Politechnika Krakowska Rok akademicki 2013/2014

Wydział Inżynierii i Technologii Chemicznej

PROJEKT

Zbiornik poziomy, ciśnieniowy, spawany

Wykonała:

imie nazwisko

grupa ???

nr albumu: ???

Dane:

Dw = 2900 mm = 2,9 m

p_o= 11,0*10⁵ $\frac{N}{m^{2}}$ = 11 bar

Vn= 32,0 m³

1. Obliczenie ciśnienia bezwzględnego i temperatury pracy zbiornika:

p = p_o + 10⁵ $\frac{N}{m^{2}}$ = 11*10⁵ + 10⁵ = 12*10⁵$\frac{N}{m^{2}}$

t₀ = 465 K = 192^oC

1. Dobór materiału:

dobrano płaszcz zbiornika: stal St41K (kotłowa); R_ep=20,8*10⁷$\frac{N}{m^{2}}$

dobrano rury: stal K10 (kotłowa); R_er=18,3*10⁷$\frac{N}{m^{2}}$

1. Obliczanie naprężenia dopuszczalnego:

dobrano współczynnik dla stali o gwarantowanej udarności: x_e=1,65

dla rury:

k_r1=$\ \frac{R_{\text{er}}}{x_{e}}\ $= $\frac{18,3*10^{7}}{1,65}\ $= 11,09*10⁷ $\frac{N}{m^{2}}$

dla blachy:

k_r2=$\ \frac{R_{\text{ep}}}{x_{e}}$ = $\frac{20,8*10^{7}}{1,65} =$ 12,61*10⁷$\ \frac{N}{m^{2}}$

1. Obliczenie grubości obliczeniowej:

założono: β ≤1,4

dobrano złącze doczołowe jednostronne z podpawaniem

współczynnik konstrukcji złącza: a=1

założono kontrolę jakościową: z_b= 0,9

współczynnik złącza spawanego: z = a*z_b = 1*0,9 = 0,9

g₀ =$\ \frac{p_{0}D_{w}}{\frac{2,3}{a}k_{r}z\ - \ p_{0}}$ = $\frac{11*10^{5}*2,9}{\frac{2,3}{1}*12,61*10^{7}*0,9 - 11*10^{5}}$= 0,012m = 12mm

1. Obliczenie grubości rzeczywistej:

technologiczny naddatek grubości ścianki: c₁= 0,8mm = 0,0008m

naddatek na korozję: c₂= 0,1$\frac{\text{mm}}{\text{rok}}$*10 lat = 1mm = 0,001m

naddatek na inne naprężenia: c₃=0,7mm = 0,0007m

g_rz = g₀ + c₁ + c₂ + c₃ = 0,012 + 0,0008 + 0,001 + 0,0007 = 0,0145m = 14,5mm

1. Dobór grubości znormalizowanej:

g_PN ≥g_rz

g_{PN =} f(g_rz)

dobrano grubość znormalizowaną: g_{PN =} 15mm

masa nominalna: 117,8$\frac{\text{kg}}{m^{2}}$

wymiary arkuszy blach:

Szerokość [mm]	1000	1250	1500	1750	2000	2250	2750	3000	3250	3500
Długość [m]	11	12	18	18	16	16	14	14	12	10

1. Dobór wymiarów dennicy wg PN:

grubość blachy: g_D = g_PN = 15mm

h_w, h_c, V_e, m = f(D_w, g_D)

h_w = 750 mm

h_c = 60 mm

V_e = 3,536 m³

m = 1320 kg

1. Obliczeniowa grubość dennicy:

D_z = D_w + 2g_PN = 2,9 + 2*0,015 = 2,915m

H_z = h_w + g_D = 750 +15 = 765 mm = 0,765m

współczynnik wytrzymałościowy części wypukłej dna y_w:

$\frac{H_{z}}{D_{z}}$ = $\frac{0,765}{2,915}$ = 0,2624

dla den pełnych: ω = 0

y_w= f($\frac{H_{z}}{D_{z}},\ \omega)$ = 1,9

dobrano dla stali o gwarantowanej udarności: x_e = 1,4

naprężenie dopuszczalne na rozerwanie dennicy: k_r = $\frac{R_{\text{ep}}}{x_{e}}$ = $\frac{20,8*10^{7}}{1,4}$ = 14,86*10⁷ $\frac{N}{m^{2}}$

dla dna tłoczonego: z = 1

g₀=$\frac{p_{0}D_{z}y_{w}}{4k_{r}z}$ = $\frac{11*10^{5}*2,915*1,9}{4*14,86*10^{7}*1}$ = 0,01025m

1. Obliczanie grubości rzeczywistej dennicy:

g_rz = g₀ + c₁ + c₂ c₁ = 0,0008 m

g_rz = 0,01025 + 0,0008 + 0,001 = 0,01205m c₂ = 0,001 m

1. Dobór grubości znormalizowanej:

g_DPN = f(g_rz)

g_DPN = 12,5 mm ∆g = 2,5mm – bez ukosowania

1. Obliczanie długości części walcowej L_c:

objętość nominalna zbiornika: V_n = 32m³

objętość części wyoblonej dna: V_e = 3,536m³

objętość dennicy: V_D = V_e + $\frac{\pi D_{w}^{2}}{4}$ * h_c = 3,536 + $\frac{3,14*{2,9}^{2}}{4}$ * 0,06 = 3,93 m³

objętość części cylindrycznej zbiornika: V_c = V_n – 2V_D = 32 – 2*3,L3 = 24,14 m³

L_c = $\frac{V_{c}*4}{\pi D_{w}^{2}}$ = $\frac{24,14*4}{3,14*\ {2,9}^{2}}$ = 3,657 m

wymiary części cylindrycznej po rozwinięciu: L_c * (π * D_w) = 3657 [mm] x 9106 [mm]

wymiary dobranego arkusza: 3750 [mm] x 9250 [mm]

(dociąć do 3657 [mm] x 9106 [mm])

1. Obliczanie i dobór króćców:

prędkość przepływu pary: w_p = 19$\frac{m}{s}$

prędkość przepływu wody: w_w = 0,9 $\frac{m}{s}$

gęstość pary: ρ_p = 6,6 $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

gęstość wody: ρ_w = 0,884*$10^{3}\frac{\text{kg}}{m^{3}}$

średnica zewnętrzna króćca parowego: d_zpPN = 219,1 mm

grubość ścianek króćca parowego: g_pPN = 7,1 mm

masa rury (parowy): m_rpPN = 37,1 $\frac{\text{kg}}{m}$

średnica wewnętrzna króćca parowego: d_wp = d_zp – 2g = 219,1 – 2*7,1 = 204,9 mm

obliczeniowa średnica wewnętrzna króćca wodnego:

= $\sqrt{\frac{{0,2049}^{2}*6,6*19}{0,884*10^{3}*0,9}}$ = 0,0813m = 81,3mm

średnica zewnętrzna króćca wodnego: d_zw = 88,9 mm

grubość ścianek króćca wodnego: g_wPN = 3,6mm

unormowana średnica wewnętrzna króćca wodnego: d_wwPN = d_zwPN – 2*g_wPN = 88,9 – 2*3,6 = 81,7 mm

masa rury (wodny): m_rwPN = 7,57 $\frac{\text{kg}}{m}$

1. Obliczenia sprawdzające grubości rur na króćce:

1. dla króćca parowego:

dla rur bez szwu: z = 1

a = 1

g₀= $\frac{p_{0}*d_{\text{wp}}}{\frac{2,3}{a}{*k}_{r1}*z - \ p_{0}}$ = $\frac{11*10^{5}*0,2049}{\frac{2,3}{1}*11,09*10^{7}*1 - 11*10^{5}}$ = 0,9mm

g₀ < g_pPN

0,9 mm < 7,1 mm – grubość króćca wodnego została dobrana poprawnie

1. dla króćca wodnego:

g₀= $\frac{p_{0}*d_{\text{ww}}}{\frac{2,3}{a}{*k}_{r1}*z - \ p_{0}}$ = $\frac{11*10^{5}*0,0813}{\frac{2,3}{1}*11,09*10^{7}*1 - 11*10^{5}}$ = 0,35mm

g₀ < g_wPN

0,35mm < 3,6mm – grubość króćca parowego została dobrana poprawnie

1. Dobór długości króćców:

wodny: L_w = 2,3 * d_wwPN = 2,3 * 81,7 = 187,91 mm

parowy: L_p = 2 * d_wp = 2 * 204,9 = 409,8 mm

PN-87/H-74728
Kołnierz
Śruby

PN-87/H-74731
Kołnierz
Śruby

PN-86/H-74374/02
Wymiar
D [mm]
d [mm]
s [mm]

PN-85/M-82101
Wymiar [mm]
S
e
k
hmax
D1
D2
da
k1
R
d1
d2
t
l
b

PN-78/M-82006
Wymiar [mm]
do
D
g
ƒmin
ƒmax
x

PN-86/M-82144
Wymiar [mm]
S
w
w1min
D
D1
D2
hmax

1. Dobór włazu do zbiornika:

D_w >1500mm

D_otmax = 0,35*D_w = 0,35*2900 = 1015 mm

Dobrano właz: DN 600 (wg normy BN-83/2211-24.01)

Śruba dwustronna:	24 sztuk
	ds x ls [mm]
	masa 1 szt. [kg]
Nakrętka:
	masa 1 szt. [kg]
Uszczelka:	rodzaj: PZ
	d [mm]
	D [mm]
Masa włazu [kg]	215
Pokrywa włazu:	Liczba otworów 24
	Dz [mm]
	Do [mm]
	do [mm]
	g1 [mm]
	D5 [mm]
	D6 [mm]
	masa pokrywy [kg]

Króciec włazu:
Rura:
	dz [mm]
	s [mm]
	l [mm]
	masa [kg]
Kołnierz:	Liczba otworów 24
	Dz [mm]
	do [mm]
	D3 [mm]
	D4 [mm]
	g [mm]
	masa [kg]

1. Obliczenie najmniejszej średnicy niewymagającej wzmocnienia:

k_r = 12,61*10⁷$\frac{N}{m^{2}}$

g_rz = 0,0145m

c₂ = 0,001m

D_z = 2,915m

D_w = 2,9m

a=1

współczynnik wytrzymałościowy powłoki osłabionej otworem:

z_r = $\frac{p_{0}(D_{w}\ + \ g_{\text{rz}}\ - \ c_{2})}{\frac{2,3}{a}k_{r}(g_{\text{rz}} - \ c_{2})}$ = $\frac{11*10^{5}(2,9 + 0,0145 - 0,001)}{\frac{2,3}{1}*12,61*10^{7}(0,0145 - 0,001)}$ = 0,81

d₁ = 0,81*$\sqrt[3]{D_{w}\left( g_{\text{rz}} - c_{2} \right)(1 - z_{r})}$ = 0,81*$\sqrt[3]{2,9\left( 0,0145 - 0,001 \right)(1 - 0,81)}$ = 0,195m

d₂ = 0,35*D_z = 0,35*2,915 = 1,02m

d₃ = 0,2 [m]

Największa średnica niewymagająca wzmocnienia: 0,195m

Wzmocnień wymagają: króciec parowy oraz właz, ponieważ ich średnice są większe.

1. Obliczenie wzmocnienia:

Ilość materiału wyznacza się na podstawie założenia, że powierzchnia materiału straconego na wycięcie otworu nie powinna być większa od powierzchni przekroju materiału wzmacniającego.

F_wzm ≥ F_str

Dla króćca parowego:

c₂ = 0,001m

g_PN = 15mm

d_wp = 204,9 mm

d_zp = 219,1 mm

F_str = (d_w + 2c₂)*g_PN

F_str = (204,9 + 2*1)*15 = 3133,5mm²= 3,13*10^-3m²

g_wzm = 0,8*g_PN = 0,8 * 15 = 12 mm

F_wzm = [D_zw – (d_z + 2c₂)]*g_wzm

F_wzm ≥ F_str

D_wzm ≥ $\frac{F_{\text{str}}}{g_{\text{wzm}}} +$ (d_zp +2c₂)

D_wzm ≥ $\frac{3133,5}{12}$ + (219,1 + 2*1) = 482mm = 0,482m

Dla włazu:

c₂ = 0,001m

g_PN = 15mm

d_z = 616mm

d_w = 616 – 2*8 = 600mm

g_wzm = 12mm

F_str = (d_w + 2c₂)*g_PN

F_str = (600 + 2*1)*15 = 9030mm² = 9,03*10^-3m²

F_wzm = [D_zw – (d_z + 2c₂)]*g_wzm

F_wzm ≥ F_str

D_wzm ≥ $\frac{F_{\text{str}}}{g_{\text{wzm}}} +$ (d_z +2c₂)

D_wzm ≥ $\frac{9030}{12}$ + (616 + 2*1) = 1370,5mm = 1,37m

1. Obliczenie ciężaru zbiornika:

Q_c = Q₁ + Q₂ + Q₃ [N]

Q₁ – ciężar materiału zbiornika

Q₂ – Ciężar wody wypełniającej całą objętość zbiornika

Q₃ – ciężar osprzętu

Q₁ = m_dennic + m_k.wodnego + m_k.parowego + m_włazu + m_cz.walcowej)* 9,81

m_dennic = 2*1320 = 2640 kg

	masa [kg]
	króciec parowy
kołnierz płaski	9,92
kołnierz zaślepiający	11,35
rura	15,2

m_{rury wodnego} = 7,57 * 0,1879 = 1,42kg

m_{rury parowego} = 37,1*0,4098 = 15,2kg

m_k.wodnego = m_rury + m_{kołnierza płaskiego} + m_{kołnierza zaślepiającego} = 1,42 + 3,56 + 2,94 = 7,92kg

m_k.parowego = m_rury + m_{kołnierza płaskiego} + m_{kołnierza zaślepiającego} = 15,2 + 9,92 + 11,35 = 36,47kg

m_włazu = 215kg

m_{cz. walcowej} = L_c * π * D_w * = 3,66 * 3,14 * 2,9 * 117,8 = 3926kg

Q₁ = (2640 + 7,92 + 36,47 + 215 + 3926) * 9,81 = 66 957 N

Q₂ = V_n * δ_w * 9,81 = 32 * 998 * 9,81 = 313 292 N

Q₃ = 0,1*Q₁ = 0,1*66 957 = 6695,7 N

Q_c = 66 957 + 313 292 + 6695,7 = 386 944,7 N

1. Obliczanie całkowitej długości zbiornika:

L = L_c + 2 (h_w + h_c + g_DPN) = 3657 + 2(750 + 60 + 12,5) = 530mm = 5,3m

a = 0,207 * L = 0,207 * 5,3 = 1,09m

L_e = 0,586 * L = 0,586 * 5,3 = 3,12m

1. Dobór łap do zbiornika:

masa całkowita zbiornika: m_c = $\frac{Q_{c}}{9,81}$ = $\frac{386\ 944,7\ }{9,81}$ = 39 444 kg

masa działająca na jedną łapę: m_{na jedn.łap} = $\frac{m_{c}}{4}$ = $\frac{39444}{4}$ = 9861 kg

9861kg > 5000kg

Dobrano podporę odmiana C wg normy BN-75/2201-01

podpora C	a	b	m	n	h	h1	h2	c	z	g	e1	e2	d0	x	a1
wymiar [mm]	2600	400	2600	750	960	150	dopasować w montażu	194	1300	12	2400	340	23	40	~7

masa: 394kg

1. Obliczanie naprężeń zbiornika i sprawdzanie wytrzymałości:

1. naprężenia obwodowe:

σ_θ = $\frac{p_{0}*D_{w}}{2g_{\text{rz}}}$ = $\frac{11*10^{5}*2,9}{2*0,0145}$ = 11*10⁷ $\frac{N}{m^{2}}$

1. naprężenia wzdłużne:

σ_z = $\frac{p_{0}*D_{w}}{4g_{\text{rz}}}$ = $\frac{11*10^{5}*2,9}{4*0,0145}$ = 55*10⁶ $\frac{N}{m^{2}}$

1. naprężenia zastępcze:

σ = $\sqrt{\sigma_{\theta}^{2} + \ \sigma_{z}^{2} - \sigma_{\theta}*\sigma_{z}}$ = $\sqrt{{({11*10}^{7})}^{2} + {(55*10^{6})}^{2} - 11*10^{7}*55*10^{6}}$ = 9,075*10¹⁵$\frac{N}{m^{2}}$

σ_z ≤ k_r

55*10⁶ $\frac{N}{m^{2}}$ ≤ 12,61*10⁷$\ \frac{N}{m^{2}}$ - warunek spełniony