68.Расчет гладких цилиндрических обечаек под действием осевой сжимающей силы, изгибающего момента и наружного давления.

Помимо внутреннего или наружного давления, обечайки могут подвергаться действию:

– осевой сжимающей силы, под которой обычно понимают суммарное действие собственной массы вертикальных аппаратов, их изоляции и реакционной смеси; осевая нагрузка во многих случаях вызывает значительные сжимающие усилия в обечайке у ее основания; обечайки в этом случае, нагруженные осевой сжимающей силой F, проверяют на местную устойчивость исходя из условия

F ≤ [F],

[F] – допускаемое осевое сжимающее усилие, рассчитываемое по методике, рассмотренной в п. 2.3.4 ГОСТа;

– изгибающего момента (Ми) – возникают при действии на обечайку усилий, не совпадающих с осью вращения, например, от ветровой нагрузки на вертикальные аппараты, от силы тяжести, действующей на реакционную смесь, на горизонтальные аппараты; обечайку, работающую под действием изгибающего момента, проверяют на устойчивость в сжатой зоне, исходя из условия

Ми ≤ [М],

где [М] – допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости (см. п. 2.3.5 ГОСТа).

Обечайки, работающие под совместным действием

наружного давления Р, осевого сжимающего усилия F,

изгибающего момента Ми

В качестве примера рассмотрим корпус вертикального колонного вакуумного аппарата, испытывающего воздействие собственной силы тяжести, ветровой нагрузки и наружного давления. Такие обечайки проверяют на устойчивость в наиболее опасном сечении по формуле

При отсутствии какого-либо вида нагрузки, соответствующее слагаемое принимают равным нулю.

Основы проектирования

1.Программно-целевая структура проектирования.

Для лучшего понимания роли и места проектирования, рассмотрим основные этапы существования какого-либо производства (объекта) от зарождения идеи о его создании, до смерти, т. е. физического и морального износа или потери потребительского спроса.

Весь цикл создания нового производства занимает в химической промышленности от 8 до 20 лет, а период эксплуатации - 1025 лет. Т. е. если на машиностроительных заводах еще работают дореволюционные станки и оборудование, полученное по репатриации, то, к примеру, в Гомеле в цехе СКЦ-1 через 20 лет начали разрушаться не то что оборудование, но и фундаменты и здания.

Изобразим схематически один из вариантов жизненного цикла предприятия.

	Сложившаяся ситуация
1. Выявление потребности изменить ситуацию			10. Демонтаж и закрытие
2. Постановка и формулировка цели проекта			9. Эксплуатация объекта
3. Патентная проработка и проведение НИР и ОКР			8. Строительство, монтаж пуско-наладочные работы
4. Формулирование технического задания			7. Разработка документации
5. Генерирование идей и формулирование задачи			6. Проектные исследования

Если промежуточное решение оказывается неудачным, возможно возвращение на предыдущие этапы (стрелки).

Рассмотрим подробнее каждый этап.

1. Выявление потребности

Проектирование начинается с возникновения ситуации или идеи, требующей изменения данного состояния производства. Это может быть возросшая потребность в каком-либо продукте, либо изменение требований к его качеству, либо изменение конъюнктуры мирового рынка и мировых цен, либо появление принципиально новых технологий или идей. Заинтересованные организации на этом этапе обосновывают необходимость и возможность изменения ситуации, прогнозируют потребность на основе баланса спроса и производства, выполняют расчеты экономической целесообразности в изменении ситуации.

2. Постановка и формулировка цели проекта

Это важный этап, поскольку от формулировки цели зависит и направление работ, и конечный результат. Цель формулируется заказчиком, и целью проектирования является не объект, а функция, которую он должен выполнять. Т. е. формулировка цели должна указывать на основную функцию проекта, например «Производство кальцинированной соды», а не на способ ее осуществления.

3. Патентная проработка и проведение НИР и ОКР

На этом этапе собирают и анализируют информацию о возможных путях реализации цели проектирования, т. е. осуществляют патентную проработку. При необходимости, т. е. при отсутствии эффективных технических решений или необходимости их уточнения, выполняют НИР и ОКР.

Значение достоверной и современной информации огромно, поскольку позволяет предотвратить убытки на последующих этапах от неверно принятых решений на основе устаревшей или недостаточно полной информации. Затраты на выявление ошибок, допущенных на этапах 14, ниже в 10 раз, чем на их исправление на этапах 57, и в 100 раз – на этапе 8.

Выполнение данного этапа заканчивается разработкой технико-экономического обоснования реконструкции или нового строительства (ТЭО) и составлением исходных данных для проектирования (ИД). Эти работы выполняются проектными организациями.

4. Формулирование технического задания

Цель этого этапа – разработка, согласование и утверждение технического задания на проектирование. Техническое задание на проектирование объекта – это совокупность данных, которые должны послужить исходными для последующих этапов проектирования. Выполняется проектной организацией согласно ГОСТу 15.001-73 и договору с заказчиком.

5. Генерирование идей и формулирование задачи

6. Проектные исследования

Этапы 5 и 6 настолько тесно связаны, что более правильно рассматривать их как один этап. Ведь нельзя генерировать идеи без их инженерного анализа. Эти этапы являются ключевыми, поскольку вырабатывается проектное решение. Инженерный анализ можно разделить на три стадии: сбор информации, ее анализ и моделирование.

Первоначально различные варианты не обсуждаются, а лишь регистрируются для последующей оценки по каким-либо критериям. По статистике для разработки наиболее удачного способа производства химического продукта требуется до нескольких сотен предложений. В литературе Гуревич приводится следующий пример: для организации коммерческого производства было изучено 540 предложений; из них 92 были отобраны для лабораторных исследований, из которых 8 достигли стадии опытной проверки и лишь один вариант был использован для организации коммерческого производства.

Далее анализируется технический уровень вариантов дифференциальным (сравнение единичных показателей качества), комплексным (сравнению по обобщенному показателю) и смешанным методами.

Заключительная стадия инженерного анализа – моделирование с использованием математических моделей (в химической промышленности практически не применяется) или на полупромышленной установке. Целью данной стадии является проверка проектируемого процесса на соответствие требованиям ТЗ в условиях, максимально приближенных к реальным. Получаемая таким образом информация наиболее достоверна. Недостаток подобного способа – длительный срок проведения и высокая стоимость (пример СКЦ-3 ГХЗ).

7. Разработка документации

После выработки проектного решения (концентрации) прорабатываются детально все инженерные решения по всем стадиям процесса, а именно: аппаратурному оформлению, КИП и автоматике, строительной части и вентиляции, водопользованию и т. д. Разрабатывается комплект технической и технологической документации, включающий обычно текстовую и графическую части.

8. Строительство, монтаж, пуско-наладочные работы

Этот этап в особых комментариях не нуждается. Отметим только, что в обязанность проектантов на этой стадии входит авторский надзор, т. е. контроль за соответствием хода строительства и монтажа требованиям технической и технологической документации. Согласно ГОСТу авторскому надзору подлежат сырье и материалы, технологический процесс, метрологическое обеспечение. Причем, какие-либо отступления от проекта без предварительного внесения изменений в техническую документацию категорически запрещены (пример: цех фосфогипса, армянский ИОНХ).

После завершения строительства и монтажа оборудования проводят пуско-наладочные работы, включающие пуск, отладку и обкатку отдельного оборудования, узлов, механизмов и технологии в целом. После выпуска первой промышленной партии продукции и испытания ее качества комиссия принимает решение об окончании освоения производства и подписывает акт приемки. Причем, это – крайне ответственный момент. Достаточно сказать, что члены государственной комиссии утверждаются министром и несут уголовную ответственность. И поскольку голову свою никто подставлять не любит, получение акта приемки зачастую процедура длительная и сложная.

Несколько слов об остановке производства. Это также не простая процедура. Существует специальный ГОСТ 15.801-80 на обоснование целесообразности остановки производства.