Barbara Kądzielawa, Daniel Huras, Anna Kanik, Małgorzata Klimczak

PROJEKT WYKONAWCZY ZBIORNIKA CIŚNIENIOWEGO

Objętość obliczeniowa [m³] 14

Temperatura obliczeniowa [^oC] 115

Ciśnienie obliczeniowe [MPa] 1,4

1. DANE WYJŚCIOWE DO PROJEKTU:

Objętość obliczeniowa [m³] V = 14

Temperatura obliczeniowa [^oC] t = 115

Ciśnienie obliczeniowe [MPa] p = 1,4

1. DOBÓR KLASY ZBIORNIKA:

Klasę zbiornika dobieramy z zależności

-40^oC ≤t ≤ 200^oC klasa A
2 Mpa < p ≤ 5Mpa klasa B

t = 115^oC, więc wybieramy klasę A

1. DOBÓR GŁÓWNYCH WYMIARÓW ZBIORNIKA:

Wymiary nominalne dla zbiornika V = 16 m³

(wg normy BN-64/2221-08)

1. D_w = 2000 mm L_w = 5580 mm

2. D_w = 2400 mm L_w = 4280 mm

1. DOBÓR MATERIAŁU ZBIORNIKA:

Wybieram blachę kotłową ze stali

St41K (wg PN - 81/H - 92123)

Stal może być stosowana w zakresie do 370^oC

Grubość 3 ÷ 120 mm

1. OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCI PŁASZCZA ZBIORNIKA:

   1. OBLICZENIE NAPRĘŻEŃ DOPUSZCZALNYCH:

$$\mathrm{\text{k\ }}\mathrm{=}\frac{{\mathbf{\text{\ \ }}\mathbf{\text{Re}}_{\mathbf{t}}}_{\mathbf{\text{o\ }}}}{\mathrm{x}}$$

Re_to [MPa] - najmniejsza gwarantowana granica plastyczności w temperaturze obliczeniowej,
x- współczynnik bezpieczeństwa, (przyjmuję x = 1,65)

$$\mathbf{k}_{\mathbf{\text{St}}\mathbf{41}\mathbf{K}}\mathrm{=}\frac{\mathbf{206}}{\mathbf{1,65}}\mathbf{\approx 124,85\ }\left\lbrack \mathbf{\text{MPa}} \right\rbrack$$

1. OBLICZANIE WSPÓŁCZYNNIKA WYTRZYMAŁOŚCI ZŁĄCZA SPAWANEGO:

z = min (z, 2z)

z₁ = współczynnik wytrzymałości łącza wzdłużnego zależny od kształtu spoiny

z₂ = współczynnik wytrzymałości obwodowego złącza zależny od kształtu spoiny

Przyjmuję złącze jednostronne typu V które posiada z₁ = 0,8 x z_dop i z₂ = 0,8 x z_dop, gdzie z_dop to współczynnik nadawany przez UDT wykonawcy spoiny.

W moim przypadku przyjmuję z_dop = 0,8 stąd z = z₁ =0,8 x 0,8 = 0,64

1. OBLICZANIE GRUBOŚCI ŚCIANKI CZĘŚCI WALCOWEJ ZBIORNIKA:

$$\mathbf{g}_{\mathbf{0}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{p \bullet}\mathbf{D}_{\mathbf{w}}}{\frac{\mathbf{2,3}}{\mathbf{\alpha}}\mathbf{\bullet k \bullet z - p}}$$

g₀ - grubość obliczeniowa ścianki

p - ciśnienie obliczeniowe

D_w - średnica wewnętrzna zbiornika

k - naprężenie dopuszczalne

z - obliczony współczynnik związany z rodzajem spoiny

α - współzależny od $\beta = \frac{D_{z}}{D_{w}}$
wstępnie zakładam, że:

β ≤ 1, 4 = >α = 1

Wobec powyższego obliczam grubość:

$$\mathbf{g}_{\mathbf{0}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1,4 \bullet}\mathbf{2000}}{\frac{\mathbf{2,3}}{\mathbf{1}}\mathbf{\bullet 124,85 \bullet 0,64 - 1,4}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{2800}}{\mathbf{182,38}}\mathbf{\approx}\mathbf{15,35\ \lbrack}\mathbf{\text{mm}}\mathbf{\rbrack}$$

Ponieważ grubość ścianki nie przekracza 20 mm, rodzaj złącza spawanego pozostaje nie zmieniony, jako jednostronne typu V.

Najmniejsza wymagana grubość ścianki będzie:

g = g₀+C₂+C₃ , gdzie:
C₂ - naddatek grubości ścianki, (przyjmujemy C₂ = 3 mm)

C₃ - naddatek grubości ścianki ze względu na występowanie w niej dodatkowych naprężeń nie pochodzących od ciśnienia, (przyjmujemy C₃ = 0 mm)

g = 15,35 + 3 = 18,35 [mm]

Nominalna grubość blachy na część walcową zbiornika

g_n  ≥  g + C₁ , gdzie:

C₁ - najmniejsza możliwa ujemna odchyłka wyrobu hutniczego dla grubości 25  ≤  g₀ ≤ 30 (przyjmujemy C₁ = 1 mm)

A zatem, g_n = 18,35 + 1 = 19,35 [mm]

Przyjmujemy znormalizowaną grubość blachy g_n = 20 mm

Sprawdzam, czy wstępne założenie β ≤ 1, 4 = >α = 1 było słuszne

$$\mathbf{\beta =}\frac{\mathbf{D}_{\mathbf{z}}}{\mathbf{D}_{\mathbf{w}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{D}_{\mathbf{w}}\mathbf{+ 2}\mathbf{\bullet}\mathbf{\text{\ g}}_{\mathbf{n}}}{\mathbf{D}_{\mathbf{w}}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{2000}\mathbf{+ 2}\mathbf{\bullet}\mathbf{16}}{\mathbf{2000}}\mathbf{\approx 1,02}$$

Ponieważ β ≈ 1,02 ≤ 1,4, założenie α = 1 było słuszne.

1. OBLICZAMY WYTRZYMAŁOŚĆ DNA ZBIORNIKA:

Dno elipsoidalne o średnicy D_w równej średnicy wewnętrznej płaszcza, materiał ten sam co płaszcz zbiornika stal St41K.

1. OBLICZANIE NAPRĘŻEŃ DOPUSZCZALNYCH DLA MATERIAŁU DNA:

$\mathbf{k}\mathbf{=}\frac{{\mathbf{\text{\ \ }}\mathbf{\text{Re}}_{\mathbf{t}}}_{\mathbf{\text{o\ }}}}{\mathrm{x}}$

x = 1,4 dla stali z gwarantowaną udarnością

$$\mathbf{k}\mathbf{=}\frac{{\mathbf{\text{\ \ }}\mathbf{\text{Re}}_{\mathbf{t}}}_{\mathbf{\text{o\ }}}}{\mathrm{x}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{206}}{\mathbf{1,4}}\mathbf{\approx 147,14}\mathbf{\ \lbrack Mpa\rbrack}$$

1. SPRAWDZANIE GRUBOŚCI DNA ELIPSOIDALNEGO CZĘŚCI WYPUKŁEJ:

$$\mathbf{g}_{\mathbf{0}\mathbf{d}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{p}_{\mathbf{0}}\mathbf{\bullet}\mathbf{D}_{\mathbf{w}}\mathbf{\bullet}\mathbf{y}_{\mathbf{w}}}{\mathbf{4 \bullet k}}$$

gdzie:

p₀ - ciśnienie obliczeniowe = 1,4 Mpa

D_w - średnica wewnętrzna dna = 1400 mm

y_w - współczynnik wytrzymałości dna = 1,6

k – naprężenie dopuszczalne dla materiału dna = 147,14 Mpa

$\mathbf{g}_{\mathbf{0d}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{p}_{\mathbf{\text{o\ }}}\mathbf{\bullet \ }\mathbf{D}_{\mathbf{\text{w\ }}}\mathbf{\bullet \ }\mathbf{y}_{\mathbf{w}}}{\mathbf{4\ \bullet \ k}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{1,4\ \bullet \ }\mathbf{2000}\mathbf{\ \bullet \ 1,6}}{\mathbf{4\ \bullet \ 147,14}}\mathbf{\approx}\mathbf{7,61}$ [mm]

C₁, C₂, C₃ – naddatki, jak dla płaszcza zbiornika

g_0d ≥ 7,61 + 1 + 3 + 0 = 11,61 mm, znormalizowana wartość g_0d = 12 mm

g_rz = g_od - C₁

g_rz = 12 - 1 = 11 mm

Sprawdzamy warunek

g_rz ≤ g_n, g_n = 28 mm z założenia

g_rz = 11 < g_n

(PN - 7,5/M - 35412)