Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Elblągu

Projekt zbiornika ciśnieniowego

Wykonał:

Paweł Szymkowiak

III rok OŚ

Prowadzący:

mgr inż. Z. Gadomski

SPIS TREŚCI

I. CZĘŚĆ TEORETYCZNA

1. Symbolika.

• v [m³] - pojemność zbiornika

• v_walc [m³] - objętość walcowej części

• v_dn [m³] - objętość elipsoidalnej części dna

• p_o [MPa] - ciśnienie obliczeniowe

• t₀ [°C] - temperatura otoczenia

• τ [lat] - długotrwałość zbiornika

• D_w [mm] - średnica wewnętrzna zbiornika

• D_z [mm] - średnica zewnętrzna zbiornika

• L_w [mm] - długość wewnętrzna zbiornika

• L_walc [mm] - długość walcowej części dna

• L [mm] - długość arkusza blachy dla walczaka

• B [mm] - szerokość arkusza blachy dla walczaka

• H_c [mm] - długość walcowej części dna

• d_w [mm] - średnica króćców

• d_{otw max} [mm] - maksymalna średnica otworu w części walcowej zbiornika

• d [mm] - średnica otworu w płaszczu nie wymagająca wzmocnienia

• Z_rz - rzeczywisty współczynnik wytrzymałościowy elementu osłabionego otworem

• υ [m/s] - prędkość czynnika na wlocie/wylocie

• t [min] - czas napełniania/opróżniania zbiornika

• D_Wł [mm] - średnica włazu

• g_o [mm] - grubość obliczeniowa ścianki płaszcza/króćca/części wypukłej dna

• k [MPa] - naprężenia dopuszczalne

• Re_(to) [MPa] - najmniejsza gwarantowana granica plastyczności przy temperaturze obliczeniowej t_o

• X - współczynnik bezpieczeństwa

• Z - obliczeniowy współczynnik wytrzymałościowy

• g [mm] - grubość wymagana

• C₁ - naddatek grubości ścianki równy odchyłce minusowej dla grubości wyrobu hutniczego wg norm

• C₂ - naddatek grubości ścianki na ścienienie się pod wpływem działań mechanicznych i chemicznych

• C₃ - naddatek grubości ze względu na występowanie w niej dodatkowych naprężeń, nie zależnych od ciśnienia

• g_n [mm] - grubość nominalna wyrobu hutniczego

• g_rz [mm] - rzeczywista najmniejsza grubość ścianki

• y_w - współczynnik wytrzymałościowy

• PZ - właz z kołnierzem płaskim z przylgą zgrubną

• S_wzm [mm²] - pole powierzchni przekroju materiału wzmacniającego

• S_str [mm²] - pole powierzchni materiału straconego

• d^kr_w [mm] - średnica wewnętrzna włazu

• d^kr [mm] - średnica rury dla króćca

• g^kr [mm] - grubość ścianki rury króćca

• l^kr [mm] - długość króćca

• F_r [N] - wartość siły ruchowego naciągu śrub

• P [N] - napór czynnika roboczego na połączenie kołnierzowe

• D_u [mm] - średnia średnica uszczelki

• F [N] - siła nacisku na uszczelkę

• u_cz [mm] - czynna szerokość uszczelki

• u [mm]- rzeczywista szerokość uszczelki

• σ_r [MPa] - naprężenia ściskające w uszczelce wywołane siłą F_r

• b - współczynnik zabezpieczający

• F_m [N] - wartość siły montażowego naciągu śrub

• σ_m [MPa] - naprężenia ściskające w uszczelce wywołane siłą F_m

• n - liczba śrub w połączeniu

• M_zm [Nmm] - wypadkowy moment sił zewnętrznych działających na kołnierz przy montażowym naciągu śrub

• M_zr [Nmm] - wypadkowy moment sił zewnętrznych działających na kołnierz przy ruchowym naciągu śrub

• W [mm³] - wskaźnik wytrzymałościowy szyjki kołnierza

• Q - dopuszczalne obciążenie na uchwyt

• G_o - masa nie napełnionego zbiornika z osprzętem

• W_wl [kg/godz] - przepustowość na wlocie

• ρ [kg/m³] - gęstość czynnika

• W [kg/godz] - przepustowość zaworów bezpieczeństwa

2. Wstęp do projektu.

Przedmiotem projektu jest zbiornik ciśnieniowy na gaz. Czynnikiem, który będzie przechowywany w zbiorniku będzie ARGON pod ciśnieniem p_o = 0,35 MPa. W projekcie wykorzystano książkę Leonida Kurmaza „Podstawy konstrukcji maszyn. Projektowanie”, w której przedstawiono tok obliczeń dla zbiorników ciśnieniowych, na podstawie którego wykonano projekt.

Założeniem jest, że zbiornik będzie w położeniu poziomym w pomieszczeniu. W projekcie przyjęto temperaturę krytyczną w otoczeniu zbiornika 50°C. Otoczenie nie jest zbyt agresywne dla zaprojektowanego urządzenia, ponieważ nie działają na nie niekorzystne warunki atmosferyczne, środowisko kwaśne itp. Za okres eksploatacji zbiornika przyjęto 30 lat. Oznaczenia tablic w obliczeniach pochodzą z książki L. Kurmaza.

3. Założenia projektowe

• Kształt części zasadniczej: walcowy

• Kształt dennicy: elipsoidalny

• Kształt pokrywy: elipsoidalny

• Ilość otworów: 5

• Położenie zbiornika: poziome

• Rodzaj i sposób podparcia: na łapach wspornikowych

• Substancja przechowywana: argon

• Ciśnienie, pod którym będzie przechowywany gaz: p_o = 0,35 MPa

• Temperatura otoczenia: t₀ = 50°C

• Średnica wewnętrzna: 1200 mm

• Stosunek L/D: 2

• Długość: 2400 mm

• Klasa zbiornika: A

• Materiał: stal St3S

• Technika wytwarzania: spawanie.

II. CZĘŚĆ OBLICZENIOWA

DANE	OBLICZENIA		WYNIK
t0 = 50°C po = 0,35 MPa	I. Klasa zbiornika Odczytuję z tab. 3.3.2 dla oraz - klasa „A”		Klasa zbiornika - A
Dw = 1200mm Lw = 2400mm υ = 10m/s (dla powietrza) t = 15min v = 2,5m^3	II. Wymiary zbiornika 1. Średnica króćców 2. Średnica włazu
Dla stali St3S: Rmmin=380-470 MPa Remin=240MPa A5min=25% X=1,65 po = 0,35 MPa t0 = 50°C Dw = 1200mm	III. Grubość ścianki płaszcza (króćca) 1. Grubość obliczeniowa a) dla płaszcza Przyjmuję stal St3S (Maszynoznawstwo chemiczne, W. M. Lewandowski tab. 11 s.63) Przyjmuję Zdop = 0,8 oraz α = 1 dla β<=1,4 z tab. 3.3.7 b) dla króćca		a) b)
a) b)	2. Grubość ścianki wymagana a) dla płaszcza b) dla króćca	a) b)
a) b)	3. Grubość nominalna wyrobu hutniczego C1 = 0,4 mm z tab. 3.3.8 dla płaszcza dla króćca	a) b)
C1 = 0,4 mm a) b)	4. Rzeczywista nominalna grubość ścianki dla płaszcza przyjmuję 5 mm dla króćca	a) b)
d = 18mm X = 1,40 Dz=1209,24mm po = 0,35 MPa Re(to)=232,68MPa	IV. Wymiary dna Z tab. 3.3.5: Hw = 300 mm Vdn = 0,226 m^3 Hc = 40 mm - długość walcowej części dna Masa dna 55 kg. 1. Obliczeniowa grubość części wypukłej dna Współczynnik wytrzymałościowy Z tab. 3.3.9
C1 = 0,4 mm C2 = 3 mm	2. Grubość nominalna (grubość nominalna płaszcza)
C1 = 0,4 mm	3. Rzeczywista najmniejsza grubość ścianki dna przyjmuję 5,1 mm
Hz = 217,6 mm Dz=1209,24mm	4. Sprawdzam wymiary profilu dna Rw Dz rw 0,1 Dz = 0,1 · 1209,24 = 120,9 mm rw = 130,82 mm > 0,1 Dz - warunek spełniony Rw = 1185,98 mm < Dz - warunek spełniony			rw = 130,82 mm 0,1 Dz - warunek spełniony Rw = 1185,98 mm Dz - warunek spełniony
V = 2,5 m^3	V. Wymiary arkuszy blach Z tab. 3.3.5 objętość elipsoidalnej części dna wynosi: Vdn = 0,226 m^3 1. Objętość części walcowej Vwalc = V - 2 Vdn = 2,5 - 2 · 0,226 = 2,048 m^3			Vwalc = 2,048 m^3
Vwalc = 2,048 m^3 Dw = 1200 mm	2. Długość walcowej części dna
Hc = 40 mm	3. Szerokość arkusza blachy dla walczaka			B=1731,8 mm
Dz=1209,24mm Dw = 1200 mm	4. Długość arkusza blachy dla walczaka
	5. Wycięcie arkusza blachy Wg tab. 3.3.11 arkusza o wymiarach L x B nie można wyciąć z jednego kawałka, przyjmuję więc 2 kawałki o wymiarach: B1 = 865,9 mm L = 3781,5 mm B2 = 865,9 mm			B1 = 865,9mm B2=865,9 mm L=3781,5 mm
Dz=1209,24mm	VI. Maksymalna średnica otworu w części walcowej zbiornika
	VII. Dobieram właz Wg BN - 83/2211-24.01 Typ włazu PZ - właz z kołnierzem płaskim z przylgą zgrubną. Wymiary włazu rodzaju PZ z tab. 18.3.1 (Projektowanie węzłów i części maszyn rozdział 18 - zbiorniki ciśnieniowe L. O. Kurmaz): Dnom = 600 mm pom = 1,0 MPa Śruba M20 x 95, liczba - 20 Uszczelka: d = 600 mm D = 668 mm Wymiary króćców włazu PZ: Rura: dz = 612 mm g = 6 mm l = 300 mm Kołnierz: Dz = 730 mm g1 = 40 mm D0 = 690 mm d0 = 22 mm D1 = 660 mm D2 = 620 mm D3 = 647 mm D4 = 617 mm D7 = 648 mm Wymiary pokrywy włazu PZ: Dz = 730 mm g1 = 30 mm g2 = 34 mm D0 = 690 mm d0 = 22 mm D1 = 660 mm D5 = 645 mm D6 = 619 mm			Właz - PZ
Dw = 1200 mm Dz=1209,24mm C2 = 3 mm po = 0,35 MPa α = 1	VIII. Średnica otworu w płaszczu niewymagająca wzmocnienia lub d = 0,35 Dz = 0,35 · 1209,24 = 423,23 mm lub d = 200 mm Przyjmuję najniższą z możliwych średnic.
dw^kr=600mm g^kr=3,81mm gwz=1· g^kr C2 = 3mm	IX. Wzmocnienie ścianek elementów walcowych osłabionych otworami Swzm Sstr Swzm Sstr - warunek spełniony			Swzm Sstr - warunek spełniony
	X. Dobór parametrów króćców Wymiary z tab. 3.3.12: Średnica rury dla króćca d^kr = 21,3 mm Grubość ścianki króćca g^kr = 4 mm Długość króćca l^kr = 140 mm			d^kr = 21,3 mm g^kr = 4 mm l^kr = 140 mm
	XI. Dobór innych parametrów króćców 1. Rodzaj kołnierza Przyjmuję kołnierz okrągły płaski (kryzowy) (PN - 87/H - 74731). Z tab. 3.5.2: Średnica nominalna 15 mm Rura: dz = 21,3 mm Kołnierz: Dz = 80 mm Dw = 22,5 mm g1 = 10 mm Do = 55 mm do = 11 mm D1 = 40 mm f = 2mm Śruby 4 sztuki gwint M10
	2. Wymiary uszczelek Z tab. 3.3.13 dla średnicy nominalnej kołnierza DN = 15 mm oraz dla ciśnienia nominalnego pnom = 0,63 MPa: d = 22 mm D = 44 mm S = 2 mm
	3. Spawanie rury króćca z płaszczem Z tab. 3.3.15: Przyspawanie rury do kołnierza płaskiego wg PN - 69/M - 69019 2 g = 8 mm g1 dla g1 2 g => h = g = 4 mm
po = 0,35 MPa	XII. Obliczanie połączeń kołnierzowo - śrubowych 1. Obliczanie sił naciągu śrub. Wartość siły ruchowego naciągu śrub Fr [N]. - napór czynnika roboczego na połączenie kołnierzowe Du = 0,5 (D + d) - średnia średnica uszczelki Du = 0,5 (44 + 22) = 33 mm - siła nacisku na uszczelkę ucz = u = 11 mm dla u 12 mm u = 0,5 (D - d) σr = 5,0 po = 1, 75 MPa z tab. 3.3.19 b - dla temperatury 50 °C z interpolacji - 1,225 z tab. 3.3.18 Wartość siły montażowego naciągu śrub Fm [N]. σm - naprężenia ściskające w uszczelce z tab. 3.3.19 - 21MPa C - współczynnik uwzględniający naciąg montażowy śrub na uszczelkę = 1,2 dla Du 500 mm Przyjmuję siłę
n = 4 X1 = 1,1 X2 = 1,5	2. Średnica rdzenia śruby. Dla zgrubnego ( C ) wykonania śrub i nakrętek ψ = 0,50 Wewnętrzna średnica gwintu metrycznego d3 8,45 mm				d3 8,45 mm
Dz = 80 mm g1 = 10 mm Do = 55 mm do = 11 mm Dw = 22,5 mm g = 4 mm	3. Obliczanie kołnierzy. Kołnierz kryzowy. Wartość naprężeń zastępczych w kryzie. Dla montażowego naciągu śrub Dla ruchowego naciągu śrub Warunek został spełniony.
	XIII. Podpory (łapy zbiornika). Na podstawie punktu 3.6.1 wg BN - 64/2212-04 Podpory zbiornika poziomego, odmiana A. Dw = 1200 mm a = 1080 mm b = 200 mm m = 1050 mm n = 360 mm h = 440 mm h1 = 120 mm Żebro nie występuje g = 8 mm e1 = 950 mm e2 = 140 mm d0 = 18 mm				Podpory odmiany A
	XIV. Uchwyty Obliczenie ciężaru zbiornika: Gęstość argonu na m^3 wynosi 1,784 kg. Q = G · g = 243,6 · 9,81 = 2389,7 N = 2,3897 kN Na podstawie punktu 3.7 wg PN - M - 71071:1995 Przyjmuję uchwyt odmiany A - zaokrąglony (2 sztuki) Z tab. 3.7.1 dobieram wymiary uchwytów: Wielkość uchwytu 0 b = 80 mm d = 25 mm h = 40 mm s = 6 mm t = 20 mm s1min = 4 mm amin = 3 mm Dla 2 uchwytów z tab. 3.7.2 dobieram obciążenie dopuszczalne: β = 30 - 45° => dopuszczalne obciążenie 7,0 kN.				G = 243,6 kg Uchwyt odmiany A
υ = 10m/s d^kr = 21,3 mm	XV. Zawór bezpieczeństwa. Przepustowość na wlocie do zbiornika. ρ - gęstość czynnika - 1,03 kg/m^3 υ - prędkość czynnika na wlocie - 10 m/s Przepustowość zaworów bezpieczeństwa α - dla zaworów rodzaju Si570l = 0,50 ψmax = 0,484 (dla powietrza) p1 = 1,1 p0 = 0,385 MPa V1 = 0,97 m^3/kg ρ1 = ρ = 1,03 kg/m^3 Z tab. 3.8.2.1 dobieram wymiary zaworu bezpieczeństwa Si570l: d0 = 16 mm d1 x d2 = 20 x 32 mm D1 = 105 mm D2 = 140 mm S1 = 85 mm S2 = 95 mm H = 345 mm				Zawór bezpieczeństwa Si570l 20 x 32/ 0,385
	XVI. Osprzęt zbiornika (p. 3.8) Ciśnieniomierz rodzaju M (manometr) o wymiarze D = 100 mm, odmiany R (z króćcem promieniowym), o klasie dokładności dla manometrów 4, o zakresie wskazań 0 - 1,6 MPa. Ciśnieniomierz M 100 R 4/0 - 1,6 PN - 88/M - 42304 Uszczelka rodzaju P (płaska) dla największego ciśnienia roboczego 1,6 MPa i o średnicy D = 17 mm. Uszczelka płaska P - 1,6 - 17 PN - 74/M - 42302 Łącznik gwintowany typu A, wielkości 3 (M20 x 1,5). Łącznik A/3 PN - 82/M - 42306 Rurka syfonowa typu UB, odmiany 2, o średnicy zewnętrznej 20 mm, grubości ścianki 4 mm, ze stali R35. Rurka syfonowa UB 2 - 20 x 4 R35 PN - 83/M - 42308
	XVII. Śruby i nakrętki w połączeniach kołnierzowych Śruby w połączeniach kołnierzowych: wg PN - 85/M-82101 (PN - 85/M-82105). Nakrętki w połączeniach kołnierzowych: wg PN - 86/M - 82144
kr = 141,018  MPa D =1209,24 mm p = 0,35 MPa g = 5 mm	XVIII. Wartości naprężeń w powłoce zbiornika Naprężenia promieniowe: , gdzie: Naprężenia promieniowe są mniejsze niż naprężenia dopuszczalne 42,32 MPa << 141,018 MPa. Naprężenia osiowe: , gdzie: Naprężenia osiowe są mniejsze niż naprężenia dopuszczalne 21,16 MPa << 141,018 MPa.				σr < kr σl < kr

III. WYKAZ TABLIC

IV. BIBLIOGRAFIA

1. L. Kurmaz „Projektowanie części maszyn”.

2. L. O. Kurmaz „Projektowanie węzłów i części maszyn”.

3. M. Lewandowska „Maszynoznawstwo chemiczne”.

4. T. Wilczewski „Pomoce projektowe z podstaw maszynoznawstwa chemicznego”.

5. M. E. i T. Niezgodzińscy „Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe”.

6. Urząd Dozoru Technicznego - przepisy dozoru technicznego.

26

---