Выбор материалов для изготовления узлов аппарата

_{Площадь поперечного сечения укрепляемого кольца примем А2=0,0005м².}

_{Толщина накладного кольца}

Окончательно  примем S₂=5мм.

6. Фланцевое соединение корпуса с крышкой

 

      Конструкцию соединения крышки и корпуса аппарата при D=1400мм и Р_р=0,2 МПа выбираем согласно таблице 1.36[3] с плоскими приварными фланцами и уплотнительной поверхностью «шип-паз».

1. Конструктивные размеры фланца. Толщину втулки фланца принимаем S₀=S=12мм.

Высота втулки фланца

Принимаем h_в=100мм.

Диаметр болтовой окружности

_{где dб=20мм – наружный диаметр болта при D=1,4м и Рр=0,2 МПа (таблица 1.40[3]); u – нормативный зазор (u=4мм).}

      _{Наружный  диаметр фланца}

_{где а=40мм – для шестигранных гаек при dб=20мм (таблица 1.41[3]).}

_{Наружный  диаметр прокладки}

_{где е=30мм – для плоских  прокладок (таблица 1.41[3]).}

Средний диаметр  прокладки

_{где b=15мм – ширина прокладки (таблица 1.42[3]).}

      Количество  болтов необходимых для герметичности соединения

_{где tш=4,5·dб=4,5·20=90мм – шаг размещения болтов М20 на болтовой  окружности при Рр=0,2 МПа (таблица 1.43[3]).}

      _{Принимаем nб=56, кратное четырем.}

_{Высота (толщина) фланца}

_{где λф=0,3 – для плоских фланцев при Рр=0,2МПа (рисунок 1.40[3]);}

_{Sэк=S0=12мм, так как для плоских фланцев β1=S1/S0=1.Принимаем hф=40мм.}

_{Расчетная длина болта}

_{где lб.о=2·(hф+hп)=2·(40+2)=84мм – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки при толщине прокладки hп=2мм.} 

2. _{Нагрузки, действующие на фланец}

_{Равнодействующая  внутреннего давления}

_{Реакция прокладки} 

_{где Кпр=1 – для резины с плотностью свыше 1,2 МПа (таблица 1.44[3]); b0=b=15мм=0,015м, так как b≤15мм.}

_{Коэффициент жесткости фланцевого соединения}

_{где yб, yп, yф – податливость, соответственно болтов, прокладки, фланцев.}

_{Податливость  болтов}

_{где Еб=1,9·10⁵ МПа – для материала болтов из стали 35; fб=2,35·10^-4м² – для болтов диаметром dб=20мм.}

_{Податливость  прокладки} 

    _{где Еп=4[1+b/(2hп)]=4·[1+0,015/(2·0,002)]=19МПа – для прокладки из резины с твердостью свыше 1,2МПа (таблица 1.44[3]); Кп=0,09.}

_{Податливость  фланца}

   

_{где Е=2·10⁵МПа – для стали 16ГС;}

  _Тогда

 

_{Болтовая  нагрузка в условиях монтажа}

_{где Рпр=4МПа – для резиновой прокладки с твердостью свыше 1,2МПа (таблица 1.44[3]).}

      _{Болтовая  нагрузка в рабочих условиях}

      Приведенный изгибающий момент 

_{где [σ]20=170МПа и [σ]=162,5МПа,} 

 

     _{Проверка  прочности и герметичности  соединения. Условие  прочности болтов при монтаже фланцевого соединения и в его рабочем состоянии выполняется:}

( для болтов из стали 35 при t=20⁰С);

(для болтов из стали 35 при t=80⁰С).

      Условие прочности прокладок выполняется:

_{где Рпр=20МПа – для резиновой прокладки с твердостью свыше 1,2МПа; Fб.max=max{Fб1; Fб2}=max{0,39; 0,35}=0,39MH.}

      _{Максимальное  напряжение в сечении, ограниченном размером S0:}

_{где D*=D=1,4м, так как D>20·S0 (1,4>20·0,012=0,24м);}

 

      Напряжение  во втулке от внутреннего давления:

тангенциальное

_{меридиональное}

 

_{Условие прочности для  сечения, ограниченном размером S0=12мм, выполняется:}

 

 

где [σ]₀=0,003·Е=0,003·1,93·10⁵=579МПа – для фланца из стали 16ГС в сечении S₀ при Р_р=0,2МПа.

      Окружное  напряжение в кольце фланца

 

      _{Условие герметичности фланцевого соединения выполняется:}

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7. Теплообменная рубашка

      Для соединения сосуда с рубашкой используем коническое без отбортовки сопряжение. При сопряжении при помощи конуса угол α примем равным 30⁰. Увеличим толщину стенки рубашки до S_н.руб=5мм, так как при       S_н.руб=3мм допускаемое избыточное давление меньше расчетного.  

      Коэффициент осевого усилия

где d₁≤0,4D₂=0,4·1,5=0,6м – диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем сосуда. 

      Коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой

где - расстояние от середины стенки до наружной стороны стенки сосуда. 

      Коэффициент длины сопряжения

,  при α=30⁰ ; ρ=0 – для конического соединения без отбортовки. 

      Коэффициент отношения прочности корпуса сосуда и рубашки

 

где [σ]₁=162,5МПа и [σ]₂=152,8МПа – допускаемые напряжения для стенки сосуда и рубашки при температуре 80⁰С и 160⁰С, соответственно.

 

Радиус отбортовки определяется по уравнению

 
 

Относительная эффективная несущая длина конуса

 

     Допускаемое избыточное давление в рубашке

     

где φ₂ =1 – коэффициент прочности сварного продольного шва рубашки;

В – коэффициент  сопряжения при помощи конуса

     

     

где f₁=1,9 – коэффициент прочности, определяется по графику (рисунок 10[4]).

     

     где f₂=3,2 – коэффициент прочности, определяется по графику (рисунок 11[4]).

где f₃=f₄=1,732 – коэффициент прочности, определяется по графику (рисунок 12 и 13[4]).

      Тогда

Условие [Р]₂>P₂ выполняется (0,597>0,45). 

Определение размеров сопряжения

Нагрузка от собственного веса

F=G₁=0,027MH, так как опоры на цилиндрической обечайке корпуса.

      Проверка  несущей способности от совместного  действия осевого усилия и избыточного  давления в рубашке

 

Условие выполняется.

8. Определение оптимальных размеров корпуса аппарата

 

      Масса аппарата, снабженного теплообменной рубашкой

 

     Масса корпуса аппарата

 

     Масса жидкости

 

      Масса U-образной теплообменной цилиндрической рубашки 

 

Массу жидкости в рубашке примем m_ж=0, так как среда пар.

Тогда

 

      Сила  тяжести аппарата

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9. Опоры

 

Опоры ставим на цилиндрическую обечайку корпуса.

.  

По Q выбираем по таблице 1[2], опоры типа 1 с допускаемой нагрузкой Q=25кН:

Опора 1 – 2500 ОСТ 26 – 665 – 79 

Параметры:

      а=125мм; а₁=155мм; в=155мм; с=45мм; с₁=90мм; h=230мм; h₁=16мм; S₁=8мм; к=25мм; к₁=40мм; d=24мм; d_б=М20; f_max=40мм. 

      Усилие, действующее на одну опорную лапу

где G – вес аппарата в условиях эксплуатации или испытании,Н;

      М – изгибающий момент: М=0,01МНм;

      S₀=(S-C) – толщина стенки аппарата в конце срока службы, м:       S₀=0,012-0,002=0,01м;

     S_H – толщина подкладного листа: при отсутствии подкладного листа S_H=0;

     e – расстояние между точкой приложения усилия и обечайкой

      b – длина опорной лапы, м.

      Несущую способность обечайки в месте  приварки опорной лапы без подкладного  листа проверяем по формуле

где допустимое усилие на опорный элемент в условиях эксплуатации или испытания [F₁] определяем по формуле

      Коэффициент К₇ определяем в соответствии с графиком (рисунок 5[2]): К=0,87.

      [σ_i] – предельное напряжение изгиба

где [σ] – допускаемое  напряжение для материала обечайки, МПа;

       n_T – запас прочности по пределу текучести;

<