Pevnostní výpočet tlakové nádoby podle ČSN

Transkript

1 evnostní výpočet tlakové nádoby podle ČSN SV K kontrolní výpočet podle nové ČSN (původní výpočet byl proveden v /987 podle staré ČSN) říklad na ZSVZ. Hoffman; /000 Náčrt stavebnicového trubkového výměníku pára kapalina brýda, pára inerty φ x4 φ 8x, roztok roztok φ 9x4, 7 φ x 4000 φ 8x, kondenzát racovní podmínky tlakové nádoby: Název tlakové nádoby: Stavebnicový trubkový výměník pára kapalina L 4 m Číslo výkresu sestavení: 0-CZ-09 Výrobce: Cukrovarnický průmysl, koncern, raha lakový prostor parní šťávní ruh pracovní látky sytá pára / brýda cukerné roztoky Výpočtový přetlak / podtlak (Ma) 0,4 / - 0, 0,4 Nejvyšší pracovní přetlak / podtlak (Ma) 0,4 / - 0, 0,4 Zkušební přetlak vodou (Ma) 0, 0, o zkušební teplotě ( C) 0 0 eplota pracovní látky nejvyšší ( C) 90 eplota pracovní látky nejnižší ( C) 0 řídavek na korozi (mm) řídavek na výrobní tolerance (mm) 0, Součinitel hodnoty svarových spojů 0,7 Objem tlakového prostoru 48 8 očet najíždění na pracovní přetlak a teplotu (cyklů) 000 Velikost, druh a výkon pojistného zařízení: opis nádoby Jištěno v potrubí Výměník pro ohřev šťáv a sirobů vakuovými nebo tlakovými parami. Válcový plášť N 0 vnitřní přetlak (pracovní tlak 0,4 Ma) Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

2 vořený bezešvou trubkou φ 9x4,; vnitřní průměr 0 mm, délka L 4000 mm, dovolené namáhání válcové skořepiny [σ ] 0 Ma, součinitel hodnoty svaru ϕ. řídavek na korozi a výr. tolerance c, mm. odle části 4.. čl... je výpočtová tloušťka stěny pláště bez přídavků p 0,4 0 s 0, mm p 0 0,4 rovedená tloušťka stěny pláště s s + c 0, +,,4 mm rovedená tloušťka stěny je s 4, mm... vyhovuje Kontrola pro zkušební přetlak se nemusí provádět pokud platí p Z p, [ σ 0 ] 0, 0,4,/0 0,4 Ma... vyhovuje. Válcový plášť N 0 vnější přetlak (pracovní podtlak 0, Ma) Jedná se o maximální teoretický pracovní podtlak v mezitrubkovém prostoru. p 0, Ma; t 0 C;,0 Ma; [σ ] 0,8 Ma odle čl... je výpočtová tloušťka stěny pláště s Max K s s + c 0, ; p ro K L / 4000/0 6,7 a K (n U p) / (,40-6 ) (,40,) / (,40-6,0 ) 0,48 kde n U,4... souč. bezpečnosti proti ztrátě stability v mezích pružnosti (podle části 4.) určíme z diagramu : K 0,8 otom bude K 0-0,800 -, mm,p / [σ ],0,0 / 0,8 0,06 mm Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

3 s Max {,; 0,06}, mm s, +,,4 mm... provedená tloušťka s 4, mm vyhovuje ovolený vnější přetlak se určí podle čl.... [ p] + [ p ] kde dovolený přetlak v plastickém oboru je ( s c) 0,8 (4,,), 6Ma + ( s c) 0 + (4,,) a dovolený přetlak v elastickém oboru je 0, ( s c) n B L U 00 ( s c) kde je n U,4... souč. bezpečnosti proti ztrátě stability v mezích pružnosti pro provozní podmínky (část 4..) B Min,0;9,4 Min,0;9,4 L 00 ( s c) (4,,) B otom bude {,0;0,4} 0, 4 0,8 0,0,4 0, (4,,) 0 00 (4,,) 0 [ p ], 04Ma Maximální dovolený vnější přetlak je + [,6] [,6] [,04],9 Ma > p provozní 0, Ma Z hlediska vnějšího přetlaku plášť výměníku vyhovuje. Kontrola dovoleného vnějšího přetlaku podle zjednodušeného vztahu a použitím diagramu Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

4 [ p] K K K 0,4 kde pro parametry n U 00 ( s c) 00 (4,,) 0 L ,7 0, určíme z diagramu K 9,9. ato hodnota leží nad čerchovanou čarou 0 [ ] σ 0 0,8 0,6,0 a proto lze použít výše uvedený zjednodušený vztah. otom je 9,9 0,0,4 [ p],4, 08Ma > p provozní 0, Ma. Kontrola vyztužení otvorů V plášti φ 9x4, je hrdlo přívodu páry N ( φ x4). Výpočet je proveden podle části 4.. Určíme výpočtový průměr osamoceného otvoru, který nevyžaduje vyztužení ani provedení pevnostní kontroly vyztužování. d s c 0,8 ( s ) s kde značí 0 c s 4, mm c, mm 0 mm s provedená tloušťka stěny pláště přídavky na korozi atp. vnitřní průměr pláště výpočtová tloušťka stěny pláště a) ro vnitřní přetlak jsme v kap. určili s 0, mm otom bude 4,, d 0 0,8 0 (4,,) 60mm mm 0, Otvor se z hlediska vnitřního přetlaku nemusí vyztužovat. b) ro vnější přetlak jsme v kap. určili s, mm Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

5 otom bude 4,, d 0 0,8 0 (4,,) 8mm < mm, Z hlediska vnějšího přetlaku musíme provést kontrolu vyztužení otvoru trubkou hrdla N. s φ d Výpočtové délky, které se účastní vyztužení určíme ze vztahů: s s φ l l 0... hrdlo je zároveň s vnitřním pláštěm l {, ( d + c ) ( s c )} Min l; S S kde c S, mm l 0 mm... přídavky na korozi atp.... délka hrdla { 0;, (0 +,) (4,,) } Min{ 0;,4}, mm l Min 4 l 0... hrdlo nemá výztužný prstenec ani vyhrdlení ovolený vnější přetlak je [ p] [ p ] + Kde dovolený vnější přetlak v plastickém oboru je K ( s c) ϕ + ( s c) v pro válec je K a souč. zeslabení je l v Min ; ( s c ) κ S d + 0, + l d l 0 s κ + l ( s cs c l ( s c) d + cs ϕ l + K ϕ l S ) κ a dále platí že d 0 0,4 ( s c) ; ϕ (bezešvá trubka); provedená šířka vyhrdlení nebo výztužného prstence l 0 (není vyhrdlení ani výztužný prstenec) κ Min l ; κ Min l ; κ Min l ; Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

6 okud předpokládáme, že je hrdlo i plášť ze stejného materiálu a mají stejnou provozní teplotu, budou stejné i hodnoty dovolených napětí vnější části hrdla [σ], výztužného límce [σ] a vnitřní části hrdla [σ]. otom budou součinitele κ κ κ 0 a následně součinitel zeslabení v. ozn.: V ČSN části 4. je uvedena řada vztahů potřebných pro určení součinitele zeslabení v (v závislosti na konstrukčním řešení hrdla. Jak je zřejmé ze vztahu na předchozí straně, ovlivňuje souč. zeslabení hodnotu dovoleného přetlaku [p] p jen málo. rotože ve vztahu pro určení souč. zeslabení se bere minimum z vypočtené hodnoty a, musí být tato hodnota. okud zvolíme jsme vždy na straně bezpečnosti (pro v < vychází dovolený vnější přetlak vyšší než pro v ). Např. pro náš případ vychází pro v 0 dovolený vnější přetlak [p] p,7 Ma. ro kruhová hrdla kolmá na stěnu pláště je výpočtový průměr hrdla d d + c S 0 +,,4 mm otom je dovolený vnější přetlak v plastické oblasti (4,,) (4,,) [ p], 60Ma ovolený vnější přetlak v elastické oblasti byl určen v kap. [p],04 Ma otom je povolený vnější přetlak na hrdlo N vyztužené trubkou hrdla [ p] [ p] [ p] [ p],60,9ma > provozní přetlak 0, Ma,60 + +,04 Vyztužení hrdla trubkou (trubková výztuha) vyhovuje i na vnější přetlak. 4. rubkovnice vevařená do pláště Výpočet je proveden podle části 4.. Nejprve určíme podle čl... geometrické charakteristiky trubkovnice. rubky jsou umístěné do rovnostranného trojúhelníku čemuž odpovídá součinitel rozložení trubek Θ,. s mm tloušťka stěny trubek K 0 mm vnitřní φ pláště d mm vnější průměr trubek s K 4, mm tl. stěny pláště n 7 počet trubek d 0,6 mm φ otvoru pro trubku t 47 mm rozteč trubek s 0 mm provedená tl. trubkovnice [σ] 7, Ma [σ], Ma dovolené namáhání trubek dovolené namáhání trubkovnice Výpočtový průměr otrubkované plochy se určí podle čl... Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

7 n 7 t 4, π Θ π, mm Šířka neotrubkovaného okraje H 0, b,4mm kde H K Bezrozměrná šířka neotrubkovaného okraje je λ B b,4 0,97, Výpočtová rozteč trubek n 7 t t 4 4, 0mm n Θ 7, ro jednochodý výměník je výpočtový počet trubek n n Součinitele vlivu přetlaku na trubkovnici η η π d 4 t π d 4 π 4 4,0 0,44 s t π 4 4,0 evnostní charakteristiky se určí podle čl... ro vevařenou trubkovnici je síla od šroubů F B 0. Výpočet provedeme pro přetlak v mezitrubkovém prostoru p 0,4 Ma a tlak v trubkovém prostoru p 0 (nepříznivý případ, že v trubkách nebude roztok a v mezitrubkovém prostoru bude pára). fektivní přetlak p p η p η (při vakuu je příslušné znaménko p či p záporné. Součinitel zeslabení trubkovnice (bez drážek pro přepážky) 0,6 ϕ d t ; d s [ ] σ lv + e + d s d Max d 0 s s l V 0 e s mm délka zaválcování délka svarového spoje trubky s trubkovnicí (podle obr. v ČSN) Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

8 ro [σ] / [σ] > se bere d Max,6 ; Max{ 0,6;8} 0, 6mm 0 ϕ 0,6 0, 4 fektivní přetlak p 00,6 0,40,44-0,8 Ma ovolené zatížení trubek namáhaných tahem podle čl... + [ q ] Min [] q ;[] q { } S kde [] q ϑ γ ( d s ) ( s c ) ( ) ( 0,) ϑ π π t 4 0,006 c 0, mm součet všech přídavků k výpočtové tloušťce trubky s mm tloušťka stěny trubky ro výměník s pevnými trubkovnicemi platí γ ( d s ) p p ( s c ) ( ( ) 0 0,4 0,) 7, 0,976 [] q 0,006 0,976 7, 4, 00Ma ro přivařené trubky platí [] q S 0,7 π d a Min t { ; } kde a mm.. rozměr svarového švu. otom bude [] {,;7,} Min q S 0,7 π 8, 88Ma 4 + [ q ] Min{ 4,00;8,88} 4, 00Ma Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

9 ovolené namáhání trubek namáhaných na vzpěr [ q ] Min [] q ϕ ;[] q { } S kde [q] 4,00 Ma je určeno podle čl... pro p 0 (viz výše) Součinitel vzpěrnosti ϕ + 0,8 n U d l s edukovaná délka trubky l Min { 0, l ; Max { 0,7 l l } ; kde l 4000 mm celková délka trubky l l 000 mm délka trubek mezi přepážkami a trubkovnicí ( přepážka v mezitrubkovém prostoru) { 0, 4000; Max{ 0,7 000;000 } Min{ 000;000} mm l Min 000 Součinitel bezpečnosti proti ztrátě stability n U,4 (jako v předchozím). otom bude ϕ 7, + 0,8,4, ,69 a [ q ] Min{ 4,00 0,69;8,88} Min{ 0,69;8,88} 0, 69Ma ro výměník s pevnými trubkovnicemi a trubkovnicí vevařenou do pláště určíme tloušťku trubkovnice podle vztahu s s + c kde s 0,4 H + H L + H L p p rotože v trubkovém svazku není žádné vybrání pro vstup páry, jsou rozměry oválu vepsaného do maximální neotrubkované plochy H 0 a L 0 (s vychází 0), takže se výpočtová tloušťka trubkovnice počítá podle vztahů pro neotrubkovaný okraj. Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

10 ro tloušťku trubkovnice v neotrubkovaném okraji platí p p 0 0,4 s 0,70 b 0,70,4 0, mm, rovedená tloušťka trubkovnice s 0 mm byla zvolena z technologických hledisek (výroba, svařování, montáž atp.) a z pevnostního hlediska vyhovuje. Kontrola pevnosti trubek - [q - ] - p - λ B (p p ) [q + ] - p - λ B (p p ) - (- 0,8) 0,97 (0 0,4) 0,97 Ma - [q - ] - 0,69 Ma 0,97 Ma [q + ] 4,00 Ma 0,97 Ma... trubky pevnostně vyhovují Kontrola pevnosti pláště π + [ F ] [ p ( + λ ) + p λ ] [ F ] 4 odle části 4.. rovnice (4) je dovolená osová tlaková síla (vzpěr) [ ] [ F] F [ F] [ F] + ovolená osová síla v plastické oblasti B B [ F] π ( + s c) ( s c) π (0 + 4,,) (4,,) 0, N ovolená osová síla v elastické oblasti [ F ] Min{ [ F] [ F] } ; [ F] ( s c) n U 00 ( s c) 00,0 00(4,,) 0 00(4,,) [ F] 0 997N,4 0 Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0

11 [ F] π ( + s c) ( s c) nu π λ K,8 L, kde štíhlost λ K K 7, 84 a redukovaná délka L K 4000 mm. + s c 0 + 4,, π (0 + 4,,) (4,,),0,4 π 7,84 [ F] 77N [ F] Min{ 997 ;77} 77N [ F ] 994N odle části 4.. rovnice () je dovolená osová tahová síla Vypocet tlakove nadoby podle CSN atum tisku: 0.0.0