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 G_рід, 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)

 

r_м=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;

R_з=R+S_к, а Н_з=Н+S_к; 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;

;

l_ш – довжина зварювального шва, м;

l_ш=2∙h опорної лапи;

– припустиме напруження на зрізання, МПа.