Опоры и лапы

Опоры и лапы служат для установки аппаратов на фундаменты и несущие конструкции. Только простые резервуары не имеют лап и устанавливаются на фундамент.

Размеры и форма опор и лап зависят от величины и характера нагрузок, от веса аппарата, от материала, из которого изготавляется аппарат, а также от расположения аппарата в пространстве.

Конструкции опор сварных вертикальных аппаратов

РИСУНКИ

Они свариваются из кусков лстовой стали или вырезаются и гнутся из полосы. Для того чтобы распределить усилие на большую площадь обечайки между прокладкой и обечайкой помещают наклодной лист.

Число лап на вертикальных аппаратах берут от двух до четырех.

Опорная поверхность лап, опирающихся о кирпичные или бетонные фундаменты, должны быть достаточной для того, чтобы в фундаменте не возникли слишком большие напряжения. Допускаемое напряжение для бетонов, наиболее часто приминяемых для изготовления фундаментов при запасе прочности порядка 2,5 – 3, равно примерно 2,0 МН/м², для кирпичной кладки 0,7 – 1,0 МН/м² – 1,6 МН/м².

(нужны рис. кон.опоры тип II см. конспект либо Лащинский)

Опоры типов I и II предназначены для вертикальных цилиндрических аппаратов. Они представляют цельные сварные конструкции и жестко соединены с корпусом аппарата. Опоры предназначены в основном для установки аппаратов на фундаменте вне помещения, особенно при соотношении высоты аппарата к его диаметру

При этом цилиндрическую опору тип II (коническая) рекомендуется применять для цилиндрических аппаратов с Dв ≤ 1000 мм.

Рассчёт элементов цилиндрической опоры

Рассчёт толщины стенки цилиндрической части опоры

Как правило, цилинрические опоры расчёту не подвергаются, а выбираются стандартными в зависимости от максимального и минимального веса аппарата. Затем расчёту подвергают необходимые элементы опор.Толщина стенки цилиндрической части опоры выбирается равной порядком 6 – 16 мм , после чего проверяется на суммарное дейсвия сжимающей силы и ветрового изгибающего момента на стенки опоры по формуле :

_И , где

F = (S-C) =

где S - выбранная толщина стенки цилиндрической части опоры, м; без учета коррозии;

S_R – расчётная толщина стенки цилиндрической части опоры

D_СР –серединный диаметр цилиндрической опоры ;

Q_mах - максимальная возможная нагрузки на опору от силы тяжести в условиях эксплуатации и гидравлических испытаний, Н;

Мв – ветровой опрокидывающий момент, Н·м.

С – прибавки на коррозию, учитывается только атмосферную коррозию, если нет конкретных свединей о коррозии, то обычно принимается равной 2 мм;

[ ]_и - допускаемое напяжение изгба для материала цилиндрической части опоры .

Подставим значениF_ОП и W_ОП вшестоящую формулу, определим суммарные напряжения от дейсвия сжимающей силы и ветрового изгибающего момента:

где D – внутренний диаметр опоры , равный Dн корпуса аппарата (для опоры типа II - меньший диаметр), м;

[ ]_и - допускаемое напяжение изгба для материала для цилиндрической части опоры.

Если корпус цилиндрического аппарата изготавливается из высоколигированных сталей или титана, то между корпусом и цилиндрической частью опоры приваривается кольцо из материала корпуса. Это позволи увеличить надёжность соединения аппарата к цилиндрической опоре.

Расчёт опорного кольца цилиндрических и конических опор вертиальных аппаратов

Рассматрев конструкции цилиндрических опор для вертикальных аппаратов, определим действие сил на элементы таких опор. Одним из элементов цилиндрических и конических опор вертиальных аппаратов является опорное кольцо. На основании расчётной схемы видно, что на опорное кольцо колонны действуют осевая сжимающая сила Q_max и ветровой момент М_В. Как видно из рисунка главным опорным элементом является является опорное кольцо. Наибольшее удельное давление на опорной поверхности кольца будет с подветренной стороны в крайней точки А, где суммируются напряжения сжатия и изгиба:

напряжение изгиба

напряжение сжатия

суммарное напряжение

≤ [σ],

где Q_max- максимальный вес аппарата, например, со всеми внутренними устройствами и при гидроиспытании;

М_В – веторвой момент, определяемый рассчётом ;

W_ОП – момент сопротивления для сечения опорного кольца;

F_ОП – площадь опорного кольца.

Для тонкостенного технологического оборудования с некоторым приближением значения тонкостенного кольцевого сечения F_ОП и момента сопротивления W_ОП находим по формулам:

F_ОП = ;

W_ОП = ,

где D₁ и D₂ – наружный и внутренний диаметр кольца.

Подставляя значения F_ОП и W_ОП вышестоящую формулу, определим условие прочности.

Удельное давление на бетонный фундамент выбирается в зависимости от марки бетона :

марка бетона 500 300 200

[σ]_БЕТ, МПа 10 8 6 .

Независимости от рассчёта толщина кольца должна быть не менее 12 мм.

Расчет фундаментных болтов опоры

И наконец в расчете необходимо учесть еще один момент: посчитать усилие на фундаментные (анкерные) болты. Наиболее нагруженный фундаментный болт находится с наветренной стороны в точке В (см. рис.). Усилие действующей на него можно приближено посчитать по формуле:

где F_оn – площадь опорного кольца;

q - удельна нагрузка отрывающее кольцо от опоры в точке В;

n - число фундаментных болтов ;

.

Здесь Qmin – минимальная сила тяжести аппарата без внутренних устройств.

Внутренний диаметр болта:

где [σ] – допускаемое напряжение на растяжение для материала болта; для анкерных ( фундаментнах) болтов из стали Ст.3 [σ] =110 – 140 МН/м² .

С – прибавка на коррозию, учитывается только атмосферная коррозия, обычно принимается 2 мм.

Окончательный диаметр фундаментного болта d_в принимается ближайшим по таблице, но не менее М24 или М27. Число болтов должно быть не менее 4-х и кратным 4-м.

Расчет опор - лап для вертикальных аппаратов

Конструкции, условия применимости и выбор расчетной схемы опор – лап.

Вертикальные аппараты обычно устанавливают на стойках (лапах), когда их размещают внизу в помещении, или на подвесных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на специальных стальных конструкциях. Опора – лапа тип 1 применяется для аппаратов без теплоизоляции, тип 2 – с теплоизоляцией, где изиеняется размер вылета b опоры- лапы.

Тип 1

Тип 2 РИСУНКИ типа 3 и 4 см. Лащ.стр. 274

В зависимости от толщины стенки корпус аппарата лапы привариваются или непосредственно к корпусу или к наклодному листу, материал которого выбирается таким же как и материал корпуса, а лапы можно из углеродистой стали. Число опор определяется расчётом и конструктивными соображениями: лап должно быть не менее двух, стоек – не менее трёх.

Проверка прочности стенки аппарата под опорной лапой

Собственно лапы расчетом не подвергаются, а выбираются стандартными от нагрузки на одну опору-лапу от действия силы тяжести ( собственнй вес аппарата) и изгибающего момента относительно опорной поверхности лапы. Расчету подлежит толщина стенки обечайки цилиндрического аппарата, на которую действует местны нагрузки, вызывающие опорными лапами.

Вначале определяют усилие реакции на одну опору от совместного действия внешних нагрузок по формуле:

где , - коэфициенты зависяящие от числа опор n выбираются по таблице, так, например, при n = 2 = = 1; при n = 3 = 1, = 1,3; при n = 2 = 2* = 1; * допускается принимать = 1 в технически обоснованных случаях, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между опорами;

е = 0,5(d + f_max + S₀ + S_н), а S₀ = S – C - C₁ – толщина стенки аппарата в конце срока службы: S – исполнительная толщина стенки аппарата; С – прибавка для компенсации; С₁ – дополнительная прибавка.

После выбора стандартной опоры-лапы производят проверку прочности на устойчивость стенки вертикального цилиндрического аппарата под опорой-лапой в начале без накладного листа.

Осевое (мередиальное) напряжение от внутренего давления Р и изгибающего момента М определяется:

где – толщина стенки аппарата в конце срока службы.

Окружное (кольцевое) усилие от внутреннего давления:

Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры:

где - коэф. принимается по таблице в зависимости от параметров и (см. рис.14.6 Лащинский А.А.),

где h – высота опоры.

Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры определяется по формуле:

где - коэффициент принимается по таблице в зависимости от параметров γи (см. рис.14.7 Лащинский А.А.).

Условие прочности имеет вид

А = 1 – для эксплуатационные условия;

А = 1,2 – для условий транспортировке и гидроиспытаний.

Если условия не выполняется, то требуется применять накладной (опорный) лист, который приваривается к аппарату прерывистым швом с катетом, равным меньшему из значений толщены корпуса или опорного листа (расчёт см. Лащинский А.А.).

Опоры типов III и IV представляют собой отдельные лапы, они также жестко крепятся к аппарату. Как правило их должно быть не мение 3-х, а для небольших аппаратов типа IV может быть и две.