Расчет опор аппаратов

 

Цель работы: ознакомиться с конструкциями основных видов опор и методикой расчета опор на прочность.

 

10.1 Основные сведения

 

Установка химических аппаратов на фундаменты или на специальные несущие конструкции осуществляется большей частью с помощью опор.

Конструкции опор можно разбить на два основных вида: поры для вертикальных аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов.

 

10.2 Конструкции опор

 

На рисунке 10.2.1 показаны основные типовые конструкции сварных стальных опор для установки вертикальных аппаратов.

Опоры типов I-III, VI и VII представляют собой цельные опорные конструкции, а типов IV, V, VIII и IX – отдельные опорные устройства (лапы, стойки), количество которых на аппарате должно быть не менее трех. В отдельных случаях небольшие аппараты можно устанавливать на двух лапах типов VIII и IX. В литых аппаратах опоры большей частью выполняются за одно целое с корпусом и днищем. Конструкция опор в этом случае может быть аналогичной опорам типов IV и IX.

Выбор типа опоры зависит от ряда условий:

· места установки аппарата (в помещении или на открытой площадке)

· соотношение высоты к диаметру аппарата

· его массы и т.д.

В таблице 10.2.1 приведены основные данные о нормализованных опорах для вертикальных аппаратов, которые и следует применять при конструировании на требуемую нагрузку, а на рисунке 10.2.2 представлена конструкция опор вертикальных цилиндрических аппаратов типа I и II.

Рисунок 10.2.1 – Основные типовые конструкции опор для вертикальных аппаратов

 

Рисунок 10.2.2 – Конструкции опор вертикальных цилиндрических аппаратов типа I и I

Таблица 10.2.1 - Основные данные о нормализованных опорах для вертикальных аппаратов

МН

Тип опор

L

L1

L2

B

B1

B2

b

b1

H

h

s

a

a1

a2

R

d

dб

Исполнение

Подкладной лист

А

Б

s1

L3

H1

мм

Масса, кг

мм

0, 16

I II

М10

0, 46 0, 73

0, 50 0, 81

4; 6; 8; 10;

0, 4

I II

М10

1, 08 2, 42

1, 15 2, 57

1, 0

I II

М16

2, 55 4, 29

2, 65 4, 56

2, 5

I II

М20

6, 56 10, 2

6, 84 10, 7

4, 0

I II

М24

8, 96 19, 3

9, 46 20, 2

6, 3

I II

М30

21, 9 33, 5

22, 6 35, 4

10, 0

I II

М36

48, 9 84, 7

50, 5 88, 2

I II

-

М42

-

96, 4

12; 16 20; 24

I II

-

М48

-

16; 20 24; 28

Примечание: 1 имеются два типа опор: I – для аппаратов без теплоизоляции; II – для аппаратов с теплоизоляцией 2 Опоры обоих типов могут изготавливаться в двух исполнениях: а) штампованные, б) сварные 3 материал опор – сталь углеродистая и коррозионностойкая 4 количество опор (лап) выбирают исходя из допускаемой нагрузки на одну опору и по конструктивным соображениям, но не менее двух * - допускаемая нагрузка на одну опору.

10.3 Расчет опор аппаратов

 

Первоначально выбираем количество и тип опор согласно массе аппарата. Затем рассчитываем нагрузку на одну опору.

Рассчитаем обечайку на местную прочность и устойчивость в местах, где крепятся лапы:

Ребра привариваем к корпусу сплошным швом с катетом h_ш. Общая длинна сварного шва, L_ш, м:

,

где Н – параметр выбранной опоры (см. таблицу 10.2.1)

s – толщина аппарата, м.

Проверим прочность сварных швов:

где G – нагрузка, воспринимаемая одной опорой, МН

МН/м²

Если условие выполняется, то прочность сварного шва обеспечена.

Определим максимальные напряжения в корпусе аппарата в месте присоединения к нему лап.

Найдем параметры для нахождения коэффициентов К_к и К_м

, ,

.

где В, Н – размеры опоры (см. рисунок 10.2.2)

D – диаметр аппарата, м

s – толщина стенки аппарата, м

C_к – прибавка на коррозию, м

Момент от реакции опоры М_и, МН·м, действующий на лапу при расчетном плече:

,

где - определяем из чертежа опоры, м.

По графику на рисунке 10.3.1 определяем значение коэффициентов К_к и К_м.

Далее определяем параметр β для нахождения моментов действующих на корпус:

для определения меридиональных моментов:

,

для определения кольцевых моментов:

.

Рисунок 10.3.1 – Графики для определения коэффициента К

К_м , --------- К_к

По графику на рисунке 10.3.2 определяем параметр , используя β ₁ и .

Рисунок 10.3.2 – Графики для определения, отнесенного к единице длины меридионального момента М_м, действующего на стенку цилиндрического корпуса аппарата в месте присоединения к нему лапы (опоры)

Отсюда определяем меридиональный момент М_м, МН× м/м.

По графику на рисунке 10.3.3 определяем параметр , используя β ₂ и

Рисунок 10.3.3 – Графики для определения, отнесенного к единице длины меридионального момента М_к, действующего на стенку цилиндрического корпуса аппарата в месте присоединения к нему лапы (опоры)

 

Отсюда определяем кольцевой момент М_к, МН× м/м.

Далее по графикам на рисунке 10.3.4 определяем коэффициенты К'_к и К'_м, для определения сил действующих на корпус.

Рисунок 10.3.4 – Графики для определения коэффициентов К' при определении расчетных сил Р_м и Р_к, действующих на стенку цилиндрического корпуса

К_м , --------- К_к

Определяем параметр β для определения сил действующих на корпус аппарата:

.

По графику на рисунке 10.3.5 определяем параметр , используя β ₃ и .

Рисунок 10.3.5 – Графики для определения, отнесенного к единице длины меридиональной силы Р_м, действующего на стенку цилиндрического корпуса аппарата в месте присоединения к нему лапы (опоры)

 

Отсюда определяем меридиональную силу Р_м, МН/м.

По графику на рисунке 10.3.6 определяем параметр , используя β ₃ и .

Отсюда определяем кольцевую силу Р_к, МН/м.

Суммарное напряжение сжатия σ _c, МН/м², в корпусе аппарата при толщине стенки , мм в месте присоединения лапы:

в меридиональном направлении:

,

в кольцевом направлении:

,

Если оба напряжения меньше допускаемого, следовательно, лапа может быть приварена к обечайке без подкладного листа. В противном случае используется подкладной лист. Толщина стенки в этом случае рассчитывается по формуле s_п = s + s₁ – c_к и весь расчет производить заново.

Рисунок 10.3.6 – Графики для определения, отнесенного к единице длины кольцевой силы Р_к, действующего на стенку цилиндрического корпуса аппарата в месте присоединения к нему лапы (опоры)

 

10.4 Пример расчета опор

 

Исходные данные: Подобрать опоры для теплоизолированного аппарата диаметром D = 1 м. Вес аппарата G_A = 74000H, толщина стенки s=0, 008 м. Прибавка на коррозию С_к=0, 001 м. Допускаемое напряжение МН/м².

 

Решение: Для данного аппарата выбираем опоры (лапы) из таблицы 10.2.1 тип II, исполнение Б. Лапы расположим выше середины аппарата. Это придаст аппарату необходимую устойчивость и облегчит эксплуатацию. Используя расположение опор треугольником, как показано на рисунке 10.4.1, дает возможность выбрать более металлоемкие опоры. Такое расположение опор позволяет распределить всю нагрузку сразу на 3 опоры. В нашем случае подойдут опоры, рассчитанные на 0, 025 МН.

Рисунок 10.4.1 – Схема расположения опор

Характеристики опоры:

Тип II, исполнение Б, нагрузка МН;

L = 140 мм, B = 255 мм, b = 22 мм, h = 20 мм, L₁ = 160 мм, B₁ = 110 мм,

b₁ = 90 мм, s = 8 мм, L₂ = 130 мм, B₂ = 115 мм, H = 310 мм, a = 30 мм, R = 12 мм,

a₁ = 65 мм, d = 24 мм, a₂ = 140 мм, d_б = М20.

Подкладной лист:

S₁ = 10 мм, L₃ = 200 мм, H₁ = 410 мм.

Рассчитаем обечайку на местную прочность и устойчивость в местах, где крепятся лапы:

Ребра привариваем к корпусу сплошным швом с катетом h_ш = 3 мм. Общая длинна сварного шва, L_ш, м:

,

Проверим прочность сварных швов:

Условие выполняется, следовательно, прочность сварного шва обеспечена.

Определим максимальные напряжения в корпусе аппарата в месте присоединения к нему лап.

Найдем параметры для нахождения коэффициентов К_к и К_м

,

,

.

Момент от реакции опоры М_и, МН·м, действующий на лапу при расчетном плече:

,

где - определяем из чертежа опоры, ( мм), м.

.

По графику на рисунке 10.3.1 определяем значение коэффициентов

К_к = 1, 01 и К_м = 1, 05.

Далее определяем параметр β для нахождения моментов действующих на корпус:

для определения меридиональных моментов:

,

для определения кольцевых моментов:

.

По графику на рисунке 10.3.2 определяем параметр , при β ₁ = 0, 305 и :

,

Отсюда следует, что М_м, МН·м/м, определяется по формуле

,

.

По графику на рисунке 10.2.3 при и определяем параметр:

,

следовательно, что М_к, МН·м/м, определяется по формуле

,

.

Далее по графикам на рисунке 10.3.4 определяем коэффициенты К'_к = 0, 83 и К'_м = 0, 85, для определения сил действующих на корпус.

Параметр для нахождения сил, действующих на корпус:

.

По графику на рисунке 10.3.5 определяем параметр , используя β ₃ = 0, 29 и .

 

По графику на рисунке 10.3.6 определяем параметр , используя β ₃ = 0, 29 и .

Следовательно, Р_м и Р_к, МН/м, определяются

,

,

,

,

Суммарное напряжение сжатия σ _c, МН/м², в корпусе аппарата при толщине стенки мм в месте присоединения лапы:

в меридиональном направлении:

,

.

в кольцевом направлении:

,

.

Оба напряжения меньше допускаемого, а следовательно лапа может быть приварена к обечайке без подкладного листа.

 

10.5 Задание для самостоятельно расчета опор

 

Подобрать опоры для аппарата диаметром D, м. Вес аппарата G_A, H, толщина стенки s, м. Прибавка на коррозию С_к=0, 001 м. Допускаемое напряжение МН/м².

Данные взять из таблицы 10.5.1

Таблица 10.5.1 – Варианты заданий для расчета опор

№ вари-анта	D, мм	s, мм	GA, Н	теплоизоляция	МН/м2	Количество опор
		0, 006		+
		0, 008		+
		0, 007		–
		0, 009		+
		0, 01		+
		0, 008		–
		0, 006		+
		0, 01		–
		0, 007		+
		0, 009		–