3.2.6 Механический расчет элементов аппарата

Механический расчет выполняется лишь для 1-го корпуса, который подлежит конструктивной разработке.

Механический расчет аппарата сводится к определению напряжений, возникающих в элементе от нагрузок, и к сравнению их с предельно допустимыми для выбранного материала.

1. Расчет сепаратора

Толщина стенки цилиндрической обечайки сепаратора

По [7, с. 395] толщину тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, рассчитывают по формуле:

где s_p – расчетная толщина стенки обечайки, мм; с – сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, мм

• Р₁= 1,05 бар = 0,105 МПа – давление в сепараторе;

• D_с=1м=1000 мм (п. 3.2.3) – диаметр сепаратора;

• [σ] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа; [σ]_θ=[σ]_101,17 = 159,86 МПа [7, с. 395] для стали

• φ_р=1 (для бесшовных элементов) – коэффициент прочности продольного сварного шва цилиндрической обечайки.

• с₁ – прибавка для компенсации коррозии и эрозии, мм;

• с₂ – прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

• с₃ – прибавка технологическая.

Значения с₂ и с₃, как правило, не учитываются. Значение с₁ примем равным 1 мм, поскольку материал стали подвержен точечной коррозии [8, с. 409].

Согласно формуле (3.51):

Примем стандартную толщину стенки сепаратора s=4 мм [8, с. 411].

Для обечаек с D≥200 мм формулы применимы при условии:

- требуемое условие выполняется.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [р] следует рассчитывать по формуле:

Допускаемое избыточное давление [р] больше расчетного Р₁ (0,956>0,105), следовательно, принятая толщина стенки цилиндрической обечайки сепаратора подходит.

Толщина стенки эллиптического днища сепаратора

Согласно [8, с. 473] исполнительную толщину стенки эллиптического днища рассчитывают по формуле:

где s_к.р. – расчетная толщина стенки обечайки, мм [8, с. 473]

Согласно графику [8, с. 474] (при [8, с. 461] и принятое α=60°) значение коэффициента формы днища у=2,9

Из формулы (3.56):

Примем стандартную толщину стенки эллиптического днища сепаратора s=4 мм [8, с. 461].

Допускаемое внутреннее избыточное давление [р] следует рассчитывать по формуле [8, с. 474]:

Допускаемое избыточное давление [р] больше расчетного Р₁ (0,66>0,105), следовательно, принятая толщина эллиптического днища сепаратора подходит.

Толщина стенки эллиптической крышки сепаратора

Согласно [8, с. 453] расчетная толщина стенки эллиптической крышки сепаратора вычисляется по формуле (3.52):

Согласно (3.51):

Примем стандартную толщину крышки сепаратора s=4 мм [8, с. 440].

Допускаемое внутреннее избыточное давление [р] следует рассчитывать по формуле (3.55) [8, с. 453]:

Допускаемое избыточное давление [р] больше расчетного Р₁ (0,956> 0,105), следовательно, принятая толщина стенки эллиптической крышки сепаратора подходит.

2. Расчет греющей камеры

Толщина стенки цилиндрической обечайки греющей камеры

Используются те же формулы, что и в пункте расчета толщины обечайки сепаратора (3.52):

• Р_гр1= 3,8 бар = 0,38 МПа – давление греющего пара;

• D_к=0,6 м=600мм – диаметр греющей камеры [7, с. 183];

• [σ]_T=[σ]_140,7= 154 МПа [7, с. 395] для стали 09Г2С

По (3.51):

Примем стандартную толщину стенки греющей камеры s=4 мм [8, с. 411].

- требуемое условие применения формул выполняется (3.54).

Согласно (3.55):

Допускаемое избыточное давление [р] больше расчетного Р_гр1 (1,53>0,38), следовательно, принятая толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса аппарата подходит.

Толщина стенки эллиптического днища греющей камеры

Толщину стенки эллиптического днища греющей камеры рассчитывают по формуле:

где s_1p – расчетная толщина стенки днища, мм; с – сумма прибавок к расчетным толщинам стенок, мм

• Р_гр1= 3,8 бар = 0,38 МПа – давление греющего пара;

• R – радиус кривизны в вершине днища;

• φ=1 (для днищ, изготовленных из одной заготовки) – коэффициент прочности сварного шва;

• [σ] – допускаемое напряжение при расчетной температуре, МПа; [σ]_T=[σ]_140,7=154 МПа [7, с. 395] для стали 09Г2С

Радиус кривизны в вершине днища равен:

где D – диаметр греющей камеры и Н – высота выпуклой части днища.

При Н=0,25∙D радиус кривизны становится равен R=D.

Таким образом, R=D_к=600 мм [7, с. 183].

Сумму прибавок к расчетным толщинам стенок примем с=1 мм, аналогично предыдущему пункту. Отсюда (3.59):

Примем стандартную толщину стенки днища греющей камеры s=4 мм [8, с. 440].

Для эллиптических днищ формулы применимы при условиях:

- требуемое условие выполняется;

- требуемое условие выполняется.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [р] следует рассчитывать по формуле:

Допускаемое избыточное давление [р] больше расчетного Р_гр1 (1,54>0,38), следовательно, принятая толщина стенки эллиптического днища греющего аппарата подходит.

Толщина стенки эллиптической крышки греющей камеры

Используются формулы из пункта расчета крышки сепаратора (3.52) [8, с. 453].

Согласно (3.51):

Примем стандартную толщину стенки крышки греющей камеры s=4 мм [8, с. 440].

По (3.55):

Допускаемое избыточное давление [р] больше расчетного Р_гр1 (1,53>0,38), следовательно, принятая толщина стенки эллиптической крышки корпуса аппарата подходит.

3. Опорные конструкции аппарата

Опоры для греющей камеры

В качестве опоры для греющей камеры используются подвесные опорные лапы. При определении нагрузки на подвесную опорную лапу все действующие на аппарат нагрузки приводят к осевой силе Р (определяемой максимальным весом аппарата при эксплуатации или при гидравлических испытаниях) и моменту М (зависящему от конструкции аппарата, условий его монтажа и других факторов). Нагрузку на одну опору (член уравнения с моментом М принимаем равным нулю) рассчитывают по отношению [7, с. 403-404]:

где P – вес аппарата при максимальной нагрузке, Н; λ – коэффициент, зависящий от числа опор z (при z=4 значение λ=2).

m – масса аппарата, кг (1800 кг [14, с. 22]);

М_вода – масса воды при максимальной загрузке сепаратора, кг;

V_с – объем сепаратора, м³ (1,9625 м³ (3.46));

ρ_вода – плотность воды, кг/м³ (при t_н=20°С ρ_вода =998 кг/м³ [10, с.537])

По [8, с. 673] выбираем «Опора ОВ-II-Б-25000-10 ОН 26-01-69–68».