4.2.1Определение геометрических параметров аппарата

По выбранному базовому диаметру аппарата D= 2,6м выбираем по ГОСТ 12623-78 плоские круглые днище и крышку с размерами:

D = 2,6 м - внутренний диаметр плоских днища и крышки;

V_д=0,317 м³- вместимость днища;

F_д = 5,69 м² - площадь днища.

Рассчитываем объем обечайки

V_об=V_ап = 20м³ (5.3.1)

где V_апп – объем всего аппарата, м³

Диаметр рубашки:

(5.3.2)

где D_вн- внутренний диаметр аппарата, м

Высоту обечайки рассчитываем по формуле:

(5.3.3)

Тогда

, (5.3.4)

где - расстояние от кромки обечайки до уровня биомассы, м;

0,1м – рубашка должна быть ниже 50-100 мм уровня биомассы;

0,3м – рубашка от фланца, либо от шва должна быть не менее 100мм.

, (5.3.5)

где - высота биомассы.

По исходным данным из таблиц были выбраны материалы для корпуса аппарата – сталь 0Х18Н10Т – и рубашки – сталь ВСт3.

4.2.2 Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного внутреннего давления

Рисунок 11. Схема для расчета обечайки аппарата на внутреннее избыточное

давление.

Определяем толщину стенки из условия:

(5.3.6)

где _R–расчетная толщина стенки, м;

c –прибавка к расчетной толщине, м.

(5.3.7)

где p_R –расчетное давление, МПа;

D –внутренний диаметр аппарата, м;

φ– коэффициент сварного шва, φ =1, так как обечайка сваривается автоматической сваркой.

Так как внутри аппарата находится жидкость, следовательно, расчетное давление определяем:

(5.3.8)

где _гидр - гидростатическое давление, МПа;

,(5.3.9)

где ρ – плотность биомассы, ρ=633;

g – ускорение сил тяжести, g=9,81

– высота биомассы в аппарате, м.

Учитываем гидростатическое давление, т. к. оно составляет более 5% от внутреннего давления.

Прибавка к расчетной толщине:

с = с₁ + с₂ + с₃, (5.3.10)

где с₁ - прибавка на коррозию, м

с₁ = n^.=1^.10^-3 м (5.3.11)

где n=0,1^.10^-3 м/год - величина коррозии в год;

τ=12 лет - время эксплуатации аппарата.

с₂ - прибавка на эрозию, м

с₂ =10^.10^-3м – поскольку в аппарате находится абразивная среда;

с₃ - минусовой допуск на материал, м. Значения минусового допуска определяем по [20] в зависимости от толщины стенки.

с₃=0,22^.10^-3 м

Подставив цифровые значения, получим:

с =1^.10^-3 +10^.10^-3+0,22 =11,2210^-3 м.

Подставим полученное значение в формулу (5.3.6):

1,3·10^-3+ 11,22·10^-3 = 12,52·10^-3 м.

По сортаменту принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки

=14^.10^-3 м.

Допускаемое внутреннее избыточное давление [p], МПа, определяется по формуле:

[р]=МПа, (5.3.12)

где - толщина стенки из стандартного ряда, м;

с – сумма всех прибавок, м.

При этом должно выполняться условие прочности:

0,5 МПа > 0,24 МПа – условие выполнено.

На этом расчет обечайки, нагруженной внутренним избыточным давлением, заканчиваем. Предварительно без учёта наружного давления, принимаем толщину стенки обечайки s =14^.10^-3 м.

4.2.3 Расчет цилиндрической обечайки при действии избыточного наружного давления

Рисунок 12. Схема для расчета обечайки аппарата на внешнее избыточное давление

Определим толщину стенки обечайки S, м, нагруженной наружным давлением по формуле (5.3.6) и формуле:

_R = max {K₂· D_вн ·10^-2; }, (5.3.13)

где K₂ - коэффициент определяемый по рис. 6.3. [19] в зависимости от коэффициентов K₁ и K₃. Их определим по зависимостям (5.3.14) и (5.3.15):

где(5.3.14)

где - коэффициент запаса устойчивости, =2,4;

E- модуль продольной упругости, (с. 14 [19]);

, (5.3.15)

где – расчетная длина обечайки, м.

При определении расчетной длины обечайки используем конструктивные схемы (с. 101 [19])

Тогда

По расчетной номограмме на рис. 6.3 [19] принимаем К₂ = 0,71. Полученное значение подставляем в формулу (5.3.13):

Принимаем максимальное из значений s_R= 12·10м.

По табл. 2.15 [20] для стали марки 0Х18Н10Т с расчетной толщиной стенки 12^.10^-3 м находим минусовой допуск и определяем величину суммарной прибавки по формуле (5.3.10): с =11,8^.10^-3 м

По сортаменту принимаем толщину стенки цилиндрической обечайки

= 24·10 м.

Выбираем допускаемое давление по формуле:

, (5.3.16)

где - допускаемое давление из условия прочности, МПа. Определяется по формуле (5.3.17);

- допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости, МПа. Определяется по формуле (5.3.18).

[р]_Р=, МПа (5.3.17)

,

[р]_Е=^,(5.3.18)

где, (5.3.19)

,

,

Принимаем минимальное из значений В₁=1,0. Подставим полученное значение в формулу (5.3.18):

Тогда:

Подставим полученные значения в уравнение (5.3.16) и проверим выполнение условия:

.

Проверяем условия >p_R: 0,24 МПа 0,25МПа – условие не выполнено.

Увеличим толщину стенки обечайки до=, тогда

0,35 МПа 0,25МПа – условие выполняется, следовательно, толщина стенки выбрана правильно = .

Были произведены расчеты толщины стенки обечайки при действии внутреннего и избыточного наружного давления. По результатам расчетов видно, что при действии наружного давления требуется большая толщина стенки. В дальнейших расчетах и при конструировании будем использовать S= .