3.3.1. Цель расчета

Целью расчета является определение толщин основных элементов аппарата, работающего под внутренним давлением.

Расчетная схема приведена на рисунке 5.1

3.3.2.Данные для расчета

- внутренний диаметр обечайки D = 2,8м;

- расчетная температура Т = 60⁰ С;

- расчетное давление Р = 4МПа;

- материал обечайки сталь 09Г2С

Толщина обечайки корпуса аппарата определяется из условия прочности и устойчивости. Расчет ведется согласно [10].

3.3.3. Расчет обечайки аппарата

Исполнительная толщина обечайки аппарата

S  S_p + C , (3.3.1)

где S_p – расчетная толщина обечайки;

С=С₁+С₃+С₃ -суммарная прибавка к расчетной толщине стенки, мм;

С₁ = 0,002 м - прибавка для компенсации коррозии и эрозии;

С₂ = С₃ = 0 - прибавка для компенсации минусового допуска и технологического допуска соответственно.

Расчетная толщина обечайки аппарата определяется по формуле

S_p = , (3.3.2)

где  = 1 - коэффициент прочности сварного шва;

[]= 174МПа - допускаемое напряжение для стали 09Г2С при t= 60⁰ C.

S_p = ,

S  0,033+0,002 = 0,035 м.

Принимаем толщину стенки обечайки S = 40мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление определяется по формуле

[p] = .

Пробное давление определяем по формуле:

р_пр=1,25р , (3.3.3)

где []²⁰ =183 МПа допускаемое напряжение для стали 09Г2С при Т=20⁰.

р_пр = 1,25  4 .

Давление при гидроиспытании определяется по формуле:

р_ги = р_пр + р_г , (3.3.4)

где р_г = gH_ж = 1000  9,81  15,4 = 0,157 МПа.

р_ги =5,26+ 0,151 = 5,41МПа.

Проверяем выполнение условия

р_ги  р  1,35 (3.3.5)

р_ги  1,35  4 .

Условие (3.3.5) выполняется, следовательно производить расчет при гидроиспытании не требуется

Принимаем толщину стенки обечайки S = 40 мм.

Проверяем выполнение условия устойчивости обечайки по формуле

, (3.3.6)

где F = 1,2330 Мн - осевая сжимающая сила в рабочих условиях;

[F] - допускаемая осевая сжимающая сила, Мн;

М – изгибающий момент, действующий на колонну от ветра, Мнм;

[М]- допускаемый изгибающий момент от ветровой нагрузки, Мнм.

Допускаемая осевая сжимающая сила определяется по формуле

[F] = , (3.3.7)

где [F]_p - допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности, Мн.

[F]_E - допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости.

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия прочности определяется по формуле

[F]_p =   ( D + S - c)  (S - c)  [  ] (3.3.8)

[F]_р=   ( 2,8 + 0,04 - 0,002 )  ( 0,04 - 0,002 )  174 = 58,95 Мн

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия устойчивости

[F]_E = min {[F]_E1  [F]_E2} (3.3.9)

где [F]_E1 - допускаемая осевая сжимающая сила из условия местной устойчивости в пределах упругости, Мн;

[F]_E2 - допускаемая осевая сжимающая сила из условия общей устойчивости в пределах упругости, Мн;

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия местной устойчивости в пределах упругости определяется по формуле

[F]_E1 = (3.3.10)

[F]_E1=

[F]_E1=432,4 Мн

Допускаемая осевая сжимающая сила из условия общей устойчивости в пределах упругости определяется по формуле

[F]_E2 = , (3.3.11)

где Е = 1,99  10^-5 МПа - модуль продольной упругости;

п_и = 2,4 - коэффициент запаса прочности.

_пр = 2,83  l_пр / ( D + S - c) - гибкость. (3.3.12)

гдеl_пр=2l-приведенная расчетная длина обечайки. (3.3.13)

l_пр = 2  15,4 = 30,8 м

_пр = 2,83 30,8/(2,8+0,04-0,002)=30,7м

[F]_E2 =

[F]_E = min { 294,2 Мн ; 462,4 Мн} = 294,2 Мн

Тогда

[F] = .

Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле

[M] = , (3.3.14)

где [M]_р - допускаемый изгибающий момент из условия прочности, Мн ∙ м;

[M]_Е - допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости, Мн ∙м.

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности определяется по формуле

[M]_р = 0,25 D  (D + S - c )  (S-c)  [  ] (3.3.15) [M]_р = 0,25   2,8 ( 2,8 + 0,04 -0,002) (0,04 -0,002)  174 = 41,27 Мн∙ м

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости определяется по формуле

[M]_Е = - (3.3.16)

[M]_Е=

Тогда

[M] =

Для определения изгибающих моментов для разных состояний аппарата воспользуемся программой расчета изгибающего от ветровой нагрузки «Пассат» на ЭВМ. Данные расчета приведены таблице 3.3.1.

Подставляя полученные данные в формулу (3.3.8) получаем:

• условие устойчивости аппарата в рабочих условиях

Устойчивость обечайки при S=0,04м обеспечивается.