Мм - размер, который примерно учитывает высоту цилиндрической отбортовки крышки и толщину фланца крышки

100 мм - размер, который примерно учитывает высоту цилиндрической отбортовки крышки и толщину фланца крышки.

Получаем:

h₁=950- (200+100) = 950 - 300 = 650 мм.

2.1.2 Высота жидкости в аппарате

Обычно принимают высоту жидкости в аппарате меньше высоты корпуса аппарата на 50-100 мм, получаем:

h_ж=h₁- (50…100) = 650- (50…100) =600…500 м. (4)

Для расчетов принимаем h_ж=600мм=0,6 м.

2.1.3 Расчетное внутреннее давление в аппарате

Расчетное внутреннее давление в аппарате складывается из заданного внутреннего давления и гидростатического давления среды:

Р_Р=Р+Р_Г, (5)

где Р_Г - гидростатическое давление среды.

Очевидно:

Р_Г = ρ·g·h_ж=1020·9,81·0,6=6003,72 Па≈0,006 МПа, (6)

здесь g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения,

ρ=1020 кг/м³- плотность среды (см. таблицу Б1 приложения Б).

Оцениваем величину гидростатического давления по сравнению с давлением в аппарате

ΔР%= (Р_Г/р) ·100= (0,006/1,0) ·100=0,6% (7)

Если ΔР% ≤ 5%, то гидростатическое давление не учитывают (если ΔР% > 5%, то расчетное давление равно Р_Р = Р)

В нашем случае расчетное давление равно

Р_Р = Р = 1,0 МПа.

2.2 Расчет обечайки корпуса

В процессе работы аппарата обечайка испытывает следующие деформации:

растяжение в окружном направлении от внутреннего давления,

растяжение по высоте аппарата от осевой растягивающей силы,

объемное сжатие от наружного давления (давление в рубашке).

2.2.1 Толщина стенки обечайки при нагружении внутренним расчетным избыточным давлением определяется выражением

, (8)

где φ - коэффициент прочности продольного сварного шва, который принимается в зависимости от типа сварного шва, вида сварки и длины контролируемых швов. Ориентировочно его значение принимают в пределах 0,65-0,9. Принимаем φ=0,9,Р_р =1,0 Н/мм² - расчетное давление,

D=800 мм - диаметр аппарата,

[σ] =168 Н/мм² - допускаемое напряжение для стали 08Х18Н10Т.

Получаем:

S_R=

2.2.2 Определение толщины стенки обечайки при нагружении осевой растягивающей силой

Осевая растягивающая сила:

 (9)

Толщина стенки:

S_R=  (10)

2.2.3 Толщину стенки обечайки, нагруженной наружным давлением, находят из условия устойчивости обечайки от наружного давления

Рисунок 2 - К расчету высоты обечайки корпуса

Для корпуса аппарата наружным давлением является давление в рубашке

Рн =Р_руб = 0,5 МПа.

2.2.3.1 Расчетная длина (высота) обечайки

ℓ=h₁-ℓ^'-ℓ^″, (11)

где ℓ'=150 мм - принимается конструктивно для удобного выполнения сварки рубашки и корпуса.

ℓ^″= (2/3) ·Нэ= (2/3) ·0,25·D= (2/3) ·200=133,3мм, ([3], стр.12). (12)

Здесь ℓ^″ - размер, учитывающий часть высоты эллиптического днища, влияющий на потерю устойчивости обечайки корпуса аппарата.

Получаем ℓ= 650-150-133,3 = 366,7 мм.

Принимаем ℓ= 370 мм (округляем в сторону увеличения).

2.2.3.2 Толщина стенки обечайки

Толщина стенки обечайки определяется по формуле

 (13)

Здесь коэффициент К₂, зависящий от коэффициентов К₁ и К_3, определяется по номограмме (приложение В) в зависимости от значения коэффициентов К₁ и К₃.

Коэффициент К₁:

 (14)

Здесь n_y=2,4 - коэффициент запаса устойчивости при рабочих условиях [4],

Е=2·10⁵ Н/мм² - модуль продольной упругости (см. п.1.2)

Коэффициент К₃:

К₃= ℓ/D = 370/800 = 0,4625. (15)

Коэффициент К₂ определяем по номограмме (рис. В1 приложения В).

Получаем: К₂= 0,46. Тогда толщина стенки

S_R^′=K₂·D·10^-2=0,46·800·10^-2=3,68 мм. (16)

 (17)

Из двух расчетных толщин S_R^′; S_R^″ принимаем большую величину, т.е.

S_R = max (S_R^′; S_R^″) = max (3,68; 1,31) = 3,68 мм. (18)

По трем рассчитанным формулам (8), (10) и (16) получены три значения толщины стенки обечайки корпуса 2,7 мм; 1,3 мм; 3,68 мм. Принимаем большее из них, т.е. S_R= 3,68 мм.

Прибавки к расчетной толщине стенки обечайки:

С = С₁+ С₂+ С_{3. (}19)

Здесь С₁ - прибавка для компенсации коррозии и эрозии:

С₁= С_Э +С_{К, (}20)

где С_Э - прибавка для компенсации эрозии. С_Э=0, т.к скорость движения среды в аппарате менее 20 м/с и отсутствуют абразивные частицы,

С_К - прибавка для компенсации коррозии:

 

С_К= П·τ = 0,1·5 = 0,5 мм. (21)

Здесь τ = 5 лет - срок службы аппарата,

П=0,1 мм/год - скорость коррозии для стали 08Х18Н10Т.

Тогда

С₁= С_К+ С_Э= 0,5+ 0 = 0,5мм.

Примечания: - Скорость коррозии принимается П = 0,1 мм/год, если она не оговорена в таблице Б1 приложения Б.

Обечайка корпуса с наружной стороны омывается водой (паром), но при температуре 20 … 100°С вода (пар) не вызывает коррозии легированных сталей, поэтому принимаем П_нар= 0 мм/год.

Для обечайки корпуса, изготовленной из сталей ВМСтЗсп, 20, 20К и других углеродистых сталей следует учитывать коррозию с обеих сторон, т.е. с внутренней и наружной

С₁= П·τ + П_нар·τ + С_Э, (22)

где П_нар - скорость коррозии с наружной стороны от воды (пара). Значение ее принимается по таблице А1 приложения А.

С₂ - прибавка для компенсации минусового допуска листа стали при изготовлении. Минусовый допуск выбираем по таблице Г1 приложения Г). Для толщины S_R= (8…24) мм С₂=0,4 мм. В нашем расчете S_R= 3,68 мм, поэтому мы приняли диапазон размеров больше 3мм.

С₃ - прибавка технологическая (учитывает утончение листа при вальцовке), для толщины от 3 до 30 мм принимают С₃=0,3 мм.

В итоге получаем:

С = С₁+С₂ + С₃ = 0,75+0,4+0,3 =1,45 мм.

Толщина стенки обечайки с учетом прибавок

 

S^'= S_R+С = 3,68+1,45 = 5,13 мм. (23)

Исполнительная толщина стенки обечайки корпуса, принятая по стандарту (табл. Г1 приложения Г) S=6 мм.

2.3 Расчет эллиптического днища

Согласно заданию в аппарате предусмотрены эллиптические днище и крышка.

Для днища и крышки принята сталь 08Х18Н10Т (см. п.1.2) с допускаемым напряжением [σ] =168 МПа и модулем упругости Е=2·10⁵ МПа.

В процессе работы аппарата днище корпуса испытывает следующие деформации:

растяжение от внутреннего давления,

сжатие (потеря устойчивости формы днища) от наружного давления - давления в рубашке.

2.3.1 Толщина стенки днища, нагруженного внутренним расчетным избыточным давлением, определяется выражением

Рисунок 3 - Внутреннее давление Р_р, действующее на днище корпуса.

=

 2,39 мм (24)

Здесь R - радиус кривизны в вершине днища. Для стандартного эллиптического днища R = D = 800 мм.,

φ - коэффициент прочности сварного шва. Принимаем днище не сварное, а цельное штампованное, поэтому φ = 1.

Рисунок 4 - Внешнее давление Р_Н, действующие на днище корпуса.

2.3.2 Толщина стенки днища, нагруженного наружным давлением, рассчитывается по формуле

(25)

где К_Э - коэффициент приведения радиуса кривизны эллиптического днища.

Предварительно принимаем К_Э =0,9.

2.3.3 Конструктивная прибавка к расчетной толщине днища

С' = С₁ + С₂ + С₃.

Здесь также С₁= П∙τ+С_Э= 0,1∙5+0 = 0,5 мм - прибавка на коррозию,

С₂= 0,4 мм (для толщины 6 мм по табл. Д1, приложение Д) - прибавка на минусовой допуск изготовления листа,

С₃=0,3 мм (см. п.2.2.5) - прибавка на утончение при изготовлении днища.

В результате получаем:

С' = 0,5 + 0,4 + 0,3 = 1,2 мм.

2.3.4 Толщина днища с учетом прибавок

S₁^’= S_1R + C^’= 2,17+ 1,2 = 3,37 мм ≈ 4,0 мм.

Исполнительная толщина стенки днища, принятая по стандарту (табл. Д1, приложение Д) S₁= 4 мм.

2.3.5 Для эллиптических днищ, если длина цилиндрической отбортованной части h, больше параметра

, т.е.  < h, то толщина стенки днища S₁ должна быть не менее толщины стенки обечайки, т.е. S₁ ≥ S.

Длину (высоту) отбортованной части при D=800 мм и S₁=4 мм принимаем по таблице Д1 приложения Д: h = 25 мм.

Определяем параметр

 (26)

Замечаем, что = 47,33> h=25, поэтому можно принять S₁ <S. Принимаем S₁=4 мм.

Толщину крышки аппарата принимают такой же как и толщину днища S₁=4 мм.

2.4 Расчет рубашки аппарата

Согласно заданию рубашка гладкая приварная (не отъемная).

Для рубашки выбрана (см. п.1.1, 1.2) качественная углеродистая конструкционная сталь 20К, у которой допускаемое напряжение [σ] _руб. =147 МПа и модуль упругости Е_руб. =1,99·10⁵ МПа.

2.4.1 По таблице Е1 приложения Е принимаем диаметр рубашки D_р=900 мм, параметр а = 30 мм

Рисунок 5 - К расчету высоты рубашки

2.4.2 Высота рубашки с учетом днища (без толщины днища)

 (27)

 

h₁=650мм (см. п.2.1 1), =150 (см. п.2.2.3.1)

Получаем: h_p=650+30-150=830 мм

 

2.4.3 Расчет обечайки рубашки

В процессе работы аппарата обечайка рубашки испытывает следующие деформации:

растяжение в окружном направлении от внутреннего давления в рубашке, растяжение по высоте аппарата от осевой растягивающей силы.