Порядок расчета

РАСЧЕТ АППАРАТОВ НА ВЕТРОВУЮ НАГРУЗКУ

Область применения

Согласно ГОСТ 24756-81 расчету на ветровую нагрузку подлежат аппараты колонного типа высотой более 10 м при Н ≥ 1,5 D_min, а также высотой менее 10 м при H > 5 D_min (где D_min - наименьший из наружных диаметров аппарата), устанавливаемые на открытом воздухе, работающие под действием внутреннего избыточного или наружного давления (Р), собственного веса (G) и изгибающих моментов от ветровых нагрузок (М).

Целью работы является определение расчетных усилий, возникающих в элементах колонных аппаратов от ветровых нагрузок, и проверка их на прочность и устойчивость.

Условия работы аппарата

Колонный аппарат рассчитывается для следующих трех условий (υ =1, 2, 3) работы аппарата:

1) рабочие условия (υ =1), когда аппарат имеет вес G₁ (с учетом веса рабочей жидкости, внутренних устройств, изоляции и обслуживающих площадок).

Рабочие условия: Р^t_рас, t_pac, [σ]_t;

2) условия гидроиспытания (υ=2), когда аппарат полностью заполнен водой и имеет максимальный вес G₂ (с учетом веса воды, внутренних устройств, изоляции).

Условия испытания: Р²⁰_рас, t_pac=20 ⁰C, [σ]₂₀;

3) условия монтажа (υ = 3), когда аппарат имеет минимальный вес G₃ (без учета веса изоляции, рабочей жидкости и внутренних устройств).

Условия монтажа: Р = 0, t_pac = 20 ⁰C, [σ]₂₀.

Порядок расчета

Расчет на ветровую нагрузку состоит из двух частей, в первой из которых определяются изгибающие моменты в каждом расчетном сечении (рис. 5.1, б) по ГОСТ 24756-81, а во второй производится расчет на прочность и устойчивость отдельных элементов аппарата по ГОСТ 24757-81.

Порядок расчета аппаратов на ветровую нагрузку следующий:

ЧАСТЬ 1

Выбирается расчетная схема аппарата и определяются расчетные сечения.

Определяется период собственных колебаний аппарата Т для всех трех условий его работы.

Определяется изгибающий момент М₀ в каждом из расчетных сечений аппарата для υ = 1; 2; 3.

Металлоконструкции колонного аппарата

Часть колонного аппарата с обслуживающими площадками

Колонный аппарат с обслуживающими площадками

Нижний опорный узел колонного аппарата

ЧАСТЬ 2

1. Определяются расчетные нагрузки (Р, G, М) для каждого расчетного сечения при υ = 1; 2; 3.

2. Рассчитывается корпус колонного аппарата на прочность и устойчивость при υ = 1 и υ = 2 для расчетных сечений I-I, II-II, ... , z-z.

3. Производится расчет опорной обечайки для рабочих условий (υ =1) и условий испытаний (υ = 2) в сечениях z-z и х-х.

4. Рассчитывается нижний опорный узел при υ = 1 и υ = 2 для расчетного сечения у-у.

5. Производится расчет прочности анкерных болтов для рабочих условий (и=1) и условий монтажа (и=2) в сечении у-у.

Рассмотрим каждый из этих пунктов.

ЧАСТЬ 1 (ГОСТ 24756-81)

5.4. Выбор расчетной схемы и определение расчетных сечений аппарата

5.4.1. В качестве расчетной схемы аппарата колонного типа принимают упруго защемленный стержень (рисунок 5.1, б).

Рисунок 5.1 – Расчетная схема

Из-за непостоянства скорости ветра аппарат по высоте разбивается на z участков, высота каждого из которых не должна превышать h_z < 10 м, нумерация участков производится сверху вниз (смотри рисунок 5.1). В пределах одного диаметра аппарат может разбиваться на несколько участков. Для аппаратов с меняющимися по высоте формой, диаметром и толщиной стенки деление на участки целесообразно производить так, чтобы границы участков соответствовали отметкам изменения этих параметров (смотри рисунок 5.1, в). При этом высоты участков могут быть как равны друг другу (h₁=h₂=h_i=h_z), так и не равны (h₁≠h₂≠h_i≠h_z).

Расстояние от земли до центра тяжести соответствующего участка обозначается через x_i.

5.4.2. Определяются веса каждого участка G_i, которые сосредоточены в середине участка (рисунок 5.1, б).

Кроме того, к серединам каждого участка прикладываются сосредоточенные горизонтальные силы Р_i, заменяющие ветровую нагрузку q_i, распределенную по высоте аппарата.

Вес каждого участка, в зависимости от условий работы, складывается из веса аппарата G_к, веса изоляции G_из, веса рабочей жидкости G_р.ж., веса внешних устройств G_вн.у. Если эти величины не заданы, то их можно определить следующим образом:

1) для рабочих условий ( )

G_i¹ = G_к.i + G_из.i + G_р.ж.i + G_вн.y.i + 0,18∙G_к.i (5.1)

где G_к,i - вес колонны на i-м участке;

G_из,i – вес изоляции на i-м участке;

G_р.ж,i – вес рабочей жидкости на i-м участке;

G_вн.y.i – вес внутренних устройств на i-м участке.

Вес внешних устройств (площадок, штуцеров фланцев, люков, лазов) принимается равным 18 % собственного веса стального корпуса.

Вес корпуса аппарата определяется по формуле

G_k.i = G_цил.i + G_дн.i (5.2)

где G_цил.i – вес цилиндрической части i-го участка аппарата;

G_дн.i – вес днища i-го участка аппарата.

Вес цилиндрической части аппарата определяется по формуле

(5.3)

где D_н – наружный диаметр аппарата;

D_н – внутренний диаметр аппарата;

h_ц.i – высота цилиндрической части i-го участка;

γ_к – удельный вес металла, из которого изготовлена колонна, считается по формуле

(5.4)

где _Ме – плотность металла, из которого изготовлена колонна, для стали =7850 кг/м³.

Вес днищ определяется по формуле

(5.5)

где m_дн – масса днища, определяется исходя из диаметра и толщины стенки аппарата

Вес изоляции определяется по формуле

(5.6)

где – вес изоляции цилиндрической части i-го участка аппарата;

– вес изоляции днища i-го участка аппарата.

Теплоизоляционный материал выбирается по таблице 5.1, в зависимости от рабочей температуры, после чего определяется толщина изоляции S_из. По рисунку 5.2, исходя из диаметра аппарата и рабочей температуры.

Вес изоляции цилиндрической части рассчитывается по формуле

(5.7)

где S_из – толщина изоляции, м;

- удельный вес изоляции, Н/м³ (смотри таблицу 5.1)

Вес изоляции днища считается по формуле

(5.8)

Вес рабочей жидкости считается по формуле

(5.9)

Вес внутренних устройств определяется следующим образом:

а) если внутренние устройства – тарелки

(5.10)

где m_тар – масса тарелки, определяется после выбора типа аппарата и типа тарелки по таблице 5.2 исходя из диаметра аппарата;

n_тар.i – число тарелок на i-м участке, определяется исходя из общего количества тарелок в колонне, которое в свою очередь, определяется технологическим расчетом процесса в аппарате. Если такие данные отсутствуют, то количество тарелок приближенно можно определить конструктивным расчетом, например, по формуле

(5.11)

где Н – высота аппарата от земли до верхней точки, м;

h_оп – высота опорной обечайки, м;

Н_дн – высота верхнего днища, м;

h_тар. - расстояние между тарелками, м. Принимается равным 0,6 м.

Изоляция полусферического днища

Соединение опорной обечайки с корпусом колонного аппарата

Тарелки распределяются по высоте аппарата в зависимости от расположения люков и штуцеров ввода сырья. Далее считается количество тарелок на каждом участке. Общее количество тарелок должно быть

б) если внутренними устройствами являются насадки с решетками, то

(5.12)

где G_н.i – вес насадок на i-м участке;

G_реш.i – вес решеток на i-м участке.

Вес насадок определяется по формуле

(5.13)

где h_н.i – высота слоя насадок на i-м участке;

– насыпная плотность насадок, зависит от типа насадок и способа укладки насадок (смотри таблицу 5.3).

Вес решеток определяется по формуле

(5.14)

где m_реш.i – масса решеток на i-м участке, зависит от типа решетки, ее толщины и материала, из которого она изготовлена

n_реш.i – число тарелок на i-м участке.

Таблица 5.1 – Свойства теплоизоляционных материалов

Таблица 5.2 – Типы колонных тарельчатых аппаратов

2) для условий испытаний ( )

G_i² = G_k.i + G_из.i + G_в.i + G_вн.y.i + 0,18·G_к.i (5.15)

где G_в.i - вес воды на i-м участке;

G_вн.y.i - здесь учитывается только вес тарелок и решеток, вес насадок не учитывается.

Вес воды определяется по формуле

(5.16)

где G_в.i^цил - вес воды в цилиндрической части участка;

G_в.i^дн - вес воды в днище на i-м участке;

Вес воды в цилиндрической части определяется по формуле

(5.17)

Вес воды в днище определяется по формуле

(5.18)

где V_дн – выбирается по таблице 3.5.2;

3) для условий монтажа ( )

G_i³ = G_к.i + G_вн.y.i + 0,18·G_к.i (5.19)

Геометрические характеристики аппарата и весовые нагрузки по участкам для трех условий работы (υ = 1, 2, 3) сводятся в таблицу 5.4.

Таблица 5.4 – Геометрические характеристики аппарата и весовые нагрузки по участкам

Номер участка	Внутренний диаметр DВ, мм	Наружный диаметр DH	Высота участка hi. мм	Вес i-го участка	Расстояние от земли до центра тяжести i-го участка хi
· · i . z
Общий вес колонны

5.4.3. При расчете колонного аппарата устанавливаются следующие расчетные сечения (смотри рисунок 5.1 а, б).

1. Для аппаратов постоянного сечения – (по диаметру и толщине стенки) – сечения z-z; x-x;y-y.

2. Для аппаратов с меняющимся по высоте диаметрами и толщиной стенки – сечения I-I; II-II;… z-z; x-x; y-y.

Расстояние от земли до соответствующего расчетного сечения обозначается через х₀.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 283; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!