Визначення вітрових навантажень
РОЗРАХУНОК АПАРАТІВ НА ВЕТРОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ
Область застосування
Згідно з ГОСТ 24756-81 розрахунку на вітрове навантаження підлягають апарати колонного типу висотою понад 10 м при Н ≥ 1,5 Dmin, а також висотою менше 10 м при H> 5 Dmin (де Dmin - найменший із зовнішніх діаметрів апарату), що встановлюються на відкритому повітрі, що працюють під дією внутрішнього надлишкового або зовнішнього тиску (Р), власної ваги (G) та згинальних моментів від вітрових навантажень (М).
Метою роботи є визначення розрахункових зусиль, що виникають в елементах колонних апаратів від вітрових навантажень, та перевірка їх на міцність та стійкість.
Умови роботи апарату
Колонний апарат розраховується для наступних трьох умов (? = 1, 2, 3) роботи апарату:
1) робочі умови (υ =1), коли апарат має вагу G1 (з урахуванням ваги робочої рідини, внутрішніх пристроїв, ізоляції та обслуговуючих майданчиків).
2) умови гідровипробування (?=2), коли апарат повністю заповнений водою і має максимальну вагу G2 (з урахуванням ваги води, внутрішніх пристроїв, ізоляції).
Умови випробування: Р 20 рас, tpac=20 0 C, [σ]20;
3) умови монтажу (υ = 3), коли апарат має мінімальну вагу G3 (без урахування ваги ізоляції, робочої рідини та внутрішніх пристроїв).
Умови монтажу: Р = 0, tpac = 20 0 C [σ]20.
Порядок розрахунку
Розрахунок на вітрове навантаження складається з двох частин, у першій з яких визначаються згинальні моменти в кожному розрахунковому перерізі (рис. 5.1 б) за ГОСТ 24756-81, а в другій проводиться розрахунок на міцність і стійкість окремих елементів апарату за ГОСТ 24757-81 .
Порядок розрахунку апаратів на вітрове навантаження наступний:
Вибирається розрахункова схема апарату тавизначаються розрахункові перерізи.
Визначається період своїх коливань апарату Т всім трьох умов його роботи.
Визначається згинальний момент М0 у кожному з розрахункових перерізів апарату для = 1; 2; 3.
Металоконструкції колонного апарату
Частина колонного апарату з обслуговуючими майданчиками
Колонний апарат з обслуговуючими майданчиками
Нижній опорний вузол колонного апарату
1. Визначаються розрахункові навантаження (Р, G, М) кожного розрахункового перерізу при υ = 1; 2; 3.
2. Розраховується корпус колонного апарату на міцність та стійкість при ? = 1 і ? = 2 для розрахункових перерізів I-I, II-II, . , z-z.
3. Проводиться розрахунок опорної обічайки для робочих умов (? = 1) та умов випробувань (? = 2) в перерізах z-z і х-х.
4. Розраховується нижній опорний вузол при ? = 1 і ? = 2 для розрахункового перерізу у-у.
5. Проводиться розрахунок міцності анкерних болтів для робочих умов (і=1) та умов монтажу (і=2) у перерізі у-у.
Розглянемо кожен із цих пунктів.
ЧАСТИНА 1 (ГОСТ 24756-81)
5.4. Вибір розрахункової схеми та визначення розрахункових перерізів апарату
5.4.1. Як розрахункову схему апарату колонного типу приймають пружно защемлений стрижень (рисунок 5.1, б).
Через мінливість швидкості вітру апарат за висотою розбивається на z ділянок, висота кожної з яких не повинна перевищувати hz
Вага кожної ділянки, залежно від умов роботи, складається з ваги апарату Gк, ваги ізоляції Gіз, ваги робочої рідини Gр.ж., ваги зовнішніх пристроїв Gвн.у. Якщо ці величини не задані, їх можна визначити так:
1) для робочих умов ( )
де Gк,i - вага колони на i-му ділянці;
Gіз,i - вага ізоляції на i-му ділянці;
Gр.ж,i - вага робочої рідини на i-му ділянці;
Gвн.y.i - вага внутрішніх пристроїв на i-му ділянці.
Вага зовнішніх пристроїв (майданчиків, штуцерів фланців, люків, лазів) приймається рівним 18% власної ваги сталевого корпусу.
Вага корпусу апарату визначається за формулою
де Gцил.i - вага циліндричної частини i-ї ділянки апарату;
Gдн.i - вага днища i-ї ділянки апарату.
Вага циліндричної частини апарата визначається за формулою
(5.3)
де Dн – зовнішній діаметр апарату;
Dн – внутрішній діаметр апарату;
hц.i – висота циліндричної частини i-ї ділянки;
γк – питома вага металу, з якого виготовлена колона, вважається за формулою
(5.4)
де Ме – густина металу, з якого виготовлена колона, для сталі = 7850 кг/м 3 .
Вага днищ визначається за формулою
(5.5)
де mдн - маса днища, визначається виходячи з діаметра та товщини стінки апарату
Вага ізоляції визначається за формулою
(5.6)
де - вага ізоляції циліндричної частини i-ї ділянки апарату;
- Вага ізоляції днища i-го ділянки апарату.
Теплоізоляційний матеріал вибирається за таблицею 5.1, залежно від робочої температури, після чого визначається товщина ізоляції Sіз. На малюнку 5.2, виходячи з діаметра апарату та робочої температури.
Вага ізоляції циліндричної частини розраховується за формулою
(5.7)
де Sіз - Товщина ізоляції, м;
- Питома вага ізоляції, Н/м 3 (див. таблицю 5.1)
Вага ізоляції днища вважається за формулою
(5.8)
Вага робочої рідини вважається за формулою
(5.9)
Вага внутрішніхпристроїв визначається так:
а) якщо внутрішні пристрої – тарілки
(5.10)
де mтар - маса тарілки, визначається після вибору типу апарату та типу тарілки за таблицею 5.2 виходячи з діаметра апарату;
nтар.i – число тарілок на i-му ділянці, що визначається виходячи із загальної кількості тарілок у колоні, яка у свою чергу, визначається технологічним розрахунком процесу в апараті. Якщо такі дані відсутні, то кількість тарілок приблизно можна визначити конструктивним розрахунком, наприклад, за формулою
(5.11)
де Н - висота апарату від землі до верхньої точки, м;
hоп - Висота опорної обічайки, м;
Ндн - висота верхнього днища, м;
hтар. - Відстань між тарілками, м. Приймається рівним 0,6 м.
Ізоляція напівсферичного днища
З'єднання опорної обичайки з корпусом колонного апарату
Тарілки розподіляються за висотою апарату залежно від розташування люків та штуцерів уведення сировини. Далі вважається кількість тарілок на кожній ділянці. Загальна кількість тарілок має бути
б) якщо внутрішніми пристроями є насадки із ґратами, то
(5.12)
де Gн.i - вага насадок на i-му ділянці;
Gреш.i - вага грат на i-му ділянці.
Вага насадок визначається за формулою
(5.13)
де hн.i - Висота шару насадок на i-му ділянці;
- Насипна щільність насадок, залежить від типу насадок та способу укладання насадок (див. таблицю 5.3).
Вага грат визначається за формулою
(5.14)
де mреш.i – маса решіток на i-му ділянці, залежить від типу решітки, її товщини та матеріалу, з якого вона виготовлена
nреш.i - Число тарілок на i-му ділянці.
Таблиця 5.1 - Властивостітеплоізоляційних матеріалів