Опоры горизонтальны аппаратов

Простейшим типов опор для горизонтальных аппаратов является кирпичные или бетонные кладки. Такие опоры применяются преимущественно для хранилищ. Чаще, однако, цилиндрические аппараты снабжаются приварными лапами или кладутся на чугунные литые или сварные опоры. Уменьшая напряжения изгиба в стенке аппаратов по сравнениюс лапами, эти опоры изолируют фундамент от аппарата, стенки которого могут быть горячими. Для того чтобы уменьшить напряжения изгиба в стенках, угол дуги опирания обечайки об опору горизонтальных аппаратов желательно делать не менее 120°.

Технологические аппараты от нагревания удлиняются. Для уменьшения температурных напряжений в аппаратах, нагреваемые во время работы, одну опору делают неподвижной, а другие – подвижными, обеспечивающими свободное перемещение аппарата относительно несущей конструкции. Подвижные опоры бывют скользящие или катучие. Скользящие опоры состоят из башмака опирающегося на опорную плиту, который может скользя перемещаться по ней. Более совершенны катучие опоры, имеющие ролики или катки, помещённые между опорой аппарата и опорной плитой неущей конструкции.

Есть несколько типов седловидных опор, из них мы рассмотрим два, получивших наибольшее распространение.

Опоры типа I (седловидные) размещаются снизу аппарата и могут быть отъемные (левая сторона) или жестко соединенными с аппаратом (правая сторона).

1

2

Опоры типа 2 размещаются с боков аппарата и жестко соеденены с ними.

Количество опор типа 1 и парных опор типа 2 на аппарате может быть 2; 3 и болеее в зависимости от длины аппарата.

Опоры типа 2 рекомендуется применять для аппаратов, имеющихотношение толщины стенки к диаметру (s – C_К) / D >0.02 , причём при (s – C_К) / D ≥ 0,04 – без подкладок.

При применении объемных опор на одном из концевых опор аппарат закрепляется неподвижно, а на других должно быть обеспечено относительное перемещение аппарата вдоль оси при возможных температурных удлинениях его. Для этой цели в лапках на корпусе аппарата, с помощью которых аппарат крепится болтами к опоре, предусматриваются овальные отверстия. Все опоры в этом случае жестко соеденены с фундаментом.

При неотъемных опорах одна из опор жестко закрепляется с фундаментом, остальные же должны иметь свободное перемещение относительно фундамента.Это достигается установкой под опоры стальных плит, допускающие скольжение под ним опор. Для уменьшения трения между плитой и опорой устанавливаются цилиндрические катки (1; 2 и больше в зависимости от нагрузки).

Расчет горизонтальных опор по ГОСТ 26202 – 84

При установки горизонтального цилиндрического аппарата на опоры в местах опор на корпус аппарата действуют сосредоточенные нагрузки, благодаря которым имеется опасность местной потери устойчивости корпуса. Поэтому число опор в аппарате должно быть выбрано таким образом, чтобы была обеспечена достаточная прочность и устойчивость корпуса.

Расчет корпуса аппарата на изгиб от силы тяжести производится как расчет балки кольцевого сечения постоянного сечения и жесткости, лежащей на двух, трех и более опорах, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой. Наиболее частым в практике технологического аппаратостроения являются случаи установки горизонтальных цилиндрических аппаратов на двух и трех опорах. Составим расчетные схемы таких аппаратов:

В качестве основной расчетной схемы для определения опорных усилий, моментов и поперечных усилий принимают балку кольцевого сечения, шарнирно опорную в местах расположения опор.

Распределенная нагрузка действующая на эквивалентный сосуд – балку определяется по формуле:

а момент

Опорные усилия

где - коэффициент определяемый по специальным графикам; для n=2 =1; n - число опор.

Изгибающие моменты следует определить в сечениях обечайки над опорами . между опорами , где они имеют наибольшие значение при

n = 2 -

n

Максимальный момент между опорами i и j для случая n = 2

.

Поперечное усилие в сечении оболочки над i-ой опорой для n = 2

Проверка несущей способности обечайки в сечении между опорами определяется для случая n = 2 и сосуд, работающий под внутренним давлением из условия прочности:

- коэфициент учитывающий частичное заполнение жидкостью.

Условие устойчивости:

Для аппаратов, работающие под дейстием наружной нагрузки (давлении), корпус следует проверять на устойчивость от совместного дейсвия давления и изгиба.

Расчет вертикальных аппаратов, находящихся под действием ветровых и сейсмических нагрузок.

Высокие вертикальные аппараты как, например, испарители, ректификационные колоны, реакторы и другие, устанавливающие на отрытом воздухе, должны рассчитывать на устойчивость под действием ветровой нагрузки.

Расчет опорных частей вертикальных аппаратов на устойчивость сводится:

- к определению размеров опорного (фундаментного) кольца;

-количества и диаметра фундаментных болтов;

- проверки устойчивости цилиндрической опоры;

-прочности сварного шва t, соединяющую опору с рабочей частью корпуса.

Предполагается, что высота и диаметр аппарата уже определены, предварительные данные о конструкции опоры (обычно опорные обечайки) известны и рабочий эскиз крепления опоры к фундаменту составлен. После этого приступает к расчету аппарата на совместное действие сил тяжести и ветровых нагрузок.

Вес самого аппарата, вес конструкции, опорных на колону, вес изоляции и жидкости при гидравлическом испытании создает вертикальную сжимающую силу. Ели имеются консольное закрепление элименты конструкции, то необходимо учитывать также появление изгибающих моментов.

Изгибающий момент также возникает при давление ветра. Он достигает свое максимальное значение у основание колоны. Сила ветра характеризуется удельным ветровым напором, измеряемым в Н/м² .

Обозначим его через удельный ветровой напор определяется в зависимости от географического района и высоты расчетного участка колонны над уровнем земли. Географических районов 7, они определяются по специально разработанной корте, приложенной к строительным нормам и правилам ( СНиП, ч.2, раз.А, гл.11).

Удельный ветровой напор определяется по данным таблицы, которую мы сейчас запишем.

Пользуясь этими данными находят для разных высотных отметок колонны и строят эпюру ветрового давления. При отношении высоты аппарата к его диаметру Н/Д ≥ 15 , колонну расчитывают как консольную балку, нагруженную одновременно распределенной ветровой нагрузкой, действующей на корпус колонны, и сосредоточенными силами, которые являются равнодействующими сил ветрового давления на отдельные элементы конструкции (лестницы, площадки, теплообменники и т.д.).

Для определения момента от распределительной ветровой нагрузки эпюру разбивают на ряд трепецивидных участков и находят равнодействующую каждого участка и точку ее приложения. Для вычисления равнодействующей используют формулу:

Р_і = _і С_і q_B D_i H_і' , (1)

где _і – коэффициент увеличения ветрового напора врезультате динамического воздействия, вызванного порывами ветра;

С_і - аэродинамический коэфициент обтекания (для круглых аппаратов С_О = 0,6 ); коэффициент лобового сопротивления для плоских стенок = 1.4;

D_i - наружный диаметр колонны (с учетом тепловой изоляции) ,м;

H_і' - высота расчетного участка, м (произведения D_i H_і' представляет собой площадь вертикальный проекции расчетного участка);

q – среднее значение удельного ветрового напора, Н/м².

Ветровую нагрузку на лестнице, площадки и т.п. металлоконструкции можно найти приближенно, для чего вводится так называемый коэффициент обтикания С'_О = С_О φ_О ,

где =1.4 – коэффициент обтекания для решетчатых форм;

= 0.3 0.36 - коэффициент заполнения формы металлоконструкциями.

Коэффициент увеличения ветрового напора находят на формуле:

_і = 1 + ζ m_{i ,}

где ζ – коэффициент динамичности, который зависит от периода собственных колебаний аппарата находят по графику:

Если Т≤0.25С, то ζ = 1 и . при расчете не учитывается.

– коэффициент пульсации скоростного напора принимаемый по таблице.

Для определения критической скорости ветра, при которой появоляются резонансные колебания, необходимо рассчитать период собственных колебаний цилиндрического аппарата постоянного сечения по приближенной формуле:

(сек) , где , тогда

Т= 1,8H

где - высота аппарата, м;

Т – период собственных колебаний ,сек

- максимальная сила тяжести аппарата, Н;

Е – модуль упругости материала корпуса аппарата, Н/м²;

g – ускорение силы тяжести, м/с;

I – момент инерции поперечного сечения стенки аппарата, м……

m – масса аппарата.

где =

,……– равнодействующие силы отдельных участков колонны и элементов конструкции;

, …. - высота участка аппарата .

Либо ветровой момент можно представить в таком виде:

Нахождение напряжения в кольцевом сечении цилиндрической обечайки аппарата от действия Q_max и M_B .

Таким образом, мы определяем суммарный ветровой момент и вертикально направленную суммарную сжимающую силу. Теперь необходимо проверить корпус аппарата на действие этих нагрузок. Максимальное напряжение, будет, очевидно с подветренной стороны, когда суммируются веторвой момент и сжимающая сила:

_И , где

F = (S-C) =

где F – площадь кольцевого поперечного рассматриваемого сечения корпуса аппарата, м²;

W – момент сопротивления поперечного рассматриваемого сечения корпуса аппарата, м³;

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

Мв – ветровой опрокидывающий момент, Н·м.

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

S_R – расчётная толщина стенки цилиндрической части аппарата;

D_СР –серединный диаметр цилиндрической части аппарата;

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 корпуса аппарата.

Подставим значения F_ОП и W_ОП вышестоящую формулу, определим суммарные напряжения от дейсвия сжимающей силы и ветрового изгибающего момента:

где D – внутренний диаметр корпуса аппарата, м;

[ ]_и - допускаемое напяжение изгба для материала корпуса аппарата при расчётной температуре.

Если условие не выполняется, то необходимо увеличить толщину стенки в проверяемом сечении методом последовательного приближения пока условия не выполнятся.