Определение расчетных значений давлений, температур, допускаемых напряжений и модуля упругости применяемых материалов

Расчетное давление принимаем равным рабочему давлению. Рабочее давление в аппарате - максимальное избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса.

Рабочее внутреннее давление для элементов корпуса, находящихся ниже свободной поверхности жидкости определяем по формуле (1.3):

P^(в)=P+P_гидр (1.3)

где P^(в) - рабочее внутренне давление, МПа; Р - избыточное внутреннее давление в аппарате над свободной поверхностью жидкости, P=0,4МПа; P_гидр - гидростатическое давление рабочей жидкости (толуол), МПа.

Гидростатическое давление P_гидр вычисляем по формуле (1.4):

P_гидр=10ρ_ж·x (1.4)

где ρ_ж - плотность рабочей жидкости (толуол: ρ_ж=872кг/м³); х - расстояние от свободной поверхности жидкости до нижней точки днища аппарата, мм.

При заполнении на 0,75 (75%) высоты обечайки найдём x по формуле (1.5):

x=H∙0,75 (1.5)

где H – высота обечайки, мм.

x =2400·0,75=1800мм=1.8м – по формуле (1.5).

P_гидр=10·872∙1800∙10^-9=0,0157 МПа=15,7∙10^-3МПа - по формуле (1.4).

P_гидр при определении расчетного давления учитываем в том случае, когда его величина составляет 5% и более от рабочего давления по формуле (1.6):

или 5% (1.6)

=3,93% <5% - по формуле (1.6).

Отсюда по формуле (1.3) принимаем: P^(в)=P=0,4МПа.

При расчете аппарата с рубашкой за расчетное наружное давление P^(н) принимаем давление, которое может возникнуть при самых неблагоприятных условиях эксплуатации, например, в связи с возможностью сброса внутреннего давления (опорожнение аппарата). P^(н) рассчитаем по формуле (1.7):

P^(н)=P_руб+P_г (1.7)

где P^(н) - рабочее наружное давление, МПа; P_руб - избыточное внешнее давление в рубашке аппарата, МПа; P_г - гидростатическое давление рабочей жидкости (толуол) в рубашке, МПа.

P_г для рубашки определяется по формуле (1.4), т. е. P_г= P_гидр. При заполнении на 0,75 (75%) высоты рубашки x_руб=x определяется по формуле (1.5), где x_руб - расстояние от свободной поверхности жидкости до нижней точки днища рубашки, мм. P_г при определении расчетного давления учитываем в том случае, когда его величина составляет 5% и более от рабочего давления по формуле (1.8):

или 5% (1.8)

=5,23%>5% - по формуле (1.8).

Отсюда по формуле (1.7) принимаем: P^(н)=P_руб+Р_г=(0,3+0,0157)МПа=0,316МПа.

Следует отметить, что формула (1.3) соответствует условиям работы корпуса при отключении подачи теплоносителя в рубашку, т. е. при Р_руб=0.

Расчетную температуру стенок корпуса принимаем равной температуре среды, соприкасающейся со стенкой, по формуле (1.9):

t=t_ж (1.9)

где t - расчетная температура стенок корпуса, °С; t_ж - температура перешиваемой среды в аппарате (толуол; t_ж=100°С).

По формуле (1.9) получаем: t=100°С.

Допускаемое напряжение для материала определяем по формуле (1.10):

[σ]=η·[σ]^* (1.10)

где [σ] - допускаемое напряжение стали, МПа; η - поправочный коэффициент - η=1; [σ]^* - допускаемое нормативное напряжение стали, МПа.

Для стали Х18H10T по табл. 1.1 при t=100°C принимаем: [σ]^*=156МПа.

Таблица 1.1

Допускаемые напряжения [σ]^* для коррозионностойкой стали Х18H10T принимаем по /5/

*Прим.: для поковок из стали марки Х18H10T применяют допускаемые напряжения при температурах до 550°С умножают на 0,95.

Отсюда по формуле (1.10) получим: [σ]=η·[σ]^*=1·156∙0,95=148.2МПа.

Расчетное значение модуля упругости E при t=100°С принимаем по табл. 1.2: Е=200∙10³МПа.

Значения модулей упругости Е в зависимости от температуры по /5/ Таблица 1.2