- •Оглавление
- •Введение
- •I. Выбор материала и обоснование конструкции аппарата, предложения по повышению эффективности производства
- •Расчет и конструирование основных элементов аппарата
- •2.1. Основные расчетные параметры
- •2.2. Расчет элементов аппаратов, нагруженных внутренним давлением
- •2.2.1. Цилиндрические обечайки
- •2.2.2. Эллиптические днища и крышки
- •2.3. Расчет элементов аппаратов, нагруженных наружным осевой сжимающей силой и изгибающим моментом
- •2.4. Расчет на прочность укрепления отверстий
- •2.4.1. Основные расчетные размеры
- •2.5. Расчет на ветровую нагрузку
- •2.6. Расчет аппаратов на сейсмическую нагрузку
2.4. Расчет на прочность укрепления отверстий
2.4.1. Основные расчетные размеры
Расчетный диаметр укрепляемого элемента:
цилиндрической оболочки
(28)
=1600 мм
эллиптического днища
(29)
где - расстояние от центра укрепляемого отверстия;
= 2709 мм
Расчетный диаметр отверстия штуцера круглого поперечного сечения:
для цилиндрических и конических обечаек, сферических и эллиптических оболочек, если ось отверстия совпадает с нормалью к поверхности в центре отверстия:
(30)
= 200 + 2∙1 = 251 мм
для смещенного штуцера на эллиптическом днище:
(32)
= 271,5 мм
Расчетная длина внешней и внутренней частей штуцера, участвующих в укреплении отверстия:
(33)
= 45,7 мм
(34)
= 17 мм
где l1 и l2 – фактическая длина внешней и внутренней частей штуцера.
Расчетная длина образующей оболочки в зоне укрепления
(35)
= 114,7 мм
2.5. Расчет на ветровую нагрузку
Расчетом проверяется прочность и устойчивость аппарата, устанавливаемого на открытой площадке при действии на него ветра. В частности, определяются размеры наиболее ответственного узла аппарата - опоры и фундаментных болтов, которыми крепится опора к фундаменту.
При отношении высоты аппарата Н/D 15 к его диаметру принимается в виде консольного стержня с жесткой заделкой в фундаменте. При отношении Н/D< 15 — в виде упруго защемленного стержня.
Если аппарат имеет изоляцию, то диаметром считается диаметр изолированного аппарата.
Нормативный скоростной напор ветра q на высоте от поверхности земли до 10 м для разных географических районов России различен, он принимается по табл. 1.
q = 0,035∙10-2 Мн/м2(тс/м2)
Для высот более 10 м нормативный скоростной напор принимается с поправочным коэффициентом , величина которого определяется по графику.
=1
Коэффициент увеличения скоростного напора
(36)
где - коэффициент динамичности, определяемый по графику на рис. 3; при периоде собственных колебаний Т0,25 сек =1; mi - коэффициент пульсации скоростного напора ветра, определяемый по графику. mi = 0,35.
= 1+ 1∙0,35 = 1,35
Период собственных колебаний аппарата Т в сек определяется раздельно для максимальной и минимальной сил тяжести аппарата по формулам:
для аппаратов постоянного сечения при H/D<15
(37)
Т = 0,25 сек [по графику для определения коэффициента динамичности]
Где;Mi=0,34 [по графику для определения коэффициента пульсации скоростного напора ветра];H= 9,м – высота аппарат, м;D=1,6м – диаметр аппарат (без изоляции), м;Et = 1,86∙105 МПа – модуль нормальной упругости материала корпуса аппарата при рабочей температуре, МПа; J = 0,4 – момент инерции верхнего поперечного сечения корпуса аппарата относительно центральной оси, м4; g – ускорение силы тяжести, м/с2; Gi = 913 МН – сила тяжести i-ого участка аппарата в МН; xi= 9 м – расстояние i – ого участка аппарата, м; 0 = 0,062 – угол поворота опорного сечения, 1/МНм; Ki 0,04 1/МНм – относительное перемещение центров тяжести участков, 1/МНм; j= 0,47 – коэффициент, определяемый по графикам.
= 0,35 сек
Относительное перемещение центров тяжести участков:
(38)
где Аi – параметр, определяемый по графику рис. 9, Аi = 0,2.
= = 0,5 - относительные координаты центров тяжести участков.
Угол поворота опорного сечения:
(39)
Где С - коэффициент неравномерного сжатия грунта, при отсутствии данных для грунтов средней плотности принимается С40 МН/м3; J - момент инерции подошвы фундамента относительно центральной оси, м4, J = 0,341м4.
= 0,047
Сила Рi вМн, действующая на i-й участок цилиндрического аппарата от ветрового напора:
(40)
где i - коэффициент увеличения скоростного напора; qi - нормативный скоростной напор ветра вМн/м2, определяется по табл. 1 с учетом поправочного коэффициента ; Di - наружный диаметр i-го участка аппарата в м, при наличии снаружи аппарата изоляции принимается наружный диаметр изоляции; hi - высота i-го участка аппарата в м.
Изгибающий момент от ветровой нагрузки относительно основания аппарата М в МНм:
(41)
где xi — расстояние i-го участка от основания аппарата в м; n0 — количество участков, расположенных ниже сечения х0.
Внутренний диаметр кольца в м:
(42)
= 1,6 – 0,06 = 1,5 м
Наружный диаметр кольца в м:
(43)
= 1,6 + 2х0,008 + 0,2 =1,816 м
Опорная площадь кольца в м2:
(44)
Момент сопротивления опорной площадки кольца
(45)
Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца (10-1 МПа)
(46)
где Gmax – максимальная сила тяжести аппарата при заполнении его водой (при гидроиспытании) (10-1 Н).
119
Условие выполняется.
Номинальная расчетная толщина опорного кольца
=15мм (47)
Расчет устойчивости аппарата против опрокидывания от ветровой нагрузки.
Наименьшие напряжения на опорной поверхности кольца в МПа 10-1 при максимальной и минимальной силах тяжести:
(48)
(49)
За расчетное принимается большее по абсолютной величине давление.
P = 0,66 МПа
Если расчетное значение окажется 0, то следует определить коэффициент устойчивости аппарата по формуле:
(50)
где G и Mв.о. – должны соответствовать расчетному значению . Если Ку1,5, тот аппарат считается устойчивым, и фундаментные болты ставить не обязательно. В этом случае на опоре для правильной установки аппарата рекомендуется предусматривать 4 болта М24.
В тех случаях, когда расчетное значение <0, аппарат неустойчив, и необходима установка фундаментных болтов для предотвращения опрокидывания его.
Общая условная расчетная нагрузка на фундаментные болты в МН приближенно:
(51)
Количество фундаментных болтов z выбирается из конструктивных соображений в зависимости от диаметра опоры, величины и д для материала болтов, но не менее четырех.
Нагрузка на один болт:
(52)
Внутренний диаметр болта в м:
(53)
где Ск – прибавка на коррозию, обычно принимается 2 мм.
Окончательный диаметр болтов dб принимается ближайшим большим, но менее М24.
Принимаем болт М48