем

Q_из = 5442.07 + 2 Ч 124.2 = 5690.6 кг

Принимаем Q_из = 5691 кг

3.2 Определение числа обслуживающих площадок

Число площадок определяем конструктивно (начиная с высоты 8,5 м), т.е. колонна имеет 4 обслуживающих площадок, расположенных на высоте 8,5 м; 17 м; 25.5 м; 34 м.

3.3 Определение массы обслуживающих площадок

где q_пл - вес площадки, кг

n = 4 - число площадок (см. п.2.2)

Принимаем q_пл = 600 кг

Q_пл = 600 Ч 4 = 2400 кг

Определение массы воды при гидроиспытании

где V_дн - объем днища, м³ (V = 1175 Ч 10^-3 м³)

с_в = 1000 кг/м³ - плотность воды

Q_в = 1000 Ч = 97335 кг

3.4 Определение максимальной массы аппарата

Масса корпуса колонны, кг Масса тарелок, кг Масса опоры, кг Масса изоляции, кг Масса обслуживающих площадок, кг Масса воды при гидроиспытании, кг	27934 7644 2713 5691 2400 97335
Итого Qmax, кг	143717

Окончательно Q_max = 143717 кг ? 1,44 Ч 10⁶ Н

Определение минимальной массы аппарата

Масса корпуса колонны, кг Масса опоры, кг Масса изоляции, кг Масса обслуживающих площадок, кг	27934 2713 5691 2400
Итого Qmin, кг	38738

Окончательно Q_min = 38738 кг ? 0,39 Ч 10⁶ Н

4. Расчет геометрических характеристик опасных сечений

4.1 Сечение I-I

4.1.1 Площадь сечения

где D_ср = D + s₁ - средний диаметр сечения (опоры), м

D - диаметр аппарата, м

s₁ - толщина опорной обечайки, м

с - прибавка на коррозию, м

В рассматриваемом случае:

D = 2000 мм = 2 м

s₁ = 16 мм = 0,016 м

с = 1,8 мм = 0,0018 м

D_ср = 2000 + 16 = 2016 мм = 2,016 м

F_I-I = 3,14 Ч 2,016 Ч (0,016-0,0018) = 0.089 м ²

4.1.2 Момент сопротивления сечения

W_I-I = Ч 2,016² Ч (0,016 - 0,0018) = 0,045 м³



4.1.3 Момент инерции сечения

J_I-I = Ч 2,016³ Ч (0,016 - 0,0018) = 0,046 м⁴

4.2 Сечение II-II

4.2.1 Площадь сечения

где D_ср = D + s₁ - средний диаметр сечения (колонны), м

D - диаметр аппарата, м

s - толщина стенки корпуса, м

с - прибавка на коррозию, м

В рассматриваемом случае:

D = 2000 мм = 2 м

s = 16 мм = 0,016 м

с = 1,8 мм = 0,0018 м

D_ср = 2000 + 16 = 2016 мм = 2,016 м

F_II-II = 3,14 Ч 2,016 Ч (0,016 - 0,0018) = 0.089 м ²

4.2.2 Момент сопротивления сечения

W_II-II = Ч 2,016² Ч (0,016 - 0,0018) = 0,045 м³



4.2.3 Момент инерции сечения

J _{II - II} = Ч 2,016³ Ч (0,016 - 0,0018) = 0,046 м⁴



5. Определение коэффициента скоростного напора ветра

5.1 Определение периода собственных колебаний

где Q_max - максимальный вес аппарата, Н;

g = 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести

Н - высота аппарата, м;

Е - модуль упругости материала корпуса аппарата, Н/м²;

J - момент инерции сечения, м⁴;

ц_o = 1/(с_ц Ч J_ц ) - угол поворота опорного сечения;

с_ц = 100 Ч 10⁶ H/м³ - коэффициент упругого сжатия грунта;

J_ц = 0,065 Ч D_в⁴ - экваториальный момент инерции площади фундамента, м⁴;

D_в - внешний диаметр кольца опоры, см.

В рассматриваемом случае имеем:

D_в = D₃ = 2300 мм = 2,3 м

J = J_I-I = 0,046 м⁴

Q_max ? 1,44 Ч 10⁶ Н

Н = 34

J_ц = 0,065 Ч 2,3⁴ = 1,82 м⁴

= 0,549 Ч 10^-8

Для стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-86 при t = 90 ^?С модуль упругости материала Е = 2 Ч 10¹¹ Н/м²

Т= 1,79 Ч 34 Ч = 3,73 с

5.2 Определение коэффициента динамичности ветрового напора

При Т = 3,73 с коэффициент динамического ветрового напора о = 1,6

5.3 Определение коэффициента пульсации ветрового напора

При высоте колонны Н = 34 м коэффициент пульсации ветрового напора m = 0,33

5.4 Определение коэффициента увеличения скоростного напора ветра

1 + 1,6 Ч 0,33 = 1,528



6. Построение эпюры скоростного напора ветра

6.1 Определение равнодействующей силы ветрового напора на отдельных участках колонны

где в - коэффициент увеличения скоростного напора ветра за счет динамического воздействия, вызванного порывами ветра;

с - аэродинамический коэффициент обтекания (для круглых аппаратов с = 0,6);

q - значение ветрового напора на высоте, соответствующей середине расчетного участка, Н/м²;

D - наружный диаметр колонны с учетом тепловой изоляции, м;

Н - высота расчетного участка, м.

В рассматриваемом случае имеем:

в = 1,528

D = D_н.из = 2212 мм = 2,212 м

Колонну разбиваем на 3 расчетных участка, т.е. Н₁ = 10 м; Н₂ = 10 м; Н₃ = 14 м

Значение ветрового напора на высоте, соответствующей середине расчетного участка при II географическом районе:

q₁ = 350 Н/м² ; q₂ = 470 Н/м² ; q₃ = 550 Н/м²

Окончательно имеем:

1,528 Ч 0,6 Ч 350 Ч 2,212 Ч 10 = 7097,9 Н

1,528 Ч 470 Ч 0,6 Ч 2,212 Ч 10 =9531,42 Н

1,528 Ч 0,6 Ч 550 Ч 2,212 Ч 14 = 15615,3 Н

Определение равнодействующей скоростного напора ветра на обслуживающую площадку

где F - площадь вертикальной проекции металлоконструкции, м²;

c' - приведенный коэффициент обтекания.

Приведенный коэффициент обтекания определяется по формуле:

где с = 1,4 - коэффициент обтекания решетчатых ферм;

ц = 0,3 ч 0,35 - коэффициент заполнения фермы металлоконструкциями.

В рассматриваемом случае принимаем ц = 0,3, следовательно

Площадь вертикальной проекции металлоконструкции определяется по формуле

где D_пл - наружный диаметр площадки, м

Н_пл - высота площадки, м

Принимаем Н_пл = 1000 мм = 1,0 м

Наружный диаметр площадки определяется по формуле

где D_н.из - наружный диаметр колонны с учетом тепловой изоляции, м

b_пл - ширина площадки, м

В рассматриваем случае

D_н.из = 2212 мм = 2,212 м

Принимаем b_пл = 1000 мм = 1,0 м

D_пл. = 2,212 + 2 Ч 1,0 =3,212 м

F = D_пл Ч H_пл = 3,212 Ч 1,0 = 3,312 м²

Колонна имеет 4 обслуживающих площадок расположенных на высоте 8,5 м; 17 м; 25,5 м; 34 м, значит значение ветрового напора на высоте, соответствующей середине обслуживающей площадки при II географическом районе составит: q₁ = 350 Н/м²; q₂ = 470 Н/м²; q₃ = 470 Н/м²; q₄ = 550 Н/м²; q₅ = 550 Н/м² [2, с.150].

Окончательно имеем:

P'₁ = в Ч с' Ч q₁ Ч F = 1,528 Ч 0.42 Ч 350 Ч 3,312 =743,93 Н

P'₂ = в Ч с' Ч q₂ Ч F = 1,528 Ч 0.42 Ч 470 Ч 3,312 = 998,9 Н

P'₃ = в Ч с' Ч q₃ Ч F = 1,528 Ч 0.42 Ч 470 Ч 3,312 = 998,9 Н

P'₄ = в Ч с' Ч q₄ Ч F = 1,528 Ч 0.42 Ч 550 Ч 3,312 = 1169,03 Н



Рисунок 2 Эпюры скоростного напора ветра

6.2 Определение изгибающих моментов в опасных сечениях

Определение изгибающего момента в сечении I-I

где h_n, h'_n - расстояния от расчетного сечения до точки приложения сил, м

В рассматриваемом случае имеем:

P₁Ч h₁ = 7097,9 Ч 5 = 35489,5 Н Ч м

P₂Ч h₂ = 9531,42 Ч 15 = 142971,3 Н Ч м

P₃Ч h₃ = 15615,3 Ч 25,4 =396628,6 Н Ч м

P'₁Ч h'₁ = 743,93 Ч (8,5 + 0,5) = 6695,37 Н Ч м

P'₂Ч h'₂ = 998,9 Ч (17 +0,5) = 17480,75 Н Ч м

P'₃Ч h'₃ = 998,9 Ч (25,5 + 0,5) = 25971,4 Н Ч м

P'₄Ч h'₄ = 1169,03 Ч (34 + 0,5) = 40331,535 Н Ч м

М_I-I^вет = 35489,5 + 142971,3 + 396628,6 + 6695,37 + 17480,75 + 25971,4 + 40331,535 = 665568,455 Н Ч м = 0,665 Ч 10⁶ Н Ч м

Определение изгибающего момента в сечении II-II

где h_n, h'_n - расстояния от расчетного сечения до точки приложения сил, м

В рассматриваемом случае имеем:

P₁Ч h₁ = 7097,9 Ч (5 - 3) = 14195,8 Н Ч м

P₂Ч h₂ = 9531,42 Ч (15 - 3) = 114377,04 Н Ч м

P₃Ч h₃ = 15615,3 Ч (25,4 - 3) = 349782,72 Н Ч м

P'₁Ч h'₁ = 743,93 Ч (8,5 + 0,5 - 3) = 4463,58 Н Ч м

P'₂Ч h'₂ = 998,9 Ч (17 +0,5 - 3) = 14484,05 Н Ч м

P'₃Ч h'₃ = 998,9 Ч (25,5 + 0,5 - 3) = 22974,7 Н Ч м

P'₄Ч h'₄ = 1169,03 Ч (34 + 0,5 - 3) = 36824,445 Н Ч м

М_II-II^вет = 14195,8 + 114377,04 + 349782,72 + 4463,58 + 14484,05 + 22974,7 + 36824,445 = 557102,335 Н Ч м = 0,557 Ч 10⁶ Н Ч м



7. Определение напряжений в сечениях колонны

7.1 Сечение I-I

7.1.1 Определение напряжения сжатия в сечении

у _сж ^I-I = = = 16,18 Ч 10⁶ Па = 16,18 Мпа

7.1.2 Определение напряжения изгиба в сечении

у _и ^I-I = = =14,77 Ч 10⁶ Па = 14,77 МПа

7.1.3 Определение суммарных напряжений в сечении

у _max ^I-I = у _сж ^I-I + у _и ^I-I = 16,18 + 14,77 = 30,95 Мпа

у _min ^I-I = у _сж ^I-I - у _и ^I-I = 16,18 - 14,77 = 1,41 МПа

Вывод: условие прочности в сечении I-I соблюдается, т.к.

у _max ^I-I = 30,95 МПа < 100 Мпа

7.2 Сечение II-II

7.2.1 Определение напряжения сжатия в сечении

у _сж ^II-II = = = 16,18 Ч 10⁶ Па = 16,18 Мпа



7.2.2 Определение напряжения изгиба в сечении

у _и^II-II = = =12,37 Ч 10⁶ Па = 12,37 МПа

7.2.3 Определение суммарных напряжений в сечении

у _max ^II-II = у _сж ^II-II + у _и ^II-II = 16,18 + 12,37 = 28,55 Мпа

у _min ^I-I = у _сж ^I-I - у _и ^I-I = 16,18 - 12,37 = 3,81 МПа

Вывод: условие прочности в сечении II-II соблюдается, т.к.

у _max ^II-II = 28,55 МПа < 100 Мпa



8. Определение приведенной нагрузки

8.1 Определение максимальной приведенной нагрузки

колонна прочность сечение нагрузка

где - максимальный ветровой момент,

D_ср.оп = D + s₁ - средний диаметр опорной обечайки, м

D - диаметр аппарата, м

s₁ - толщина опорной обечайки, м

В рассматриваемом случае

М_max^вет = М_I-I^вет = 0,665 Ч 10⁶ Н Ч м

Q_max = 1,44 Ч 10⁶ Н

D = 2 м

s₁ = 0,016 м

D_ср.оп = D + s₁ = 2 + 0,016 = 2,016 м

_{Qприв.max = 1,44 Ч 10}⁶ + = 2,76 Ч 10⁶ Н = 276 Ч 10³ кгс

8.2 Определение минимальной приведенной нагрузки

В рассматриваемом случае

Q_min = 0,39 Ч 10⁶ Н

_{Qприв.min =} - _{0,39 Ч 10}⁶ = 0,93Ч 10⁶ Н = 93 Ч 10³ кгс



9. Подбор и расчет опоры

9.1 Подбор опоры

По ОСТ 26-467-78 (приложение 2) при D = 2000 мм и Q_прив.min = 93 Ч 10³ кгс тип опоры может быть 2.

В рассматриваемом случае принимаем опору типа 2 с максимальной приведенной нагрузкой Q_прив.max = 400 Ч 10³ кгс = 400 тс; минимальной приведенной нагрузкой Q_прив.min = 200 Ч 10³ кгс = 200 тс; высотой опоры Н = 3000 мм, т.е.

Опора 2 - 2000 - 400 - 200 - 3000 ОСТ 26-467-78

Принятая опора имеет следующие размеры:

D = 2000 мм

D₁ = 1900 мм

D₂ = 2180 мм

D₃ = 2300 мм

d = 65 мм

s₁ = 16 мм

s₂ = 30 мм

s₃ = 30 мм

d₂ = 42 мм

Диаметр резьбы фундаментных болтов М42

Количество фундаментных болтов n = 16 шт.



1 - обечайка; 2 - шайба; 3 - планка; 4 - ребро; 5 - кольцо нижнее

Рисунок 3 Опора типа 2

9.2 Расчет опоры

9.2.1 Определение площади опорного кольца

F_{k =} Ч (2,3² - 1,9²) = 1,32 м²



9.2.2 Определение момента сопротивления опорного кольца

W_k = Ч = 0,63 м³

9.2.3 Определение удельного давления опорного кольца на фундамент

В рассматриваемом случае

М_max^вет = М_I-I^вет = 0,665 Ч 10⁶ Н Ч м

Q_max = 1,44 Ч 10⁶ Н

q = + = 2,4 Ч 10⁶ Па = 2,4 Мпа

Вывод: для колонны должен быть выполнен бетонный фундамент, т.к. для бетона [q] = 2 ч 6 МПа (зависит от бетона).

9.2.4 Определение минимальной ширины опорного кольца

В рассматриваемом случае

D_б = D₂ = 2180 мм

Q_прив.max = 2,76 Ч 10⁶ Н

Принимаем [q] = 4 МПа

b_min = = 100,8 мм

9.2.5 Определение фактической ширины опорного кольца

где D_н.оп = D + 2 Ч s₁ - наружный диаметр опорного кольца, мм

D - диаметр аппарата, мм

s₁ - толщина опорного кольца, мм

В рассматриваем случае:

D = 2000 мм

s₁ = 16 мм

D₃ = 2300 мм

D_н.оп = 2000 + 2 Ч 16 = 2032 мм

b_факт = = 134 мм

Вывод: b_факт = 134 мм > b_min = 93,5 мм, следовательно, удельное давление на фундамент не превышает допускаемое.

9.2.6 Определение диаметра фундаментных болтов

где k - коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки на болты;

n - число болтов;

[у] - допускаемое напряжение для материала болтов (для Ст3 [у] = 120 ч 140 МПа);

с - прибавка на коррозию (с = 1 ч 1,5 мм).

В рассматриваем случае

Принимаем [у] = 140 МПа

с = 1 мм

n = 16 шт.

Коэффициент k зависит от отношений

При

= 4,72

коэффициент k = 3,7

При

= 1,28

коэффициент k = 2,5

Принимаем k = 3,7

d_вн = + 1 = 30,4 мм

Вывод: принимаем диаметр резьбы фундаментных болтов М42.



10. Проверка устойчивости формы колонны в опасных сечениях

10.1 Сечение I-I

Условие устойчивости имеет вид

где Q_max - максимальный вес аппарата;

Q_доп - допустимая величина осевой нагрузки;

М_изг - изгибающий момент;

М_доп - допустимая величина изгибающего момента.

В рассматриваемом случае

Q_max = 1,44 Ч 10⁶ Н

М_изг= М_I-I^вет = 0,665 Ч 10⁶ Н Ч м

Допустимая величина осевой нагрузки определяется по формуле

где ц_с - понижающий коэффициент;

D_ср = D + s₁ - средний диаметр опорной обечайки;

D - диаметр аппарата;

s₁ - толщина опорной обечайки;

[у] - допускаемое напряжение материала опоры (для Ст3 [у] = 120 ч 140 МПа);

с - прибавка на коррозию (с = 1 ч 1,5 мм).

В рассматриваем случае

s₁ = 16 мм

D = 2000 мм

Принимаем [у] = 140 МПа

с = 1 мм

D_ср = D + s₁ = 2000 + 16 = 2016 мм

Для стали Ст3 ГОСТ 380-88 при t = 20 ^?С модуль продольной упругости Е = 1,99 Ч 10⁵ МПа

Для стали Ст3 ГОСТ 380-88 предел текучести материал у_т = 240 МПа

= 67,2

Т.к.

то понижающий коэффициент определяется по формуле

ц_с = =0,87

Q_доп = 3,14 Ч 2016 Ч (16 - 1) Ч 0,87 Ч 140 = 11565348 Н= 11,6 Ч 10⁶ Н

Допустимая величина изгибающего момента определяется в зависимости от отношений

= 67,2

Т.к.

то величина изгибающего момента определяется по формуле

где ц_и - коэффициент.

В рассматриваемом случае

ц _и = =0,9

М_доп = 0,785 Ч 0,9 Ч 140 Ч 2016² Ч (16 - 1) = 6029933414 Н Ч мм = 6,03 Ч 10⁶ Н Ч мм

Окончательно имеем:

Вывод: условие устойчивости в сечении I-I соблюдается.

Сечение II-II

Условие устойчивости имеет вид

В рассматриваемом случае

Q_max = 1,44 Ч 10⁶ Н (см. п.4.7)

М_изг = М_II-II^вет = 0,557 Ч 10⁶ Н Ч м

Допустимая величина осевой нагрузки определяется по формуле

где ц_с - понижающий коэффициент;

D_ср = D + s - средний диаметр корпуса колонны;

D - диаметр аппарата;

s - толщина стенки корпуса;

[у] - допускаемое напряжение материала корпуса

с - прибавка на коррозию.

В рассматриваем случае

s = 16 мм

D = 2000 мм

[у] = 154 МПа

с = 1,8 мм

D_ср = D + s = 2000 + 16 = 2016 мм

Для стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-86 при t = 90 ^?С модуль продольной упругости Е = 2,00 Ч 10⁵ МПа

Для стали 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-86 предел текучести материал у_т = 230 МПа

= 70,9

0,18 Ч = 156,5

Т.к.

то понижающий коэффициент определяется по формуле

ц_с = =0,87

Q_доп = 3,14 Ч 2016 Ч (16 - 1,8) Ч 0,87 Ч 154 = 12043382,9 Н = 12,04 Ч 10⁶ Н

Допустимая величина изгибающего момента определяется в зависимости от отношений

= 70,9

0,23 Ч = 200

Т.к.

то величина изгибающего момента определяется по формуле

где ц_и - коэффициент.

В рассматриваемом случае

ц _и = =0,9

М_доп = 0,785 Ч 0,9 Ч 154 Ч 2016² Ч (16 - 1,8) =6279170662 Н Ч мм = 6,28 Ч 10⁶ Н Ч мм

Окончательно имеем:



Вывод: условие устойчивости в сечении II-II соблюдается.



Литература

1. Лащинский А.А., Толщинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. Справочник. Л.: Машиностроение, 1970.

2. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. М.: Высшая школа, 1986.

3. Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. М.: Машиностроение, 1986.

Размещено на Allbest.ru