Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" icon

Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні" для студентів спеціальності 090220 "Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів"




НазваРозрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні" для студентів спеціальності 090220 "Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів"
Сторінка1/6
Дата26.05.2013
Розмір1.13 Mb.
ТипРозрахунок
  1   2   3   4   5   6


^ МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


2829 МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ТА КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

^ РОЗРАХУНОК НАПРУЖЕНЬ У ВУЗЛАХ З`ЄДНАНЬ ОБОЛОНОК З УРАХУВАННЯМ КРАЙОВИХ СИЛ І МОМЕНТІВ”

з дисципліни

РОЗРАХУНОК ТА КОНСТРУЮВАННЯ В ХІМІЧНОМУ МАШИНО- ТА АПАРАТОБУДУВАННІ”


для студентів спеціальності 6.090220 “Обладнання хімічних

виробництв i підприємств будівельних матеріалів”

спеціалізацій 6.090220.01/А “Машини та апарати хімічних виробництв”, 6.090220.01/Б “Машини та апарати хімічних і нафтопереробних виробництв”, 6.090220.02 “Хімічне
машино- та апаратобудування”


Суми

Видавництво СумДУ

2010


Вступ

Дані методичні вказівки призначені для розвитку у студентів навичок і умінь самостійно виконувати розрахунки й конструювати окремі вузли хімічного устаткування.

Завдання на НДР видається кожному студентові індивідуально й виконуються під керівництвом викладача.

^ Зміст розрахункової роботи.

  1. Конструкція апарата.

Надається схематичне зображення апарата. Перелічуються основні конструктивні елементи апарата й види їхніх з'єднань між собою.

  1. Вибираються допустимі напруження для матеріалів стінок і розрахункові тиски.

  2. Розраховуються товщини стінок кожної із з'єднаних оболонок.

  3. Складаються розрахункова схема вузла з'єднання й рівняння сумісності деформацій.

  4. Визначаються крайові й розпірні сили, крайовий момент.

  5. Розраховуються напруження по краю з'єднаних оболонок і перевіряються умови міцності.

  6. Розробляється конструктивне використання розрахункового вузла з'єднання.

  7. За результатами розрахунку робляться висновки.

  8. Наводиться список використаної літератури.

Оформлення розрахункової роботи виконується відповідно до вимог ЄСКД.


1 Розрахунок напружень у вузлах, з`єднань оболонок з урахуванням крайових сил і моментів

1.1 Крайова задача

У більшості випадків при розрахунках оболонок обертання їхні краї розглядаються вільними й розрахунок виконують із достатньою для практики точністю за формулами безмоментної теорії оболонок. У дійсності край оболонки обертання звичайно навантажений рівномірно розподіленими крайовими силами і крайовими радіальними моментами, які з'являються внаслідок обмеження волі деформації країв оболонки. У результаті дії цих сил і моментів у місцях опору виникають додаткові напруження. Ці напруження одержали назву крайових напружень, а задача щодо їх визначення називається крайовою задачею, що розв`язується з використанням моментної теорії тонкостінних оболонок.

Визначення зусиль, моментів і напружень, викликаних дією крайових сил і моментів, становить мету крайової задачі.

За своїм характером причинами появи крайових зусиль і моментів в оболонках можуть бути:

1) закладення краю оболонок і зміна геометрії конструкції;

2) з`єднання оболонок у стиковому перетині під кутом;

3) зміна міцнісних і фізичних характеристик конструкційного матеріалу в меридіональному напрямку при переході від одного перетину до іншого.

Розглянемо циліндричну посудину радіусом , з товщиною стінки , з конічним днищем (кут при вершині ), навантажену внутрішнім тиском (див. рис. 1).

Якщо уявити, що кожна частина посудини може деформуватися вільно, то під дією внутрішнього тиску по краях циліндра й конуса виникають деформації: радіальні переміщення і кут повороту (кутове переміщення) . Як відомо, ці деформації для циліндра й конуса різні, тобто . Однак у зв'язку з тим, що оболонки зв'язані між собою в розглянутому перетині, деформації повинні бути однаковими. У результаті по краю з'являються рівномірно розподілені по колу крайові навантаження, що лежать у меридіональних перетинах: сила й момент . Крім того, у випадку, якщо обичайки з'єднані під кутом, виникає розпірна, рівномірно розподілена по краю сила , що дорівнює проекції меридіональних сил , узятих зі зворотним знаком на площину, що проходить через стикове з'єднання (для прикладу ).

Напруження, що виникають від крайових навантажень, діють у порівняно невеликій зоні, що прилягає до краю, і швидко загасають у міру віддалення від краю. Крива загасання напружень має хвилеподібний знакозмінний характер і визначається рівнянням вигляду з довжиною хвилі .


Рисунок 1 - Крайові зусилля і деформації в з`єднанні циліндра з конусом



Рисунок 2 - Зміна крайових напружень

Величина враховує навантаження; характеризує швидкість загасання й залежить від добутку ; визначається відстанню від краю до розглянутого перетину.

Для циліндра крайові сили й моменти є істотними тільки в межах зони довжиною від краю.

Найчастіше крайові навантаження виникають внаслідок закладення краю оболонки, з'єднання оболонок під кутом, наявність фланця або кришки. Зміни товщини стінки оболонки і т.д. (рис.3).



Рисунок 3 - Приклади з'єднання краю оболонок


^ 1.2 Розв’язання крайової задачі

Для визначення крайових напружень попередньо вибирають принципову розрахунково-конструктивну схему. При цьому конструкцію розділяють на окремі елементи (оболонку й заміняють дію цих частин одна на одну силами й моментами, прикладеними до краю). Потім складають канонічні рівняння методу сил. У цьому випадку використовується умова сумісності деформацій, що полягає в неможливості відносних переміщень оболонок, що сполучаються.

Тоді необхідно виконання умови, за якою радіальні переміщення й кути повороту країв кожної з оболонок у місці їхнього з'єднання рівні між собою.

Розглянемо посудину, що складається зі з`єднаних оболонок, що перебуває під дією внутрішнього тиску (рис. 4).




Рисунок 4 - Схема переміщень країв оболонок:

а) під дією внутрішнього тиску; б) під дією поперечних сил; в)під дією згинаючих моментів.


Позначимо переміщення під дією тиску , поперечної (крайової) сили і крайового згинаючого моменту через і відповідно. Кутові переміщення позначимо буквою , а нижній індекс також буде означати, від якого чинника виникає це переміщення краю оболонки. До однієї з оболонок прикладаємо розпірну стискаючу силу . А верхнім індексом позначимо належність переміщень до кожної з оболонок (ц – циліндрична; с - сферична).

Переміщення під дією поперечних сил і навантажень, спрямованих по радіусу у бік від осі і що викликають її розтягнення, вважаються додатними.

Кутові переміщення вважаються додатними, якщо викликають розтягнення внутрішніх волокон однієї зі з`єднаних оболонок або зовнішніх волокон іншої. Простіше це правило можна виразити так: кутові переміщення в напрямку годинникової стрілки вважаються додатними.

З урахуванням цих правил знаків складаються рівняння сумісності деформацій. У цьому випадку це буде мати такий вигляд:

(1)

Якщо в результаті розв`язання рівняння знаки і отримані додатними, це означає, що дійсні напрямки цих сил і моментів збігаються із прийнятими в розрахунковій схемі. Якщо отримані від`ємними значення, то дійсний напрямок буде зворотним прийнятому в розрахунковій схемі.

Вирази для обчислення переміщень (), зусиль (), моментів () і напружень на краю циліндричних, сферичних, конічних і еліптичних оболонок наведені в додатку А, а по краю плоских – у додатку Б.

Таким чином, з рівняння сумісності деформацій знайдемо відомі величини і .

Напруження на зовнішній і внутрішній поверхнях краю оболонки визначаються як сума мембранних напружень і крайових напружень:

- меридіональне

, або (2)

; (3)

- кільцеве

або (4)

(5)

- максимальне

(6)

Тут - відповідно сума меридіональних і сума тангенціальних (кільцевих) зусиль, що виникають на краю обичайки від дії тиску , крайової й розпірної сил, крайового моменту ;

- відповідно сума меридіональних і тангенціальних (кільцевих) моментів, що виникають на краю обичайки від дії усіх перелічених вище навантажень;

- відповідно меридіональні й тангенціальні напруження, що виникають на краю обичайки від дії відповідно усіх видів навантажень. Буквами і позначена товщина стінок оболонок і додаток до розрахункової товщини стінок.

Напруження на зовнішній і внутрішній поверхнях краю для плоского круглого днища (кришки):

- радіальне

; (7)

- кільцеве

; (8)

- максимальне

. (9)

Тут - відповідно сума радіальних і кільцевих зусиль, що діють по контуру плоского круглого днища від навантажень .

Для вузла з'єднання оболонок обичайки із плоским днищем (кришкою) повинна виконуватися умова

,

де - допустимі напруження у крайовій зоні.

Для пластичних матеріалів за наявності: статичного навантаження допустимих напружень для крайових зон на 30% у порівнянні зі звичайними:

. (11)

^ 1.3 Часткові випадки крайової задачі

1.3.1 Циліндрична обичайка, край якої жорстко закріплений у недеформуючу основу, навантажену внутрішнім газовим тиском (рис.5).

а) б)

Рисунок 5 - З’єднання циліндричної обичайки та плоского круглого днища: а) задана система; б) еквівалентна система


У виразі недеформуючої основи (наприклад, масивний фланець) у рівнянні сумісності деформації відсутня частина, що відповідає з`єднувальному елементу:

(12)


За мембранною теорією


^ 1.3.2 Циліндрична обичайка, що жорстко закріплена краєм в основу, що не деформується, нагріта стосовно основи

У цьому випадку лінійна деформація краю циліндра буде дорівнювати збільшенню радіуса від збільшення температури. Рівняння у загальному вигляді

(13)

Тут ,

де - коефіцієнт температурного розширення матеріалу обичайки.

Відповідно до мембранної теорії

Подібний розрахунок раціонально проводити для апаратів, що мають малу теплопровідність та великий коефіцієнт температурного розширення.


^ 1.3.3 Кришка у вигляді сферичного сегмента, що жорстко закріплена по краю й навантажена газовим тиском (рис.6)

У цьому випадку тонка кришка приварена до масивного фланця, деформаціями якого можна знехтувати.

Рівняння сумісності деформацій має вигляд

(14)


За моментною теорією




а) б)


Рисунок 6 - Кришка у вигляді сферичного сегмента: а)задана система; б)еквівалентна система


^ 1.3.4 Циліндрична обичайка з'єднана з конічним днищем, що навантажена внутрішнім газовим тиском (рис.7)

Рівняння сумісності деформацій циліндричної й конічної оболонок у місці стику мають вигляд

(15)

де - радіальні деформації країв оболонок під дією навантажень

- кутові деформації крайової оболонки під дією навантажень



Рисунок 7 – З`єднання циліндричної обичайки та конічного днища: а) задана система; б) розрахункова схема


2 Основні визначення й формули для розрахунку товщини стінок тонкостінних оболонок

2.1 Робочий тиск - максимальний внутрішній надлишковий тиск у апараті, що виникає при нормальному перебігу процесу, без урахування гідростатичного тиску середовища.

2.2 Розрахунковий тиск визначається за формулою

,

де - гідростатичний тиск середовища.

2.3 Пробний тиск - максимально надлишковий тиск, створюваний при гідравлічних випробуваннях. Його величина регламентована ГСТУ 3-17-191-2000.

Таблиця 2.1 - Умови проведення гідравлічних випробувань

Посудини

Робочий тиск p, МПа

Пробний тиск pпр, МПа

Всі, крім литих

<0,5




Литі

≥0,5




2.4 Допустимі напруження:

- для робочого стану

, (16)

де - нормативні допустимі напруження при розрахунковій температурі; - поправковий коефіцієнт, що враховує вид заготовки. Для листового прокату, для виливок (додаток А);

- при випробуваннях гідравлічних

, (17)

де - мінімальне значення границі текучості матеріалу при 200С, (додаток А).


2.5 Додаток до розрахункових товщин

(18)

де - додаток для компенсації корозії і ерозії;

- додаток для компенсації мінусового допуску;

- технологічний додаток.


2.6 Циліндричні обичайки

Виконавча товщина стінки, мм, визначається за формулою

(19)

(20)


Допустимий тиск:

- у робочому стані

(21)

- при випробуваннях

(22)

Умова застосування формул(19-20):

- для сталей, алюмінієвих і мідних сплавів

(23)

- для титанових сплавів

(24)


2.7 Конічні обичайки з кутом при вершині

Виконавча товщина, мм, розраховується за формулою

(25)

(26)

Допустимий тиск

- у робочому стані

(27)

- при випробуваннях



Умова застосування формул (25-27)

- для сталей, алюмінієвих і мідних сплавів:

(28)

- для титанових сплавів

(29)


2.8 Сферичні оболонки

Виконавча товщина стінки, мм, визначається за формулою

(30)

(31)

Допустимий тиск

- у робочому стані

; (32)

- при випробуваннях

. (33)

Умова застосовності формул (30-33)

- для сталей, алюмінієвих і мідних сплавів

. (34)


2.9 Стандартні еліптичні днища (кришки)

Виконавча товщина стінки, мм, визначається за формулами

(35)

(36)

Допустимий тиск

- у робочому стані

; (37)


- при випробуваннях

(38)

Умова застосовності формул (35-38):

- для сталей, алюмінієвих і мідних сплавів

; (39)

- для титанових сплавів

. (40)


2.10 Плоскі днища й кришки

Виконавча товщина, мм, обчислюється за формулою

, (41)

(42)

Допустимий тиск

- у робочому стані

, (43)

- при випробуваннях

(44)

Розрахунковий діаметр і коефіцієнт К, що враховує тип закріплення днища (кришки) відповідно до конструкції днища. Різні типи з'єднання кришок і днищ із оболонкою наведені в літературі. Для виконання СРС за схемою 6 можна припустити, що , .

Коефіцієнт послаблення К0 визначається залежно від характеру розміщення отворів у днищі.

Умова застосовності формул (41-44):

. (45)

  1   2   3   4   5   6

Схожі:

Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до виконання курсової роботи з дисципліни «Проектування хімічних підприємств та основи сапр» для студентів спеціальностей 090220, 090220 Обладнання хімічних виробництв
«Проектування хімічних підприємств та основи сапр» для студентів спеціальностей 090220, 090220 "Обладнання хімічних виробництв І...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до вивчення дисципліни "Обладнання нафтопереробних виробництв"
Обладнання нафтогазопереробних виробництв" зі спеціальності 090220 "Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів"...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки І контрольні завдання
Монтаж, діагностика та ремонт обладнання хімічних і нафтопереробних виробництв" за спеціальністю 090220 "Обладнання хімічних виробництв...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до практичних занять та виконання контрольних робіт, одз з теми «Пилогазоочищення»
«Обладнання установок регенерації і утилізації відходів хімічних виробництв» для студентів спеціальності 090220 «Обладнання хімічних...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до виконання курсових та дипломних проектів на тему«Розрахунок та проектування апаратів киплячого шару» для студентів спеціальностей 090220, 090220 Обладнання
Методичні вказівки до виконання курсових та дипломних проектів на тему «Розрахунок та проектування апаратів киплячого шару» для студентів...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до розрахунково-графічної роботи з дисципліни „Основи проектування хімічних машин І апаратів за спеціальністю 090220
Основи проектування хімічних машин і апаратів" за спеціальністю 090220 "Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconВ. Б. Юскаєв методичні вказівки
Екологія та охорона навколишнього середовища” та 090220 „Обладнання хімічних виробництв І підприємств будівельних матеріалів”
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до виконання курсових та дипломних проектів на тему«Розрахунок та проектування конвективних сушарок» для студентів спеціальностей 090220, 090220 "Обладнання хімічних виробництв І підприємств будівельних матеріалів"
Методичні вказівки до виконання курсових та дипломних проектів на тему «Розрахунок та проектування конвективних сушарок» /укладач...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до розрахункової роботи з дисципліни „Технологічні основи хімічних виробництв
Методичні вказівки до розрахункової роботи з дисципліни "Технологічні основи хімічних виробництв" за спеціальністю 090220 "Обладнання...
Розрахунок та конструювання в хімічному машино- та апаратобудуванні\" для студентів спеціальності 090220 \"Обладнання хімічних виробництв I підприємств будівельних матеріалів\" iconМетодичні вказівки до вивчення дисципліни "технологічні лінії та комплекси нафто- І газопереробних виробництв"
Технологічні лінії та комплекси нафто- і газопереробних виробництв" зі спеціальності 090220 "Обладнання хімічних виробництв і підприємств...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи