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
po= 11,0*105 $\frac{N}{m^{2}}$ = 11 bar
Vn= 32,0 m3
Obliczenie ciśnienia bezwzględnego i temperatury pracy zbiornika:
p = po + 105 $\frac{N}{m^{2}}$ = 11*105 + 105 = 12*105$\frac{N}{m^{2}}$
t0 = 465 K = 192oC
Dobór materiału:
dobrano płaszcz zbiornika: stal St41K (kotłowa); Rep=20,8*107$\frac{N}{m^{2}}$
dobrano rury: stal K10 (kotłowa); Rer=18,3*107$\frac{N}{m^{2}}$
Obliczanie naprężenia dopuszczalnego:
dobrano współczynnik dla stali o gwarantowanej udarności: xe=1,65
dla rury:
kr1=$\ \frac{R_{\text{er}}}{x_{e}}\ $= $\frac{18,3*10^{7}}{1,65}\ $= 11,09*107 $\frac{N}{m^{2}}$
dla blachy:
kr2=$\ \frac{R_{\text{ep}}}{x_{e}}$ = $\frac{20,8*10^{7}}{1,65} =$ 12,61*107$\ \frac{N}{m^{2}}$
Obliczenie grubości obliczeniowej:
założono: β ≤1,4
dobrano złącze doczołowe jednostronne z podpawaniem
współczynnik konstrukcji złącza: a=1
założono kontrolę jakościową: zb= 0,9
współczynnik złącza spawanego: z = a*zb = 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
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
grz = g0 + c1 + c2 + c3 = 0,012 + 0,0008 + 0,001 + 0,0007 = 0,0145m = 14,5mm
Dobór grubości znormalizowanej:
gPN ≥grz
gPN = f(grz)
dobrano grubość znormalizowaną: gPN = 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 |
Dobór wymiarów dennicy wg PN:
grubość blachy: gD = gPN = 15mm
hw, hc, Ve, m = f(Dw, gD)
hw = 750 mm
hc = 60 mm
Ve = 3,536 m3
m = 1320 kg
Obliczeniowa grubość dennicy:
Dz = Dw + 2gPN = 2,9 + 2*0,015 = 2,915m
Hz = hw + gD = 750 +15 = 765 mm = 0,765m
współczynnik wytrzymałościowy części wypukłej dna yw:
$\frac{H_{z}}{D_{z}}$ = $\frac{0,765}{2,915}$ = 0,2624
dla den pełnych: ω = 0
yw= f($\frac{H_{z}}{D_{z}},\ \omega)$ = 1,9
dobrano dla stali o gwarantowanej udarności: xe = 1,4
naprężenie dopuszczalne na rozerwanie dennicy: kr = $\frac{R_{\text{ep}}}{x_{e}}$ = $\frac{20,8*10^{7}}{1,4}$ = 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
Obliczanie grubości rzeczywistej dennicy:
grz = g0 + c1 + c2 c1 = 0,0008 m
grz = 0,01025 + 0,0008 + 0,001 = 0,01205m c2 = 0,001 m
Dobór grubości znormalizowanej:
gDPN = f(grz)
gDPN = 12,5 mm ∆g = 2,5mm – bez ukosowania
Obliczanie długości części walcowej Lc:
objętość nominalna zbiornika: Vn = 32m3
objętość części wyoblonej dna: Ve = 3,536m3
objętość dennicy: VD = Ve + $\frac{\pi D_{w}^{2}}{4}$ * hc = 3,536 + $\frac{3,14*{2,9}^{2}}{4}$ * 0,06 = 3,93 m3
objętość części cylindrycznej zbiornika: Vc = Vn – 2VD = 32 – 2*3,L3 = 24,14 m3
Lc = $\frac{V_{c}*4}{\pi D_{w}^{2}}$ = $\frac{24,14*4}{3,14*\ {2,9}^{2}}$ = 3,657 m
wymiary części cylindrycznej po rozwinięciu: Lc * (π * Dw) = 3657 [mm] x 9106 [mm]
wymiary dobranego arkusza: 3750 [mm] x 9250 [mm]
(dociąć do 3657 [mm] x 9106 [mm])
Obliczanie i dobór króćców:
prędkość przepływu pary: wp = 19$\frac{m}{s}$
prędkość przepływu wody: ww = 0,9 $\frac{m}{s}$
gęstość pary: ρp = 6,6 $\frac{\text{kg}}{m^{3}}$
gęstość wody: ρw = 0,884*$10^{3}\frac{\text{kg}}{m^{3}}$
średnica zewnętrzna króćca parowego: dzpPN = 219,1 mm
grubość ścianek króćca parowego: gpPN = 7,1 mm
masa rury (parowy): mrpPN = 37,1 $\frac{\text{kg}}{m}$
średnica wewnętrzna króćca parowego: dwp = dzp – 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: dzw = 88,9 mm
grubość ścianek króćca wodnego: gwPN = 3,6mm
unormowana średnica wewnętrzna króćca wodnego: dwwPN = dzwPN – 2*gwPN = 88,9 – 2*3,6 = 81,7 mm
masa rury (wodny): mrwPN = 7,57 $\frac{\text{kg}}{m}$
Obliczenia sprawdzające grubości rur na króćce:
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 < gpPN
0,9 mm < 7,1 mm – grubość króćca wodnego została dobrana poprawnie
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 < gwPN
0,35mm < 3,6mm – grubość króćca parowego została dobrana poprawnie
Dobór długości króćców:
wodny: Lw = 2,3 * dwwPN = 2,3 * 81,7 = 187,91 mm
parowy: Lp = 2 * dwp = 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 |
Wymiar [mm] |
do |
D |
g |
ƒmin |
ƒmax |
x |
PN-86/M-82144 |
---|
Wymiar [mm] |
S |
w |
w1min |
D |
D1 |
D2 |
hmax |
Dobór włazu do zbiornika:
Dw >1500mm
Dotmax = 0,35*Dw = 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] |
Obliczenie najmniejszej średnicy niewymagającej wzmocnienia:
kr = 12,61*107$\frac{N}{m^{2}}$
grz = 0,0145m
c2 = 0,001m
Dz = 2,915m
Dw = 2,9m
a=1
współczynnik wytrzymałościowy powłoki osłabionej otworem:
zr = $\frac{p_{0}(D_{w}\ + \ g_{\text{rz}}\ - \ c_{2})}{\frac{2,3}{a}k_{r}(g_{\text{rz}} - \ c_{2})}$ = $\frac{11*10^{5}(2,9 + 0,0145 - 0,001)}{\frac{2,3}{1}*12,61*10^{7}(0,0145 - 0,001)}$ = 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*Dz = 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.
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.
Fwzm ≥ Fstr
Dla króćca parowego:
c2 = 0,001m
gPN = 15mm
dwp = 204,9 mm
dzp = 219,1 mm
Fstr = (dw + 2c2)*gPN
Fstr = (204,9 + 2*1)*15 = 3133,5mm2= 3,13*10-3m2
gwzm = 0,8*gPN = 0,8 * 15 = 12 mm
Fwzm = [Dzw – (dz + 2c2)]*gwzm
Fwzm ≥ Fstr
Dwzm ≥ $\frac{F_{\text{str}}}{g_{\text{wzm}}} +$ (dzp +2c2)
Dwzm ≥ $\frac{3133,5}{12}$ + (219,1 + 2*1) = 482mm = 0,482m
Dla włazu:
c2 = 0,001m
gPN = 15mm
dz = 616mm
dw = 616 – 2*8 = 600mm
gwzm = 12mm
Fstr = (dw + 2c2)*gPN
Fstr = (600 + 2*1)*15 = 9030mm2 = 9,03*10-3m2
Fwzm = [Dzw – (dz + 2c2)]*gwzm
Fwzm ≥ Fstr
Dwzm ≥ $\frac{F_{\text{str}}}{g_{\text{wzm}}} +$ (dz +2c2)
Dwzm ≥ $\frac{9030}{12}$ + (616 + 2*1) = 1370,5mm = 1,37m
Obliczenie ciężaru zbiornika:
Qc = Q1 + Q2 + Q3 [N]
Q1 – ciężar materiału zbiornika
Q2 – Ciężar wody wypełniającej całą objętość zbiornika
Q3 – ciężar osprzętu
Q1 = mdennic + mk.wodnego + mk.parowego + mwłazu + mcz.walcowej)* 9,81
mdennic = 2*1320 = 2640 kg
masa [kg] | |
---|---|
króciec parowy | |
kołnierz płaski | 9,92 |
kołnierz zaślepiający | 11,35 |
rura | 15,2 |
mrury wodnego = 7,57 * 0,1879 = 1,42kg
mrury parowego = 37,1*0,4098 = 15,2kg
mk.wodnego = mrury + mkołnierza płaskiego + mkołnierza zaślepiającego = 1,42 + 3,56 + 2,94 = 7,92kg
mk.parowego = mrury + mkołnierza płaskiego + mkołnierza zaślepiającego = 15,2 + 9,92 + 11,35 = 36,47kg
mwłazu = 215kg
mcz. walcowej = Lc * π * Dw * = 3,66 * 3,14 * 2,9 * 117,8 = 3926kg
Q1 = (2640 + 7,92 + 36,47 + 215 + 3926) * 9,81 = 66 957 N
Q2 = Vn * δw * 9,81 = 32 * 998 * 9,81 = 313 292 N
Q3 = 0,1*Q1 = 0,1*66 957 = 6695,7 N
Qc = 66 957 + 313 292 + 6695,7 = 386 944,7 N
Obliczanie całkowitej długości zbiornika:
L = Lc + 2 (hw + hc + gDPN) = 3657 + 2(750 + 60 + 12,5) = 530mm = 5,3m
a = 0,207 * L = 0,207 * 5,3 = 1,09m
Le = 0,586 * L = 0,586 * 5,3 = 3,12m
Dobór łap do zbiornika:
masa całkowita zbiornika: mc = $\frac{Q_{c}}{9,81}$ = $\frac{386\ 944,7\ }{9,81}$ = 39 444 kg
masa działająca na jedną łapę: mna 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
Obliczanie naprężeń zbiornika i sprawdzanie wytrzymałości:
naprężenia obwodowe:
σθ = $\frac{p_{0}*D_{w}}{2g_{\text{rz}}}$ = $\frac{11*10^{5}*2,9}{2*0,0145}$ = 11*107 $\frac{N}{m^{2}}$
naprężenia wzdłużne:
σz = $\frac{p_{0}*D_{w}}{4g_{\text{rz}}}$ = $\frac{11*10^{5}*2,9}{4*0,0145}$ = 55*106 $\frac{N}{m^{2}}$
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$\frac{N}{m^{2}}$
σz ≤ kr
55*106 $\frac{N}{m^{2}}$ ≤ 12,61*107$\ \frac{N}{m^{2}}$ - warunek spełniony