Nghiên cứu công nghệ và thiết bị để chế tạo các chi tiết dạng bình chứa cỡ lớn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - ĐOÀN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ ĐỂ CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT DẠNG BÌNH CHỨA CỠ LỚN Chuyên ngành : Chế tạo máy LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHẾ TẠO MÁY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đinh Bá Trụ PGS.TS Phạm Văn Nghệ Hà Nội – Năm 2011 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên Đoàn Trung Kiên - học viên lớp Cao học Chế tạo máy – Khoá 2009 – Viện Cơ Khí – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ khoa học tự làm, nguồn tài liệu tham khảo thu thập dịch từ tài liệu chuẩn nước Số liệu luận văn số liệu thực tế, không bịa đặt Nếu có sai phạm xin chịu trách nhiệm trước hội đồng tốt nghiệp nhà trường Học viên cao học Đoàn Trung Kiên -1- MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1  DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 6  DANH MỤC CÁC BẢNG 7  DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8  MỞ ĐẦU 11  Chương1 14  TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ THIẾT KẾ BỒN CHỨA 23M3 14  1.1 Khái quát sản phẩm bình, bồn chứa áp lực 14  1.2 Giới thiệu chung công nghệ chế tạo bình, bồn chứa áp lực cỡ lớn đáy dạng chỏm cầu 15  1.2.1 Thiết bị miết chỏm cầu 16  1.2.2 Thiết bị công nghệ lốc thân bồn .18  1.2.3 Các phận, chi tiết chịu áp lực khác 18  1.2.4 Hàn nối thân hình trụ chỏm bồn .18  1.2.4.1 Kiểm tra chất lượng mối hàn nối 19  1.3 Tính toán thiết kế bồn chứa 23m3 19  1.3.1 Cơ sở tính toán bồn chứa áp lực cỡ lớn theo tiêu chuẩn quốc tế 19  1.3.2 Tính toán thiết kế bồn 23m3 theo tiêu chuẩn ASME VIII-2010 21  1.3.2.1 Tính toán chiều dày vỏ bồn 23m3 theo tiêu chuẩn ASME VIII-2010 21  1.3.2.2 Tính chiều dày chỏm hình elip bồn 23m3 theo ASME VIII-2010 .21  1.3.2.3 Tính toán ứng suất mối hàn bồn thiết kế 23  1.3.2.4 Tính toán vỏ bồn hình trụ chịu ứng suất dọc (mối hàn theo chu vi) 28  1.3.2.5 Tính chiều dày vỏ bồn hình trụ theo bán kính (vỏ chịu ứng suất vòng) 29  1.3.2.6 Tính chiều dày vỏ bồn hình trụ chịu ứng suất vòng (mối hàn dọc thân) 29  -2- 1.3.2.7 Tính chiều dày vỏ bồn hình trụ chịu ứng suất dọc (mối hàn theo chu vi) 30  1.3.3 Tính toán chiều dày vỏ bồn theo tiêu chuẩn ASME VIII-Division2-2010 30  KẾT LUẬN CHƯƠNG 30  Chương 32  CÔNG NGHỆ MIẾT CHỎM CẦU .32  2.1 Nghiên cứu sở lý thuyết trình miết 32  2.1.1 Khái niệm phân loại .32  2.1.2 Ưu, nhược điểm phương pháp miết 34  2.1.2.1 Ưu điểm 34  2.1.2.2 Nhược điểm 35  2.1.2.3 Công nghệ chế tạo chỏm cầu 35  2.1.2.4 Quá trình miết .35  2.1.3 Đặc điểm công nghệ miết .36  2.1.3.1 Vùng biến dạng miết 36  2.2 Tính toán công nghệ miết chỏm cầu .37  2.2.1 Nguyên lý hoạt động máy miết chỏm cầu 37  2.2.2 Sơ đồ động máy miết chỏm cầu 38  2.2.3 Tính toán cụm trục dẫn động 42  2.2.3.1 Tính động học hệ dẫn động 42  2.2.3.2 Thiết kế biên dạng cầu tạo hình .47  2.2.3.3 Thiết kế cụm trụ đỡ trụ kẹp phôi .50  2.2.3.4 Thiết kế cụm lăn đỡ .51  2.2.4 Thiết kế hệ thống thủy lực 51  2.2.4.1 Nguyên lý làm việc hệ thống thủy lực 51  KẾT LUẬN CHƯƠNG 53  Chương 54  CÔNG NGHỆ LỐC THÂN BỒN CHỨA .54  -3- 3.1 Công nghệ uốn lốc ống máy uốn trục .55  3.1.1 Trạng thái ứng suất biến dạng vật liệu trình uốn 55  3.1.2 Tính toán công nghệ uốn lốc chi tiết thân bồn chứa 59  3.1.3 Tính lực uốn mô men uốn 61  3.2 Thiết kế máy uốn ống trục dẫn động thủy lực .63  3.2.1 Sơ đồ nguyên lý 63  3.2.2 Thiết kế cụm chi tiết máy lốc .65  KẾT LUẬN CHƯƠNG 66  Chương 67  CÔNG NGHỆ HÀN BỒN CHỨA VÀ KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG 67  4.1 Phân tích lựa chọn công nghệ hàn 67  4.1.1 Đặc điểm công nghệ hàn lớp thuốc bảo vệ 67  4.2 Thiết bị hàn lớp thuốc bảo vệ 68  4.3 Thiết kế đồ gá hàn .70  4.3.1 Sơ đồ nguyên lý 71  4.3.2 Thông số kỹ thuật máy 72  4.3.3 Thiết kế lăn đỡ phôi 73  4.4 Phương pháp hàn thân bồn chỏm bồn 73  4.4.1 Vát mép thân bồn chỏm bồn 73  4.5 Kiểm tra chất lượng mối hàn .77  4.5.1 Kiểm tra quan sát 77  4.5.2 Kiểm tra mối hàn quan sát theo tiêu chuẩn ASME IX-2010 .77  4.5.3 Kiểm tra mối hàn phương pháp thẩm thấu 77  4.5.3.1 Đặc điểm phương pháp kiểm tra thẩm thấu .77  4.5.3.2 Kiểm tra thẩm thấu mối hàn theo ASME VIII-2010 78  4.5.4 Kiểm tra mối hàn phương pháp siêu âm 79  4.5.4.1 Đặc điểm kiểm tra mối hàn phương pháp siêu âm 79  4.5.4.2 Kỹ thuật kiểm tra siêu âm theo tiêu chuẩn ASME IX-2010 82  -4- 4.5.5 Kiểm tra mối hàn phương pháp chụp phim mối hàn theo tiêu chuẩn ASME IX-2010 .83  4.5.5.1 Các khái niệm khuyết tật mối hàn 83  4.5.5.2 Chỉ tiêu yêu cầu kết chụp phim mối hàn 84  4.6 Kiểm tra thử áp lực cho bồn áp lực 85  4.6.1 Thử thủy lực theo tiêu chuẩn ASME VIII – 2010 85  4.6.2 Thử áp lực khí nén theo tiêu chuẩn ASME VIII-2010 .86  4.6.3 Yêu cầu tiêu thử áp lực .87  KẾT LUẬN CHƯƠNG 87  Chương 89  MÔ PHỎNG KIỂM NGHIỆM QUÁ TRÌNH MIẾT CHỎM CẦU 89  5.1 Mô hình hình học .89  5.2 Chia lưới phần tử .90  5.3 Mô hình vật liệu 90  5.3.1 Mô hình vật liệu phôi 90  5.3.2 Mô hình vật liệu chi tiết khác .90  5.4 Các điều kiện biên .91  5.5 Kết mô 95  KẾT LUẬN CHƯƠNG 97  KẾT LUẬN 98  TÀI LIỆU THAM KHẢO 100  PHỤ LỤC .102  -5- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Nội Dung Thứ nguyên t - Chiều dày yêu cầu tối thiểu inch tca - Chiều dày yêu cầu tối thiểu có tính tới dự trữ ăn mòn inch R - Bán kính bên vỏ bồn hình trụ inch Ro - Bán kính bên vỏ bồn hình trụ inch P - Áp suất thiết kế bên psi S - Giá trị ứng suất cho phép psi E - Hệ số mối hàn (E=1) CA D - Dự trữ ăn mòn inch - Đường kính bên chỏm hình elip, đường kính inch bên hình cầu chỏm hình cầu Do - Đường kính bên chỏm hình elip, đường inch kính bên hình cầu chỏm hình cầu h - Một nửa bán trục nhỏ chỏm elip K - Hệ số công thức tính chỏm elip (K = D/2h) r - Bán kính cung chuyển tiếp chỏm hình đĩa cầu inch L - Bán kính bên chỏm hình đĩa cầu inch M - hệ số công thức tính chỏm hình đĩa cầu (M=L/r) Lo - Bán kính bên chỏm hình đĩa cầu inch γ - Trọng lượng riêng chất lỏng N/m3 ASME - American Society of Mechanical Engineers ASNT - American Society for Nondestructive Testing ASTM - American Society for Testing and Materials NDT - Non Destructive Testing -6- inch DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng giá trị K (sử dụng giá trị gần D/2h bảng) 23  Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật động MRD 1100 -1 43  Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật máy lốc 65  Bảng 4.1 Thông số máy hàn cần chuyên dụng 70  Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật máy rullo 72  Bảng 4.3 Thông số kỹ thuật đồ gá 73  -7- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Một số kiểu bồn hình trụ nằm ngang 15  Hình 1.2 Bình chứa hình trụ thẳng đứng hình cầu 15  Hình 1.3 Lưu đồ công nghệ chế tạo bồn .16  Hình 1.4 Một số hình ảnh máy miết 17  Hình 1.5 Máy uốn ngang trục (lốc ống tạo thân bồn chứa) 17  Hình 1.6 Mô hình đồ gá thiết bị hàn chuyên dụng 18  Hình 1.7 Hàn nối thân hình trụ chỏm bồn 18  Hình 1.8 Sơ đồ kiểm tra chất lượng mối hàn bồn áp lực 19  Hình 1.9 Hình dạng kích thước bồn tính toán 20  Hình 1.10 Chỏm bồn hình elip 22  Hình 1.11 Mô hình lực ứng suất 23  Hình 1.12 Mô hình bồn chứa 24  Hình 1.13 Lực tác dụng lên chỏm cầu 24  Hình 1.14 Mô hình hệ trục tọa độ 25  Hình 1.15 Mô hình phân tích lực tác dụng lên thân bồn .26  Hình 1.16 Bản vẽ chế tạo bồn áp lực tính toán 28  Hình 2.1 Hình ảnh chỏm cầu 32  Hình 2.2 Kích thước đáy bồn hình chỏm cầu .33  Hình 2.3 Miết chi tiết chỏm cầu với cặp lăn tạo hình lăn miết 34  Hình 2.4 Sơ đồ động máy miết chỏm cầu 38  Hình 2.5 Máy ép chỏm cầu 39  Hình 2.6 Quá trình ép sơ chỏm cầu 40  Hình 2.7 Mô hình 3D nguyên công ép tạo hình (chày, cối, phôi tấm) 40  Hình 2.8 Mô hình lực miết miết .41  Hình 2.9 Bản vẽ kết cấu động MRD 1100 -1 44  Hình 2.10 Biểu đồ momen trục 46  Hình 2.11 Kết cấu trục 46  Hình 2.12 Kết cấu cụm lăn 47  -8- Hình 2.13 Kết cấu ổ đũa côn .47  Hình 2.14 Kết cấu ổ bi chặn dãy 47  Hình 2.15 Bản vẽ cầu tạo hình .48  Hình 2.16 Mô hình 3D số biên dạng cầu tạo hình 48  Hình 2.17 Kết cấu cụm cầu tạo hình 49  Hình 2.18 Một số biên dạng cầu miết 49  Hình 2.19 Kết cấu cụm cầu miết 50  Hình 2.20 a) Mô hình 3D trụ đỡ; b) Mô hình 3D trụ kẹp 51  Hình 2.21 Cụm lăn đỡ phôi 51  Hình 2.22 Sơ đồ bố trí thiết bị thủy lực 52  Hình 3.1 Một số kiểu máy uốn ngang khả công nghệ máy 54  Hình 3.2 a) Sơ đồ uốn lốc trục; b) Sơ đồ uốn lốc trục 55  Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý uốn túy 55  Hình 3.4 Trạng thái ứng suất biến dạng uốn phôi dải rộng 56  Hình 3.5 Phân bố ứng suất uốn có hóa bền 58  Hình 3.6 Bản vẽ chi tiết sản phẩm thân bồn .60  Hình 3.7 Sơ đồ quy trình uốn lốc thân bồn 60  Hình 3.8 Mô men quán tính mặt cắt ngang phôi 61  Hình 3.9 Các lực tác dụng lên phôi uốn trình lốc .62  Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý máy uốn lốc ngang trục 64  Hình 3.11 Hình ảnh máy lốc ống 66  Hình 4.1 Nguyên lý hàn lớp thuốc bảo vệ 67  Hình 4.2 Thiết bị hàn lớp thuốc bảo vệ 69  Hình 4.3 Máy hàn cần tự động lớp thuốc 69  Hình 4.4 Máy hàn cần tự động chuyên dụng lớp thuốc 70  Hình 4.5 Hình ảnh rullo hàn 71  Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý rullo hàn 71  Hình 4.7 Mô hình 3D thiết bị đồ gá hàn ( Rullo hàn) .72  Hình 4.8 Mô hình 3D Rullo hàn 73  -9- KẾT LUẬN Do hầu hết bình bồn chứa áp lực cỡ lớn phải nhập từ nước với giá thành cao nên đề tài: "Nghiên cứu công nghệ thiết bị để chế tạo chi tiết dạng bình chứa cỡ lớn" đề tài mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học thực tiễn Với kết nghiên cứu luận văn, ta có khả làm chủ công nghệ, tự thiết kế chế tạo bồn chứa áp lực cỡ lớn theo tiêu chuẩn quốc tế hướng tới xuất sản phẩm bình áp lực nước Kết luận văn tốt nghiệp là: − Thiết kế quy trình công nghệ chế tạo bình chứa áp lực cỡ lớn − Đưa tính toán chiều dày bồn áp lực theo tiêu chuẩn quốc tế kiểm nghiệm độ bền mối hàn thân bồn theo tính toán lý thuyết − Thiết kế, tính toán xác định thông số trình công nghệ miết chỏm cầu − Thiết kế, tính toán công nghệ uốn lốc ngang để lốc thân bồn chứa − Thiết kế hàn tổ hợp phần bồn, thiết kế đồ gá hàn, kiểm tra chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn quốc tế − Mô kiểm nghiệm trình tạo hình miết chỏm cầu Những vấn đề luận văn chưa giải giải chưa hoàn chỉnh: − Đưa sơ đồ điều khiển theo chương trình máy miết chỏm cầu − Tính toán, thiết kế móng cho bồn áp lực Tôi hy vọng qua luận văn thúc đẩy việc chế tạo thiết bị miết chuyên dùng để miết chỏm cầu có kích thước lớn điều kiện Việt Nam với lý thuyết tính toán bồn áp lực theo tiêu chuẩn quốc tế nêu luận văn hướng dẫn cho việc áp dụng tiêu chuẩn quốc tế ASMEVIII vào việc thiết kế chế tạo bồn áp lực Việt Nam Đó tiền đề để lĩnh vực chế tạo loại bồn chứa áp lực Việt Nam theo kịp với chuẩn quốc tế, tạo sản phẩm bồn áp lực mang thương hiệu ’’Made in Viêt Nam’’ có chất lượng quốc tế Để phục vụ cho nhu cầu nghành dầu khí nước, đồng thời xuất tới nước phát triển giới - 98 - Tuy nhiên thời gian nghiên cứu nhiều nên luận văn thiếu sót Tôi mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy hướng dẫn, thầy Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp, thầy cô Viện Cơ khí, thầy cô môn Gia công Áp lực trường ĐHBK Hà Nội đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! - 99 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Bá An (2003), Sổ tay công nghệ hàn, NXB Xây dựng, Hà Nội Bộ môn Gia Công Áp Lực trường ĐH BKHN (1978), Sổ tay dập nguội Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2003), Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí, NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Mậu Đằng (2006), Công nghệ tạo hình kim loại tấm, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Trần Văn Địch (2001), Sổ tay công nghệ chế tạo máy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Nghiêm Hùng (2002), Vật liệu học, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Phạm Văn Nghệ (2006), Công nghệ dập thủy tĩnh, NXB Bách Khoa, Hà Nội Phạm Văn Nghệ, Nguyễn Như Huynh (2005), Ma sát bôi trơn gia công áp lực, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội Phạm Văn Nghệ, Đỗ Văn Phúc (2001), Máy búa máy ép thủy lực, NXB Giáo dục, Hà Nội 10 Nguyễn Đức Thắng (2004), Đảm bảo chất lượng Hàn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 11 Ngô Lê Thông (2004), Công nghệ hàn nóng chảy, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 12 Nguyễn Tất Tiến (2004), Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, NXB Giáo dục, Hà Nội 13 Đinh Bá Trụ (2000), Hướng dẫn sử dụng ANSYS chương trình phần mền thiết kế mô phương pháp phần tử hữu hạn, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 14 Đinh Bá Trụ, Hà Minh Hùng (2005), Lý thuyết biến dạng dẻo kim loại, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 15 Đinh Bá Trụ (2007), Phương pháp phần tử hữu hạn kỹ thuật khí, NXB HVKTQS, Hà Nội - 100 - 16 Nguyễn Minh Vũ, Nguyễn Tất Tiến, Nguyễn Đắc Trung (2009), Lý thuyết dập tạo hình, NXB Bách Khoa, Hà Nội Tiếng Anh 17 American Society of Mechanical Engineers (2010), ASME Boiler & Pressure Vessel Code VIII Division - Rules for construction of Pressure Vessel, Three Park Avenue New York, NY 10016 USA 18 American Society of Mechanical Engineers (2010), ASME Boiler & Pressure Vessel Code VIII Division - Alternative Rules - Rules for construction of Pressure Vessel, Three Park Avenue New York, NY 10016 USA 19 American Society of Mechanical Engineers (2010), ASME Boiler & Pressure Vessel Code VIII Division - Alternative Rules for Contruction of Hight Pressure Vesssel - Rules for construction of Pressure Vessel, Three Park Avenue New York, NY 10016 USA 20 American Society of Mechanical Engineers (2010), ASME Boiler & Pressure Vessel Code IX – Qualification Standard for Welding and Brazing Procedures, Welders, Brazers, and Welding and Brazing Operators, Three Park Avenue New York, NY 10016 USA 21 American Society of Mechanical Engineers (2010), ASME Boiler & Pressure Vessel Code V – Nondestructive Examination, Three Park Avenue New York, NY 10016 USA 22 American Society of Mechanical Engineers (2010), ASME Boiler & Pressure Vessel Code II Part D– Properties Material, Three Park Avenue New York, NY 10016 USA 23 Yasuki Nakayama and R F Boucher (1999), Introduction to Fluid Mechanics, Butterworth – Heinemann, Oxford - 101 - PHỤ LỤC Phụ lục 1: Hệ thống tiêu chuẩn thiết kế bồn áp lực Tiêu chuẩn bình bồn áp lực nói chung yêu cầu kiểm tra, chế tạo cho bồn áp lực nói riêng, chúng nằm hệ thống tiêu chuẩn bình bồn chứa áp lực Trong hệ thống tiêu chuẩn bình bồn áp lực giới, tiêu chuẩn ASME Mỹ bình bồn áp lực tiêu chuẩn sử dụng nhiều giới, quốc gia có nghành công nghiệp dầu khí phát triển Hệ thống tiêu chuẩn ASME Mỹ bình bồn áp lực với phiên cập nhật gồm số tiêu chuẩn sau: • ASME I – 2010: Rules for construction of power Boilers • ASME II – 2010 (part A, B, C, D): Material • ASME III – 2010: Rules for construction of Nuclear facility components • ASME IV – 2010: Rules for construction of heating Boilers • ASME V – 2010: Nondestructive Examination • ASME VI – 2010: Recommended rules for the Care and Operation of Heating Boilers • ASME VII – 2010: Recommended guidelines for the Care of Power Boilers • ASME VIII – 2010 (Division 1, Division 2, Division 3): Rules for construction of Pressure Vessels • ASME IX – 2010: Welding and Bazing qualifications • ASME X – 2010: Fiber-Reinforced Plastic Pressure Vessels • ASME XI – 2010: Rules for inservice inspection of Nuclear Power Plant components • ASME XII – 2010: Rules for construction and continued service of transport Tanks - 102 - Phụ lục 2: Tính toán chiều dày loại bồn áp lực chịu áp suất bên theo tiêu chuẩn ASME VIII – Division - 2010 2.1 Tính chiều dày vỏ chỏm hình cầu theo điều kiện sau Hình A2.1 Vỏ bồn hình bán cầu Khi chiều dày vỏ bồn hình cầu không vượt 0.356R, P không vượt 0.665SE Khi chiều dày tối thiểu áp suất làm việc cho phép lớn vỏ bồn cầu tính sau: t= PR 2SE − 0.2 P ( A2.1) Chiều dày tối thiểu có tính tới dự trữ ăn mòn: tca= t + CA Hoặc: P= SEt R + 0.2t ( A2.2) 2.2 Tính chiều dày vỏ bồn hình cầu theo bán kính bên bồn Chiều dày tối thiểu vỏ bồn hình cầu tính sau: t= PRo 2SE + 0.8P ( A2.3) Chiều dày tối thiểu có tính tới dự trữ ăn mòn: tca= t + CA hay là: P= SEt Ro − 0.8t ( A2.4) 2.3 Tính chiều dày vỏ bồn hình cầu chỏm bồn hình bán cầu - 103 - Khi chiều dày vỏ bồn cầu đầu bán cầu chịu áp suất bên vượt 0.356R, P vượt 0.665SE Khi chiều dày tối thiểu áp suất làm việc cho phép lớn vỏ bồn cầu đầu bán cầu tính sau: ⎛ ⎛ ⎡ 0.5 P ⎤ ⎞ ⎡ −0.5 P ⎤ ⎞ t = R ⎜ exp ⎢ − 1⎟ = Ro ⎜ − exp ⎢ ⎟ ⎥ ⎣ SE ⎦ ⎠ ⎣ SE ⎥⎦ ⎠ ⎝ ⎝ ( A2.5) Chiều dày tối thiểu có tính tới dự trữ ăn mòn: tca= t + CA hay là: ⎛ Ro ⎞ ⎛ R+t ⎞ P = 2.0 ⋅ SE log e ⎜ ⎟ ⎟ = 2.0 ⋅ SE log e ⎜ ⎝ R ⎠ ⎝ Ro − t ⎠ 2.4 Tính toán thiết kế miết chỏm bồn (với tỷ lệ t/L ≥ 0,002) 2.4.1 Tính toán chỏm hình đĩa cầu Hình A.2.2 Chỏm bồn hình đĩa cầu Chiều dày yêu cầu tối thiểu chỏm hình đĩa cầu sau miết: t= PLM 2SE − 0.2 P ( A2.7) Chiều dày tối thiểu có tính tới dự trữ ăn mòn: tca= t + CA hay là: P= 2SEt LM + 0.2t Tính theo Lo: - 104 - ( A2.8) ( A2.6) t= PLo M SE + P ( M − 0.2 ) ( A2.9) Chiều dày tối thiểu có tính tới dự trữ ăn mòn: tca= t + CA hay: P= Với : ⎛ M = ⎜3+ ⎝ SEt MLo − t ( M − 0.2 ) ( A2.10) L⎞ ⎟ r⎠ Lo: Bán kính bên đĩa cầu Giá trị M tra theo bảng sau Bảng A2.1 Bảng giá trị M, sử dụng giá trị gần L/r bảng Lưu ý: Đối với chỏm hình Elip với hệ số K >1 tất chỏm hình đĩa cầu làm từ vật liệu có độ bền kéo danh nghĩa nhỏ > 70000 psi (482 MPa) Khi thiết kế sử dụng giá trị S = 20000 psi (138 MPa) nhiệt độ phòng 2.5 Tính toán thiết kế chỏm với t/L < 0,002 Quy tắc sau sử dụng nhiệt độ thiết kế lớn ≤ nhiệt độ giới hạn bảng - 105 - Bảng A2.2 Nhiệt độ giới hạn 2.5.1 Chỏm hình đĩa cầu với t/L < 0,002 Chiều dày yêu cầu tối thiểu chỏm hình đĩa cầu có 0,0005 ≤ t/L 0.08 b) Tính toán ứng suất uốn dọc đàn hồi, Se Se = C1ET(ts/r) c) Tính toán hệ số C2 C2 = 1.25 với r/D ≤ 0.08 C2 = 1.46 – 2.6 r/D với r/D > 0.08 d) Tính toán giá trị số a, b, β, φ a = 0.5 D – r b=L–r β = arc cos (a/b), radian ϕ= ( ) Lt s / r , radian e) Tính toán giá trị c, Nếu φ < β c = a/[cos(β- φ)] - 106 - Nếu φ ≥ β c = a Xác định giá trị Re Re = c + r f) Tính toán áp suất bên gây uốn đàn hồi, Pe Pe = Sets C2 Re ⎡⎣( 0.5Re / r ) − 1⎤⎦ g) Tính toán áp suất bên gây ứng suất đàn hồi điểm ứng suất lớn nhất, Py Py = S y ts C2 Re ⎡⎣( 0.5Re / r ) − 1⎤⎦ h) Tính toán giá trị áp suất bên gây hỏng, Pck Pck = 0.6 Pe , , với Pe/Py ≤ 1.0 Pck = 0.408 Py + 0.192 Pe , với 1.0 8.29 i) Tính toán giá trị Pck/1.5 Nếu Pck/1.5 lớn áp suất thiết kế bên yêu cầu P, thiết kế hoàn thành Nếu Pck/1.5 nhỏ áp suất thiết kế bên yêu cầu P, tăng chiều dày lên lặp lại tính toán thỏa mãn điều kiện + Trong đó: − ET: Modul đàn hồi nhiệt độ thiết kế lớn nhất, psi Giá trị tra từ bảng TM, section II, part D − Sy: Cường độ chảy vật liệu nhiệt độ thiết kế lớn nhất, psi Giá trị tra từ bảng Y-1, section II, part D 2.5.2 Chỏm hình elip với t/L < 0,002 Chiều dày yêu cầu tối thiểu chỏm hình elip có 0,0005 ≤ t/L < 0,002 phải lớn chiều dày tính toán trường hợp t/L ≥ 0,002, lớn giá trị PDK , công thức phần SE − 0.2 P Sử dụng công thức phần trên, giá trị L từ bảng bên dưới, giá trị r từ bảng - 107 - Bảng A2.3 Giá trị L Bảng A2.4 Bảng giá trị r Phụ lục 3: Tính toán chiều dày theo tiêu chuẩn ASME VIII-Division2-2010 Tính toán chiều dày bồn theo ASME VIII-Division 2-2010 thường áp dụng để tính toán cho bồn áp lực với áp suất thiết kế dải 20 MPa < Pds ≤ 70 MPa 3.1 Tính vỏ bồn hình cầu chỏm bồn hình bán cầu Hình A3.1 Vỏ bồn chỏm bồn hình bán cầu - 108 - Chiều dày yêu cầu tối thiểu vỏ bồn hình cầu chỏm bồn hình bán cầu chịu áp suất bên t= D⎛ ⎡ 0.5 P ⎤ ⎞ exp ⎢ − 1⎟ ⎜ 2⎝ ⎣ S E ⎥⎦ ⎠ ( A3.1) Chiều dày tối thiểu có tính tới dự trữ ăn mòn: tca= t + CA 3.2 Tính chiều dày chỏm bồn hình đĩa cầu Hình A3.2 Chỏm bồn hình đĩa cầu Chiều dày yêu cầu tối thiểu chỏm bồn hình đĩa cầu (torispherical) chịu áp suất bên tính theo bước sau: a) Bước 1: Xác định đường kính bên D, giả định cho bán kính đỉnh L, bán kính chuyển tiếp r chiều dày t b) Bước 2: Tính toán tỉ số sau: L/D; r/D; L/t, tỉ số sau thỏa mãn điều kiện bên tiếp tục sang bước 0.7 ≤ L ≤ 1.0 D r ≥ 0.06 D 20 ≤ L ≤ 2000 t c) Bước 3: Tính toán số sau ⎛ 0.5D − r ⎞ ⎟ radian ⎝ L−r ⎠ βth = arccos ⎜ - 109 - φth = Rth = Lt r radian 0.5D − r +r cos[ β th − φth ] Rth = 0.5 D với với th< th βth ≥ βth d) Bước 4: Tính toán hệ số C1 C2 C1 = 9.31 (r/D) – 0.086 với r/D ≤ 0.08 C1 = 0.692 (r/D) – 0.605 với r/D > 0.08 C2 = 1.25 với r/D ≤ 0.08 C2 = 1.46 – 2.6 (r/D) với r/D > 0.08 e) Bước 5: Tính toán giá trị sau: C1 E t Peth = ⎛R ⎞ C2 Rth ⎜ th − r ⎟ ⎝ ⎠ T f) Bước 6: Tính toán giá trị áp suất bên mà dẫn đến ứng suất lớn giới hạn đàn hồi vật liệu Py = C3t ⎛R ⎞ C2 Rth ⎜ th − 1⎟ ⎝ 2r ⎠ Nếu ứng suất cho phép nhiệt độ thiết kế chi phối đặc tính không phụ thuộc vào thời gian, C3 giới hạn đàn hồi vật liệu nhiệt độ thiết kế C3=Sy Nếu ứng suất cho phép nhiệt độ thiết kế chi phối đặc tính không phụ thuộc vào thời gian, C3 xác định sau: Nếu ứng suất cho phép xác định dựa 90% tiêu đàn hồi, C3 giới hạn đàn hồi vật liệu nhiệt độ thiết kế nhân với 1.1 hay C3=1.1S Nếu ứng suất cho phép xác định dựa 67% tiêu đàn hồi, C3 giới hạn đàn hồi vật liệu nhiệt độ thiết kế nhân với 1.5 hay C3=1.5S g) Bước 7: Tính toán giá trị áp suất bên mong muốn.  Pck = 0.6 Pet với G ≤ 1.0   - 110 -   ⎛ 0.77508G − 0.20354G + 0.019274G ⎞ Pck = ⎜ P với G >1.0 ⎟ y ⎝ + 0.19014G − 0.089534G + 0.0093965G ⎠ Với G = Peth/Py h) Bước 8: Tính toán áp suất cho phép Pak = Pck / 1.5 i) Bước 9: Tính toán áp suất cho phép dựa nứt chỏm Pac = 2SE L + 0.5 t j) Bước 10: Tính toán áp suất bên lớn cho phép Pa = [Pak, Pac] k) Bước 11: Nếu áp suất bên cho phép tính toán từ bước 10 lớn áp suất thiết kế thiết kế hoàn thành Nếu áp suất bên cho phép tính toán từ bước 10 nhỏ áp suất thiết kế tăng chiều dày chỏm lên lặp lại tính toán từ bước đến bước 10 Quá trình tính toán tiếp tục điều kiện thỏa mãn Với thông số: − βth: Góc sử dụng tính toán chỏm hình đĩa cầu − C1: Hệ số sử dụng tính toán chỏm hình đĩa cầu − C2: Hệ số sử dụng tính toán chỏm hình đĩa cầu − C3: Thông số độ bền sử dụng tính toán chỏm hình đĩa cầu − ET: Modul đàn hồi nhiệt độ thiết kế lớn nhất, psi − ERT: Modul đàn hồi nhiệt độ phòng, psi − G: Không đổi, sử dụng tính toán chỏm hình đĩa cầu − Pa: Áp suất bên lớn cho phép chỏm hình đĩa cầu, psi − Pac: Áp suất bên cho phép chỏm hình đĩa cầu dựa nứt đỉnh, psi − Pak: Áp suất bên cho phép chỏm hình đĩa cầu dựa độ bền uốn cung chuyển tiếp, psi - 111 - − Pck: Giá trị áp suất bên gây uốn phá hủy cung chuyển tiếp chỏm hình đĩa cầu, psi − Peth: Giá trị áp suất bên gây biến dạng đàn hồi cung chuyển tiếp chỏm hình đĩa cầu, psi − Py: Giá trị áp suất bên gây ứng suất lớn giới hạn đàn hồi vật liệu chỏm hình đĩa cầu, psi − th: Góc sử dụng tính toán chỏm hình đĩa cầu − Rth: Bán kính sử dụng tính toán chỏm hình đĩa cầu − Sy: Giới hạn đàn hồi vật liệu nhiệt độ thiết kế (tra bảng Section II, Part D tùy theo vật liệu) 3.3 Tính chiều dày chỏm bồn hình elip Hình A3.3 Chỏm hình elip Chiều dày yêu cầu tối thiểu chỏm hình elip chịu áp suất bên tính toán sử dụng công thức chỏm hình đĩa cầu r L tính sau ⎛ 0.5 ⎞ − 0.08 ⎟ r = D⎜ ⎝ k ⎠ L= D(0.44k + 0.02) Với k = D 2h Những công thức áp dụng với chỏm hình elip thỏa mãn 1.7 ≤ k ≤ 2.2 - 112 - ... cần chế tạo hàng trăm bình chứa dầu, chứa khí hóa lỏng Luận văn Nghiên cứu công nghệ thiết bị để chế tạo chi tiết dạng bình chứa cỡ lớn có mục tiêu yêu cầu góp phần vào việc thực nhiệm vụ tự thiết. .. chung công nghệ chế tạo bình, bồn chứa áp lực cỡ lớn đáy dạng chỏm cầu Bồn chứa áp lực cỡ lớn chế tạo gồm công nghệ chính: − Công nghệ miết: Tạo phần chỏm cầu − Công nghệ uốn ngang máy lốc trục: Tạo. .. toán thiết kế chế tạo thân bồn, chi tiết phụ đưa vào tài liệu phụ trợ khác Các công nghệ chế tạo bồn gồm: − Công nghệ miết: Tạo phần chỏm cầu − Công nghệ uốn lốc ống: Tạo phần thân hình trụ − Công