Расчет днища рубашки, нагруженной избыточным внутренним давлением
Расчетная толщина стенки эллиптического днища определяется по формуле:
В рабочих условиях:
; (55)
где 
- внутренне давление;
- диаметр рубашки;
- допускаемые напряжения для стали ВСт3сп5 при 
;
- коэффициент прочности сварного шва при автоматической дуговой электросварке, принимаем согласно [2, стр.13, табл.1.7];
;
в условиях гидроиспытаний:
.
Из двух значений выбираем большее, т.е. 
.
Исполнительная толщина стенки:
; (56)
.
Принимаем большее стандартное значение 
.
Допускаемое внутреннее избыточное давление:
для рабочих условий:
; (57)
;
для условий гидроиспытаний:
.
Проверяем условие прочности:
Для рабочих условий:
; (58)
.
Для условий гидроиспытаний:
.
Оба условия прочности выполняются.
4 Расчет и укрепление отверстий
Произведем расчет отверстия, не требующего укрепления:
; (59)
Где:
;
Для данного реактора укрепление отверстий не требуется.
5 ВЫБОР ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РАСЧЕТ БОЛТОВ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
Согласно [2] конструкция фланцевого соединения принимается в зависимости от рабочих параметров аппарата. При р < 2,5 МПа и t < 3000С принимаются стальные плоские приварные фланцы. Поэтому выбираем плоские приварные с соединением шип - паз по ОСТ 26-426-79 с параметрами:
Фланец 80-10 ГОСТ 12828-79
D ф = 195мм; DБ= 160мм; D1 = 138мм; D2 = 121 мм;D4 = 91 мм; h = 17 мм;
h1 = 16 мм; z = 4 отв.
В качестве крепежных деталей во фланцевых соединениях принимаем болты М16, материал - сталь 35. В качестве прокладочного материала принимаем паронит.
Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления определяем по формуле [60]:
(60)
где 
- средний диаметр прокладки, м
, (62)
где Dn = 141 мм - диаметр прокладки;
bn = 27 мм - ширина прокладки:
.
.
Реакция прокладки в рабочих условиях:
, (63)
где 
= 0,5 bn = 0,0135 м - эффективная ширина прокладки
m = 2,5 - коэффициент по [5]:
.
Усилие от температурных деформаций:
, (64)
где 
- безразмерный коэффициент;
zБ = 4 - количество болтов;
- площадь поперечного сечения болта;
= 1,99 ∙ 1011 Па - модуль продольной упругости материала болтов;
- коэффициент линейного температурного расширения материала фланца;
- коэффициент линейного температурного расширения материала болтов;
- расчетная температура фланца;
- расчетная температура болтов.
Безразмерный коэффициент согласно [5] определяется по формуле:
, (65)
, (66)
где уn - податливость прокладки, м/Н;
уБ - податливость болтов, м/Н;
уФ - податливость фланца, 1/Нм.
(67)
где Sn = 0,002 м - толщина прокладки;
Еn = 2000 
Па - модуль продольной упругости материала прокладки.
,
, (68)
где 
- расчетная длина болта, м.
, (69)
.
, (70)
где 
- безразмерный параметр
= 0,36 - коэффициент, [2];
= 19 - коэффициент, [2];
h - ориентировочная толщина фланца, м.
(71)
где 
= 0,055 - коэффициент, [2];
j – коэффициент:
. (72)
. (73)
.
Тогда
.
.
.
.
Расчетная температура фланца и болтов определяем по таблице [2]:
, (74)
, (75)
Болтовая нагрузка в условиях монтажа:
, (76)
где а - коэффициент;
q = 20 МПа - параметр прокладки;
[σБ]20 =130 МПа - допускаемое напряжение для материала болтов.
. (77)
. (78)
.
.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях:
, (79)
Проверим условия прочности болтов для условий монтажа и рабочих условий [2]:
, (80)
, (81)
где 
- допускаемое напряжение для материала болтов при расчетной температуре.
,
.
Условия прочности соблюдаются.
6 Выбор и расчет опоры
Расчет ведется по [1].
Определяем расчетные нагрузки. Нагрузка на одну опору определяется по формуле:
; (82)
где 
, 
- коэффициенты, зависящие от числа опор;
Р – вес сосуда в рабочих условиях и в условиях гидроиспытания;
М – внешний изгибающий момент;
D – диаметр рубашки;
e – расстояние между точкой приложения усилия и подкладным листом.
Так как внешний изгибающий момент равен нулю, то формула (3.109) принимает вид:
; (83)
Оценим вес аппарата.
Объем обечайки (металла):
, (84)
Объем днища, равный объему крышки:
, (85)
где Fдн = 3,74 м2 - площадь днища,
Вес корпуса:
, (86)
Объем обечайки рубашки (металла):
, (87)
Вес рубашки:
, (88)
Вес аппарата:
, (89)
Для рабочих условий:
При гидроиспытании:
Число опор 
, тогда 
[1, стр.291],
принимаем 
- вес сосуда в рабочих условиях;
- вес сосуда в условиях гидроиспытаний;
для рабочих условий:
;
для условий гидроиспытаний:
;
Выбираем опоры типа 2 с допускаемой нагрузкой 
Опора 2-63000 ОСТ 26-665-79
, 
, 
.
Осевое напряжение от внутреннего давления и изгибающего момента:
; (90)
где 
- толщина стенки рубашки в конце срока службы;
; (91)
где s – исполнительная толщина стенки аппарата;
с – прибавка для компенсации коррозии;
с1 – дополнительная прибавка;
;
для рабочих условий:
;
для условий гидроиспытаний:
.
Окружное напряжение от внутреннего давления:
; (92)
для рабочих условий:
;
для условий гидроиспытаний:
.
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры:
; (93)
для рабочих условий:
;
для условий гидроиспытаний:
.
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяется по формуле:
; (94)
где 
- коэффициент, зависящий от параметров 
и 
, Н - высота подкладного листа.
, (95)
,
.
[1, стр.293, рис.14.8];
, (96)
,
для рабочих условий:
;
для условий гидроиспытаний:
Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры:
; (97)
где 
- коэффициент, зависящий от параметров и .
[1, стр.293, рис.14.9];
для рабочих условий:
;
для условий гидроиспытаний:
.
Условие прочности имеет вид:
; (98)
где 
- для рабочих условий;
- для условий гидроиспытаний;
для рабочих условий :
;
;
для условий гидроиспытаний:
;
Условие прочности выполняется.
Толщина накладного листа определяется по формуле:
; (99)
где 
- коэффициент, принимаем согласно [1, стр.294, рис.14.10];
для рабочих условий:
;
для условий гидроиспытаний:
;
Окончательно принимаем 
.
ВЫВОДЫ
Итогом курсового проектирования является подробный расчет аппарата и его элементов исходя из условий его эксплуатации. В частности, был произведен расчет толщин обечайки, рубашки, днища; расчет фланцевого соединения; расчет укрепления отверстий; расчет опор. Также был произведен подбор материалов с учетом технико-экономических показателей. Большинство толщин элементов аппарата были приняты с запасом исходя из прочностных расчетов, что дает возможность применять аппарат при более жестких условиях, чем заданные.
Итак, на основании расчет можно сделать вывод, что спроектированный аппарат пригоден к эксплуатации при заданных условиях.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ие, 1981. – 382 с., ил.
2. Михалев М.Ф. "Расчет и конструирование машин м аппаратов химических производств";
3. Конспект лекций по КРЕО