Расчет ректификационной колонны (стр. 5 из 9)

Е_Б - модуль продольной упругости материала болта, Е_Б=1,85×10⁵ МПа.

y_Б= 232,88×10^-3/(1,85×10⁵×10,9×10^-4 ×18)=6,4×10^-5 м/Н.

Коэффициент жесткости для фланцев с овальными прокладками

a=1. (63)

Найдем безразмерный коэффициент u по формуле

u=A×y_Б, (64)

где

A=[y_п+y_Б+0,25×(y_Ф1 + y_Ф2)×(D_Б - D_п.ср)²]^-1, (65)

при стыковки фланца с плоской крышкой

y_ф1=[1-w×(1+0,9×l)]×y₂/(h₁³×E), (66)

y_Ф2=y_кр , (67)

По формулам (63)…(67) определяется безразмерный коэффициент

y_ф1=[1-0,6×(1+0,9×0,5)]×3,8/(0,013³×1,75×10⁵)=2,27 м/МН,

y_ф2=0,001,

A=[0+6,4×10^-5+0,25×(2,27+0,001)×(0,69-0,525)²]^-1=10,67,

u=10,67×6,4×10^-5=0,0007.

5.3 Расчет фланцевого соединения работающего под внутренним давлением.

Нагрузка действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления найдем по формуле

, (68)

Q_д=0,785×0,525²×11=2,38 МН.

Реакция прокладки в рабочих условиях

R_п=2×p×D_п.ср×b_E×m×p_R , (69)

где m - коэффициент, по ОСТ 26-426-79 m=5,5

R_п=2×3,14×0,525×1,5×5,5×11=299,2 МН.

Усилия, возникающие от температурных деформаций

Q_t=u×z_Б×f_Б×E_Б×(a_ф×t_ф - a_Б×t_Б), (70)

где a_ф, a_Б - коэффициенты температурного линейного расширения фланца и болтов, a_Б = 12,36×10^-6 1/°C, a_ф = 17,3×10^-6 1/°C;

f_Б, t_ф, t_Б - коэффициенты, f_Б=5,4×10^-4 м², t_ф=240, t_б=37,5.

Q_t=0,0007×18×5,4×10^-4×1,85×10⁵×(17,3×10^-6×240-12,36×10^-6×237,5)=0,0015 МН.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при p>0,6 МПа

P_Б1=max{a×Q_д+R_п; p×D_п.ср×b_E×q}, (71)

где q - параметр, q=125;

a - коэффициент жесткости фланцевого соединения, a=1;

[s_Б]²⁰ – допускаемое напряжение при температуре 20 °С, [s_Б]²⁰=230 МПа.

Р_Б1 = max{1×2,38+0,525/2; 3,14×510×1,5×125}=max{2,65;309}=309 МН.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

P_Б2=Р_Б1+(1 - a)×Q_Д+Q_t, (72)

P_Б2=309+(1-1)×2,38+0,0015=309,0015 МН.

Найдем приведенные изгибающие моменты диаметральном сечении фланца по формулам

M₀₁=0,5×P_Б1×(D_б-D_п.с.), (73)

, (74)

М₀₁=0,5×309×(0,69-0,525)=25,5 МН×м,

МН×м.

Принимаем за расчетное М_R=26,67 МН×м.

Условия прочности шпилек

, (75)

, (76)

МПа£230 МПа,

МПа£220 МПа.

Условия прочности выполняется.

Критический момент на ключе при затяжки определим из графика [3]

М_кр=2,2×10³ МН×м.

5.3 Расчет приварных встык фланцев и буртов

Максимальное напряжение в сечении s₁ фланца в месте соединения втулки с плоскостью фланца определим по формуле

, (77)

D*=D+s₁, (78)

D*=450+34=484

Максимальное напряжение в сечение s₀ фланца наблюдается в месте соединения втулки с обечайкой

s₀=y₃×s₁, (79)

s₀=1×49,18=49,18 МПа.

Напряжения в кольце фланца от действия M₀ найдем по формуле

, (80)

МПа.

Напряжение во втулки фланца от внутреннего давления найдем по формулам

, (81)

, (82)

МПа

МПа.

Условие прочности фланца

в сечение s₁

, (83)

d сечение s₀

, (84)

,

.

Условия прочности выполняется

Угол поворота фланца найдем по формуле

, (85)

.

Условие выполняется.

5.4 Расчет крышки

5.4.1 Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10.

Рисунок 10 – Расчетная схема для крышки люка

Определим толщину плоской крышки люка по формулам

s₁³s_1p+c, (86)

где

, (87)

где К – коэффициент, определяется по таблице [2], К=0,4;

D_p – расчетный диаметр, D_р=D₃=D_б=690 мм;

j – коэффициент прочности сварного шва, j=1;

[s] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, [s]=145 МПа;

p – расчетное давление, p=10 МПа;

К₀ – коэффициент ослабления крышки отверстиями, K₀=1.

.

s₁³76+1=77 мм.

5.4.2 Допускаемое давление на крышку определим по формуле

,

МПа

5.4.1 Область применения расчетных формул

Расчетная схема для крышки люка показана на рисунке 10. Формулы применимы для расчета крышки при условии

, (88)

где s₁ – исполнительная толщина крышки, примем s₁=200 мм;

D_р – расчетный диаметр, D_р=D_б=690 мм.

,

0,109£0,11.

Условие соблюдается.

6 Расчет весовых характеристик аппарата

6.1 Расчет веса аппарата

Вес аппарата при рабочих условиях рассчитывается по формуле

G_A = G_K + G_ИЗ + G_Н.У + G_В.У + G_Ж, (89)

где G_K - вес корпуса, кН;

G_ИЗ - вес изоляции, кН;

G_Н.У - вес наружных устройств, кН;

G_В.У - вес внутренних устройств, кН;

G_Ж - вес жидкости, кН.

G_К = åG_Ц + åG_Д, (90)

где G_Ц - вес цилиндрической части корпуса, кН;

G_Д - вес днища, кН.

G_Ц = p×(D_В + s)×s×H_Ц×r_м×g, ( 91)

где H_Ц ¾ высота цилиндрической части корпуса, м;

r_м ¾ плотность металла, кг/м³, r_м=7850 кг/м³.

G_Д=S_Д×s×r_м×g, (92)

где S_Д - площадь днища, м²;

s_д - толщина днища, м.

G_Ц=3,14×(1,2 + 0,05)×0,05×25,9×7850×9,81=391,424 кН,

G_Д=2,31×0,05×7850×9,81=9,673 кН.

По формуле (90)

G_K=391,424+2×9,673=410,77 кН

Найдем вес изоляции цилиндрической части корпуса

G_из.ц=p×(D_B+2×s+s_из.)×s_из×H_Ц×r_из.×g, (93)

где s_из. – толщина изоляции, м;

r_из. – плотность изоляции, кг/м³.

, (94)

где s_м.в., s_Al - толщина минеральной ваты и фольги, s_м.в.=0,08 м, s_Al=0,8×10^-3 м;

r_м.в., r_Аl - плотность минеральной ваты и фольги, r_м.в.=250 кг/м³, r_Al=2500 кг/м³.

кг/м³.

G_из.ц=3,14×(1,2+2×0,05+0,0808)×0,0808×25,9×272,3×9,81=24,237 кН.

Найдем вес изоляции днищ

G_ИЗд=F_д×s_из×r_из×g, (95)

G_ИЗд=2,31×0,808×272,3×9,81=4,985 кН,

G_ИЗ=G_ИЗц+2×G_ИЗд, (96)

G_ИЗ=24,237+2×4,985=34,207 кН.

Вес внутренних устройств определяется по формуле

G_ВН=n_т×М_т×g+G_от, (97)