Зміст
Вступ
1. Теоретична частина
1.1 Загальні відомості1.2 Розрахункові перерізи
1.3 Розрахункові навантаження
1.3.1Розрахунковий тиск
1.3.2Навантаження від власної ваги
1.3.3Розрахункові згинальні моменти
1.4Розрахункова температура
1.5Визначення товщини стінки корпуса колони
1.6Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження
1.6.1Визначення періоду основного тону власних коливань
1.6.2Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження в розрахунковихперерізах
1.7Сполучення навантажень
1.8Розрахунок зведених навантажень та вибір опори
1.9 Розрахуноккорпуса колонного апарата на міцність та стійкість
1.9.1Перевірка міцності корпуса
1.9.2Перевірка корпуса на стійкість
1.10 Розрахунокопорної обичайки
1.10.1Розрахунок зварного шва, який з’єднує корпус колони з опорною обичайкою
1.10.2Розрахунок на стійкість опорної обичайки в зоні отворів
1.10.3Розрахунок довжини перехідної частини опорної обичайки з корозійностійкої сталі
2. Практична частина
2.1 Розрахунок колонного апарату наміцність та стійкість
2.1.1 Вихідні дані
2.2 Визначення товщини стінкикорпуса
2.3Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження
2.3.1Визначення періоду основного тону власних коливань
2.3.2Визначення згинальних моментів в розрахункових перерізах
2.4Сполучення навантажень
2.5Розрахунок зведених навантажень та вибір опори
2.6Розрахунок корпуса колонного апарата на міцність та стійкість
2.6.1Перевірка міцності корпуса
2.6.2Перевірка корпуса колони на стійкість
2.7 Розрахунокопорної обичайки
2.7.1Розрахунок зварного шва, який з’єднує корпус колони з опорною обичайкою
2.7.2Розрахунок на стійкість опорної обичайки в зоні отворів
2.7.3Розрахунок довжини перехідної частини опорної обичайки з корозійностійкої сталі
Висновок
Література
Вступ
Тема курсовоїроботи «Розрахунок на міцність та стійкість колонних апаратів» з дисципліни«Хімічні технології».
Метароботи – зробити розрахунок на міцність та стійкість апаратів колонного типупостійного по висоті перерізу, які установлюються поза будівлями та спорудамина циліндричних або конічних опорах і навантажені внутрішнім надлишковим абозовнішнім тиском, осьовим стискальним зусиллям від власної ваги та згинальниммоментом від вітрового навантаження.
колоннийапарат корпус
1.Теоретична частина
1.1Загальні відомості
Визначеннязгинальних моментів апаратів перемінного поперечного перерізу з допуском у бікзапасу міцності можна проводити як для апаратів постійного перерізу знайбільшим діаметром або проводити розрахунок за стандартами [1, 8].
Як розрахунковусхему апарата колонного типу при визначенні згинальних моментів від вітровогонавантаження приймають консольний пружно защемлений стержень (рисунок 1).
Апарат по висотіумовно розбивають на /> ділянок, причому висота />ї ділянки /> має бути небільше 10 м. Маси ділянок приймають зосередженими в їх серединах.
Вітровенавантаження, яке розподілене по висоті апарата, замінюють зосередженимигоризонтальними силами, прикладеними в серединах ділянок.
Колонний апаратрозраховують для робочих умов, умов гідровипробувань і монтажу.
/>
Рисунок 1 – Розрахункова схемаколонного апарата
1.2 Розрахункові перерізи
Прирозрахунку колонного апарата на міцність та стійкість установлюють наступніосновні розрахункові перерізи (рисунки 1-3):
– поперечний перерізв місці з’єднання обичайки корпуса з днищем />;
– поперечнийпереріз в місці приєднання опорної обичайки до корпуса />;
– поперечнийпереріз опори в місці розміщення отворів />;
– поперечнийпереріз опори в місці приварення опорного кільця/>.
Згинальниймомент в перерізі />приймають рівним згинальномумоменту на рівні поверхні фундаменту.
/>
Рисунок 2 – Циліндрична опораколонного апарата
/>
Рисунок 3 – Конічна опора колонногоапарата
1.3 Розрахунковінавантаження
1.3.1Розрахунковий тиск
Розрахунковийтиск в робочих умовах і в умовах гідравлічних випробувань слід визначати заметодичними вказівками [11].
1.3.2Навантаження від власної ваги
Прирозрахунку колонного апарата необхідно враховувати наступні навантаження:
– /> – вагу колонив робочих умовах, включаючи вагу обслуговуючих майданчиків, ізоляції,внутрішніх пристроїв і робочого середовища, Н;
– /> – вагу колонив умовах гідровипробувань (без ізоляції), включаючи вагу води, що заповнюєколону, Н;
– /> – максимальнувагу апарата в умовах монтажу (вага колони з ізоляцією та внутрішнімипристроями), Н;
– /> – мінімальнувагу апарата в умовах монтажу після установлення його у вертикальне положення(вага колони без ізоляції та внутрішніх пристроїв), Н.
1.3.3Розрахункові згинальні моменти
Прирозрахунку колонних апаратів на міцність та стійкість як розрахункові моменти увідповідних перерізах приймають згинальні моменти, які виникають від вітровогонавантаження:
– /> – згинальниймомент в робочих умовах, Н·мм;
– /> – згинальниймомент в умовах гідровипробувань, Н·мм;
– /> – згинальниймомент в умовах монтажу з урахуванням ізоляції та внутрішніх пристроїв, Н·мм.
1.4Розрахункова температура
Розрахунковутемпературу в небезпечних перерізах колонного апарата слід визначати заметодичними вказівками [11].
Дляелементів опори, які приварюються до корпуса колони, розрахункову температуру вробочих умовах визначають за формулою
/>, (1)
Де /> — розрахунковатемпература стінки корпуса колони в робочих умовах, ºС;
/> — перепадтемператур в опорній обичайці, ºС.
Перепад температурв опорній обичайці слід визначати за формулою:
/>, (2)
Де /> — відстаньвід верхньої кромки опорної обичайки до розрахункового перерізу, мм.
Розрахунковутемпературу для умов випробувань і монтажу приймають рівною 20 ºС.
1.5Визначення товщини стінки корпуса колони
Виконавчутовщину стінки корпуса колонного апарата слід попередньо визначити заметодичними вказівками [11], після чого її приймають за графіками, наведенимина рисунках 4-6, залежно від внутрішнього діаметра, матеріалу корпуса апарата,розрахункового тиску та розрахункової температури.
Післявизначення згинальних моментів від вітрового навантаження і стискальних зусильвід ваги колонного апарата та середовища, яке знаходиться усередині нього,проводять перевірний розрахунок за розділом 1.9.
/>
Рисунок 4– Графік залежності виконавчої товщини стінки корпуса колонного апарата S, мм,зі сталі Ст3сп від величини внутрішнього надлишкового тиску, діаметра обичайкита температури робочого середовища.
/>
Рисунок 5– Графік залежності виконавчої товщини стінки корпуса колонного апарата S, мм,зі сталі марки 09Г2С від величини внутрішнього надлишкового тиску, діаметраобичайки та температури робочого середовища
/>
Рисунок 6– Графік залежності виконавчої товщини стінки корпуса колонного апарата S, мм,із корозійностійкої сталі від величини внутрішнього надлишкового тиску,діаметра обичайки та температури робочого середовища.
1.6Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження
1.6.1Визначення періоду основного тону власних коливань
Періодосновного тону власних коливань />, с, колонного апарата постійногоперерізу з рівномірно розподіленою по висоті масою слід визначати для робочихумов, умов випробувань та монтажу за формулою [1, 8]
/>, (3)
Де />-маса апарата,кг;
/> — висотаколони, мм;
/> — модульподовжньої пружності матеріалу корпуса колони при розрахунковій температурі,МПа;
/> — моментінерції поперечного перерізу корпуса колони відносно центральної осі, мм4;
/> - моментінерції підошви фундаменту, мм4;
/> - коефіцієнтнерівномірності стиснення ґрунту, Н/мм3.
Коефіцієнтнерівномірності стиснення ґрунту приймають за даними інженерної геології, а привідсутності таких даних його приймають рівним />Н/мм3 [1, 8].
Моментінерції поперечного перерізу корпуса колони відносно центральної осі визначаютьза формулою:
/>, (4)
Де /> - внутрішнійдіаметр корпуса колонного апарата, мм;
/> - внутрішнійдіаметр корпуса колонного апарата, мм;
/> - сума добавокдо розрахункової товщини стінки корпуса колонного апарата, мм.
Якщо точнірозміри фундаменту невідомі, момент інерції підошви фундаменту />мм4, можнавизначати за формулою [1]
/>, (5)
Де /> - зовнішнійдіаметр опорного кільця, мм (рисунки 2, 3).
Значеннязовнішніх діаметрів опорних кілець циліндричних опор колонних апаратів наведенів таблиці 1, конічних – в таблиці 2 [7, 10].
Попередньослід вибирати циліндричну опору.
Таблиця 1– Зовнішні діаметри опорних кілець циліндричних опор
Розміри вміліметрах
/> 400 600 800 000 1200 1400 1600 1800 2000
/> 600 800 1080 1280 1480 1680 1880 2100 2300
/> 2200 2400 2500 2600 2800 3000 3200 3400 3600
/> 2500 2720 2820 2920 3140 3360 3560 3760 3960 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Таблиця 2– Зовнішні діаметри опорних кілець конічних опор
Розміри вміліметрах
/> 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
/> 1260 1480 1680 1880 2100 2300 2500 2720 2920
/> 2200 2400 2500 2600 2800 3000 3200 3400 3600
/> 3140 3360 3460 3560 3760 3960 4160 4360 4560 /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
Значеннязовнішніх діаметрів опорних кілець циліндричних опор колонних апаратів ізвнутрішнім діаметром від 3800 до 6300 мм наведені в галузевому стандарті [7].
1.6.2Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження в розрахунковихперерізах
Розрахунковийзгинальний момент />, Н·мм, в перерізі /> слід визначати заформулою
/>, (6)
Де /> - горизонтальнасила від дії вітру на />у ділянку колони, Н;
/> - відстань відсередини />їділянки до основи колони, мм;
/> - висотаопорної обичайки, мм;
/> - кількістьділянок;
/> - Числообслуговуючих майданчиків, розташованих вище перерізу />;
/>– згинальниймомент в перерізі /> від дії вітру на />й обслуговуючіймайданчик, Н·мм.
Згинальниймомент />,Н·мм, від дії вітрового навантаження на рівні основи колонного апарата слідвизначати за формулою
/>, (7)
Де /> – згинальниймомент на рівні основи колонного апарата від діївітрового навантаження на />й обслуговуючий майданчик, Н·мм;
/> - числообслуговуючих майданчиків на колонному апараті.
Вітровенавантаження />, Н, яке діє на />у ділянку колони,визначають за формулою
/>, (8)
Де />– середнястатична складова вітрового навантаження на />у ділянку, Н;
/> – пульсаційнаскладова вітрового навантаження, яке діє на />у ділянку, Н.
Середнюстатичну складову вітрового навантаження на />у ділянку визначають за формулою
/>, (9)
/>– нормативнезначення статичної складової вітрового навантаження на середині />ї ділянки колони (нависоті /> надповерхнею ґрунту), МПа;
/> - зовнішнійдіаметр апарата, мм;
/> - висота />-ї ділянкиколони, мм.
Привизначенні розрахункових зусиль для колонного апарата як зовнішній діаметрприймають:
– для умовмонтажу без ізоляції і гідровипробувань – зовнішній діаметр обичайки;
– для умовмонтажу з ізоляцією і робочих умов – зовнішній діаметр ізоляції.
Нормативнезначення статичної складової вітрового навантаження на середині />ї ділянки колонивизначають за формулою
/>, (10)
/> - нормативнезначення вітрового тиску, МПа;
/> - коефіцієнт,який враховує змінення вітрового тиску по висоті апарата;
/> - аеродинамічнийкоефіцієнт [1, 8].
Для районуДонбасу (III вітровий район) швидкісний напір вітру складає
/>МПа.
Коефіцієнт,який враховує змінення вітрового тиску по висоті апарата, визначають заформулою
/>. (11)
Аеродинамічнийкоефіцієнт приймають рівним:
– длякорпуса апарата без обслуговуючих майданчиків
/>;
– длякорпуса апарата з обслуговуючими майданчиками при врахуванні загальної площіпроекції контуру обслуговуючого майданчика на вертикальну площину
/>.
Пульсаційнускладову вітрового навантаження на />у ділянку, />, Н, визначають заформулою
/>, (12)
Де /> коефіцієнтпростірної кореляції пульсацій тиску вітру;
/> - маса />ї ділянкиапарата, кг;
/> - прискореннявільного падіння, />м/c2;
/> - коефіцієнтдинамічності при вітровому навантаженні;
/> - зведеневідносне прискорення центра ваги />ї ділянки.
Масу />ї ділянкиапарата слід визначати за формулою
/>, (13)
Де /> - масаколонного апарата разом з опорою, кг.
/> - висотаколонного апарата разом з опорою, мм.
Масу опорислід визначати за формулою
/>. (14)
Коефіцієнтдинамічності при вітровому навантаженні залежно від параметра
/> (15)
слідвизначати за формулою
/>. (16)
Коефіцієнтпростірної кореляції пульсацій тиску вітру визначають за формулою
/>. (17)
Зведеневідносне прискорення центра ваги />ї ділянки визначають за формулою
/>, (18)
Де /> - відноснепереміщення центра ваги />ї ділянки, 1/Н·мм;
/> - коефіцієнтпульсації тиску вітру для середини />ї ділянки на висоті />.
Відноснепереміщення центра ваги />ї ділянки />, 1/(H·мм), визначаютьза формулою
/>, (19)
Де /> - безрозмірнийкоефіцієнт
Коефіцієнт/> визначаютьза формулою
/>, (20)
Де /> - відстань відсередини />їділянки до основи колонного апарата, мм.
Коефіцієнтпульсації тиску вітру для середини />ї ділянки на висоті /> слід визначати заформулою
/>. (21)
Згинальниймомент в перерізі /> від дії вітрового навантаження на/>йобслуговуючий майданчик визначають за формулою
/>, (22)
Де /> безрозмірнийкоефіцієнт, який враховує змінення вітрового тиску на />й обслуговуючий майданчик;
/> - відстань відцентра ваги />гообслуговуючого майданчика до поверхні землі, мм;
/> - безрозмірнийкоефіцієнт;
/> - коефіцієнтпульсації швидкісного напору вітру для />го обслуговуючого майданчика нависоті />;
/> - площапроекції контуру обслуговуючого майданчика на вертикальну площину (вітрильністьмайданчика), мм2.
Коефіцієнт/> визначаютьза формулою
/>. (23)
Коефіцієнт/> визначаютьза формулою
/>. (24)
Коефіцієнтпульсації швидкісного напору вітру для />го обслуговуючого майданчика нависоті /> визначаютьза формулою
/>. (25)
Габаритнірозміри обслуговуючого майданчика та його розташування відносно люка показаніна рисунку 7.
Площупроекції контуру майданчика на вертикальну площину слід визначати за формулою
/>. (26)
Згинальниймомент від дії вітрового навантаження на />й обслуговуючий майданчик в основіколони визначають за формулою
/>. (27)
/>
Рисунок 7– Розміри обслуговуючого майданчика
1.7Сполучення навантажень
Сполученнянавантажень у відповідних розрахункових перерізах для робочих умов, умоввипробувань та монтажу наведені в таблиці 3. Таблиці сполучення навантаженьскладають для розрахункових перерізів /> і />.
Таблиця 3– Сполучення навантажень Умови роботи
Розрахунковий
тиск Р, МПа
Осьовестискальне
зусилля F, Н
Розрахунковий згинальний
момент М, Н×мм Робочі
Р1
F1=G1
/> Випробувань
Р2
F2=G2
/> Монтажу
F3=G3
F4=G4
/>
Позначенняу таблиці:
/> –розрахунковий згинальний момент у відповідному перерізі в робочих умовах;
/> –розрахунковий згинальний момент у відповідному перерізі в умовах випробувань;
/> –розрахунковий згинальний момент у відповідному перерізі в умовах монтажу.
1.8Розрахунок зведених навантажень та вибір опори
Максимальнезведене навантаження слід визначати за формулою [2]
/>, (28)
Де /> - розрахунковийзгинальний момент в основі опори в робочих умовах, Н·мм;
/> - внутрішнійдіаметр опорної обичайки (для конічних опор – внутрішній діаметр циліндричноїчастини опорної обичайки), який дорівнює внутрішньому діаметру корпуса колони,мм;
/> - розрахунковеосьове стискальне зусилля в основі опори в робочих умовах, Н;
/>– розрахунковийзгинальний момент в основі опори в умовах випробувань, Н·мм;
/> - розрахунковеосьове стискальне зусилля в основі опори в умовах випробувань, Н.
Мінімальнезведене навантаження слід визначати за формулою
/>, (29)
Де />– розрахунковийзгинальний момент в основі опори в умовах монтажу, Н мм;
/> - мінімальнерозрахункове осьове стискальне зусилля в основі опори (вага колони з опорою) вумовах монтажу, Н.
Позведеним навантаженням /> і /> вибирають опору за галузевимстандартом України [7]. При цьому допускається перевищення зведених навантаженьнад табличними до 10%.
1.9Розрахунок корпуса колонного апарата на міцність та стійкість
1.9.1Перевірка міцності корпуса
Розрахунокнапружин слід здійснювати в перерізі /> для робочих умов /> та умов монтажу /> /> за стандартом[2].
Подовжнінапружини /> і/>, МПа,розраховують за формулами:
з навітряного боку
/>; (30)
з підвітряного боку
/>. (31)
Кільцевунапружину />,МПа, розраховують за формулою
/>. (32)
Еквівалентнінапружини /> і/>, МПа,розраховують за формулами:
з навітряного боку
/>; (33)
з підвітряного боку
/>, (34)
Де /> - коефіцієнтміцності кільцевого зварного шва
Перевіркуумов міцності проводять за формулами:
з навітряного боку
/>; (35)
з підвітряного боку
/>, (36)
Де /> - допустиманапружина матеріалу корпуса колони при розрахунковій температурі, МПа;
/> - коефіцієнтміцності кільцевого зварного шва.
В формулу(35) слід підставляти />, якщо />, в формулу (36) – />, якщо />.
1.9.2Перевірка корпуса на стійкість
Перевіркукорпуса колони на стійкість проводять для робочих умов, умов випробувань тамонтажу.
Якщоколонний апарат працює під внутрішнім надлишковим тиском або без тиску татовщина стінки опорної обичайки менше або дорівнює товщині стінки обичайкиколони, а механічні властивості матеріалу опорної обичайки не перевищуютьвідповідні властивості матеріалу обичайки колони, розрахунок колонного апаратана стійкість не проводять. У цьому випадку достатньо провести перевіркустійкості опорної обичайки по підрозділу 10.2.
В іншомувипадку перевірку стійкості корпуса слід проводити в перерізі /> за формулою
/>, (37)
Де /> - допустимеосьове стискальне зусилля, Н;
/> - допустимийзгинальний момент, Н мм.
Навантаження/> і /> приймаютьвідповідно до таблиці 3 для перерізу />.
Допустиместискальне зусилля визначають за формулою
/>, (38)
де /> – допустиміосьові стискальні зусилля за умови відповідно міцності та стійкості в межахпружності, Н.
При цьомудопустиме осьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої циліндричноїобичайки слід визначати за формулою
/>, (39)
адопустиме осьове стискальне зусилля за умови стійкості в межах пружності – заформулою
/>. (40)
У випадку,якщо />
/>. (41)
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови місцевої стійкості в межах пружностівизначають за формулою
/>, (42)
де /> – коефіцієнтзапасу стійкості.
Коефіцієнтизапасу стійкості при розрахунку колонних апаратів слід приймати рівними [11]:
– 2,4 –для робочих умов;
– 1,8 –для умов випробувань та монтажу.
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови загальної стійкості в межах пружності слідвизначати за формулою
/>, (43)
де /> – гнучкістькорпуса колони.
Гнучкістькорпуса колони визначають за формулою
/>, (44)
де /> – зведенарозрахункова довжина корпуса колони, мм.
Зведенурозрахункову довжину корпуса колони визначають по методичним вказівкам [11].
Допустимийзгинальний момент для корпуса колони />, Н·мм, визначають за формулою
/>, (45)
Де /> – допустимийзгинальний момент за умови міцності, Н·мм;
/> – допустимийзгинальний момент за умови стійкості в межах пружності, Н·мм.
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначають за формулою
/>, (46)
адопустимий згинальний момент за умови стійкості в межах пружності – за формулою
/>. (47)
Для колон,що працюють під зовнішнім тиском, перевірку на стійкість в умовах випробувань імонтажу слід проводити за формулою (37), а в робочих умовах – за формулою
/>, (48)
Де /> - допустимийзовнішній тиск, МПа.
Допустимийзовнішній тиск визначають за формулою
/>, (49)
Де /> – допустимийзовнішній тиск за умови міцності, МПа;
/> – допустимийзовнішній тиск за умови стійкості в межах пружності, МПа.
Допустимийзовнішній тиск за умови міцності визначають за формулою
/>, (50)
адопустимий тиск за умови стійкості в межах пружності – за формулою
/>, (51)
Де
/>. (52)
1.10 Розрахунокопорної обичайки
Розрахунокопорної обичайки проводять для робочих умов і умов випробувань. Розрахунковінавантаження в перерізі /> слід приймати відповідно дотаблиці 3. Для перерізу /> використовують розрахунковінавантаження, які діють на рівні поверхні ґрунту (в перерізі />).
1.10.1Розрахунок зварного шва, який з’єднує корпус колони з опорною обичайкою
Міцністьзварного шва (рисунок 2, переріз />) перевіряють за формулою
/>, (53)
Де /> - подовжнянапружина, МПа;
/> - товщиназварного шва в місці приварення до корпуса колони опорної обичайки, якадорівнює меншої з товщин корпуса колони та опорної обичайки, мм;
/> - коефіцієнтміцності зварного шва [1];
/>– допустиманапружина для опорної обичайки при розрахунковій температурі, МПа;
/> – згинальниймомент від дії вітрового навантаження в перерізі />, Н мм.
1.10.2Розрахунок на стійкість опорної обичайки в зоні отворів
Стійкістьопорної обичайки в зоні отворів (переріз />) перевіряють в робочих умовах таумовах випробування за формулою
/>, (54)
/> - розрахунковеосьове стискальне зусилля, яке діє на фундамент, Н;
/>– згинальниймомент від дії вітрового навантаження в основі колонного апарата, Н мм;
/> - допустимеосьове стискальне зусилля для опорної обичайки, Н;
/>– допустимийзгинальний момент для опорної обичайки, Н мм;
/> - внутрішнійдіаметр конічної обичайки в розрахунковому перерізі, мм;
/> – безрозмірнікоефіцієнти.
Отворидіаметром менше />при розрахунку за формулою (54) невраховуються.
Длярозрахункового перерізу визначають безрозмірні коефіцієнти за формулами
/>, (55)
Де /> – відповідноплоща, найменший момент опору та координата центра ваги найбільш ослабленогопоперечного перерізу.
Допустимеосьове стискальне зусилля і допустимий згинальний момент для гладкоїциліндричної обичайки слід розраховувати відповідно за формулами (38) і (45).
Допустимеосьове стискальне зусилля для конічної обичайки визначають за формулою
/>, (56)
Де /> – відповідноплоща, найменший момент опору та координата центра ваги найбільш ослабленогопоперечного перерізу.
/> - ефективнийдіаметр конічної обичайки при осьовому стисненні та згині, мм.
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої конічної обичайки слідвизначати за формулою
/>, (57)
Де /> виконавчатовщина конічної обичайки опори, мм;
/> - добавка длякомпенсації корозії та ерозії до розрахункової товщини стінки обичайки опори,мм;
/> - половинакуту розтвору при вершині конічної обичайки, град.
Допустимеосьове стискальне зусилля визначають за умови стійкості в межах пружності заформулою
/>, (58)
Де /> - модульподовжньої пружності матеріалу конічної обичайки опори при розрахунковійтемпературі, МПа
Ефективнийдіаметр конічної обичайки при осьовому стисненні та згині визначають за формулою
/>, (59)
Де /> - внутрішнійдіаметр більшої основи конічної обичайки опори, мм.
Допустимийзгинальний момент для гладкої конічної обичайки визначають за формулою (45).
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначається за формулою
/>, (60)
адопустимий згинальний момент за умови стійкості в межах пружності – за формулою
/>. (61)
1.10.3Розрахунок довжини перехідної частини опорної обичайки з корозійностійкої сталі
Длятеплоізольованої опорної обичайки розрахункову допустиму температуру в місцістику перехідної та опорної обичайок визначають за формулою
/>, (62)
Де />– коефіцієнтилінійного розширення матеріалів відповідно перехідної та опорної обичайок,1/ºС;
/> - допустимеосьове стискальне зусилля на опорну обичайку в робочих умовах, Н;
/> - допустимийзгинальний момент на опорну обичайку в робочих умовах, Н·мм;
/> - модульподовжньої пружності матеріалу перехідної обичайки, МПа.
Значеннявеличин /> визначаютьпри температурі, яку розраховують за формулою
/>. (63)
Різницятемператур в днищі та допустимої в місці стику складає
/>. (64)
Розрахунковадовжина перехідної частини обичайки складає
/>. (65)
Виконавчудовжину перехідної обичайки />, мм, визначають за формулою
/> (66)
іприймають кратною 100 мм.
2.Практична частина
2.1Розрахунок колонного апарату на міцність та стійкість
2.1.1Вихідні дані
Внутрішнійдіаметр колонного апарата />, мм. 1000
Висота колонногоапарата />,мм. .15000
Висота опорноїобичайки />,мм. 2000
Відстань відцентра ваги 1-го зверху обслуговуючого майданчика до поверхні ґрунту />, мм ..14000
Відстань відцентра ваги 2-го зверху обслуговуючого майданчика до поверхні ґрунту />, мм. 9600
Відстань відцентра ваги 3-го зверху обслуговуючого майданчика до поверхні ґрунту />, мм ..2500
Маса колонногоапарата, кг, при товщині стінки />=8 мм
– в робочихумовах />...6550
– в умовахвипробувань />.15200
– в умовахмонтажу з ізоляцією та внутрішніми пристроями /> .5150
– в умовахмонтажу без ізоляції і внутрішніх пристроїв /> 3700
Матеріалкорпуса. сталь марки 10Х17Н13М2Т
Матеріал опористаль Ст3сп5
Робочий тиск вапараті />,МПа 0,8
Розрахунковатемпература стінки апарата />, °С ..100
Модульподовжньої пружності матеріалу корпуса апарата при розрахунковій температурі,МПа ../>
Модульподовжньої пружності матеріалу корпуса апарата при температурі />=20°С, МПа ../>
Модульподовжньої пружності матеріалу опорної обичайки при розрахунковій температурі,МПа ./>
Модульподовжньої пружності матеріалу опорної обичайки при температурі />=20°С, МПа />
Допустиманапружина для сталі марки 10Х17Н13М2Т при розрахунковій температурі />=100 °С />, МПа .174
Допустиманапружина для сталі марки 10Х17Н13М2Т при температурі />=20 °С />, МПа 184
Допустиманапружина для сталі марки Ст3сп5 при температурі />=20 °С />, МПа 154
Умовна межатекучості для сталі марки 12Х18Н10Т />, МПа .240
Межа текучостідля сталі марки Ст3сп5 />, МПа ..250
Товщина шаруізоляції />,мм… 50
Група апарата заГСТУ 3-17-191-2000… .1
Густинасередовища />,кг/м3. ..1600
Висотасередовища в кубі апарата />, мм. 2000
Висота води вапараті в умовах випробувань/>, мм ..14000
Розрахунковасхема апарата наведена на рисунку 8.
2.2Визначення товщини стінки корпуса
Тиск в колонномуапараті під час дії запобіжного клапана визначаємо за формулою [11]
/>МПа.
Розрахунковийтиск без урахування гідростатичного тиску визначаємо за формулою
/>МПа.
Гідростатичнийтиск середовища визначаємо за формулою
/>,
/> -густина робочого середовища в апараті, кг/м3;
/> - прискорення вільногопадіння, м/с2
/> - висота середовища вапараті, м.
/>
Рисунок8 – Розрахункова схема колонного апарата
/>МПа.
Так якгідростатичний тиск середовища складає менше 5 % робочого тиску />МПа, розрахунковий тисквизначаємо без урахування гідростатичного
/>МПа.
Приймаєморозрахунковий тиск рівним />МПа.
Пробнийтиск визначаємо за формулою
/>,
Де/> - розрахунковийтиск в апараті, МПа.
/>МПа.
Гідростатичнийтиск води в умовах випробувань визначаємо, враховуючи, що густина води дорівнює/>.
/>МПа.
Так якгідростатичний тиск води
/>МПа
складає більше 5% від пробного тиску, розрахунковий тиск в умовах випробувань /> визначаємо зурахуванням гідростатичного тиску води
/> МПа.
Приймаєморозрахунковий тиск в умовах випробувань рівним />=1,24 МПа.
Перевіряємонеобхідність розрахунку на міцність в умовах випробувань
/>МПа.
Так як розрахунковий тиск в умовахвипробувань більше розрахункового тиску в робочих умовах, помноженого на />, розрахунок наміцність необхідно проводити не тільки для робочих умов, але і для умоввипробувань.
Допустиму напружинув умовах випробувань визначаємо за формулою [11]
/>МПа.
Розрахунковутовщину стінки корпуса колонного апарата визначаємо за формулою [11]
/>,
/> - коефіцієнт міцностіподовжніх зварних швів корпуса, мм.
Коефіцієнтміцності подовжніх зварних швів корпуса /> приймаємо відповідно до групіапарата. Для 1 групи апарата />= 1 [11].
Розрахунковатовщина стінки складає:
– для робочихумов
/>мм;
– для умоввипробувань
/>мм.
Виконавчутовщину стінки колонного апарата визначаємо за формулою [11]
/>
Де /> - розрахунковатовщина стінки корпуса, мм;
/> - сума добавок дорозрахункової товщини стінки, мм.
Сума добавок дорозрахункової товщини стінки корпуса колони складає
/>
Де /> - добавка длякомпенсації корозії та ерозії до розрахункової товщини стінки корпуса, мм;
/> - Добавка длякомпенсації мінусового допуску на товщину сталевого листа, мм.
Добавку /> дорозрахункової товщини стінки корпуса, виповненого із корозійностійкої сталі,приймаємо рівною нулю.
Добавку /> для сталевоголиста товщиною 4 мм приймаємо рівною 0,5 мм.
/>мм.
Виконавчутовщину стінки колонного апарата визначаємо за розрахунковою товщиною для умоввипробувань, враховуючи що вона є найбільшою
/>мм.
Відповідно дографіка, зображеного на рисунку 6, виконавчу товщину стінки колонного апаратаприймаємо рівною 8 мм.
Для сталевоголиста товщиною 8 мм добавку /> приймаємо рівною 0,8 мм [11].
Дляприйнятого значення товщини стінки /> розраховуємо допустимийвнутрішній надлишковий тиск в робочих умовах за формулою
/>МПа.
Умоваміцності
/> МПа
виконується.
Дляприйнятого значення товщини стінки /> розраховуємо допустимийвнутрішній надлишковий тиск в умовах випробувань
/>МПа.
Умоваміцності
/> МПа
виконується.
2.3Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження
Колонний апаратрозраховуємо для робочих умов, умов випробувань і монтажу.
2.3.1Визначення періоду основного тону власних коливань
Моментінерції поперечного перерізу корпуса колони відносно центральної осі визначаємоза формулою (4)
/>.
Як сумудобавок до розрахункової товщини стінки колонного апарата приймаємо добавку намінусовий допуск сталевого листа товщиною 8 мм, />мм.
/>мм4.
Коефіцієнтнерівномірності стиснення ґрунту за відсутністю даних інженерної геологіїприймаємо рівним />Н/мм3.
Оскількиточні розміри фундаменту невідомі, момент інерції підошви фундаменту визначаємоза формулою (5)
/>.
Затаблицею 1 визначаємо зовнішній діаметр опорного кільця циліндричної опориколонного апарата діаметром 1000 мм, /> мм.
Отже
/>мм4.
Періодосновного тону власних коливань колонного апарата з рівномірно розподіленою повисоті масою в робочих умовах визначаємо за формулою (3)
/>=
/>с.
2.3.2Визначення згинальних моментів в розрахункових перерізах
Згідно зрозрахунковою схемою колонний апарат розбиваємо на три ділянки: />мм і />мм.
Відстаньвід середини 1-ї зверху ділянки до основи колони складає
/>=15000 – 6500/2= 11750 мм.
Відстаньвід середини 2-ї зверху ділянки до основи колони складає
/>=15000 – (6500+6500/2) = 5250 мм.
Відстаньвід середини 3-ї зверху ділянки до основи колони складає
/>=0,5×2000= 1000 мм.
Коефіцієнт,який враховує змінення вітрового тиску по висоті апарата, визначаємо заформулою (11)
/>.
Для 1-їділянки
/>.
Для 2-їділянки
/>.
Для 3-їділянки (опори)
/>.
Для районуДонбасу (III вітровий район) швидкісний напір вітру складає
/>МПа.
Аеродинамічнийкоефіцієнт для апарата з обслуговуючими майданчиками приймаємо рівним
/>.
Нормативнезначення статичної складової вітрового навантаження на середині />ї ділянки колонивизначаємо за формулою (10)
/>.
Для 1-їділянки
/>МПа.
Для 2-їділянки
/>МПа.
Для 3-їділянки
/>МПа.
Зовнішнійдіаметр колонного апарата в робочих умовах (з ізоляцією) складає
/>мм.
Середнюстатичну складову вітрового навантаження на />у ділянку визначаємо за формулою(9)
/>.
Середнястатична складова вітрового навантаження на 1-у ділянку складає
/>Н.
Середнястатична складова вітрового навантаження на 2-у ділянку складає
/>Н.
Середнястатична складова вітрового навантаження на 3-ю ділянку (опору) складає
/>Н.
Масу />ї ділянкиапарата в робочих умовах визначаємо за формулою (13)
/>.
Маса 1-їта 2-ї ділянок апарата складає
/>кг.
Маса 3-їділянки апарата (опори) складає
/>кг.
Коефіцієнтпульсації тиску вітру для середини />-ї ділянки на висоті /> визначаємо заформулою (21)
/>.
Коефіцієнт пульсації тиску вітру для середини 1-ї зверху ділянки на висоті11750 мм складає
/>.
Коефіцієнтпульсації тиску вітру для середини 2-ї ділянки на висоті 5250 мм складає
/>.
Коефіцієнтпульсації тиску вітру для середини 3-ї ділянки на висоті 1000 мм складає
/>.
Коефіцієнтпростірної кореляції пульсацій тиску вітру визначаємо за формулою (17)
/>
Параметр /> для робочихумов визначаємо за формулою (15)
/>.
Коефіцієнтдинамічності при вітровому навантаженні для робочих умов визначаємо за формулою(16)
/>.
Коефіцієнт/> визначаємоза формулою (20)
/>.
Для 1-їділянки
/>.
Для 2-їділянки
/>.
Для 2-їділянки (опори)
/>.
Відноснепереміщення центра ваги />ї ділянки в робочих умовахвизначаємо за формулою (19)
/>.
Для 1-їділянки
/>
Для 2-їділянки
/>
/>.
Для 3-їділянки
/>/>
Зведеневідносне прискорення центра ваги />ї ділянки в робочих умовахвизначаємо за формулою (18)
/>.
Обчислюємочисельник формули для визначення зведеного відносного прискорення центра ваги />ї ділянки
/>/>
Обчислюємознаменник формули для визначення зведеного відносного прискорення центра ваги />ї ділянки
/>
Зведеневідносне прискорення центра ваги 1-ї ділянки складає
/>.
Зведеневідносне прискорення центра ваги 2-ї ділянки складає
/>.
Зведеневідносне прискорення центра ваги 3-ї ділянки складає
/>/>.
Пульсаційнускладову вітрового навантаження на />у ділянку />, Н, в робочих умовах визначаємоза формулою (12)
/>.
Пульсаційнаскладова вітрового навантаження на 1-у ділянку складає
/>/>
Пульсаційнаскладова вітрового навантаження на 2-у ділянку складає
/>/>
Пульсаційнаскладова вітрового навантаження на 3-ю ділянку складає
/>/>
Вітровенавантаження />, яке діє на />у ділянку колони вробочих умовах, визначаємо за формулою (8)
/>.
Вітровенавантаження, яке діє на 1-у ділянку колони, складає
/>/>Н.
Вітровенавантаження, яке діє на 2-у ділянку колони, складає
/>/>Н.
Вітровенавантаження, яке діє на 3-ю ділянку колони, складає
/>/>Н.
Площупроекції контуру обслуговуючого майданчика на вертикальну площину визначаємо заформулою (26)
/>мм2.
Коефіцієнт/> визначаємоза формулою (23)
/>,
Де /> - відстань відцентра ваги />гообслуговуючого майданчика до поверхні землі, мм.
Для 1-гозверху колонного апарата обслуговуючого майданчика
/>/>.
Для 2-гозверху колонного апарата обслуговуючого майданчика
/>/>.
Для 3-гозверху колонного апарата обслуговуючого майданчика
/>/>.
Коефіцієнт/> визначаємоза формулою (24)
/>.
Для 1-гообслуговуючого майданчика
/>/>.
Для 2-гообслуговуючого майданчика
/>/>.
Для 3-гообслуговуючого майданчика
/>/>.
Коефіцієнтпульсації тиску вітру для середини />го обслуговуючого майданчикавизначаємо за формулою (25)
/>.
Для 1-гообслуговуючого майданчика
/>
/>.
Для 2-гообслуговуючого майданчика
/>
/>.
Для 3-гообслуговуючого майданчика
/>
/>.
Згинальниймомент від дії вітрового навантаження на />-й обслуговуючий майданчик вперерізу Б – Б визначаємо за формулою (27)
/>.
Для 1-гообслуговуючого майданчика згинальний момент від дії вітрового навантаження вперерізі Б – Б в робочих умовах складає
/>/>
Для 2-гообслуговуючого майданчика згинальний момент від дії вітрового навантаження вперерізі Б – Б в робочих умовах складає
/>
/>
Для 3-гообслуговуючого майданчика згинальний момент від дії вітрового навантаження вперерізі Б – Б в робочих умовах складає
/>
/>
Розрахунковийзгинальний момент в робочих умовах в перерізі /> визначаємо за формулою (6)
/>
Згинальниймомент від дії вітрового навантаження на 1-й обслуговуючий майданчик в перерізіГ – Г визначаємо за формулою (27)
/>
Для 1-гообслуговуючого майданчика згинальний момент від дії вітрового навантаження вперерізі Г – Г в робочих умовах складає
/>
Для 2-гообслуговуючого майданчика згинальний момент від дії вітрового навантаження вперерізі Г – Г складає
/>
/>
Для 3-гообслуговуючого майданчика згинальний момент від дії вітрового навантаження вперерізі Г – Г в робочих умовах складає
/>
Згинальниймомент в робочих умовах від дії вітрового навантаження на рівні основиколонного апарата в робочих умовах визначаємо за формулою (7)
/>
2.4Сполучення навантажень
Визначаємо вагуколонного апарата:
– в робочихумовах
/>Н;
– в умовахвипробувань
/>Н;
– в умовахмонтажу з ізоляцією та внутрішніми пристроями
/>Н;
– в умовахмонтажу без ізоляції і внутрішніх пристроїв
/>Н.
Сполученнянавантажень у відповідних розрахункових перерізах (рисунок 8) для робочих умов,умов випробувань та монтажу наведені в таблицях 4-5.
Розрахунковізгинальні моменти у відповідних розрахункових перерізах для умов випробувань тамонтажу визначаємо аналогічно розрахунку в робочих умовах.
Дляперерізу А – А приймаємо сполучення навантажень, яке діє в перерізі Б – Б; дляперерізу В – В приймаємо сполучення навантажень, яке діє в перерізі Г – Г.
Таблиця 4– Сполучення навантажень у перерізі Б – Б апарата з циліндричною опорою
Умови
роботи
Розрахунковий тиск
Р, МПа
Осьове
стискальне
зусилля F, Н
Розрахунковий згинальний
момент М, Н×мм Робочі 0,83
F1=G1=6,43·104
/> Випробувань 1,24
F2=G2=15·104
/> Монтажу
F3=G3=5,1·104
F4=G4=3,63·104
/>
Таблиця 5– Сполучення навантажень у перерізі Г – Г апарата з циліндричною опорою
Умови
роботи
Розрахунковий тиск
Р, МПа
Осьове
стискальне
зусилля F, Н
Розрахунковий згинальний
момент М, Н×мм Робочі 0,83
F1=G1=6,43·104
/> Випробувань 1,24
F2=G2=15·104
/> Монтажу
F3=G3=5,1·104
F4=G4=3,63·104
/>
2.5Розрахунок зведених навантажень та вибір опори
Максимальнезведене навантаження визначаємо за формулою (28)
/>
/>
Мінімальнезведене навантаження визначаємо за формулою (29)
/>Н.
Позведеним навантаженням /> і /> вибираємо опору за галузевимстандартом України [7]. Згідно стандарту [7] для апарата діаметром /> мм намінімальне зведене навантаження /> циліндричні опори типів 1-4 невикористовуються. Приймаємо конічну опору типу 5, яка допускає навантаження: />0,8 МН і /> При цьомудопускається перевищення зведених навантажень над табличними до 10%.Перевищення мінімального зведеного навантаження над табличним складає
/>,
що неперевищує 10% від мінімального зведеного навантаження />:
/>
Зовнішнійдіаметр опорного кільця конічної опори колонного апарата діаметром 1000 ммскладає /> мм[7].
Розрахунковізгинальні моменти у відповідних розрахункових перерізах для робочих умов, умоввипробувань та монтажу апарата з конічною опорою визначаємо аналогічнорозрахунку апарата з циліндричною опорою за підрозділами 11.3-11.4. Результатирозрахунків представлені в таблицях 6 і 7.
Визначаємомаксимальне зведене навантаження для апарату з конічної опорою за формулою (28)
/>
/>
Таблиця 6– Сполучення навантажень у перерізі Б – Б апарата з конічною опорою
Умови
роботи Розрахунковий тиск Р, МПа
Осьове стискальне
зусилля F, Н
Розрахунковий згинальний
момент М, Н×мм Робочі 0,83
F1=G1=6,43·104
/> Випробувань 1,24
F2=G2=15·104
/> Монтажу
F3=G3=5,1·104
F4=G4=3,63·104
/>
Мінімальнезведене навантаження визначаємо за формулою (29)
/>Н.
Перевищеннязведених навантажень над табличними для обраної раніше конічної опори складає
/>,
що неперевищує 10% від мінімального зведеного навантаження />:
/>
Таблиця 7– Сполучення навантажень у перерізі Г – Г апарата з конічною опорою
Умови
роботи Розрахунковий тиск Р, МПа
Осьове
стискальне
зусилля F, Н
Розрахунковий згинальний
момент М, Н×мм Робочі 0,83
F1=G1=6,43·104
/> Випробувань 1,24
F2=G2=15·104
/> Монтажу
F3=G3=5,1·104
F4=G4=3,63·104
/>
2.6Розрахунок корпуса колонного апарата на міцність та стійкість
2.6.1Перевірка міцності корпуса
Розрахунокнапружин здійснюємо в перерізі /> для робочих умов та умов монтажу(рисунок 9).
Дляробочих умов:
/>.
Подовжнінапружини /> і/> розрахуємоза формулами (30) і (31):
– знавітряного боку
/>
– зпідвітряного боку
/>
/>
/>
Рисунок 9– Конічна опора колонного апарата
Кільцевунапружину /> розраховуємоза формулою (32)
/>МПа.
Еквівалентнінапружини /> і/> розраховуємоза формулами (33) і (34):
– знавітряного боку
/>МПа;
– зпідвітряного боку
/>МПа.
Перевіркуумов міцності проводимо за формулами (35) і (36):
– знавітряного боку
/>,
/>;
– зпідвітряного боку
/>,
/>.
Умовиміцності виконуються.
Для умовмонтажу:
/>.
Подовжнінапружини /> і/> розрахуємоза формулами (30) і (31):
– знавітряного боку
/>
– зпідвітряного боку
/>.
Кільцевунапружину /> розраховуємоза формулою (32)
/>МПа.
Еквівалентнінапружини /> і/> розраховуємоза формулами (33) і (34):
– знавітряного боку
/>МПа;
– зпідвітряного боку
/>МПа.
Перевіркуумов міцності проводимо за формулами (35) і (36):
– знавітряного боку
/>,
/>;
– зпідвітряного боку
/>,
/>.
Умовиміцності виконуються.
2.6.2Перевірка корпуса колони на стійкість
Так якколонний апарат працює під внутрішнім надлишковим тиском і товщина стінкиопорної обичайки більше товщині стінки обичайки колони, виконуємо розрахуноккорпуса колонного апарата на стійкість. Перевірку корпуса на стійкістьпроводимо для робочих умов, умов випробувань та монтажу.
Дляробочих умов навантаження /> і /> приймаємо відповідно до таблиці 6для перерізу />: />
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої циліндричної обичайкивизначаємо за формулою (39)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови місцевої стійкості в межах пружностівизначаємо за формулою (42), прийнявши коефіцієнт запасу стійкості />
/>
Зведенурозрахункову довжину корпуса колони приймаємо за стандартом [3] рівноюподвійній довжині корпуса без урахування опорної обичайки:
/> мм.
Гнучкістькорпуса колони визначаємо за формулою (44)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови загальної стійкості в межах пружностівизначаємо за формулою (43)
/>
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови стійкості в межах пружності визначаємо заформулою (40)
/>Н.
Допустиме стискальнезусилля визначаємо за формулою (38)
/>Н.
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначаємо за формулою (46)
/>
Допустимийзгинальний момент за умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою(47)
/>Н·мм.
Допустимийзгинальний момент для корпуса колони визначаємо за формулою (45)
/>Н·мм.
Виконуємоперевірку стійкості корпуса колони в перерізі /> за формулою (37)
/>,
/>.
Умовастійкості в робочих умовах виконується.
Для умоввипробувань навантаження /> і /> приймаємо відповідно до таблиці 6для перерізу />: />
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої циліндричної обичайкивизначаємо за формулою (39)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови місцевої стійкості в межах пружностівизначаємо за формулою (42), прийнявши коефіцієнт запасу стійкості />
/>
Зведенурозрахункову довжину та гнучкість корпуса колони приймаємо такими ж, як і вробочих умовах:
/> мм;
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови загальної стійкості в межах пружностівизначаємо за формулою (43)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови стійкості в межах пружності визначаємо заформулою (40)
/>Н.
Допустиместискальне зусилля визначаємо за формулою (38)
/>Н.
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначаємо за формулою (46)
/>
Допустимийзгинальний момент за умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою(47)
/> Н·мм.
Допустимийзгинальний момент для корпуса колони визначаємо за формулою (45)
/>Н·мм.
Перевіркустійкості корпуса колони в перерізі /> виконуємо за формулою (37)
/>,
/>.
Умовастійкості в умовах випробувань виконується.
Для умовмонтажу навантаження /> і /> приймаємо відповідно до таблиці 6 для перерізу />: />
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої циліндричної обичайкивизначаємо за формулою (39)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови місцевої стійкості в межах пружностівизначаємо за формулою (42), прийнявши коефіцієнт запасу стійкості />
/>
/>
Зведенурозрахункову довжину та гнучкість корпуса колони приймаємо такими ж, як і вробочих умовах:
/> мм;
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови загальної стійкості в межах пружностівизначаємо за формулою (43)
/>
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови стійкості в межах пружності визначаємо заформулою (40)
/>Н.
Допустимеосьове стискальне зусилля визначаємо за формулою (38)
/>Н.
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначаємо за формулою (46)
/>
Допустимийзгинальний момент за умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою(47)
/> Н·мм.
Допустимийзгинальний момент для корпуса колони визначаємо за формулою (45)
/>Н·мм.
Перевіркустійкості корпуса в перерізі /> виконуємо за формулою (37)
/>,
/>.
Умовастійкості в умовах випробувань виконується.
2.7 Розрахунокопорної обичайки
Розрахунокопорної обичайки проводимо для робочих умов і умов випробувань. Розрахунковінавантаження в перерізі /> приймаємо відповідно до таблиці6. Для перерізу /> приймаємо розрахунковінавантаження, які діють у перерізі /> (таблиця 7).
2.7.1Розрахунок зварного шва, який з’єднує корпус колони з опорною обичайкою
Товщинузварного шва в місці приварення до корпуса колони опорної обичайки приймаєморівною меншій з товщин корпуса колони та опорної обичайки, />мм.
Міцністьзварного шва (переріз />) перевіряємо за формулою (55):
в робочихумовах
/>
в умовахвипробувань
/>
Умовиміцності виконуються.
2.7.2Розрахунок на стійкість опорної обичайки в зоні отворів
Стійкістьопорної обичайки в зоні отворів перевіряємо у перерізі /> (рисунок 9).
Внутрішнійдіаметр конічної обичайки /> в розрахунковому перерізі /> визначаємо відповіднодо рисунку 9, /> мм.
Зовнішнійдіаметр /> опорноїобичайки в розрахунковому перерізі /> дорівнює
/> мм.
Визначаємоплощу перерізу/>, мм2, (рисунок 10) заформулою
/>,
Де /> - площакільця, мм2
/> - площа вирізуу перерізі для лазу, мм2;
/> - площа зміцнюючихелементів, мм2.
Площакільця складає
/>мм2.
Площавирізу у перерізі для лазу приблизно визначаємо як площу прямокутника:
/>мм2.
Площазміцнюючих елементів
/>мм2.
Площаперерізу складає
/>мм2.
Длявизначення найменшого моменту опору поперечного перерізу визначаємо моментиопору перерізу В – В відносно осей X і Y (рисунок10).
Моментопору />, мм3, перерізуВ – В визначаємо як алгебраїчну суму його складових частин
/>,
Де /> - момент опорукільця, мм3;
/> - момент опорувирізу у перерізі для лазів, мм3;
/> - момент опорузміцнюючих елементів, мм3.
Моментопору кільця визначаємо за формулою
/>
/>
Рисунок 10– Переріз конічної опори по лазам
Длязнаходження моменту опору вирізу /> відносно осі х визначаємо моментінерції вирізу /> відносно осі X
/>мм4,
Де /> - відстань відосі, що проходить через центр ваги, до осі X.
Моментопору вирізу відносно осі X визначаємо за формулою
/>мм3.
Де /> – координатанайбільш віддаленої від осі X точки перерізу.
Аналогічновизначаємо момент опору зміцнюючих елементів /> відносно осі X
/>мм4,
/>мм3.
Визначаємомомент опору перерізу В – В відносно осі X
/>
Длязнаходження моменту опору вирізу /> відносно осі Yвизначаємо момент інерції вирізу /> відносно осі Y
/>мм4.
Моментопору вирізу відносно осі Y визначаємо за формулою
/>мм3,
/>– координатанайбільш віддаленої від осі Y точки перерізу.
Аналогічновизначаємо момент опору зміцнюючих елементів /> відносно осі Y
/>мм4,
/>мм3.
Визначаємомомент опору перерізу В – В відносно осі Y
/>
Отженайменшим є момент опору перерізу В – В відносно осі X
/> мм3.
Визначаємобезрозмірні коефіцієнти />за формулами (55):
/>
/>
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля і допустимий згинальний момент для конічної обичайкирозраховуємо відповідно за формулами (56) і (45).
Внутрішнійдіаметр більшої основи конічної обичайки опори /> і половину куту розтвору привершині конічної обичайки визначаємо відповідно до рисунку 9: />мм, />.
Ефективнийдіаметр конічної обичайки при осьовому стисненні та згині визначаємо заформулою (59)
/> мм.
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої конічної обичайки дляробочих умов визначаємо за формулою (57)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля визначаємо за умови стійкості в межах пружності заформулою (58)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля для конічної обичайки визначаємо за формулою (56)
/>
/>
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначаємо за формулою (60)
/>Н·мм.
Допустимийзгинальний момент за умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою(61)
/> Н·мм.
Допустимийзгинальний момент для гладкої конічної обичайки визначаємо за формулою (45)
/>Н·мм.
Умовастійкості опорної обичайки в зоні отворів (переріз />) в робочих умовах
/>
виконується.
Проводиморозрахунок стійкості опорної обичайки в зоні отворів для умов випробувань.
Допустимунапружину в умовах випробувань для матеріалу опорної обичайки визначаємо заформулою [11]
/>МПа.
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої конічної обичайкивизначаємо за формулою (57)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля визначаємо за умови стійкості в межах пружності заформулою (58)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля для конічної обичайки визначаємо за формулою (56)
/>
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначаємо за формулою (60)
/>Н·мм.
Допустимийзгинальний момент за умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою(61)
/> Н·мм.
Допустимийзгинальний момент для гладкої конічної обичайки визначаємо за формулою (45)
/>Н·мм.
Умовастійкості опорної обичайки в зоні отворів (переріз />) в умовах випробувань />,
виконується.
2.7.3Розрахунок довжини перехідної частини опорної обичайки з корозійностійкої сталі
Значеннявеличин /> визначаємопри температурі, яку розраховуємо за формулою (63)
/>ºС.
Коефіцієнтилінійного розширення матеріалів відповідно перехідної та опорної обичайоквизначаємо за методичними вказівками [12]:
/>1/ºС;
/>1/ºС.
Модульподовжньої пружності матеріалу перехідної обичайки визначаємо за методичнимивказівками [11]
/>МПа.
Визначаємодопустиме осьове стискальне зусилля і допустимий згинальний момент за умовиміцності для конічної обичайки в робочих умовах при температурі />ºС.
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови міцності для гладкої конічної обичайкивизначаємо за формулою (57)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля за умови стійкості в межах пружності визначаємо заформулою (58)
/>
Допустимеосьове стискальне зусилля для конічної обичайки визначаємо за формулою (56)
/>
Допустимийзгинальний момент за умови міцності визначаємо за формулою (60)
/>Н·мм.
Допустимийзгинальний момент за умови стійкості в межах пружності визначаємо за формулою(61)
/> Н·мм.
Допустимийзгинальний момент для гладкої конічної обичайки визначаємо за формулою (45)
/>Н·мм.
Розрахунковудопустиму температуру теплоізольованої опорної обичайки в місці стикуперехідної та опорної обичайок визначаємо за формулою (62)
/>
Так якдопустима температура в місці стику значно перевищує температуру в днищіапарата, то визначати різницю цих температур не потрібно. У цьому випадкувиконавчу довжину перехідної обичайки визначаємо за формулою (66) з урахуваннямлише конструктивних значень
/>
Остаточноприймаємо виконавчу довжину перехідної обичайки рівною висоті циліндричноїчастини конічної опори
/> мм.
Висновки
Згіднозавдання був зроблений розрахунок колонного апарату на міцність та стійкість.
В процесівиконання завдання ми ознайомилися з теоретичним матеріалом та на базіотриманих знань зробили:
— визначеннятовщини стінки корпуса;
— визначеннязгинальних моментів від вітрового навантаження;
— визначенняперіоду основного тону власних коливань;
— визначеннязгинальних моментів в розрахункових перерізах;
— розрахунокзведених навантажень та вибір опори;
— розрахуноккорпуса колонного апарата на міцність та стійкість;
— розрахунокопорної обичайки;
— розрахунокзварного шва, який з’єднує корпус колони з опорною обичайкою;
— розрахунок настійкість опорної обичайки в зоні отворів;
— розрахунокдовжини перехідної частини опорної обичайки з корозійностійкої сталі.
Література
1. ГОСТ24756-81. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определениерасчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок исейсмических воздействий. М.: Изд-во стандартов, 1981. – 16 с.
2. ГОСТ24757-81. Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета напрочность. М.: Изд-во стандартов, 1981. – 19 с.
3. ГОСТ14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. М.: Изд-востандартов, 1989. – 79 с.
4. ГОСТ6533-78. Днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов икотлов. М.: Изд-во стандартов, 1985. – 37 с.
5. Колонныеаппараты. Каталог. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1987. – 29 с.
6. ГСТУ3-17-191-2000. Посудини та апарати стальні зварні. Загальні технічні умови.Державний комітет промислової політики України, 2000. – 302 с.
7. ГСТУ3-17-193-2000. Опори вертикальних апаратів. Типи та основні розміри. Державнийкомітет промислової політики України, 2000. – 39 с.
8. ГОСТ Р51273-99. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Определениерасчетных усилий для аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок исейсмических воздействий. М.: Госстандарт России, 1999. – 11 с.
9. ГОСТ Р51274-99. Сосуды и аппараты. Аппараты колонного типа. Нормы и методы расчета напрочность. М.: Госстандарт России, 1999. – 12с.
10. АТК24.200.04-90. Альбом типовых конструкций. Опоры цилиндрические и коническиевертикальных аппаратов. Типы и основные размеры. – 23 с.
11. Методическиеуказания к расчету цилиндрических обечаек стальных сварных сосудов длястудентов специальности 7.090220. – Северодонецк. СТИ, 2002. – 83 с.
12. Розрахунокна міцність, жорсткість і герметичність фланцевих з’єднань посудин та апаратів.Методика і приклади розрахунку. – Сєвєродонецьк. СТІ, 2005. – 68 с.