Механический расчет реактора из двухслойной стали и внутренним диаметром 3420 мм, страница 2

а) Проверка напряжения в шпильках.

Усилие, действующие на шпильки от внутреннего давления.

P₁ = 0,785 · D_ср² · P     (22)

где D_ср – средний диаметр прокладки,

       D_ср – 329 мм

       P – избыточное расчетное давление,

       P = 4 МПа

P₁ = 0, 785 · 329 ² · 4= 0,34 МН

Усилие  сжатия  прокладки,  необходимое для создания плотности соединения.

P₂ =  π ·  D_ср · b_e · g,       (23)

   где:    b_п=29мм – ширина прокладки,

эффективная ширина прокладки

            

             g= 20МПа–удельное давление обжатия прокладки для паронита        

    P₂ = 3, 14 · 129  · 20,5 · 20   = 0,17 МН

Дополнительное усилие, возникающее при изменении внутреннего давления.

  P₃ = 0, 2  ·  P₁         (24)

  P₃ = 0, 2  · 0,34   = 0,068 МН

  Усилие, вызванное различием  температур фланца и шпилек.

  P₄ = n · f_δ·  α  · ∆t · E,     (25)

  где: n =  π · D_б / t_б       (26)

  D_б =400мм– диаметр окружности  центров шпилек

  t _б  - шаг шпилек,  t_δ = ( 2, 1 ÷ 2,8 ) · d_δ = 2,5 · 36 = 90 мм

d_б=36мм

n = 3,14 · 400 / 90 = 14

  f_б – поперечное сечение шпильки, для шпильки М36

  f_б = 1017  мм²                                                                                       

  α –  коэффициент  линейного  расширения  для температуры 370°С  стали 20Х13.

  α =  16, 1 · 10 ^{- 6}  °С ^{- 1}                                                                                                                          

  Е – модуль упругости  для шпилек при температуре 370ºС,

  Е = 1, 85 ·  10 ⁵  МПа

  ∆t – разность температур

  ∆t = 370-340= 30 °С

  P₄ = 14 · 1017 · 16,1  · 10 ^{– 6} · 1,85 · 10 ⁵  ·30 = 1,27 МН

  Полное усилие в шпильках

  P_м = Р₁ + Р₂ + Р₃ +Р₄         (27)

  Р_м = 0,34 + 0, 17+ 0,068 + 1,27 = 1,848 МН

  Материал шпилек – сталь 20Х13  

  σ_s  =  290 МПа – напряжение по пределу текучести

Напряжение в шпильке:

     (28)   

Запас прочности для шпилек  по пределу текучести:

    (29) 

б) Определение напряжений  во фланцах.

Материал фланцев сталь 12Х18Н10Т

Допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т при температуре  370°С ,           

[ δ ]  = 140МПа                                                                                               Допускаемое напряжение на изгиб:

R_в = 1,05 · [ δ ] = 1,05 · 140 = 147 МПа       (30)

Изгибающий момент в сечении фланца

Мизг₁  = 0, 4 ·  P_м · 1₁       (31)

где: Р_м – полное усилие в шпильках

        Р_м = 1,848МН

        1_{1 =}16мм – эквивалентная толщина втулки фланца

        Мизг₁ = 0,4 ·1,848 · 16 = 11,8 МНм

Момент сопротивления втулки фланца:

        (32)

Напряжение изгиба для втулки фланца:

     (33)  

Напряжение изгиба для тареки фланца:

Мизг₂ = Р_м · h    (34)

Мизг₂ = 1, 848 · 0, 115  = 0,21 МН·м

    Момент сопротивления:

     (35)

где: h =115мм - толщина фланца

Напряжение изгиба:

,     (36)

Допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т при температуре  370°С ,           

[ δ ]  = 140МПа

Условие прочности:

                                                                                             

35,2<140

12,1<140

Условие прочности выполняется

Из расчета фланца следует вывод, что фланец Ду250 принятый по ГОСТ 12821-80 выбран правильно по прочностным характеристикам.

Литература

1.  Павлов А.В., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учеб. пособие, 9-е изд., доп. и перераб. – Л.: Химия, 1982. – 560 с.

2.  Бабицкий И. Ф., Вихман Г. Л., Вольфсон С. И. Расчет и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов. – М.: Недра, 1965. – 904 с.

3.  Лащинский А. А., Толчинский А. Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры . – М.: Машиностроение, 1963. – 370 с.

4.  Дытнерский Ю. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1983. – 330 с.

5.  Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. ГОСТ 14249 – 89 – М.: Изд. стандартов, 1986. – 32 с.

6.  Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий. ГОСТ24755-89 - Изд. стандартов, 1989. – 31 с

Эскиз реактора.

ТАБЛИЦА ШТУЦЕРОВ

Обозначение	Назначение	Ду, мм
А	Вход газосырьевой смеси	400
Б	Люк для выгрузки	100
В	Выход газопродуктовой смеси	100
Г	Люк для выгрузки	100
Д	Установка термопары	50