5. Вибір стандартизованих елементів апарата

1. Розрахунок і вибір опор

Встановлення хімічних апаратів на фундаменти або спеціальні несучі конструкції виконують за допомогою опор. У залежності від робочого положення апарата розрізняють опори для вертикальних і горизонтальних апаратів.

Вертикальні апарати, як правило, встановлюють або на стійках, коли їх розміщують на фундаментах, або на підвісних лапах, коли апарати опирають на міжповерхове перекриття або на спеціальних конструкціях у приміщенні.

Всі опори для сталевих зварних апаратів стандартизовано. Конструкції опор для вертикальних апаратів та їх розміри наведені в табл. 14.1 – 14.4 [1].

В процесі проектування опори обирають за стандартами у відповідності з величиною навантаження на одну опору , яке визначають за формулою

, (5.1)

де Z – кількість опор, на які опирається апарат.

– сумарне навантаження на опори від дії ваги апаратата ваги рідини G_рід, якою заповнено апарат (вага води, яка заповнює апарат під час гідравлічних випробувань).

Вага апарата залежить від його об‘єму та товщини стінок, розрахованих у попередньому розділі, які в свою чергу залежать від тиску в апаратіта в сорочці, температури стінки, матеріалу та інше. Томупідлягає розрахунку у кожному конкретному проекті.

Вага апарата складається з ваги окремих його елементів: обичайки, кришки, днища, обичайки сорочки, днища сорочки та ваги приводу.

Вагу вала, мішалки, фланців у більшості випадків можна не враховувати, як незначну відносно ваги апарата. Виняток становлять апарати, в яких вага цих елементів перевищує 2500-3000 Н. Тоді

, (5.2)

де – вага циліндричної обичайки апарата, розраховується за формулою

, (5.3)

де – об‘єм металу, що утворює обичайку, розраховується, як різниця зовнішнього та внутрішнього об‘ємів (рис. 5.1)

(5.4)

_м=7850 кг/м³ – густина металу (сталі);

g=9,81 м/c² – прискорення земного тяжіння (в технічних розрахунках припускається використовувати приблизне значення g=10 м/c²).

Рис. 5.1. Конструкція корпусів і стандартних нероз’ємних сорочок вертикальних стальних зварних апаратів; тип 1, з еліпсоїдним днищем і нижнім випуском продукту; тип 2, з конічним днищем .

Вага кришки, розраховується за формулою

, (5.5)

де – різниця між зовнішнім і внутрішнім напівеліпсоїдами, що утворюють кришку (днище), м³;

, (5.6)

де – зовнішній радіус еліпсоїдної кришки (днища), м;

=, (5.7)

– зовнішня висота кришки (днища), м;

. (5.8)

Стандартні еліпсоїдні кришки мають Н=0;25D.

Вага напівеліпсоїдного днища розраховується за цими ж формулами, але замість товщини кришки , при розрахункахі– слід додавати товщину стінки днища, прийняту у пункті 4.3.2.2.

Вага конічного днища корпусу апарата (сорочки) розраховується за формулою

, (5.9)

де – об‘єм металу, що утворює конічне днище, розрахований як різниця об‘ємів зовнішнього та внутрішнього конусів, м³;

. (5.10)

Для конусів, які мають кут при вершині , а Н=D/2=R;

R_з=R+S_к, а Н_з=Н+S_{к ;} тому формула (5.10) приймає вигляд:

. (5.11)

Вага циліндричної обичайки сорочки розраховується за формулою

, (5.12)

де – об‘єм метала, що утворює сорочку, м³;

, (5.13)

де Н₁– височина циліндричної частини сорочки (табл:9:2), м;

.

Вага днища сорочки в залежності від його форми розраховується за формулами (5.5), (5.6) для напівеліпсоїдних та (5.7), (5.8) або (5.9) для конічних.

Вага приводу визначається за формулою

, (5.14)

де m – маса приводу, визначена в процесі попереднього опрацювання завдання (див. розділ 4.2).

Вага рідини становить , (5.15)

де – об‘єм апарата, м³ (згідно з завданням),

=1000 кг/м³ – густина рідини (води).

Отримані значення ваги складових частин апарата підставляють у формулу (5.2) і (5.1) і розраховують навантаження на одну опору . Згідно з цією величиною обирають підвісну опору (лапу) з табл. 14.1 [1] за умовами, що

.

Після вибору опори (лапи) викреслюють її ескіз і проставляють на ньому необхідні розміри.

Міцність кутових зварних швів, які поєднують ребра опор з обичайкою сорочки апарата, перевіряють на зрізування за формулою

, (5.16)

де К – висота катета зварного шва, м;

;

l_ш– довжина зварювального шва, м;

l_ш=2∙h опорної лапи;

– припустиме напруження на зрізання, МПа.

2. Вибір фланців та розрахунок болтових з‘єднань

   1. Загальні положення

Фланцеве з’єднання – найбільш вживаний в хімічному машинобудуванні вид роз‘ємних з‘єднань, які забезпечують герметичність, міцність, швидке збирання та розбирання, технологічність з‘єднання. Їх застосування для приєднання до апаратів та машин трубопроводів, запірних пристроїв, контрольно-вимірювальних приладів, а також для з‘єднання між собою окремих частин машин та апаратів.

Фланцеве з‘єднання складається з двох симетрично розташованих фланців, ущільнюючого пристрою та кріпильних елементів (болтів або шпильок, гайок та шайб).

Болти дозволяється застосовувати при умовному тиску до 4,0 МПа і температурі до 300°С. За умовним тиском більшим за 4 МПа і температурі вищій за 300^оС застосовують шпильки.

Фланцеві з‘єднання стандартизовані для труб і трубної арматури з Dy=10-1600 мм (ГОСТ 12820-80, ГОСТ 12822-80, ГОСТ 12821-80) і окремо для апаратів з Dy=600-4000 мм (ОСТ 26-426-79, ОСТ 26-427-79). Конструкції стандартних сталевих фланців для трубної арматури і труб див. табл. 13.1; 13.2; 13.3; 13.4 [1].

Фланці до апаратів та штуцерів обирають з відповідних стандартів за умовним проходом Dy та умовним тиском Ру, а матеріали – у залежності від температури, середовища та Ру.

Під умовним проходом слід розуміти номінальний внутрішній діаметр апарата або труби. Умовний прохід позначається буквою Dу, з додаванням його розміру. Наприклад, умовний прохід розміром 200 мм позначають: Dy=200.

Умовний тиск, регламентований ГОСТ 356-80, відповідно якому арматура та з‘єднувальні частини трубопроводів повинні виготовлятись на такі умовні тиски, МПа: