CHƯƠNG 3 : TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ THIẾT BỊ CHÍNH
5. Tính bền cơ khí cho thiết bị cơ đặc
5.2. Tính cho buồng bốc
5.2.1 Sơ lược cấu tạo
Buồng bốc có đường kính trong là Dt = 2000 mm, chiều cao Ht = 2600 mm. Thân có 5 lỗ, gồm: ống nhập liệu, ống thơng áp, cửa sữa chữa và 2 kính quan sát. Phía dưới buồng bốc là phần hình nón cụt có gờ liên kết với buồng đốt
51
Vật liệu chế tạo là thép khơng gỉ OX18H10T, có bọc lớp cách nhiệt.
5.2.2 Tính tốn
Bề dày tối thiểu S’:
Buồng bốc làm việc ở điều kiện chân khơng nên chịu áp lực từ bên ngồi.
Vì áp suất tuyệt đối thấp nhất ở bên trong là 0,2095 at nên buồng bốc chịu áp suất ngoài là:
Pn = pm = 2pa – p0 = 2.1 – 0,2095 = 1,7905 at = 0,176 N/mm2
Nhiệt độ của hơi thứ ra là tsdm (po) = 60,70C, vậy nhiệt độ tính tốn của buồng bốc là:
ttt = 60,7 + 20 = 80,70C (trường hợp thân có bọc lớp cách nhiệt)
Chọn hệ số bền mối hàn φh = 0,95 (bảng 1-8, trang 19, [6], hàn 2 phía)
Theo hình 1.2, trang 16, [6], ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu ở ttt là:
[σ]* = 125 N/mm2
Chọn hệ số hiệu chỉnh η = 0,95 (có bọc lớp cách nhiệt) (trang 17, [6]).
Ứng suất cho phép của vật liệu là:
[σ] = η.[σ]* = 0,95.125= 118,75 N/mm2
Tra bảng 2.12, trang 34, [6]: module đàn hồi của vật liệu ở ttt là E = 2,05.105 N/mm2 Chọn hệ số an toàn khi chảy là nc = 1,65 (bảng 1-6, trang 14, [6]).
Ứng suất chảy của vật liệu là
𝜎𝑐′ = [σ]*.nc = 118,75. 1,65 = 195,95 N/mm2
Khối lượng riêng của dung dịch nước trái vải 34% ở tsdd (ptb) là ρdd = 1179,04 kg/m3 Áp dụng công thức 5-14, trang 98, [6]: S’ = 1,18. D. (𝑃𝑛 𝐸 .𝐿 𝐷)0,4 = 1,18.2000. ( 0,176 2,05.105.2600 2000)0,4 = 9,8 mm Trong đó:
52
Dt = 2000 mm – đường kính trong của buồng bốc Pn = 0,176 N/mm2 – áp suất tính tốn của buồng bốc
l = 2600 mm – chiều dài tính tốn của thân, là khoảng cách giữa hai mặt bích
Bề dày thực S:
Dt = 2000 mm ⇒ Smin = 5mm < 9, m8m ⇒ chọn S’ = 9,8 mm (theo bảng 5.1, trang 94, [6])
Chọn hệ số ăn mịn hố học là Ca = 1 mm (thời gian làm việc 10 năm). Vật liệu được xem là bền cơ học nên Cb = Cc = 0.
Chọn hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày C0 = 0,8mm (theo bảng XIII.9, trang 364, [2]). Hệ số bổ sung bề dày là: C = Ca + Cb + Cc + C0 = 1 + 0 + 0 + 0,8 = 1,8mm Bề dày thực là: S = S’ + C = 9,8 + 1,8 = 11,6 mm Chọn S= 12 mm
Kiểm tra bề dày buồng bốc:
𝐿
𝐷𝑡 = 2600
2000 = 1,3
Kiểm tra công thức 5-15, trang 99, [6]: 1,3.√2.( 𝑆− 𝐶𝑎 ) 𝐷𝑡 ≤ 𝐿 𝐷𝑡 ≤ √ 𝐷𝑡 2.( 𝑆− 𝐶𝑎 ) 1,3. √2.(12−1) 2000 ≤ 1,3 ≤ √ 2000 2.(12−1) 0,136 ≤ 1,3 ≤ 9,53 (thỏa)
53 𝐿 𝐷𝑡 ≥ 0,3. 𝐸𝑡𝑡 𝜎𝑐𝑡. √[2.( 𝑆− 𝐶𝑎 ) 𝐷𝑡 ]3 1,3 ≥ 0,3. 2,05.105 206,9 . √[2.( 12−1 ) 2000 ]3 1,3 ≥ 0,34 (thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của áp suất ngoài:
So sánh Pn với áp suất tính tốn cho phép trong thiết bị [Pn] theo 5-19, trang 99, [6]: [𝑃𝑛] = 0,649. 𝐸𝑡. 𝐷𝑡 𝐿 .( 𝑆− 𝐶𝑎 𝐷𝑡 )2. √𝑆− 𝐶𝐷 𝑎 𝑡 ≥ Pn 0,649. 2,05.105. 2000 2600. (12−1 2000)2 . √(12−1) 2000 N/mm2 ≥ 0,165 N/mm2 0,229 N/mm2 ≥ 0,165N/mm2 (thỏa)
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng của lực nén chiều trục:
Xét: L = 2600 mm ≤ 5D = 5.2600 = 13000 mm Lực nén chiều trục lên buồng bốc:
Dn = Dt + 2.S = 2000 + 2.12 = 2024 mm
𝑃𝑛𝑐𝑡 = 𝜋. 𝐷𝑛2
4. 𝑃𝑛 = 𝜋. ( 2024)2
4 . 0,176= 566270,01 N Theo điều kiện 5-33, trang 103, [6]:
25 ≤ 𝐷 2.(𝑆− 𝐶𝑎) = 2000 2.( 12−1) = 90,91 ≤ 250 Tra qc = f. [ 𝐷 2.( 𝑆− 𝐶𝑎)] ở [6], trang 103: 𝐷 2. (𝑆 − 𝐶𝑎) 50 100 qc 0,050 0,098 qc = 0,089
54
Kc = 875. 𝜎𝑐𝑡
𝐸𝑡. 𝑞𝑐 = 875. 195,94
2,05.105. 0,089 = 0,074
Điều kiện thoả mãn độ ổn định của thân (5-32, trang 103, [6]): S – Ca ≥ √𝜋.𝐾𝑃𝑛𝑐𝑡
𝑐.𝐸𝑡
12 – 1 ≥ √ 566270,01
𝜋.0,074.2,05.105
11 ≥ 3,45 (thỏa)
Ứng suất nén được tính theo cơng thức 5-48, trang 107, [6]:
𝜎𝑛 = 𝑃𝑛𝑐𝑡
𝜋.( 𝐷𝑡+𝑆).(𝑆− 𝐶𝑎) = 566270,01
𝜋.(2000+12).(12−1) = 8,14 N/mm2
Ứng suất nén cho phép được tính theo cơng thức 5-31, trang 103, [6]: [𝜎𝑛] = Kc. 𝐸𝑡. 𝑆−𝐶𝑎
𝐷𝑡 = 0,074. 2,05.105. 12−1
2000 = 83,435 N/mm2
Kiểm tra độ ổn định của thân khi chịu tác dụng đồng thời của áp suất ngoài và lực nén chiều trục:
Kiểm tra điều kiện 5-47, trang 107, [6]:
𝜎𝑛 [𝜎𝑛] + 𝑃𝑛 [𝑃𝑛] ≤ 1 8,14 83,435 + 0,176 0,229 = 0,866 ≤ 1 (thỏa)
Vậy bề dày buồng bốc là 12mm
Đường kính ngồi buồng bốc:
Dn = Dt + 2S = 2000 + 2.12 = 2024 mm
Tính bền cho các lỗ
Đường kính lỗ cho phép không cần tăng cứng (công thức 8-2, trang 162, [6]): dmax = 3,7. 3√𝐷𝑡. (𝑆 − 𝐶𝑎). (1 − 𝑘) ; mm
55
Trong đó:
Dt = 2000 mm – đường kính trong của buồng bốc S = 12 mm – bề dày của buồng đốt
k – hệ số bền của lỗ k = (2,3.[𝜎]− 𝑃𝑃𝑛.𝐷𝑡 𝑛).(𝑆−𝐶𝑎) = (2,3.118,75−0,176).(12−1) 0,176.2000 = 0,117 dmax = 3,7. 3√2000. (12 − 1). (1 − 0,117) = 99,46 mm So sánh Ống nhập liệu dt = 28 mm <d max
Không cần tăng cứng cho ống nhập liệu
Chọn S = 12mm