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
vwalc [m3] - objętość walcowej części
vdn [m3] - objętość elipsoidalnej części dna
po [MPa] - ciśnienie obliczeniowe
t0 [°C] - temperatura otoczenia
τ [lat] - długotrwałość zbiornika
Dw [mm] - średnica wewnętrzna zbiornika
Dz [mm] - średnica zewnętrzna zbiornika
Lw [mm] - długość wewnętrzna zbiornika
Lwalc [mm] - długość walcowej części dna
L [mm] - długość arkusza blachy dla walczaka
B [mm] - szerokość arkusza blachy dla walczaka
Hc [mm] - długość walcowej części dna
dw [mm] - średnica króćców
dotw max [mm] - maksymalna średnica otworu w części walcowej zbiornika
d [mm] - średnica otworu w płaszczu nie wymagająca wzmocnienia
Zrz - rzeczywisty współczynnik wytrzymałościowy elementu osłabionego otworem
υ [m/s] - prędkość czynnika na wlocie/wylocie
t [min] - czas napełniania/opróżniania zbiornika
DWł [mm] - średnica włazu
go [mm] - grubość obliczeniowa ścianki płaszcza/króćca/części wypukłej dna
k [MPa] - naprężenia dopuszczalne
Re(to) [MPa] - najmniejsza gwarantowana granica plastyczności przy temperaturze obliczeniowej to
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
gn [mm] - grubość nominalna wyrobu hutniczego
grz [mm] - rzeczywista najmniejsza grubość ścianki
yw - współczynnik wytrzymałościowy
PZ - właz z kołnierzem płaskim z przylgą zgrubną
Swzm [mm2] - pole powierzchni przekroju materiału wzmacniającego
Sstr [mm2] - pole powierzchni materiału straconego
dkrw [mm] - średnica wewnętrzna włazu
dkr [mm] - średnica rury dla króćca
gkr [mm] - grubość ścianki rury króćca
lkr [mm] - długość króćca
Fr [N] - wartość siły ruchowego naciągu śrub
P [N] - napór czynnika roboczego na połączenie kołnierzowe
Du [mm] - średnia średnica uszczelki
F [N] - siła nacisku na uszczelkę
ucz [mm] - czynna szerokość uszczelki
u [mm]- rzeczywista szerokość uszczelki
σr [MPa] - naprężenia ściskające w uszczelce wywołane siłą Fr
b - współczynnik zabezpieczający
Fm [N] - wartość siły montażowego naciągu śrub
σm [MPa] - naprężenia ściskające w uszczelce wywołane siłą Fm
n - liczba śrub w połączeniu
Mzm [Nmm] - wypadkowy moment sił zewnętrznych działających na kołnierz przy montażowym naciągu śrub
Mzr [Nmm] - wypadkowy moment sił zewnętrznych działających na kołnierz przy ruchowym naciągu śrub
W [mm3] - wskaźnik wytrzymałościowy szyjki kołnierza
Q - dopuszczalne obciążenie na uchwyt
Go - masa nie napełnionego zbiornika z osprzętem
Wwl [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 po = 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: po = 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 = 2,5m3 |
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
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
|
a)
b)
|
||||
C1 = 0,4 mm a)
b)
|
4. Rzeczywista nominalna grubość ścianki
|
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 m3 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
|
|
||||
C1 = 0,4 mm |
3. Rzeczywista najmniejsza grubość ścianki dna
|
|
||||
Hz = 217,6 mm
Dz=1209,24mm
|
4. Sprawdzam wymiary profilu dna
Rw
rw
rw = 130,82 mm > 0,1 Dz - warunek spełniony
|
rw = 130,82 mm
Rw = 1185,98 mm
|
||||
V = 2,5 m3 |
V. Wymiary arkuszy blach Z tab. 3.3.5 objętość elipsoidalnej części dna wynosi: Vdn = 0,226 m3 1. Objętość części walcowej Vwalc = V - 2 Vdn = 2,5 - 2 · 0,226 = 2,048 m3 |
Vwalc = 2,048 m3 |
||||
Vwalc = 2,048 m3 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. |
|
||||
dwkr=600mm gkr=3,81mm gwz=1· gkr C2 = 3mm
|
IX. Wzmocnienie ścianek elementów walcowych osłabionych otworami
Swzm
Swzm |
Swzm |
||||
|
X. Dobór parametrów króćców Wymiary z tab. 3.3.12:
|
dkr = 21,3 mm gkr = 4 mm lkr = 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:
|
|
||||
|
2. Wymiary uszczelek Z tab. 3.3.13 dla średnicy nominalnej kołnierza DN = 15 mm oraz dla ciśnienia nominalnego pnom = 0,63 MPa:
|
|
||||
|
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
dla g1 |
|
||||
po = 0,35 MPa
|
XII. Obliczanie połączeń kołnierzowo - śrubowych 1. Obliczanie sił naciągu śrub.
Du = 0,5 (D + d) - średnia średnica uszczelki Du = 0,5 (44 + 22) = 33 mm
ucz = u = 11 mm dla u 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
σm - naprężenia ściskające w uszczelce z tab. 3.3.19 - 21MPa
C - współczynnik uwzględniający naciąg montażowy śrub na uszczelkę = 1,2 dla Du
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 |
d3 |
||||
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.
|
Podpory odmiany A
|
||||
|
XIV. Uchwyty Obliczenie ciężaru zbiornika:
Gęstość argonu na m3 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:
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 dkr = 21,3 mm |
XV. Zawór bezpieczeństwa. Przepustowość na wlocie do zbiornika.
ρ - gęstość czynnika - 1,03 kg/m3 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 m3/kg ρ1 = ρ = 1,03 kg/m3
Z tab. 3.8.2.1 dobieram wymiary zaworu bezpieczeństwa Si570l:
|
Zawór bezpieczeństwa Si570l 20 x 32/ 0,385 |
||||
|
XVI. Osprzęt zbiornika (p. 3.8)
Ciśnieniomierz M 100 R 4/0 - 1,6 PN - 88/M - 42304
Uszczelka płaska P - 1,6 - 17 PN - 74/M - 42302
Łącznik A/3 PN - 82/M - 42306
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:
Naprężenia promieniowe są mniejsze niż naprężenia dopuszczalne 42,32 MPa << 141,018 MPa.
Naprężenia osiowe:
Naprężenia osiowe są mniejsze niż naprężenia dopuszczalne 21,16 MPa << 141,018 MPa. |
σr < kr
σl < kr |
III. WYKAZ TABLIC
IV. BIBLIOGRAFIA
L. Kurmaz „Projektowanie części maszyn”.
L. O. Kurmaz „Projektowanie węzłów i części maszyn”.
M. Lewandowska „Maszynoznawstwo chemiczne”.
T. Wilczewski „Pomoce projektowe z podstaw maszynoznawstwa chemicznego”.
M. E. i T. Niezgodzińscy „Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe”.
Urząd Dozoru Technicznego - przepisy dozoru technicznego.
26