Расчет элементов корпуса варочного котла на прочность

         3 Расчет элементов корпуса котла на прочность

3.1 Расчет толщины стенок варочного котла

Варочные котлы относятся к тонкостенным сосудам, так как отношение наружного диаметра корпуса к внутреннему диаметру меньше 0,1

Исполнительная толщина стенки обечайки корпуса варочного котла    S, м, (согласно ГОСТ 14249-49-89) определяется по формуле

                                   (3.1)

 Расчетная толщина стенки S_R, м определяется по формуле:

                                             , м          (3.2)                                                                       

где – расчетное давление, МПа;

D – внутренний диаметр корпуса, м;

– допускаемое напряжение, МПа;

 - коэффициент прочности сварного шва. Принимаю 0,95

С – прибавка к расчетной толщине, м. Принимаю 0,005м

    Расчетное давление определяется по формуле:

                                              , МПа            (3.3)                                                                         

где     - рабочее давление, МПа;                

- гидростатическое давление; МПа

     Гидростатическое давление рассчитывается по формуле:

                                              , МПа           (3.4)

где h – высота столба массы над рассматриваемым сечением, м

 - плотность целлюлозы, кг/ м³

Рассчитываю толщину стенок в каждой части варочного котла:

а) м

б)МПа

    МПа

    м

в) МПа

    МПа

    м

г) МПа

    МПа

    м

д)МПа

    МПа

    м

    На основании проделанных расчетов и ГОСТ принимаю толщины стенок- 26, 28, 30, 32, 34 мм в конической и цилиндрической частях соответственно.

     3.2 Определение допускаемого рабочего давления аппарата

Иногда рабочее давление аппарата не удовлетворяет технологическому режиму, необходимому для получения целлюлозы нужного качества, разрабатывается новый технологический режим. В этом случае необходимо определить допускаемое рабочее давление аппарата.

Допускаемое рабочее давление в цилиндрической обечайке определяется по формуле:

                                                  , МПа            (3.5)

МПа

; (1,4>1,2)МПа;

Т.к. допускаемое рабочее давление аппарата в цилиндрической части больше его рабочего, то условие прочности выполняется.

Допускаемое рабочее давление для сферической обечайке определяется по формуле:

                                                  , МПа            (3.6)

 МПа

; (2,4>1,2)МПа;

Т.к. допускаемое рабочее давление аппарата в сферической части больше его рабочего, то условие прочности выполняется.

Допускаемое рабочее давление в конической обечайке определяется по формуле:

                                         , МПа  (3.7)

    где D_К - расчетный диаметр конической обечайки.

Определяю расчетный диаметр конической обечайки:

                                            , м      (3.8)

    где D_К1, D_К2 – соответственно наибольший и наименьший диаметры обечайки, м

м

МПа

; (3,12>1,2)МПа;

Т.к. допускаемое рабочее давление аппарата в конической части больше его рабочего, то условие прочности выполняется.

     3.3 Определение запаса прочности при пробном давлении

    Целью испытаний аппаратов является проверка их прочности и герметичности.

    Перед пуском в эксплуатацию варочный котел подвергается испытанию. Испытание аппаратов производиться после изготовления аппаратов на заводах-изготовителях, а также после сборки на заводах, где осуществляется их эксплуатация. Испытание может производиться с помощью гидравлики, пневматики и в отдельных случаях галоидным течеискателем. Давление, при котором проводиться испытания, носит название пробное.

    Пробное давление определяется по формуле

                                                  ,  МПа            (3.9)

    где Р – рабочее давление процесса варки, МПа;

 - допускаемое напряжение для материала корпуса котла и его элементов при температуре 20ºС  равно 147 МПа;

 - допускаемое напряжение для материала корпуса котла при рабочей температуре равно 136 МПа

МПа

    Напряжение, возникающее в корпусе котла при пробном давлении:

                                             ,МПа    (3.10)

МПа

    Определяю запас прочности при пробном давлении:

,

    где  - предел текучести материала корпуса аппарата при 20ºС  равен 245МПа

; 1,33 >1,1.

Расчет показал, что запас прочности при пробном давлении больше допускаемого запаса прочности, следовательно, условие прочности выполняется.

    3.4 Определение допускаемого цикла нагружения, ресурса корпуса аппарата

Допускаемый цикл нагружения при малоцикличных нагрузках определяется согласно ГОСТ 26-1207-89 по формуле