Файл: Волгоградский государственный технический университет.docx
Добавлен: 11.12.2023
Просмотров: 131
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Волгоградский государственный технический университет Химико-технологический факультетКафедра «Процессы и аппараты химических и пищевых производств»СЕМЕСТРОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли»Вариант № 2.2Выполнил:студент гр. РХТ-448Гарбузова А.АПроверил: доцентИльина Л. А.Волгоград 2020
Введение 2
Задание 3
1 Расчет на прочность и герметичность фланцевого соединения аппарата 5
1.2 Расчет нагрузок, действующих на фланец. 8
1.3Проверка прочности и герметичности соединения. 10
Напряжение во втулки от внутреннего давления: 11
Отсюда: 18
Список используемых источников 21
Расчету на прочность от внутреннего избыточного давления или наружного давления и от внешних нагрузок должны подвергаться все основные элементы аппарата.Стандартные сборочные единицы и детали при конструировании аппарата выбирают на ближайшее большее условное давление для рабочей температуры и, как правило, на прочность не рассчитываются.Обычно аппараты работают при однократной или многократной статической нагрузке, на которую и проводят все расчеты на прочность элементов, сборочных единиц и аппарата в целом.Фланцевые соединения - наиболее широко применяемые вид разъемных соединений в химическом машиностроении, обеспечивающий герметичность и прочность конструкций, а так же простоту изготовления, разработки и сборки. Фланцы приварные встык имеют конические втулки-шейки. Втулку фланца приваривают стыковым швом к обечайке.
Произвести расчет аппарата на прочность элементов корпуса аппарата при действии внутреннего давления; расчет на прочность и герметичность фланцевого соединения, расчет толщины плоской крышки, проверка прочности цилиндрической обечайки в месте сопряжения ее с другими элементами конструкции
Рисунок 1- Схема колонного аппарата Таблица 1- Исходные данные
Толщина втулки фланца.S0<1.3S ; S0-S<5
6<7<7.8; 7-6=1<5
Толщина S1 втулки.
Где
Высота втулки
Принимаем hв=30 мм.
Эквивалентная толщина втулки фланца.
Диаметр болтовой окружности.
Где u=(
; 
Принимаем Dб = 540 мм.
Наружный диаметр фланца.
Где a=47 для шестигранных гаек М48
Принимаем Dн=590 мм.
Наружный диаметр прокладки.
Где e = 34 для плоских прокладок при dб=24 мм.
Средний диаметр прокладки.
Где b = 12 мм – ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра D = 450 мм.
Количество болтов.
Принимаем
Высота фланца.
Где
Принимаем hф=20 мм.
Расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной поверхностью типа «шип-паз»
Где hп = 2 мм – высота стандартной прокладки.
Равнодействующая внутреннего давления.
Реакция прокладки.
Где kпр=1 для резины,
-эффективная ширина прокладки.
Усилие, возникающее от температурных деформаций.
Где
; 
-коэффициенты линейного расширения материала фланцев и болтов;
- расчетная температура неизолированных фланцев и расчетная температура болтов; 
; 
для болтов диаметром 24 мм;
yб, yп, yф –податливости болтов, прокладки, фланцев, вычисляемые по формулам:
Где
Где
- для прокладки из резины.
Где
При
; 
Тогда
Коэффициент жесткости фланцевого соединения
Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
Приведенный изгибающий момент
Условия прочности болтов выполняются:
Условие прочности неметаллической прокладки из резины выполняется:
;
Где
- для прокладки из резины;
Максимальное напряжение в сечении фланца, ограниченном размером S1.
Где
Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S0
Где
Окружное напряжение в кольце фланца
Тангенциальное
Меридиональное
Где
- допускаемое напряжение, равное пределу текучести стали ВСт3Гпс при t=134.4
Условие прочности для сечения, ограниченного размером S0, выполняется:
Где
Условие герметичности, определяемое углом поворота фланца, выполняется:
Где
– допускаемый угол поворота приварного встык фланца при D = 450 мм < 2000 мм.
Рисунок 3- Расчетная схема плоской крышки.
Материал фланца ВСт3Гпс tр=140 ; 
Допускаемое напряжение:
Для рабочего состояния
При гидравлических испытаниях
Пробное давление при гидравлических испытаниях
Расчетная толщина крышки
Где
, так как крышка не ослаблена отверстиями.
Исполнительная толщина плоской крышки
Допускаемое давление:
В рабочем состоянии
При испытании
Рисунок 4 – Расчетная схема соединения цилиндрической обечайки со сферическим днищем.
Материал обечаек ВСт3Гпс; tр = 140 ; 
Допускаемое напряжение на краю обечайки
Уравнение совместности деформаций:
Где
- соответственно радиальные и угловые деформации края цилиндрической обечайки под действием нагрузок p, Q0 и M0; 
- соответственно радиальные и угловые деформации края сферического днища под действием нагрузок p, Q0 и M0.
Подставляя соответствующие значения деформаций в уравнения получим:
Где
Подставляя в систему уравнений известные значения геометрических размеров аппарата и физических свойств материала, согласно заданию получим:
Подставив данное выражение во второе уравнение системы, можно определить значение
равное:
Тогда:
Суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки:
меридиональное напряжение
кольцевое напряжение
Суммарные напряжения на краю сферического днища следующие:
меридиональное напряжение
кольцевое напряжение
Максимальное напряжение на краю:
цилиндрической обечайки
сферического днища
Таким образом, условие прочности в месте сопряжения элементов не выполняется, требуется укрепление края сферического днища путем наваривания полосы металла длиной:
Заключение
В результате расчетов получили:
Фланец со следующими размерами:
внутренний диаметр фланца 450 мм
наружный диаметр фланца 590 мм
диаметр болтового соединения 540 мм
средний диаметр прокладки 494 мм
диаметр болтов 24 мм
количество болтов 16 шт
Плоская крышка с толщиной 10 мм
Укрепление края обечаек требуется путем наваривания полосы металла длиной 0.025м
Приложение А
20
10
4
5
10
24
n=16
494
540
540
590
Приложение Б
100
494
590
540
24
n=16
Приложение В
45
1000
1400
1000
30
2200
450
350
1800
Содержание
Введение 2
Задание 3
1 Расчет на прочность и герметичность фланцевого соединения аппарата 5
1.2 Расчет нагрузок, действующих на фланец. 8
1.3Проверка прочности и герметичности соединения. 10
Напряжение во втулки от внутреннего давления: 11
Отсюда: 18
Список используемых источников 21
Введение
Расчету на прочность от внутреннего избыточного давления или наружного давления и от внешних нагрузок должны подвергаться все основные элементы аппарата.Стандартные сборочные единицы и детали при конструировании аппарата выбирают на ближайшее большее условное давление для рабочей температуры и, как правило, на прочность не рассчитываются.Обычно аппараты работают при однократной или многократной статической нагрузке, на которую и проводят все расчеты на прочность элементов, сборочных единиц и аппарата в целом.Фланцевые соединения - наиболее широко применяемые вид разъемных соединений в химическом машиностроении, обеспечивающий герметичность и прочность конструкций, а так же простоту изготовления, разработки и сборки. Фланцы приварные встык имеют конические втулки-шейки. Втулку фланца приваривают стыковым швом к обечайке.
Задание
Произвести расчет аппарата на прочность элементов корпуса аппарата при действии внутреннего давления; расчет на прочность и герметичность фланцевого соединения, расчет толщины плоской крышки, проверка прочности цилиндрической обечайки в месте сопряжения ее с другими элементами конструкции
Рисунок 1- Схема колонного аппарата Таблица 1- Исходные данные
| Вариант | 2.2 |
| Расчетная температура стенки аппарата, tp 0С | 140 |
| Расчетное давление pp, МПа | 0.18 |
| Марка стали аппарата | ВСт3Гпс |
| Марка стали плоской крышки | ВСт3Гпс |
| Марка стали болтов | 35Х |
| Прибавка к расчетным толщинам стенок С, мм | 1.3 |
| Диаметр цилиндрической обечайки Dц, мм | 1800 |
| Диаметр патрубка D, мм | 150 |
| Толщина стенки цилиндрической обечайки Sц, мм | 6 |
| Толщина стенки конической обечайки Sс, мм | 2 |
| Толщина стенки цилиндрического патрубка S, мм | 4 |
| Угол 2α при вершине конической обечайки | 90 |
| Коэффициент прочности сварных швов  | 0.9 |
1 Расчет на прочность и герметичность фланцевого соединения аппарата
-
Расчет конструктивных размеров фланца.
Толщина втулки фланца.S
6<7<7.8; 7-6=1<5
Толщина S1 втулки.
Где
Высота втулки
Принимаем hв=30 мм.
Эквивалентная толщина втулки фланца.
Диаметр болтовой окружности.
Где u=(
; Принимаем Dб = 540 мм.
Наружный диаметр фланца.
Где a=47 для шестигранных гаек М48
Принимаем Dн=590 мм.
Наружный диаметр прокладки.
Где e = 34 для плоских прокладок при dб=24 мм.
Средний диаметр прокладки.
Где b = 12 мм – ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра D = 450 мм.
Количество болтов.
Принимаем
Высота фланца.
Где
Принимаем hф=20 мм.
Расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной поверхностью типа «шип-паз»
Где hп = 2 мм – высота стандартной прокладки.
-
Расчет нагрузок, действующих на фланец.
Равнодействующая внутреннего давления.
Реакция прокладки.
Где kпр=1 для резины,
-эффективная ширина прокладки.Усилие, возникающее от температурных деформаций.
Где
; -коэффициенты линейного расширения материала фланцев и болтов; - расчетная температура неизолированных фланцев и расчетная температура болтов; ; для болтов диаметром 24 мм;yб, yп, yф –податливости болтов, прокладки, фланцев, вычисляемые по формулам:
Где
Где
- для прокладки из резины. Где
При
; Тогда
Коэффициент жесткости фланцевого соединения
Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
Приведенный изгибающий момент
-
Проверка прочности и герметичности соединения.
Условия прочности болтов выполняются:
Условие прочности неметаллической прокладки из резины выполняется:
; Где
- для прокладки из резины; Максимальное напряжение в сечении фланца, ограниченном размером S1.
Где
Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S0
Где
Окружное напряжение в кольце фланца
Напряжение во втулки от внутреннего давления:
Тангенциальное
Меридиональное
Где
- допускаемое напряжение, равное пределу текучести стали ВСт3Гпс при t=134.4 Условие прочности для сечения, ограниченного размером S0, выполняется:
Где
Условие герметичности, определяемое углом поворота фланца, выполняется:
Где
– допускаемый угол поворота приварного встык фланца при D = 450 мм < 2000 мм. -
Расчет толщины плоской крышки.
Рисунок 3- Расчетная схема плоской крышки.
Материал фланца ВСт3Гпс tр=140
; Допускаемое напряжение:
Для рабочего состояния
При гидравлических испытаниях
Пробное давление при гидравлических испытаниях
Расчетная толщина крышки
Где
, так как крышка не ослаблена отверстиями. Исполнительная толщина плоской крышки
Допускаемое давление:
В рабочем состоянии
При испытании
-
Проверка прочности цилиндрической обечайки в месте соединения ее с конической обечайкой.
Рисунок 4 – Расчетная схема соединения цилиндрической обечайки со сферическим днищем.
Материал обечаек ВСт3Гпс; tр = 140
; Допускаемое напряжение на краю обечайки
Уравнение совместности деформаций: Где
- соответственно радиальные и угловые деформации края цилиндрической обечайки под действием нагрузок p, Q0 и M0; - соответственно радиальные и угловые деформации края сферического днища под действием нагрузок p, Q0 и M0.Подставляя соответствующие значения деформаций в уравнения получим:
Где
Подставляя в систему уравнений известные значения геометрических размеров аппарата и физических свойств материала, согласно заданию получим:
Отсюда:
Подставив данное выражение во второе уравнение системы, можно определить значение
равное: Тогда:
Суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки:
меридиональное напряжение
кольцевое напряжение
Суммарные напряжения на краю сферического днища следующие:
меридиональное напряжение
кольцевое напряжение
Максимальное напряжение на краю:
цилиндрической обечайки
сферического днища
Таким образом, условие прочности в месте сопряжения элементов не выполняется, требуется укрепление края сферического днища путем наваривания полосы металла длиной:
Заключение
В результате расчетов получили:
Фланец со следующими размерами:
внутренний диаметр фланца 450 мм
наружный диаметр фланца 590 мм
диаметр болтового соединения 540 мм
средний диаметр прокладки 494 мм
диаметр болтов 24 мм
количество болтов 16 шт
Плоская крышка с толщиной 10 мм
Укрепление края обечаек требуется путем наваривания полосы металла длиной 0.025м
Список используемых источников
-
Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств: примеры и задачи / Под ред. М.Ф. Михалева. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: ТИД «Арис», 2010. – 306 с. -
Методические указания для выполнения контрольно-семестровых работ по дисциплине «Конструирование и расчет элементов оборудования»: метод. указания / сост. Л.А.Ильина, Н.А.Меренцов, М.И.Филимонов, А.В.Кузнецов – Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2017. – 24 с.
Приложение А
20
10
4
5
10
24
n=16
494
540
540
590
Приложение Б 100
494
590
540
24
n=16
Приложение В 45
1000
1400
1000
30
2200
450
350
1800