Розрахунок на міцність та стійкість колонних апаратів

Размещено на аllbest/

Зміст

Вступ

1. Теоретична частина

1.1 Загальні відомості

1.2 Розрахункові перерізи

1.3 Розрахункові навантаження

1.3.1 Розрахунковий тиск

1.3.2 Навантаження від власної ваги

1.3.3 Розрахункові згинальні моменти

1.4 Розрахункова температура

1.5 Визначення товщини стінки корпуса колони

1.6 Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження

1.6.1 Визначення періоду основного тону власних коливань

1.6.2 Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження в розрахункових перерізах

1.7 Сполучення навантажень

1.8 Розрахунок зведених навантажень та вибір опори

1.9 Розрахунок корпуса колонного апарата на міцність та стійкість

1.9.1 Перевірка міцності корпуса

1.9.2 Перевірка корпуса на стійкість

1.10 Розрахунок опорної обичайки

1.10.1 Розрахунок зварного шва, який з’єднує корпус колони з опорною обичайкою

1.10.2 Розрахунок на стійкість опорної обичайки в зоні отворів

1.10.3 Розрахунок довжини перехідної частини опорної обичайки з корозійностійкої сталі

2. Практична частина

2.1 Розрахунок колонного апарату на міцність та стійкість

2.1.1 Вихідні дані

2.2 Визначення товщини стінки корпуса

2.3 Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження

2.3.1 Визначення періоду основного тону власних коливань

2.3.2 Визначення згинальних моментів в розрахункових перерізах

2.4 Сполучення навантажень

2.5 Розрахунок зведених навантажень та вибір опори

2.6 Розрахунок корпуса колонного апарата на міцність та стійкість

2.6.1 Перевірка міцності корпуса

2.6.2 Перевірка корпуса колони на стійкість

2.7 Розрахунок опорної обичайки

2.7.1 Розрахунок зварного шва, який з’єднує корпус колони з опорною обичайкою

2.7.2 Розрахунок на стійкість опорної обичайки в зоні отворів

2.7.3 Розрахунок довжини перехідної частини опорної обичайки з корозійностійкої сталі

Висновок

Література

Вступ

Тема курсової роботи «Розрахунок на міцність та стійкість колонних апаратів» з дисципліни «Хімічні технології».

Мета роботи – зробити розрахунок на міцність та стійкість апаратів колонного типу постійного по висоті перерізу, які установлюються поза будівлями та спорудами на циліндричних або конічних опорах і навантажені внутрішнім надлишковим або зовнішнім тиском, осьовим стискальним зусиллям від власної ваги та згинальним моментом від вітрового навантаження.

колонний апарат корпус

1. Теоретична частина

1.1 Загальні відомості

Визначення згинальних моментів апаратів перемінного поперечного перерізу з допуском у бік запасу міцності можна проводити як для апаратів постійного перерізу з найбільшим діаметром або проводити розрахунок за стандартами [1, 8].

Як розрахункову схему апарата колонного типу при визначенні згинальних моментів від вітрового навантаження приймають консольний пружно защемлений стержень (рисунок 1).

Апарат по висоті умовно розбивають на ділянок, причому висота ї ділянки має бути не більше 10 м. Маси ділянок приймають зосередженими в їх серединах.

Вітрове навантаження, яке розподілене по висоті апарата, замінюють зосередженими горизонтальними силами, прикладеними в серединах ділянок.

Колонний апарат розраховують для робочих умов, умов гідровипробувань і монтажу.

Рисунок 1 – Розрахункова схема колонного апарата

1.2 Розрахункові перерізи

При розрахунку колонного апарата на міцність та стійкість установлюють наступні основні розрахункові перерізи (рисунки 1-3):

– поперечний переріз в місці з’єднання обичайки корпуса з днищем ;

– поперечний переріз в місці приєднання опорної обичайки до корпуса ;

– поперечний переріз опори в місці розміщення отворів ;

– поперечний переріз опори в місці приварення опорного кільця.

Згинальний момент в перерізі приймають рівним згинальному моменту на рівні поверхні фундаменту.

Рисунок 2 – Циліндрична опора колонного апарата

Рисунок 3 – Конічна опора колонного апарата

1.3 Розрахункові навантаження

1.3.1 Розрахунковий тиск

Розрахунковий тиск в робочих умовах і в умовах гідравлічних випробувань слід визначати за методичними вказівками [11].

1.3.2 Навантаження від власної ваги

При розрахунку колонного апарата необхідно враховувати наступні навантаження:

– – вагу колони в робочих умовах, включаючи вагу обслуговуючих майданчиків, ізоляції, внутрішніх пристроїв і робочого середовища, Н;

– – вагу колони в умовах гідровипробувань (без ізоляції), включаючи вагу води, що заповнює колону, Н;

– – максимальну вагу апарата в умовах монтажу (вага колони з ізоляцією та внутрішніми пристроями), Н;

– – мінімальну вагу апарата в умовах монтажу після установлення його у вертикальне положення (вага колони без ізоляції та внутрішніх пристроїв), Н.

1.3.3 Розрахункові згинальні моменти

При розрахунку колонних апаратів на міцність та стійкість як розрахункові моменти у відповідних перерізах приймають згинальні моменти, які виникають від вітрового навантаження:

– – згинальний момент в робочих умовах, Н·мм;

– – згинальний момент в умовах гідровипробувань, Н·мм;

– – згинальний момент в умовах монтажу з урахуванням ізоляції та внутрішніх пристроїв, Н·мм.

1.4 Розрахункова температура

Розрахункову температуру в небезпечних перерізах колонного апарата слід визначати за методичними вказівками [11].

Для елементів опори, які приварюються до корпуса колони, розрахункову температуру в робочих умовах визначають за формулою

, (1)

Де - розрахункова температура стінки корпуса колони в робочих умовах, єС;

- перепад температур в опорній обичайці, єС.

Перепад температур в опорній обичайці слід визначати за формулою:

, (2)

Де - відстань від верхньої кромки опорної обичайки до розрахункового перерізу, мм.

Розрахункову температуру для умов випробувань і монтажу приймають рівною 20 єС.

1.5 Визначення товщини стінки корпуса колони

Виконавчу товщину стінки корпуса колонного апарата слід попередньо визначити за методичними вказівками [11], після чого її приймають за графіками, наведеними на рисунках 4-6, залежно від внутрішнього діаметра, матеріалу корпуса апарата, розрахункового тиску та розрахункової температури.

Після визначення згинальних моментів від вітрового навантаження і стискальних зусиль від 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 обичайки та температури робочого середовища.

Рисунок 5 – Графік залежності виконавчої товщини стінки корпуса колонного апарата S, мм, зі сталі марки 09Г2С від величини внутрішнього надлишкового тиску, діаметра обичайки 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.

1.6 Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження

1.6.1 Визначення періоду основного тону власних коливань

Період основного тону власних коливань , с, колонного апарата постійного перерізу з рівномірно розподіленою по висоті масою слід визначати для робочих умов, умов випробувань та монтажу за формулою [1, 8]

, (3)

Де -маса апарата, кг;

- висота колони, мм;

- модуль подовжньої пружності матеріалу корпуса колони при розрахунковій температурі, МПа;

- момент інерції поперечного перерізу корпуса колони відносно центральної осі, мм4;

- момент інерції підошви фундаменту, мм4;

- коефіцієнт нерівномірності стиснення ґрунту, Н/мм3.

Коефіцієнт нерівномірності стиснення ґрунту приймають за даними інженерної геології, а при відсутності таких даних його приймають рівним Н/мм3 [1, 8].

Момент інерції поперечного перерізу корпуса колони відносно центральної осі визначають за формулою:

, (4)

Де - внутрішній діаметр корпуса колонного апарата, мм;

- внутрішній діаметр корпуса колонного апарата, мм;

- сума добавок до розрахункової товщини стінки корпуса колонного апарата, мм.

Якщо точні розміри фундаменту невідомі, момент інерції підошви фундаменту мм4, можна визначати за формулою [1]

, (5)

Де - зовнішній діаметр опорного кільця, мм (рисунки 2, 3).

Значення зовнішніх діаметрів опорних кілець циліндричних опор колонних апаратів наведені в таблиці 1, конічних – в таблиці 2 [7, 10].

Попередньо слід вибирати циліндричну опору.

Таблиця 1 – Зовнішні діаметри опорних кілець циліндричних опор

Розміри в міліметрах

Таблиця 2 – Зовнішні діаметри опорних кілець конічних опор

Розміри в міліметрах

Значення зовнішніх діаметрів опорних кілець циліндричних опор колонних апаратів із внутрішнім діаметром від 3800 до 6300 мм наведені в галузевому стандарті [7].

1.6.2 Визначення згинальних моментів від вітрового навантаження в розрахункових перерізах

Розрахунковий згинальний момент , Н·мм, в перерізі слід визначати за формулою

, (6)

Де - горизонтальна сила від дії вітру на у ділянку колони, Н;

- відстань від середини ї ділянки до основи колони, мм;

- висота опорної обичайки, мм;

- кількість ділянок;

- Число обслуговуючих майданчиків, розташованих вище перерізу ;

– згинальний момент в перерізі від дії вітру на й обслуговуючій майданчик, Н·мм.

Згинальний момент , Н·мм, від дії вітрового навантаження на рівні основи колонного апарата слід визначати за формулою

, (7)

Де – згинальний момент на рівні основи колонного апарата від дії вітрового навантаження на й обслуговуючий майданчик, Н·мм;

- число обслуговуючих майданчиків на колонному апараті.

Вітрове навантаження , Н, яке діє на у ділянку колони, визначають за формулою

, (8)

Де – середня статична складова вітрового навантаження на у ділянку, Н;

– пульсаційна складова вітрового навантаження, яке діє на у ділянку, Н.

Середню статичну складову вітрового навантаження на у ділянку визначають за формулою

, (9)

– нормативне значення статичної складової вітрового навантаження на середині ї ділянки колони (на висоті над поверхнею ґрунту), МПа;

- зовнішній діаметр апарата, мм;

- висота -ї ділянки колони, мм.

При визначенні розрахункових зусиль для колонного апарата як зовнішній діаметр приймають:

– для умов монтажу без ізоляції і гідровипробувань – зовнішній діаметр обичайки;

– для умов монтажу з ізоляцією і робочих умов – зовнішній діаметр ізоляції.

Нормативне значення статичної складової вітрового навантаження на середині ї ділянки колони визначають за формулою

, (10)

- нормативне значення вітрового тиску, МПа;

- коефіцієнт, який враховує змінення вітрового тиску по висоті апарата;

- аеродинамічний коефіцієнт [1, 8].

Для району Донбасу (III вітровий район) швидкісний напір вітру складає

МПа.

Коефіцієнт, який враховує змінення вітрового тиску по висоті апарата, визначають за формулою

. (11)

Аеродинамічний коефіцієнт приймають рівним:

– для корпуса апарата без обслуговуючих майданчиків

;

– для корпуса апарата з обслуговуючими майданчиками при врахуванні загальної площі проекції контуру обслуговуючого майданчика на вертикальну площину

.

Пульсаційну складову вітрового навантаження на у ділянку, , Н, визначають за формулою