§ 2. Расчетно-проектная работа № 1. Расчет аппаратов, работающих под внутренним и внешним избыточным давлением

Цель работы: 1) приобретение навыков расчета цилиндрических обечаек аппаратов, работающих под внутренним и внешним избыточным давлением;

2) расчет толщины днищ различной формы аппаратов, работающих под внутренним и внешним избыточным давлением.

Задание: рассчитать аппарат, работающий под давлением, если заданы: внутренний диаметр обечайки аппарата , м; высота цилиндрической обечайки аппарата ,м; избыточное давление пара в рубашке , МПа; температура пара в рубашке , ºС; материал обечайки – сталь 12Х18Н10Т; материал паровой рубашки – сталь ВСт3пс; избыточное давление в аппарате МПа; температура продукта ºС; толщина паровой рубашки м. Гидростатическое давление жидкости в аппарате не учитывать. Расчетная схема аппарата выбирается по рис. 2.11 в соответствии с вариантом; исходные данные для расчета – из табл. 2.3.

Рис. 2.11. Расчетные схемы аппаратов: а – плоское днище;

б – сферическое днище; в – эллиптическое днище; г – конусное днище

Методика расчета

Расчет паровой рубашки. Обечайка паровой рубашки рассчитывается как тонкостенная оболочка, работающая под внутренним избыточным давлением [6, 14, 17].

Расчетная температура t_р, ºС принимается равной температуре греющего пара t, ºС.

Допускаемые напряжения:

– в рабочем состоянии , МПа,

(2.27)

где η – коэффициент, учитывающий вид заготовки (для стального проката η = 1); – допускаемое напряжение стали ВСт3пс при рабочей температуре, МПа (табл. 2.1);

– при гидравлическом испытании , МПа,

, (2.28)

где = 210 МПа – предел текучести стали ВСт3пс при 20 ºС (табл. 2.2).

Расчетное давление Р_р, МПа, равно избыточному давлению пара в рубашке Р, МПа.

Пробное давление при гидравлическом испытании Р_и, МПа, при Р_р < 0,5 МПа [13]

МПа, (2.29)

где МПа – допускаемое напряжение стали ВСт3пс при 20 ºС (табл. 2.1).

Внутренний диаметр обечайки паровой рубашки D_р, м

. (2.30)

Расчетная толщина обечайки паровой рубашки S_р, м,

, (2.31)

где φ – коэффициент прочности сварного шва (φ = 0,95).

Исполнительная толщина стенки паровой рубашки S, м,

, (2.32)

где с – конструктивная прибавка на коррозию, м.

Примите с = 0,001 м; – прибавка из условия округления толщины стенки до ближайшей большей стандартной величины, м.

Проверьте применимость формул по условию

. (2.33)

Р

Рис. 2.12. Расчетная схема аппарата

асчет стенки цилиндрической обечайки. Стенка обечайки аппарата находится под действием наружного избыточного давления (рис. 2.12).

При определении расчетной длины обечайки l_р длина примыкающего элемента l_э, м, определяется по формуле

– для выпуклых днищ

, (2.34)

– для конических днищ без отбортовки, но не более длины конического элемента

(2.35)

– для конических днищ с отбортовкой, но не более длины конического элемента

(2.36)

где =0,060 м – высота отбортовки днища

Расчетная длина обечайки l_р, м

. (2.37)

Расчетную температуру t_р, ºС примите равной температуре греющего пара t; расчетное наружное давление Р_н.р, МПа – равным давлению пара в паровой рубашке Р.

Модуль упругости для стали 12Х18Н10Т при температуре 20 ºС Е₂₀ = 2,0·10⁵ МПа; при рабочей температуре Е = 1,98·10⁵ МПа [14, 17].

Таблица 2.1