Курсовая работа (т): Проектирование реакционного химического аппарата

Пробное давление при гидравлическом испытании корпуса  определяем по формуле при :

;(2.7)

.

Пробное давление при гидравлическом испытании рубашки  определяем по формуле при :

;(2.8)

.

Допускаемые напряжения при гидравлическом испытании определяются по формуле:

;(2.9)

где - поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки. Для стального листового проката  [2, стр. 10]

 - предел текучести стали при 200С. Для стали 12Х18Н10Т  [2, стр.282, табл.II]; для стали ВСт3сп5  [2, стр.282, табл.I];

Для материала корпуса

;

Для материала рубашки

.

Проверим необходимость расчета аппарата на внутреннее пробное давление, проверив условие:

;(2.10)

где  - давление гидроиспытаний определяется по формуле:

;(2.11)

где - плотность воды при ;

 - высота столба жидкости (воды);

;

По формуле (2.10) получаем:

;

.

Условие не выполняется, следовательно, расчет на прочность корпуса аппарата в условиях гидроиспытаний проводить требуется.

Проверяем условие (2.10) для рубашки:

;

где - высота уровня воды в рубашке при гидроиспытании;

.

По формуле (2.10) получаем:

;

.

Условие не выполняется, следовательно, расчет на прочность рубашки аппарата в условиях гидроиспытаний проводить требуется.

3. Прочностной расчет основных элементов аппарата

3.1 Расчет цилиндрических обечаек

Начнем с расчета цилиндрической обечайки корпуса.

На обечайку действуют два давления: избыточное внутреннее (внутри реактора) и внешнее давление (давление в рубашке), таким образом, при расчете цилиндрической обечайки корпуса будет два варианта толщины, из которых нужно выбрать максимальный.

Объем, занимаемый обечайкой, определяется как разность объема аппарата и объема днища:

;(3.1)

.

Высота обечайки:

;(3.2)

.

Расчетная длина цилиндрической обечайки корпуса:

;(3.3)

где - длина обечайки, на которую действует наружное давление;

 - высота цилиндрической части сопрягаемого днища, принимаем согласно стр. 118 [1];

 - высота эллиптической части днища;

.

.1.1 Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженной избыточным внутренним давлением

Определяем расчетную толщину обечайки корпуса, расчет ведем по [1] и [3]:

; (3.4)

где - внутренне давление;

 - диаметр обечайки;

 - допускаемые напряжения для стали 12Х18Н10Т при ;

 - коэффициент прочности сварного шва при автоматической дуговой электросварке, принимаем согласно [2, стр. 13, табл. 1.7];

.

Расчетная толщина обечайки для условий гидроиспытаний:

;(3.5)

.

Проверяем условие:

; (3.6)

.

Условие не выполняется, следовательно, .

Исполнительная толщина стенки  определяется по формуле:

; (3.7)

Где с - суммарная величина прибавки к расчетным толщинам стенок. Величина с определяется по формуле:

; (3.8)

гдес1 - прибавка для компенсации коррозии и эрозии;

с2 - прибавка для компенсации минусового допуска;

с2 - технологическая прибавка;

Прибавка с1 определяется по формуле:

; (3.9)

где - скорость коррозии материала корпуса - стали 12Х18Н10Т

Т=20лет - срок службы аппарата;

;

значения с2, с3 равны нулю.

По формуле (3.7) получаем:

Выбираем ближайшее большее стандартное значение .

.1.2 Расчет толщины стенки обечайки корпуса, нагруженного наружным давлением

Ориентировочная толщина стенки  определяется по формуле:

; (3.10)

где - коэффициент, определяемый по рис.6.3 [1] в зависимости от значений коэффициентов  и :

; (3.11)

где - коэффициент запаса устойчивости для рабочих условий, принимаем согласно стр.105 [1];

 - коэффициент запаса устойчивости для условий гидроиспытаний, принимаем согласно стр.105 [1];

 - модуль упругости для стали 12Х18Н10Т [1, стр.14, табл.1.5];

 - модуль упругости для стали ВСт3сп5 [1, стр.14, табл.1.5];

- расчетное наружное давление, принимаем равным давлению воды в рубашке;

для рабочих условий:

;

для гидроиспытаний:

.

Расчетный коэффициент К3 определяется по формуле:

; (3.12)

;

Определяем :для рабочих условий

для условий гидроиспытаний.

По формуле (3.10) для рабочих условий:

;

для условий гидроиспытаний:

.

Расчетную толщину стенки обечайки корпуса, нагруженной внутренним и наружным давлением, принимаем из условия максимума: .

Исполнительная толщина стенки:

;(3.13)

Где с - определяется по формуле:

; (3.14)

;

;

;

.

Принимаем большее стандартное значение .

Осевая сжимающая сила F определяется по формуле:

для рабочих условий

; (3.15)

;

для условий гидроиспытаний

(3.16)

.

Проверим устойчивость обечайки корпуса. Должно выполнятся условие:

для рабочих условий

; (3.17)

для условий гидроиспытаний

; (3.18)

где и  - давление в рабочих условиях и гидроиспытания соответственно;

 и  - допускаемое наружное давление в рабочих условиях и в условиях гидроиспытаний;

 и  - допускаемое осевое сжимающее усилие в рабочих условиях и в условиях гидроиспытаний;

Допускаемое наружное давление из условия прочности:

В рабочих условиях

; (3.19)

;

в условиях гидроиспытаний

;(3.20)

.

Допускаемое давление из условия устойчивости:

В рабочих условиях

; (3.21)

Где В1 - определяется так:

;(3.22)

;

принимаем В1=1;

.

В условиях гидроиспытаний

(3.23)

.

Допускаемое наружное давление с учетом прочности и устойчивости:

В рабочих условиях

; (3.24)

.

В условиях гидроиспытаний

; (3.25)

.

Проверим условие прочности обечайки:

В рабочих условиях

; (3.26)

.

В условиях гидроиспытаний

; (3.27)

.

Условия прочности выполняются.

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:

Для рабочих условий

; (3.28)

;

для условий гидроиспытаний

; (3.29)

.

Допускаемое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости в пределах упругости при

;(3.30)

;

;(3.31)

Для рабочих условий

;

для условий гидроиспытаний

.

Допускаемое осевое сжимающее усилие с учетом обоих условий:

Для рабочих условий

; (3.32)

;

для условий гидроиспытаний

; (3.33)

.

Проверяем условие (3.17):

;

Проверяем условие (3.18):

.

Оба условия устойчивости выполняются.

3.1.3 Расчет обечайки рубашки, нагруженной внутренним давлением