Расчет затвора соединения фланца с крышкой

7.5 Расчет затвора соединения фланца с крышкой

Выбираем затвор с двухконусным обтюратором. Размеры обтюратора:

D_cp = 2200 мм; h= 85 мм; h₂ = 42 мм; h_cp= 64,0 мм; α = 30º [2 c.146],

Рисунок7 – Конструкция двухконусного затвора

Равнодействующая внутреннего давления на крышку [5 с.2]:

F_p = πD_cp²p_p/4 = π2,2²·28/4 = 53,4 МПа

Равнодействующая внутреннего давления на обтюраторное кольцо [5 с.2]:

F_o = 0,5πk₃p_pD_cph_cptgα

k₃ = 1,0 – коэффициент, учитывающий влияние предварительной затяжки.

при р_р > 24,52 МПа

F_o = 0,5π1,0·28·2,2·0,064tg30º = 3,6 МПа

Расчетное усилие для затвора [5 с.2]:

F = F_o+F_p = 53,4+3,6= 57 МПа

Расчетный диаметр шпилек [5 с.5]

d_с.р =

k₄ = 1 – коэффициент учитывающий тангенциальные напряжения, возникающие в шпильке при ее затяжке.

k₅ = 1,3 – при контролируемой затяжке

d_м = 18 мм – для шпилек с резьбой более М85

n = 12 – число шпилек.

[σ] – допускаемое напряжение для шпилек

Материал шпилек – сталь 34ХН3М, для которой предел текучести

σ_т = 680 МПа, тогда нормативное допускаемое напряжение [3 с.6]:

σ* = σ_т/n_т = 680/1,5 = 453 МПа

Допускаемое напряжение для шпилек

[σ] = ησ* = 1,0·453 = 453 МПа

η = 1,0 – поправочный коэффициент.

d_c.p = (4·1,0·1,3·57/π12·453+0,018²)^1/2 = 0,131 м.

Принимаем шпильки М150

Диаметр окружности центров шпилек:

D_б = D+d_p+2a = 2000+150+2·285 = 2720 мм

a > 0,5d_p = 0,5·150 = 75 мм → а = 285 мм

Наружный диаметр фланца:

D_a = D_б+2d_p = 2720+2·150 = 3020 мм

Конструкция шпильки приводится на рисунке

Рисунок8 – Конструкция шпильки

7.6 Расчет фланца

 

Рисунок9 – конструкция фланца

D_ф=3020 мм

D_к=2200 мм

D_б=2720 мм

h₁=308 мм

h=230 мм

Усилия, возникающие от температурных деформаций

 ,

где f_б- расчетная площадь поперечного сечения болта

f_б=0,018 м² [6, табл.5]

Е_б^t-модуль продольной упругости материалов болтов при расчетной температуре

Е_б^t=1,97∙105 МПа.

α_ф, α_б –коэффициенты линейного расширения материалов приварного фланца и болтов при расчетной температуре соответственно.

α_ф=13,1∙10-6

 α_б=11,2∙10-6

t_ф - расчетная температура фланца

t_ф= 0, 96∙ t

t_б=0, 96 ∙200=192 °C

=0,3

=0,95

Тогда

 МН.

Болтовая нагрузка

в условиях монтажа до подачи внутреннего давления

 ,

где к_ж- коэффициент жесткости фланцевого соединения

к_ж=1,26

Подставляем значения:

в рабочих условиях

где М – внешний изгибающий момент

М=0

.

Приведенный изгибающий момент.

 ,

= 

Условие прочности болтов.

 МПа

- условие выполняется.

 МПа

- условие выполняется.

Расчет усилий, возникающих во фланце.

Максимальное напряжение в сечении S₀.

 ,

где Т=1,8 [5, чертеж 3]

D*=D

 МПа.

Максимальное напряжение в сечении S₀.

 ,

где f=1,03 [5, чертеж 6]

 МПа.

Окружное напряжение в кольце фланца.

 МПа.

Условие прочности.

,

где  МПа.

 МПа

- условие выполняется.

Требование к углу поворота фланца.

 ,

где - допустимый угол поворота фланца.

- условие выполняется.

7.7 Выбор тарелок

 

Определение гидравлического сопротивления колонны

Для уменьшения продольного перемешивания реакционной смеси, применяют секционирование аппарата установкой массообменных перегородок.

Для данного аппарата согласно [7 c.217] выбираем ситчатые тарелки ТС – Р.

Рабочее сечение тарелки 2,822

Диаметр отверстия 3 мм

Шаг между отверстиями 8 мм

Относительное свободное сечение тарелки 5,4%

Масса 120 кг

Общее количество тарелок 30

Ситчатые тарелки обеспечивают достаточно малый размер пузырьков по всей высоте колонны. Разрушают воздушные пробки, способствуют сохранению высокой величины площади контакта между газовой и жидкой фазами.

Определим гидравлическое сопротивление колонны.

Исходные данные:

Объемный расход аммиака V_NH3 = 6,8·10^-3 м³/с

 углекислоты V_СО2 = 2 м³/с

 карбамида V_пл = 3,6·10^-3 м³/с

Плотность аммиака ρ_NH3 = 910 кг/м³

 углекислоты ρ_СО2 = 1,98кг/м³

 карбамида ρ_пл = 900 кг/м³

Диаметр аппарата D = 2000мм

Диаметр тарелок D = 1800мм

Скорость плава

,

где с = 0,05

 м/с

 ,

где α = 80º

 м²

 м²

Площадь отверстий

 м²

Скорость плава через отверстия

 м/с

Сопротивление тарелки

 Н/м²

Найдем сопротивление, вызванное силами поверхностного натяжения

,

где σ – поверхностное натяжение жидкости (Н/м)

 σ = 70 ·10^-3 Н/м

 Н/м²

Общее сопротивление

 Н/м²

Сопротивление колонны

,

где п – число тарелок

 Н/м²

Проверим условие:

 - условие не выполняется.

Следовательно, уменьшаем число тарелок.

Примем, что п = 20

Тогда  Н/м²

 - условие выполняется.