Полное меню
3.2. Рабочее и расчетное давление 3.2.1. Под рабочим давлением в сосуде или аппарате следует понимать максимальное избыточное давление без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана. РР=РMAX+РГИДР+РДИН. (4) Примечания: 1. В случае, когда гидростатическое давление столба сжиженного углекислого газа и давление от действия динамических нагрузок во внутреннем сосуде в сумме составляют менее 5 % от рабочего давления, то при определении расчетного давления эти величины допускается не учитывать. 2. Для стационарных резервуаров РДИН=0. 3.2.3. Гидростатическое давление столба сжиженного углекислого газа определяется по формуле: РГИДР=rЖ×НЖ×10-5. (5) 3.2.4. Давление на днище внутреннего сосуда в результате действия динамических нагрузок (гидравлического удара) определяется по формуле: (6) Плотность жидкой и газообразной фаз углекислого газа при различных давлениях можно определить по графику (черт. 2). Черт. 2 4. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ВНУТРЕННЕГО СОСУДА И ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ4.1. Расчетные нагрузки При расчете на прочность внутреннего сосуда и его элементов учитывают следующие основные нагрузки: внутреннее избыточное давление в сосуде; вертикальные нагрузки, которые складываются из веса внутреннего сосуда с углекислым газом и динамических нагрузок; горизонтальные продольные динамические нагрузки. 4.2. Динамические нагрузки Динамические нагрузки учитываются введением в расчеты динамических коэффициентов, показывающих превышение динамических нагрузок над статическими. Значения динамических коэффициентов приведены в табл. 2. Таблица 2
где К1=0,05 К2= 4.3. Определение толщины стенки обечайки внутреннего сосуда. 4.3.1. Толщина стенки обечайки внутреннего сосуда определяется по формуле: . (7) 4.3.2. Значение коэффициента прочности сварного шва j принимают в зависимости от типа сварного шва по ГОСТ 14249-73. 4.3.3. Величина прибавки на компенсацию коррозии определяется по формуле: С=t×П×10-3, (8) Проницаемость низколегированной стали в среде углекислого газа следует принимать: П=0,05 мм/год. 4.4. Толщина стенки днища внутреннего сосуда определяется по формуле: (9) Для стандартных днищ R=D. 4.4.1. Величина C1 принимается равной 15 % от толщины стенки днища. 4.4.2. Значение коэффициента прочности сварного шва j для днищ принимают по ГОСТ 14249-73. 4.5. Расчет укрепления отверстий в обечайке и днищах внутреннего сосуда следует производить по ОСТ 26-771-73. 4.6. Расчет на прочность крышек люков внутреннего сосуда, болтов (шпилек) крепления крышек следует производить по ГОСТ 14249-73 и ОСТ 26-373-71. 4.7. Проверка прочности внутреннего сосуда на совместное действие внутреннего давления, вертикальных и горизонтальных нагрузок. 4.7.1. При определении напряжений, возникающих в стенках обечайки внутреннего сосуда от действия вертикальных нагрузок, внутренний сосуд рассматривается как балка, свободно лежащая на опорах. Расчетная схема приведена на черт. 3. 4.7.2. Интенсивность вертикальных нагрузок, приведенных к единице длины сосуда, определяется по формуле: . (10) Для стационарных резервуаров К'Д=0. Для транспортных цистерн коэффициент выбирается по таблице 2. 4.7.3. Приведенная длина внутреннего сосуда с достаточной степенью точности определяется по формуле: (11) 4.7.4. Изгибающие моменты под опорами (точки А и В) определяются по формулам: (12) Изгибающий момент в произвольном сечении пролета определяется по формуле: (13) Черт. 3 4.7.5. Реакции опор, действующие на сосуд, определяют по формулам: (14) (15) 4.7.6. Напряжения изгиба в сечениях сосуда от действия вертикальных нагрузок определяется по формуле: (16) 4.7.7. Момент сопротивления поперечного сечения внутреннего сосуда определяется по формуле: W=0,785D2СР(S-C). (17) 4.7.8. Напряжение в обечайке внутреннего сосуда в окружном направлении от действия внутреннего давления определяется по формуле: 4.7.9. Напряжение в обечайке внутреннего сосуда от действия внутреннего давления в продольном направлении определяется по формуле: . (19) 4.7.10. Напряжение, возникающее в стенках днища, определяется по формуле: (20) 4.7.11. Условия прочности обечайки внутреннего сосуда при совместном действии внутреннего давления, вертикальных и горизонтальных нагрузок имеют вид: sХ=s'Х +sИ£[s], (21) sу£[s], (22) sД£[s]. (23) 5. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ УЗЛОВ КРЕПЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СОСУДА ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ5.1. Расчет на прочность и определение необходимого усилия затяжки растяжек. 5.1.1. При проверке прочности растяжек и определении необходимого усилия затяжки растяжек необходимо учитывать напряжения, возникающие в результате температурных деформаций и от действия инерционных нагрузок. Расчетная схема показана на черт.4. Черт. 4 5.1.2. Сборка изотермических резервуаров производится при плюсовой температуре окружающего воздуха. При наполнении резервуара сжиженным углекислым газом, температура стенок внутреннего сосуда, растяжек и опор понижается, в результате чего происходят температурные деформации внутреннего сосуда, растяжек и опор и предварительное усилие затяжки растяжек уменьшается. Предварительное усилие затяжки растяжек при сборке должно обеспечивать натяжение их при температурных деформациях внутреннего сосуда, самих растяжек и опор. 5.1.3. Уменьшение длины (черт.4) растяжки в результате температурных деформаций по сравнению с ее длиной при сборке определяется по формуле: DlP=aP[l1(ТСБ-Т)+ l2(ТСБ-ТСР)]. (24) 5.1.4. Средняя температура изоляции, при наиболее низкой возможной температуре углекислого газа определяется по формуле: (25) 5.1.5. Перемещение центра "0" (см. черт. 4) внутреннего сосуда при температурных деформациях происходит в результате уменьшения высоты опор и диаметра обечайки внутреннего сосуда DZ=DZ1+DZ2. (26) 5.1.6. Величина DZ1 определяется по формуле: DZ1=aОП×hОП(ТСБ-ТСР)cos a. (27) 5.1.7. Величина DZ2 определяется по формуле: (28) где: D'H=DCP[1-aC(ТСБ-T)]+S. (29) Центральный угол между опорами после температурной деформации определяется по формуле: (30) 5.1.8. Уменьшение длины дуги обечайки в результате температурных деформаций на участке СД определяется по формуле: DZ3=aC×l1(ТСБ-Т). (31) 5.1.9. Общее изменение длины растяжки в результате температурных деформаций опор, сосуда и самой растяжки относительно начальных условий сборки будет равно: Dl=DZ+DZ3-DlP. (32) 5.1.10. Необходимое усилие затяжки растяжки для компенсации температурных деформаций опор, сосуда и самих растяжек определяется по формуле: (33) 5.1.11. Значения линейных коэффициентов расширения для некоторых материалов приведены в табл.3. Таблица 3
5.1.12. Усилие, возникающее в растяжке от динамических нагрузок для транспортных цистерн определяется по формуле: (34) 5.1.13. Предварительное усилие затяжки растяжки для транспортных цистерн определяется по формуле: ТПР=Тt+ТД. (35) 5.1.14. Условие прочности растяжки для транспортных цистерн имеет вид: sР=st+sД£[s], (36) где: (37) (38) 5.1.15. Предварительное усилие затяжки растяжки для стационарных резервуаров, исходя из необходимости транспортирования к потребителю, определяется по формуле: (39) 5.1.16. Условие прочности растяжки для стационарных резервуаров имеет вид: (40) 5.2. Расчет на прочность опор внутреннего сосуда. 5.2.1. Расчет на прочность опор внутреннего сосуда включает: проверку прочности опор на сжатие; проверку прочности опор на изгиб; проверку прочности опор на срез. Конструкция опоры внутреннего сосуда показана на черт. 5. Черт. 5 5.2.2. Проверка прочности опоры на сжатие производится по формуле: (41) 5.2.3. Проверка прочности опоры транспортных цистерн по напряжениям изгиба производится по формуле: (42) 5.2.4. Проверка прочности опоры по напряжениям изгиба стационарных накопителей производится по формуле: (43) 5.2.5. Момент сопротивления изгибу сечения опоры определяется по формуле: (44) 5.2.6. Проверка условия прочности опоры транспортных цистерн на срез производится по формуле: (45) 5.2.7. Проверка условия прочности опоры стационарных накопителей на срез производится по формуле: (46) 5.2.8. Значения допускаемых напряжений для некоторых марок материала опор приведены в табл. 4. Таблица 4
Примечание. Пластики древесно-слоистые рекомендуется применять только для опор стационарных резервуаров. 6. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ СТЕНКИ ВНУТРЕННЕГО СОСУДА ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ В МЕСТАХ ДЕЙСТВИЯ ОПОР6.1. Напряженное состояние стенки обечайки внутреннего сосуда от действия опорного узла является дополнительным к основному, вызванному нагрузками сосуда в целом (избыточное давление, собственный вес сосуда, вес продукта и т.п.). 6.2. Условие устойчивости цилиндрической обечайки, подверженной действию основных нагрузок и опорных реакций, проверяется по формуле: (47) где: А - коэффициент, значения которого принимаются: А=0,7 - для условий транспортирования, монтажа и гидравлических испытаний; А=0,8 - для эксплуатационных условий. 6.3. Приведенное мембранное напряжение. 6.3.1. Приведенное мембранное напряжение определяется по формуле: (48) 6.3.2. Мембранное продольное напряжение и мембранное окружное напряжение определяется по формулам: (49) (50) 6.3.3. Напряжения sX и sу определяются соответственно по формулам 18 и 21. 6.3.4. Мембранное продольное напряжение от действия опорного узла определяется по формуле: где: . (52) - коэффициент, определяемый по графику (черт. 7) l11 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 8). Черт. 6 6.3.5. Суммарная радиальная реакция одной пары опор (черт. 6) определяется по формуле: (53) 6.3.6. Мембранное окружное напряжение от действия опорного узла, определяемое по формуле: где: (55) - коэффициент, определяемый по графику (черт. 9). l12 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 10). Черт. 7
Черт. 8 Черт. 9
Черт. 10 6.4. Приведенное изгибное напряжение от действия опорного узла. 6.4.1. Приведенное изгибное напряжение от действия опорного узла определяется по формуле: (56) 6.4.2. Изгибное продольное напряжение от действия опорного узла определяется по формуле: (58) где: - коэффициент, определяемый по графику (черт. 11) l13 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 12). 6.4.3. Изгибное окружное напряжение от действия опорного узла определяется по формуле: (60) где: - коэффициент, определяемый по графику (черт. 13) l14 - функция затухания, определяемая по графику (черт. 14). 6.5. Если обечайка внутреннего сосуда под опорой укреплена подкладкой, то в формулах 51, 54, 57, 59 вместо величины S следует брать величину S+Sn. Размеры подкладной плиты (см. черт. 6) следует принимать: Толщина плиты Sn³S Размер плиты в продольном направлении сосуда bn³1,5b1. Размер плиты в окружном направлении сосуда an³0,5a1. Черт. 11 Черт. 12 Черт. 13
Черт. 14 7. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ КОЖУХА ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ7.1. Расчет кожуха изотермических резервуаров на прочность включает: проверку на прочность силовых колец; проверку на устойчивость цилиндрической формы обшивки кожуха; проверку на прочность опор кожуха. 7.2. Расчет на прочность силовых колец. 7.2.1. Расчетная схема силового кольца показана на черт. 15. Черт. 15. 7.2.2. Из принятой схемы строповки определяются силы, действующие на силовое кольцо: для съемных транспортных цистерн , (61) для стационарных накопителей (62) где: 1,5 - коэффициент динамичности при подъеме резервуара Fу=FZ×tga, (63) Р1у=Р1Z×tgy×sin g, (64) Р1X=Р1Z×tgy×cos g. (65) 7.2.3. Исходя из сил, действующих на силовое кольцо, определяются изгибающие моменты и растягивающие усилия, действующие в сечениях силового кольца. Для нахождения их максимальных значений, определение величин моментов и сил производится последовательно через каждые 15...30 градусов в диапазоне 0<q<p. 7.2.4 Определение изгибающих моментов М'' и растягивающих усилий N' от сил Р1Z и FZ производится по следующим формулам (см. табл. 5). Таблица 5
7.2.5. Определение изгибающих моментов M'' и растягивающих усилий N'' от сил P1у производится по следующим формулам (см. табл. 6).
7.2.6. Определение изгибающих моментов M''' и растягивающих усилий N''' от сил Fу производится по следующим формулам (см. табл. 7)
7.2.7. По эпюрам изгибающих моментов и растягивающих усилий от сил P1у, P1Z, Fу, FZ строятся суммарные эпюры изгибающих моментов Мсум и растягивающих усилий Nсум и определяются их максимальные значения. 7.2.8. Условие прочности силового кольца имеет вид: . (66) 7.2.9. Поперечное сечение силового кольца имеет коробчатое сечение. Момент сопротивления поперечного сечения силового кольца определяется как для сложного сечения (черт. 16). Черт. 16 7.2.10. Расстояние от нейтральной оси Z-Z до оси X-Х определяется по формуле: (67) 7.2.11. Момент инерции поперечного сечения силового кольца определяется по формуле: JКОЛ=Jn+Fn×Z2n+FШ×Z2Ш+JШ. (68) 7.2.12. Момент сопротивления поперечного сечения силового кольца определяется по формуле: (69) 7.3. Проверка на устойчивость цилиндрической формы кожуха. 7.3.1. Условие устойчивости цилиндрической формы кожуха для стационарных и транспортных резервуаров имеет вид: sСЖ£sКР. (70) 7.3.2. Критическое напряжение, при котором стенка кожуха может получить смятие, определяется по формуле: (71) 7.3.3. Эквивалентная толщина кожуха в окружном направлении определяется по формуле: (72) (73) 7.3.4. Погонная жесткость на изгиб продольного сечения кожуха определяется по формуле: (74) где: (75) Черт. 17 7.3.5. JШП - момент инерции сечения шпангоута вместе с обшивкой определяется как для сложного сечения (черт. 17) по формуле: JШП=Jd+Fd×Z2d+Fу×Z2у+Jу, (76) (77) m - коэффициент Пуассона для стали. Fd=(30×d+t)×d, (78) (79) 7.3.6. Сжимающие напряжения, действующие в поперечных сечениях кожуха, определяются по формуле: (80) где: fКОЖ=pDКОЖ×dС, (81) (82) 7.4. Проверка на прочность опор кожуха. 7.4.1. Сечение опоры кожуха показано на черт. 18. Черт. 18 Толщина ребер должна удовлетворять условию прочности на изгиб и устойчивость. 7.4.2. Сжимающие напряжения в ребрах опор кожуха определяются по формуле: (83) 7.4.3. Максимальная сила QMAX определяется при рассмотрении резервуара как балки, свободно лежащей на опорах и нагруженной распределенной нагрузкой q, определяемой по формуле: (84) Для стационарных резервуаров К'д=0. 7.4.4. Условие устойчивости ребер имеет вид: sСЖ£[s]Р. КОЖ. (85) Допускаемое напряжение на устойчивость принимается меньшим из двух значений: или (86) (87) s'КР - определяется (черт. 18) по формуле: (88) 7.4.5. Условие прочности ребер на изгиб имеют вид: для транспортных резервуаров (89) для стационарных резервуаров (90) 7.4.6. В случае размещения сосуда кожухе резервуара на седловых опорах, расчет последних следует производить по РТМ 26-11.0-77. 8. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ РЕЗЕРВУАРОВ8.1. При тепловом расчете изотермических резервуаров определяются: теплопритоки к углекислому газу, необходимая толщина изоляции, среднесуточный прирост давления и срок хранения продукта. 8.2. Определение теплопритока к углекислому газу. 8.2.1. Общий теплоприток к углекислому газу складывается из теплопритока через изоляцию и из теплопритоков по тепловым мостам (трубопроводам, опорам, растяжкам). Общий теплоприток определяется по формуле: QОБЩ=QИЗ+SQi. (91) 8.2.2. Теплоприток через изоляцию определяется по формуле: (92) 8.2.3. Средняя температура углекислого газа определяется по формуле: (93) 8.2.4. Теплоприток по тепловому мосту определяется по формуле: (94) 8.2.5. Коэффициент теплопроводности некоторых материалов приведен в табл. 8. Таблица 8
8.3. Определение времени хранения продукта. 8.3.1. Время хранения сжиженного углекислого газа определяется по формуле: (95) 8.3.2. Количество тепла, необходимое для перевода сжиженного углекислого газа из начального состояния в конечное, определяется по формуле: Q=GЖ(iK-iH)×10-1. (96) 8.4. Определение среднесуточного прироста давления. Среднесуточный прирост давления углекислого газа в резервуаре определяется по формуле: (97) 9. РАСЧЕТ КРЕПЛЕНИЯ РЕЗЕРВУАРОВ НА ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ9.1. Изотермический резервуар крепится на транспортном средстве болтами или шпильками. 9.2. Необходимое усилие затяжки болтового соединения определяется по формуле: (98) где: n=1,8 … 2,0; mТР= 0,15 ... 0,2 (сталь по стали). 9.3. Условие прочности болта имеет вид: (99) При необходимости рекомендуется применять конструктивные элементы в виде упоров, штифтов, шпонок и др. для разгрузки болтов от продольной нагрузки. В этом случае n=1,0. 10. РАСЧЕТ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ10.1. Предохранительные устройства являются видом арматуры, используемой для автоматического выпуска избытка жидкой, паро- или газообразной среды из системы высокого давления, при чрезмерном повышении давления в ней, в систему низкого давления или в атмосферу и обеспечивающие безопасную эксплуатацию установок и предотвращение аварий. Предохранительные устройства выполняются в виде предохранительных клапанов или разрывных элементов мембран. 10.2. Ha внутренних сосудах изотермических резервуаров для низкотемпературного сжиженного углекислого газа должны устанавливаться пружинные полноподъемные клапаны двухпозиционного действия. Для таких клапанов справедливо условие: hMAX³0,025dC. (100) Предохранительные клапаны должны устанавливаться на отдельном трубопроводе. 10.3. Принцип работы полноподъемного двухпозиционного клапана и соотношение давлений во внутреннем сосуде и перед клапаном. 10.3.1. На черт. 19 представлена схема движения золотника двухпозиционного клапана в зависимости от давления перед клапаном. Черт. 19 10.3.2. В соответствии с принципом действия предохранительных клапанов их работа характеризуется приведенными ниже соотношениями между величинами максимально допустимого и расчетного давлений в сосудах и давлениями открытия и закрытия предохранительных клапанов. Максимально допустимое давление РMAX.1 - максимально допустимое давление углекислого газа в сосуде, разрешенное официальными нормами, при сбросе из него углекислого газа через предохранительный клапан. Для изотермических резервуаров для сжиженного углекислого газа РMAX.1 принимается: РMAX.1£1,1 РР. (101) Давление начала открытия (установочное давление РУСТ) - давление начала подъема золотника предохранительного клапана. Для изотермических резервуаров для сжиженного углекислого газа РУСТ принимается: РУСТ=РР. (102) Давление полного открытия РП.О. - давление, которое устанавливается перед предохранительном клапаном при полном его открытии. Давление полного открытия соответствует условию: РУСТ<РП.О£1,1 РР. (103) Давление закрытия предохранительного клапана РЗ - давление, при котором предохранительный клапан закрывается после срабатывания. Для изотермических резервуаров сжиженного углекислого газа РЗ соответствует условию: РУСТ>РЗ³0,7РР. (104) 10.4. Требования к работе предохранительных клапанов. К предохранительным клапанам предъявляются следующие требования: 10.4.1. Пропускная способность предохранительного клапана должна быть такой, чтобы давление в резервуаре, образующееся при полном открытии клапана (РП.О), не превышало максимальное рабочее давление более чем на 10 %. 10.4.2. В открытом состоянии клапан должен работать устойчиво без вибраций. 10.4.3. Клапан должен закрываться при давлении РЗ³0,7РР и при дальнейшем возрастании давления до рабочего обеспечивать соответствующую герметичность. 10.4.4. В закрытом состоянии клапан должен обеспечивать требуемую герметичность при давлении, равном 0,9РMAX. 10.5. Расчет предохранительного клапана. 10.5.1. Размеры предохранительного клапана рассчитываются из учета необходимой пропускной способности его при заданном допускаемом повышении давления. 10.9.2. Пропускная способность клапана GКЛ представляет собой массовый расход углекислого газа через предохранительный клапан в единицу времени. 10.5.3. Количество углекислого газа GКЛ, которое должно быть сброшено через предохранительный клапан, определяется в зависимости от аварийного расхода в защищаемой системе. 10.5.4. Определение размеров проточной части предохранительного клапана. Определяющим для всех размеров проходных сечений клапана является диаметр узкого сечения седла dC, который определяется площадью сечения FC. (106) Рекомендуется выбирать размеры проточной части в соответствии с черт. 20 и табл. 9. Черт. 20 Таблица 9
Необходимое эквивалентное проходное сечение Ф предохранительного клапана определяется по формуле: (107) где: e* - коэффициент расширения углекислого газа, определяемый по графику черт. 21 в зависимости от объемного показателя адиабаты Кn. Объемный показатель адиабаты углекислого газа определяется по формуле: (108) где: К=1,31, mТ=1,0, x - коэффициент сжимаемости углекислого газа, определяемый по графику черт. 22 в зависимости от приведенных координат p и t1. Приведенные температура и давление углекислого газа перед клапаном определяются по формулам: (109) где: РКР=7,29 Мпа ТКР=304,3 К Коэффициент расхода aКЛ предохранительного клапана определяется по графику черт. 23. Определенный по формуле (105) диаметр седла dC округляется до ближайшего большего значения из следующего ряда: 12; 15; 20; 25; 32; 40; 50; 60; 80; 100 мм. Площадь проходного сечения принятого диаметра седла клапана определяется по формуле: (110) Уточненное эквивалентное проходное течение предохранительного клапана определяется по формуле: Ф'=aКЛF'C. (111) Пропускная способность клапана с принятым диаметром сопла проверяется по формуле: (112) Черт. 21 Черт. 22 Черт. 23 где: В - коэффициент, определяемый по табл. 5.4.5. Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов под давлением, утвержденных Госгортехнадзором СССР. Фактическое максимальное давление во входном сечении подводящего трубопровода (в сосуде) при полностью открытом клапане определяется по формуле: (113) где: Скорость углекислого газа во входном сечении подводящего трубопровода определяется по формуле: uMAX=lВХ×аТР, (114) где: (115) Скоростной коэффициент lВХ определяется по графику (черт. 24) в зависимости от приведенной длины подводящего трубопровода L' и скоростного коэффициента на выходе трубопровода lВЫХ. Приведенная длина подводящего трубопровода определяется по формуле: (116) где: xТР - приведенный коэффициент сопротивления подводящего трубопровода с учетом всех местных сопротивлений определяется согласно табл. 10. Скоростной коэффициент в выходном сечении трубопровода определяется по формуле: (117) где: (118) (119) Черт. 24 Таблица 10 Коэффициенты местного сопротивления
Фактическое максимальное давление РMAX. Ф должно быть не более 1,1РР. В случае, если РMAX. Ф³1,1РР, то следует сделать пересчет, увеличив диаметр подводящего трубопровода dTP. 10.5.5. Расчет уплотнения предохранительного клапана. Уплотнение затвора предохранительных клапанов для углекислого газа в паре золотник-седло может осуществляться в следующем сочетании материалов: металл по металлу; металл по неметаллу. В качестве металлического уплотнения рекомендуется применять сталь марки ОХ18Н10Т и т.п. В качестве неметаллического уплотнения рекомендуется применять полимерные материалы. Например - фторопласт, дифлон и т.п. Ширину металлической управляющей кромки принимают равной b4=(0,05...0,3)×10-2. (120) Минимальное удельное давление, необходимое для уплотнения определяют следующим образом: для уплотнения металл по металлу величина удельного давления определяется по графику черт. 25 в зависимости от значения "y" у=1,1×PP-0,25×dC-0,1×b40,54, (121) Здесь: PP - кгс/см2, dC - см, b - см. Черт. 25 для уплотнения металла по полимеру qmin=0,2(3+0,2PP). (122) Повышение давления до начала открытия клапана принимается равным: DP0=PУСТ-0,9PP=0,1×PP. (123) Усилие уплотнения определяется по формуле: (124) для уплотнения металла по металлу DlГ=0. Для уплотнения металл по неметаллу DlГ=10-9m(17-0,2dCP)(qmin)n, (125) Формула справедлива для dCP£80мм, где: n=1,1rC+2,8, (126) При определении коэффициентов m и n по формулам (126) и (127) величину rC следует подставлять в мм. rC=0,1...5 мм
Черт. 26 Для создания герметичности в затворе клапана необходимое давление определяется по формуле: (128) В случае невозможности обеспечения в клапане удельного давления более qmin, т.е. при qУПЛ<qmin, допускаемые протечки в затворе клапана должны быть не более 10 см3/мин на каждый см условного прохода клапана. Усилие пружины закрытого клапана QПР. О определяется по формуле: (129) Давление на уплотняющую кромку от внешнего давления (пружины и веса подвижных частей) при условии отсутствия давления перед клапаном должно быть меньше текучести материала затвора, т.е. (130) 10.5.6. Расчет пружины предохранительного клапана. Усилие сжатия пружины при полном открывании клапана QПР. 2 определяется по формуле: (131) Коэффициент давления потока gMAX определяется по номограмме (черт. 27). Жесткость пружины X определяется по формуле: (132) Прогиб пружины при закрытом клапане определяется по формуле: (133) Черт. 27 Прогиб пружины при. открытом клапане определяется по формуле: l6=l5+hMAX. (134) ПРИЛОЖЕНИЕ
1
|
Условие |
Уравнение |
Един. изм. |
Значения угла q |
Примечание |
||||||||
0° |
30° |
35° |
60° |
90° |
120° |
150° |
180° |
|||||
1. |
0£q£a |
M'=P1Z×RКОЖ[0,3183(b×sinb+cosb-a×sina-cosa-sin2a×cosq+sin2b×cosq)-sinb+sina] |
Н×м |
-1977 |
-2290 |
-2400 |
|
|
|
|
|
|
2. |
a£q£b |
M'=P1Z×RКОЖ[0,3183(b×sinb+cosb-a×sina-cosa-sin2a×cosq+sin2b×cosq)-sinb+sinq] |
-"- |
|
|
|
1940 |
3105 |
-388 |
|
|
|
3. |
b£q£p |
M'=P1Z×RКОЖ[0,3183(b×sinb+cosb-a×sina-cosa-sin2a×cosq+sin2b×cosq)] |
-"- |
|
|
|
|
|
|
-1240 |
-1550 |
|
4. |
0£q£a |
M''=P1У×RКОЖ[0,3183(sina-a×cosa+a×cosq-sina×cosa×cosq)-cosq+cosa] |
-"- |
632 |
447 |
387 |
-46 |
-748 |
-1452 |
|
|
|
5. |
a£q£p |
M''=P1У×RКОЖ[0,3183(sina-a×cosa+a×cosq-sina×cosa×cosq)] |
-"- |
|
|
|
|
|
|
621 |
1532 |
|
6. |
0£q£a |
M'''=FУ×RКОЖ[0,3183(sina-a×cosa+a×cosq-sina×cosa×cosq)-cosq+cosa] |
-"- |
-1368 |
191 |
730 |
560 |
289 |
14 |
-183 |
-280 |
|
7. |
|
SM=M'+M''+M''' |
-"- |
-2713 |
-1652 |
-1283 |
2454 |
2646 |
-1826 |
-802 |
-298 |
MMAX=2713 Н×м |
8. |
0£q£a |
N'=P1Z[0,3183×cosq×(sin2b-sin2a)] |
Н |
3300 |
2860 |
2704 |
|
|
|
|
|
|
9. |
a£q£b |
N'=P1Z[0,3183×cosq×(sin2b-sin2a)+sinq] |
-"- |
|
|
|
18016 |
19313 |
15450 |
|
|
|
10. |
b£q£p |
N'=P1Z[0,3183×cosq×(sin2b-sin2a)] |
-"- |
|
|
|
|
|
|
-2236 |
-2582 |
|
11. |
0£q£a |
N''=P1У[0,3183×(a-sina×cosa)-1]×cosq |
-"- |
1536 |
1330 |
1258 |
768 |
0 |
-768 |
|
|
|
12. |
a£q£p |
N''=P1У[0,3183×(a-sina×cosa)×cosq] |
-"- |
|
|
|
|
|
|
5424 |
6264 |
|
13. |
0£q£a |
N'''=FУ[0,3183×(a-sina×cosa)-1]×cosq |
-"- |
-12917 |
-11186 |
-10582 |
|
|
|
|
|
|
14. |
a£q£p |
N'''=FУ[0,3183×(a-sina×cosa)×cosq] |
-"- |
|
|
|
301 |
0 |
-301 |
-522 |
-602 |
|
15. |
|
SN=N'+N''+N''' |
-"- |
-8081 |
-6996 |
-6620 |
19085 |
19313 |
14381 |
2666 |
3080 |
NMAX=19313 Н |
FКОЛ=FП+FШ=12,5+10,9=23,4 см2=23,4×10-4 м2
МПа,
или 64,8<140,
т.е. условие прочности выполняется.
Черт. 4
7.2. Проверка на устойчивость цилиндрической формы кожуха производится по формуле:
sСЖ£sКР. (70)
7.2.1. Определяем критическое напряжение в кожухе:
(71)
В съемной цистерне ЦЖУ-3,0-2,0 в качестве шпангоутов служат силовые кольца кожуха, размеры которых приведены в п. 7.10 настоящего приложения, а в качестве стрингеров - равнобокие угольники размерами 36´36´4 по ГОСТ 8509-72.
Зная, что:
м, (73)
имеем:
м. (72)
Момент инерции сечения силового кольца - шпангоута вместе с обшивкой кожуха (см. черт. 5) определим как для сложного сечения по формуле:
JШП=JКОЛ+FКОЛ×Z2КОЛ+Jd+Fd×Z2d. (76)
Черт. 5
определяем: см,
где: FКОЛ=FШ+Fn=10,9+12,5=23,4 см2,
Fd=(250+2×15d)×d×10-2=(250+30×1,6)×1,6×10-2=4,77 см2,
Z2=ZКОЛ.MAX+d=1,84+0,16=2 см,
Z''n=0,5d=0,5×1,6=0,8 мм=0,08 см,
ZКОЛ=Z2-Z0=2-1,67=0,33 см,
Zd=Z0-Z''n=1,67-0,08=1,59 см,
см4, (77)
а3=160 см - принято конструктивно.
JШП=88,4+23,4×0,33+0,0018+4,77×1,592=103,01 см4,
МПа×м, (74)
МПа.
7.2.2. Определяем сжимающие напряжения в кожухе
(80)
МПа
21,9<<8012.
т.е. условие устойчивости цилиндрической формы кожуха выполняется.
7.3. Проверка на прочность опор кожуха.
7.3.1. Определяем сжимающие напряжения в ребрах (черт. 6 Приложения 1) опор.
МПа, (83)
Н.
Н/м, (84)
fОП. КОЖ=(202+292+250)×8=5952 мм2=0,005952 м2.
Черт. 6
7.3.2. Условие прочности ребер имеет вид:
sСЖ£[s]Р.КР. (85)
7.3.3. Определяем критическое напряжение в ребрах опор кожуха.
МПа. (88)
7.3.4. Определяем допускаемое напряжение в ребрах опор кожуха.
МПа, (87)
15,34<73,
т.е. условие устойчивости ребер опор кожуха выполняется.
8. Тепловой расчет.
8.1. Определяем теплоприток через изоляцию:
(92)
где:
К, (93)
F1=FОБ+2FДН-SFОП,
FОБ=p×DH×LОБ=3,14×1,216×2,2=8,4 м2,
FДН=1,71 м2 (по справочнику),
SFОП=n5×a1×b1=4×0,12×0,2=0,096 м2,
F1=8,4+2×1,71-0,096=11,7 м2,
м2,
F2=19+2×2,5-0,096=23,9 м2,
Вт.
8.2. Определяем теплоприток через поры и растяжки.
Вт,
Вт.
8.3. Определяем теплоприток по трубам.
где: FTP1=0,000572 м2 - площадь поперечного сечения трубы 34´3,5.
FTP2=FTP1==0,000572 м2 - площадь поперечного сечения трубы 45´3,5,
lTP1=2,77 м, lTP2=3,135 м, lTP3=0,83 м,
Вт,
Вт,
Вт,
QTP=QTP1+QTP1+QTP3=0,2+0,18+1,35=1,83 Вт.
8.4. Определяем общий теплоприток к сжиженному углекислому газу.
QОБЩ=QИЗ+SQi, (91)
QОБЩ=164+8,4+0,49+1,83=175 Вт.
8.5. Определяем время хранения сжиженного углекислого газа в изотермическом резервуаре.
(95)
где:
Q=GЖ(iK-iH)×4,19×103×10-1 (96)
4,19×103 - переводной коэффициент ккал в Дж.
Дж,
ч.
8.6. Определяем среднесуточный прирост давления в резервуаре
(97)
или 0,126<0,13,
где: 0,13 МПа - суточный прирост давления для цистерн типа ЦЖУ-3,0-2,0 по ГОСТ 19662-74.
Таким образом цистерна ЦЖУ-3,0-2,0 имеет достаточную изоляцию к отвечает параметрам ГОСТ 19662-74.
9. Расчет крепления резервуара на транспортном, средстве
9.1. Необходимая сила затяжки болтового соединения равна:
Н
n=1,8, m=0,2, n3=16 болтов (Æ16 мм).
9.2. Проверяем болт по условию прочности:
где:
м2,
МПа,
где: для стали 40´[s]d=175 МПа,
или 144<175,
т.е. условие прочности выполняется.
Исходные данные:
PКР=7,29 МПа ТП.О=255,9 К
L1=3,2 м GП.Ч=37,3 Н
В1=0,472 bЧ=1,0×103 м
r'П.О=59,2 кг/м3 dCP=21×10-3 м
rП.О=56,5 кг/м3 Pmax1=2,2 МПа
ТКР=304,3 К
Максимальное газообразование сжиженного углекислого газа в резервуаре при условии максимального теплопритока (отсутствие изоляции) составляет - 900 кг/час.
1. Пропускная способность клапана с учетом 10 % превышения рабочего давления в резервуаре должна быть не менее:
G'КЛ=1,1×900=990 кг/ч=0,275 кг/сек
2. Определяем потери давления в подводящем трубопроводе и давление полного открытия клапана.
Известно:
при РР£6,0 МПа, DРТР£0,06 РР,
при РР>6,0 МПа, DРТР£0,04 РР,
тогда: DРТР=0,06×20=0,12 МПа (1,2 ),
принимаем DРТР=0,1 МПа (1,0 ),
Тогда: РП.О=Рmax1-DРТР=2,2-0,1=2,1 МПа (21 ),
или: 2,0<2,1<2,2,
что соответствует условию:
РУСТ<РП.О<1,1РР.
3. Определяем приведенное давление перед предохранительным клапаном.
(109)
4. Определяем приведенную температуру перед предохранительным клапаном.
(109)
5. Определяем величину коэффициента сжимаемости по графику черт. 22.
Для значений p1=0,3018 и t=0,84 коэффициент сжимаемости x=0,75.
6. Определяем эквивалентное проходное сечение предохранительного клапана по формуле:
(107)
Ф=36×10-6 м2 (36 мм2),
здесь: e*=0,5 - определен по графику черт. 21, для значения
(108)
7. Определяем размеры предохранительного клапана, принимая
По характеру подъема замыкающего органа, рассчитываемый клапан относится к полноподъемным клапанам.
8. Определяем расчетную площадь узкого сечения седла клапана.
8.1. Принимаем следующие соотношения конструктивных размеров:
d3=(1,5...2,5)dC,
8.2. Коэффициент расхода определяем по графику черт. 23.
Для значений: h/dC=0,4 и d3/dC=2,5
Значение коэффициента расхода aКЛ=0,79.
Тогда:
м2, (45,6 мм2).
9. Определяем расчетный диаметр узкого сечения седла предохранительного клапана.
м, (105)
dC=7,62 мм.
10. Опыт эксплуатации установил, что применять предохранительные клапаны с диаметром прохода седла менее 12 мм не рекомендуется.
По конструктивным соображениям принимаем диаметр узкого сечения седла клапана dC=15 мм=15×10-3 м.
11. Определяем площадь сечения принятого диаметра седла клапана.
м2, (110)
12. Определяем высоту подъема золотника и выходной диаметр седла клапана.
h=0,4dC=0,4×15×10-3=6×10-3 м,
d'C - принимаем конструктивно равным dC,
или: d'C=dC=15×10-3 м.
13. Проверяем пропускную способность клапана по формуле Правил устройства и эксплуатации сосудов, работающих под давлением, утвержденных Госгортехнадзором СССР.
При этом должно выполняться условие:
GКЛ³G'КЛ,
Имеем:
(112)
Таким образом: 1,02>0,275,
или GКЛ>G'КЛ,
т.е. условие выполняется.
14. Определяем давление в трубопроводах
14.1. Конструктивно диаметр подводящего и отводящего трубопроводов принимаем равным:
d1=d2=50 мм=50×10-3 м.
14.2. Определяем коэффициент местных сопротивлений.
xТР=x1+x2+x3+x4+x5+x'ТР,
где:
(см. табл. 10)
или
коэффициенты x1, x2, x3, x4, x5 определены по таблице 10.
Тогда: xТР=1,3+1,3+0,5+0,295+0,5+10,36=14,26.
14.3. Определяем приведенную длину подводящего трубопровода.
м, (116)
15. Определяем площадь сечения подводящего трубопровода.
м2. (119)
16. Определяем скорость углекислого газа в конце входного трубопровода при полностью открытом клапане.
м/сек. (118)
17. Определяем критическую скорость в трубопроводах
(115)
м/сек.
18. Определяем скоростной коэффициент в выходном сечении трубопровода.
(117)
19. Скоростной коэффициент во входном сечении трубопровода определяем по графику черт. 24 в зависимости от L'=16,2 м и lВЫХ=0,012.
В рассматриваемом случае скоростной коэффициент определен на основании характера зависимостей, отраженных на черт. 24 и принят равным:
lВЫХ=0,012.
20. Определяем максимальную скорость газа во входном сечении подводящего трубопровода.
umax=lВЫХ×аТР=0,012×733=8,80 м/сек. (114)
21. Определяем максимальное фактическое давление во входном сечении подводящего трубопровода.
(113)
РMAX.Ф=2,04 МПа.
В связи с тем, что РMAX.Ф<РMAX.1, то пересчет диаметра трубопровода в сторону увеличения производить не следует.
22. Расчет пружин клапана.
22.1. По графику черт. 27 определяем коэффициент давления потока:
gMAX=2,18,
для следующих значений:
22.2. Определяем усилие сжатия пружины при полном открытии клапана:
(131)
Н.
22.3. Определяем усилие пружины закрытого клапана.
(129)
Н.
22.4. Определяем жесткость пружины
Н/м, (132)
22.5 Определяем прогиб пружины при закрытом клапане.
м. (133)
22.6. Определяем прогиб пружины клапана при открытом клапане.
l6=l5+hMAX=0,46×10-2+0,6×10-2=1,06×10-2 м, (134)
23. Определяем усилие уплотнения, предполагая, что золотник конструктивно выполнен из металла, а уплотняющая часть седла из фторопласта.
При этом должно выдерживаться следующее условие:
qУПЛ³qMIN
здесь:
, (128)
(124)
DlГ=10-9m(17-0,2dCP)(qmin)n, (125)
qmin=0,2(3+0,2PP)=0,2(3+0,2×2)=0,68 МПа, (122)
где:
(126)
n=1,1rC+2,8=1,1×1,09+2,8=4 (127)
тогда: м,
МПа,
или: 0,78>0,68,
т.е. условие qУПЛ>qMIN выполняется.
24. Определяем давление на уплотняющую кромку при условии отсутствия давления перед клапаном.
При этом должно выдерживаться следующее условие:
qВН£sТ,
Имеем:
для фторопласта 4 sТ=12,7 МПа
(130)
МПа,
или: 7,03<12,7,
т.е. условие qВН<sТ соблюдается.
Расположен в: |
---|
Источник информации: https://internet-law.ru/stroyka/text/8914
На эту страницу сайта можно сделать ссылку:
На правах рекламы:
© Антон Серго, 1998-2024.
|
Разработка сайта |
|