Выбор материала для изготовления корпуса аппарата

Расчет корпуса аппарата

 

по дисциплине «Прикладная механика»

 

 

Студент гр.    БТП-19-01                                                    Хайруллина Ю.Р

 

Доцент, к.т.н.                                                                   В.Г.Афанасенко

 

Уфа 2021

Исходные данные

Наименование параметра	Значение
Номинальный объем, V м3	2,5
Внутренний диаметр D, мм	1400
Тип корпуса	20
Теплообменный блок	-
Параметры мешалки:
- тип мешалки	Лопастная (Перегородки, змеевик)
- диаметр dм, мм	800
- частота вращения n, об/мин	63
- потребляемая мощность N, кВт	1,9
Давление в корпусе:
- рабочее, Pи, МПа	1
- остаточное Pо, МПа	0,05
Давление в рубашке:
- избыточное Pруб, МПа	-
Параметры среды:
- наименование	Толуол
- плотность p, кг/м3	870
- уровень жидкости в корпусе hж	1680
- концентрация, %	-
- рабочая температура t, С	60

 

Выбор материала для изготовления корпуса аппарата

Исходные данные:

Название среды в корпусе (сырье, продукты)

Агрессивное воздействие среды на корпус

Максимальная рабочая температура в корпусе,t _раб, ^o С

Давление рабочее в корпусе, МПа

 

Таблица 2.1 – Механические свойства сталей

Материал	Технические требования	sв, МПа	sт, МПа	d5, %
Сталь 3	ГОСТ 380-71	460	250	26

 

Таблица 2.2 – Химический состав сталей

Материал	С, %	Si, %	Mn,%	S, %	P, %	Cr, %
Сталь 3	0,14-0,22	0,15 - 0,3	0,4 - 0,65	до 0,05	до 0,04	до 0,3

 

Определение основных расчетных параметров.

Цель практического занятия:

Изучение и освоение методов определения основных расчетных параметров:

 – расчетной температуры:

    а) для рабочих условий;

    б) для условий испытаний;

 - допускаемого напряжения:

    а) для рабочих условий;

    б) для условий испытаний;

- пробного давления;

- расчетного давления:

    а) для рабочих условий;

    б) для условий испытаний;

 

а)                                       б)

 

Рисунок 3.1 –Расчетные схемы аппарата постоянного поперечного сечения

в рабочих условиях (а) и в условиях испытаний (б)

(Сделать эскиз аппарата, указать основные размеры)

Определение расчетной температуры

Корпус аппарата

Рабочие условия Условия испытаний Расчетная температура стенки корпуса: t_{рас кор}= 60º Расчетная температура стенки корпуса, t_{рас кор} = 20º

Определение допускаемого напряжения

Корпус колонного аппарата

Рабочие условия Условия испытаний Материал -   Ст.3 Материал – Ст.3

Поправочный коэфф. к допускаемым напряжениям

η =1 для сварных аппаратов

Поправочный коэфф. к допускаемым напряжениям η =1 для сварных аппаратов Предел текучести при расчетной температуре, МПа: σ_т = 250      Коэффициент запаса прочности по пределу текучестиn_Т = 1,1 Допускаемое напряжение корпуса в рабочих условиях при расчетной температуре t _{рас кор} = 60 ⁰С [σ]_tкор=η·σ^*_t,= 149 МПа (σ^*_t- нормативное значение допускаемого напряжения при расчетной температуре t_{рас кор}) Допускаемое напряжение в условиях испытаний при расчетной температуре, равной t _{рас кор} = 20⁰ С = 227,3 МПа

Определение пробного давления

Пробное давление определяется только для корпуса колонного аппарата для условий испытаний (определяется после п. 3.4)

Корпус аппарата (гидроиспытания, т.е испытания на прочность и герметичность производится водой)

Допускаемое напряжение для материала корпуса [σ]20 кор = η·σ*20 кор = 154 МПа

Пробное давление*, МПа = 1,25*0,015*(154/142) = 0,02

 

Определение расчетного давления

Корпус колонного аппарата

Рабочие условия Условия испытаний Расчетное внутреннее избыточное давление для рабочих условий, МПа = р_{раб +} р _r =Р_раб+ρ·_ж·g· h _р.ж 10^-6 = = 1+870*10*1,68*  = 0,015   =Р_пр + Р_{г воды} =Р_пр + ρ _воды g h _воды ·10^-6= =0,02+1000+10*2,3*10^-6 = 0,001    

 

Допускаемое напряжение

  [σ]^t= МПа

[σ]^и =       МПа

Цилиндрическая обечайка

Днище                                                                                                                                               

Расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки без учета суммы прибавок, S^ц _р  , мм

Расчетная толщина стенки днища без учета суммы прибавок,

S^дн _р  , мм

           

 

Таблица 4.2 – Значения прибавок к расчетной толщине

Наименование параметра	Значение
	Цилиндрическая обечайка	Днище
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм	С1 =π⸱τ+Сэ =	С1 =π⸱τ+ Сэ =
Прибавка для компенсации минусового допуска, мм (определяется по значениям Sцр и Sднр)	С2 =	С2 =
Прибавка технологическая, С3, мм	С3= 0	С3= 0
Сумма прибавок к расчетной толщине стенки, мм	Сц=С1+С2 +С3=	Сдн=С1+С2 +С3=

Таблица 4.3 – Результаты расчета толщины стенки цилиндрической обечайки и днищ с учетом прибавок для рабочих условий

Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки SцГОСТ, мм

Sц≥ Sцр + Сц =      принимаем Sцил ГОСТ  =

Исполнительная толщина стенки днища SднГОСТ, мм

Sдн ≥ Sдн р + Сдн =     принимаем Sдн ГОСТ  =

Проверка прочности

Результаты проверки прочности представлены в таблице 4.5.

 

Таблица 1.7 - Результаты проверки прочности цилиндрической обечайки и днища

Наименование	Расчет
	Для рабочих условий	Для условий испытания
Допускаемое внутреннее избыточное давлении для цилиндрической оболочки
Допускаемое внутреннее избыточное давлении для днищ
Условие прочности для цилиндрической обечайки	Ррасt ≤ [Р]t   условие прочности выполняется	Рраси  ≤ [Р]и   условие прочности выполняется
Условие прочности для днища	Ррасt ≤ [Р]t   условие прочности выполняется	Рраси  ≤ [Р]и   условие прочности выполняется

Исходные данные

Диаметр корпуса	Dвн =
Материал корпуса
Расчетная температура стенки корпуса (рабочие условий)	tрас =
Допускаемое напряжение	[σ]t= МПа
Наружное давление корпуса	Рtрас.=        МПа

Согласно ГОСТ 34233.2- 2017 Толщину стенки приближенно определяют по формулам (3) и (4):

,                            (5.3)

где .                                          (5.4)

Е^t =

B =

 

Толщину стенки следует принимать исходя из стандартной толщины листа, с учетом величины прибавок С.

 

s=s_p+c=                                                                            (5.5)

Окончательно выбирается толщина стенки S =

 

После расчета толщины стенки определяют допускаемое наружное давление согласно ГОСТ 34233.2- 2017 по формуле:

                                                                           (5.6)

где [р]_п- допускаемое давление из условия прочности определяется по следующей формуле:

,                                                               (5.7)

 

 

[р]_Е- допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

,                                                 (5.8)

где В₁ – коэффициент, определяемый по формуле:

.                                    (5.9)

 

                     

 

Допускаемое наружное давление, МПа

Далее выполняется проверка устойчивости по условию р_р.н.< [p]

 

Расчетное наружное давление, МПа	Р н.р.=
Допускаемое наружное давление [p], МПа	[p] =
Проверка устойчивости:

Условие выполняется/не выполняется

Приложение А

Расчетные значения модуля продольной упругости в зависимости от температуры.

Модуль упругости материала, ×10⁵ МПа

Температура t, оC	Cталь
	углеродистая	легированная
20	1,99	2,00
100	1,91	2,00
150	1,86	1,99
200	1,81	1,97
250	1,76	1,94
300	1,71	1,91

Сортамент	Сталь прокатная тонколистовая				Сталь прокатная толстолистовая
Толщина листа, мм	1	2	3	4			5	6		8					10			12		14		16		18
С2, мм	0,12	0,18	0,22	0,4			0,5	0,6		0,8
Сортамент	Сталь прокатная толстолистовая
Толщина листа, мм	20	22	25			28			30			32		36	40		45		50		55		60
С2, мм	0,8				0,9						1		1,1			1,2						1,3

Расчет корпуса аппарата

 

по дисциплине «Прикладная механика»

 

 

Студент гр.    БТП-19-01                                                    Хайруллина Ю.Р

 

Доцент, к.т.н.                                                                   В.Г.Афанасенко

 

Уфа 2021

Исходные данные

Наименование параметра	Значение
Номинальный объем, V м3	2,5
Внутренний диаметр D, мм	1400
Тип корпуса	20
Теплообменный блок	-
Параметры мешалки:
- тип мешалки	Лопастная (Перегородки, змеевик)
- диаметр dм, мм	800
- частота вращения n, об/мин	63
- потребляемая мощность N, кВт	1,9
Давление в корпусе:
- рабочее, Pи, МПа	1
- остаточное Pо, МПа	0,05
Давление в рубашке:
- избыточное Pруб, МПа	-
Параметры среды:
- наименование	Толуол
- плотность p, кг/м3	870
- уровень жидкости в корпусе hж	1680
- концентрация, %	-
- рабочая температура t, С	60

 

Выбор материала для изготовления корпуса аппарата

Исходные данные:

Название среды в корпусе (сырье, продукты)

Агрессивное воздействие среды на корпус

Максимальная рабочая температура в корпусе,t _раб, ^o С

Давление рабочее в корпусе, МПа

 

Таблица 2.1 – Механические свойства сталей

Материал	Технические требования	sв, МПа	sт, МПа	d5, %
Сталь 3	ГОСТ 380-71	460	250	26

 

Таблица 2.2 – Химический состав сталей

Материал	С, %	Si, %	Mn,%	S, %	P, %	Cr, %
Сталь 3	0,14-0,22	0,15 - 0,3	0,4 - 0,65	до 0,05	до 0,04	до 0,3