Розрахунок елементів сорочки

Сорочки призначені для зовнішнього нагрівання або охолодження середовища, яке перероблюється в апараті. Вони можуть бути встановлені як на вертикальних так і на горизонтальних апаратах. Частіше сорочки застосовують на вертикальних апаратах. Конструкція сорочок може бути різною, у залежності від температури, тиску в апараті, тощо.

Для виконання курсового проекту студентам запропоновано використати нероз‘ємні (приварені до корпуса апарата) гладкі сорочки, які стандартизовані щодо зварної апаратури (див. рис. 9.1. а, б таблиці 9.1 і 9.2 [1]).

Розрахунок товщини стінки циліндричної обичайки сорочки навантаженої внутрішнім тиском слід розраховувати за формулами (4.1) і (4.2), приймаючи величини Рс і Dc стосовно до сорочки, а розрахунок днищ виконувати за формулами (4.11) і (4.13) або (4.18) і іншими в залежності від форми (еліпсоїдне чи конічне).

Остаточно слід прийняти товщину стінки обичайки і днища згідно з ГОСТ 19903-74 (парне значення). У разі, якщо товщина стінки обичайки і днища сорочки відрізняється на 2 мм, слід, з метою уніфікації матеріалу, прийняти більше значення .

ВИБІР СТАНДАРТИЗОВАНИХ ЕЛЕМЕНТІВ АПАРАТА

Розрахунок і вибір опор

Встановлення хімічних апаратів на фундаменти або спеціальні несучі конструкції виконують за допомогою опор. У залежності від робочого положення апарата розрізняють опори для вертикальних і горизонтальних апаратів.

Вертикальні апарати, як правило, встановлюють або на стійках, коли їх розміщують на фундаментах, або на підвісних лапах, коли апарати опирають на міжповерхове перекриття або на спеціальних конструкціях у приміщенні.

Всі опори для сталевих зварних апаратів стандартизовано. Конструкції опор для вертикальних апаратів та їх розміри наведені в табл. 14.1 – 14.4 [1].

В процесі проектування опори обирають за стандартами у відповідності з величиною навантаження на одну опору , яке визначають за формулою

 

, (5.1)

 

де Z – кількість опор, на які опирається апарат.

– сумарне навантаження на опори від дії ваги апарата та ваги рідини Gрід, якою заповнено апарат (вага води, яка заповнює апарат під час гідравлічних випробувань).

Вага апарата залежить від його об‘єму та товщини стінок, розрахованих у попередньому розділі, які в свою чергу залежать від тиску в апараті та в сорочці , температури стінки, матеріалу та інше. Тому підлягає розрахунку у кожному конкретному проекті.

Вага апарата складається з ваги окремих його елементів: обичайки, кришки, днища, обичайки сорочки, днища сорочки та ваги приводу.

Вагу вала, мішалки, фланців у більшості випадків можна не враховувати, як незначну відносно ваги апарата. Виняток становлять апарати, в яких вага цих елементів перевищує 2500-3000 Н. Тоді

, (5.2)

 

де – вага циліндричної обичайки апарата, розраховується за формулою

 

, (5.3)

 

де – об‘єм металу, що утворює обичайку, розраховується, як різниця зовнішнього та внутрішнього об‘ємів (рис. 5.1)

 

(5.4)

 

rм=7850 кг/м³ – густина металу (сталі);

g=9,81 м/c² – прискорення земного тяжіння (в технічних розрахунках припускається використовувати приблизне значення g=10 м/c²).

 

 

Рис. 5.1. Конструкція корпусів і стандартних нероз’ємних сорочок вертикальних стальних зварних апаратів; тип 1, з еліпсоїдним днищем і нижнім випуском продукту; тип 2, з конічним днищем .

Вага кришки, розраховується за формулою

 

, (5.5)

де – різниця між зовнішнім і внутрішнім напівеліпсоїдами, що утворюють кришку (днище), м³;

 

, (5.6)

 

де – зовнішній радіус еліпсоїдної кришки (днища), м;

 

= , (5.7)

 

– зовнішня висота кришки (днища), м;

 

. (5.8)

 

Стандартні еліпсоїдні кришки мають Н=0;25D.

Вага напівеліпсоїдного днища розраховується за цими ж формулами, але замість товщини кришки , при розрахунках і – слід додавати товщину стінки днища , прийняту у пункті 4.3.2.2.

Вага конічного днища корпусу апарата (сорочки) розраховується за формулою

 

, (5.9)

 

де – об‘єм металу, що утворює конічне днище, розрахований як різниця об‘ємів зовнішнього та внутрішнього конусів, м³;

 

. (5.10)

 

Для конусів, які мають кут при вершині , а Н=D/2=R;

Rз=R+Sк, а Нз=Н+Sк ; томуформула (5.10) приймає вигляд:

. (5.11)

 

Вага циліндричної обичайки сорочки розраховується за формулою

 

, (5.12)

 

де – об‘єм метала, що утворює сорочку, м³;

 

, (5.13)

 

де Н1 – височина циліндричної частини сорочки (табл:9:2), м;

 

.

 

Вага днища сорочки в залежності від його форми розраховується за формулами (5.5), (5.6) для напівеліпсоїдних та (5.7), (5.8) або (5.9) для конічних.

Вага приводу визначається за формулою

 

, (5.14)

 

де m – маса приводу, визначена в процесі попереднього опрацювання завдання (див. розділ 4.2).

 

Вага рідини становить , (5.15)

 

де – об‘єм апарата, м3 (згідно з завданням),

=1000 кг/м³ – густина рідини (води).

Отримані значення ваги складових частин апарата підставляють у формулу (5.2) і (5.1) і розраховують навантаження на одну опору . Згідно з цією величиною обирають підвісну опору (лапу) з табл. 14.1 [1] за умовами, що

 

.

 

Після вибору опори (лапи) викреслюють її ескіз і проставляють на ньому необхідні розміри.

Міцність кутових зварних швів, які поєднують ребра опор з обичайкою сорочки апарата, перевіряють на зрізування за формулою

 

, (5.16)

 

де К – висота катета зварного шва, м;

;

lш – довжина зварювального шва, м;

lш=2∙h опорної лапи;

– припустиме напруження на зрізання, МПа.