Проектирование и расчет установки винтового компрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Раздел 1. Теоретическая часть

1.1 Описание системы технического обслуживания и ремонта компрессорных установок

1.2 Способы систем технического обслуживания и ремонта компрессорных установок

1.3 Технологическое назначение выбранной компрессорной установки

1.4 Описание конструкции оборудования

1.5 Материальное исполнение оборудования

Раздел 2. Расчетная часть

2.1 Расчёт компрессора

2.2 Расчёт газосепаратора

Раздел 3. Монтаж и эксплуатация оборудования

3.1 Требования к монтажу оборудования

Раздел 4. Экономическая часть проекта

4.1 Экономическая часть

4.1.1 Анализ ранее внедренных мероприятий

4.1.2 Методика расчета экономической эффективности от внедрения новой техники и технологии

4.1.3 Расчет годового экономического эффекта от внедрения блочных компрессорных установок производительностью 4мЗ/мин.для компрессирования и транспорта нефтяного газа

Раздел 5. Безопасность экологичность проекта

5.1 Безопасность производственной среды

5.2 Безопасность при чрезвычайных ситуациях

Заключение

Список использованной литературы

Раздел 1. Теоретическая часть

1.1 Описание системы технического обслуживания и ремонта компрессорных установок

Поршневые компрессоры относятся к разряду компрессоров объемного действия, в которых процесс сжатия и перемещения газа происходят в замкнутом пространстве за счет изменения его объема.

В поршневых компрессорах таким пространством является рабочий цилиндр, а органом, воздействующим на газ с целью изменения его объема, -- поршень.

Рисунок 1. Принципиальная схема поршневого компрессора

На рис.1 приведена принципиальная схема поршневого компрессора. Основными узлами компрессора, как видно из схемы, являются рабочий цилиндр 1, поршень 2, приемный рабочий клапан 3,являющийся распределительным органом на поступлении газа в компрессор, нагнетательный рабочий клапан 4, являющийся распределительным органом на выходе сжатого газа из цилиндра в напорный трубопровод. Кривошипно-шатунная система, состоящая из штока 5, крейцкопфа 6, шатуна 7, кривошипа 8, служит для преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение поршня. Расстояние между двумя крайними положениями поршня (плоскости А--А и В--В), в которых его скорость wn ~ 0, называется ходом поршня S. Работа поршневого компрессора сводится к следующему. При движении поршня 2 вправо (см. рис. 2.1) происходит заполнение увеличивающегося объема рабочего цилиндра газом, поступающим через открытый приемный клапан 3 из приемного трубопровода. Этот процесс называется процессом всасывания. По достижении поршнем плоскости В--Ввсасывающий клапан 3 закрывается. Начало движения поршня влево совпадает с началом процесса сжатия, который заканчивается в момент, когда рабочие параметры газа достигнут значений, соответствующих условиям нагнетания. Процесс сжатия заканчивается при достижении поршнем плоскости С--С. В этом положении открывается нагнетательный клапан 4, происходит процесс нагнетания, т. е. вытеснение газа поршнем в напорный трубопровод.

Рисунок 2. Схема поршневого компрессора простого действия

С началом движения вправо нагнетательный клапан закрывается, параметры газа изменяются до значений, соответствующих условиям всасывания, после чего опять начинается процесс всасывания. Комплекс процессов всасывания, сжатия и нагнетания составляет цикл работы поршневого компрессора.

1.2 Способы систем технического обслуживания и ремонта компрессорных установок

Эта система предусматривает комплекс мероприятий, обеспечивающих работоспособность всех агрегатов в процессе эксплуатации (ежедневный уход, осмотр, смазывание, чистка, устранение дефектов), а также своевременную плановую остановку их на обслуживание в целях поддержания технико-экономических показателей компрессорной установки в допускаемых пределах. Рекомендуется следующая периодичность осмотров и ремонта воздушных поршневых угловых компрессоров типа ВП: технический осмотр -- через 500 ч, текущий ремонт -- через 3000 ч. На основании этого составляют графики проведения осмотров и ремонта. Данные ремонтов компрессоров заносят в формуляр компрессоров и в журнал учета работы компрессора. При проведении планового технического осмотра устраняют неисправности, которые не требуют разборки и длительной остановки компрессорной установки. В перечень обязательных работ технического осмотра входят: замена всех работающих клапанов запасными, очистка снятых клапанов от нагара и грязи с погружением их на 2--3 ч в 5%-ный раствор каустической соды и промывкой водой с последующей просушкой; ревизия кольцевых клапанов осуществляется с осмотром уплотнительных поясков, седла, пластин и пружин, при этом забоины, вмятины и задиры на уплотнительных поясках седел не допускаются; для исправления дефектов разрешается проточка пояска и опорной части седла на глубину не более 1 мм; острые кромки необходимо притупить; очистка клапанных коробок от нагара и грязи; устранение причин образования нагара; проверка крепления пальца и состояния крейцкопфа; проверка крепления поршня на штоке и штока в корпусе крейцкопфа; проверка затяжки анкерных болтов и других резьбовых соединений; очистка поршневого насоса; промывка масляного фильтра тонкой очистки; проверка состояния и шплинтовки шатунных болтов и болтов противовесов,учитывая тяжелые последствия аварий при случайных дефектах шатунных болтов, необходимо вести наблюдение за их состоянием, используя для этой цели возможные остановки компрессора. При наличии на поверхности болта забоин, трещин, сорванной резьбы (даже на одном рабочем витке), а также при остаточном удлинении шатунного болта: 0,2 мм -- для компрессоров базы 2П, 0,3 мм -- для компрессоров базы ЗП, 0,45 мм -- для компрессоров базы 7П; проверка зазоров между башмаками крейцкопфа и параллелями станины; проверка состояния опорных колец и зазоров между поршнями и цилиндрами у компрессоров без системы смазывания; снятие и промывка фильтрующих элементов воздушного фильтра 10%-ным раствором каустической соды с температурой 50--70 °С, а затем горячей водой; затем фильтрующие элементы промасливаются висциновым маслом; замена масла в системе смазывания кривошипно-шатунного механизма и очистка масляного фильтра грубой очистки и маслопровода (только после первого технического осмотра). В дальнейшем эта операция производится через 1500--3000 ч работы компрессора; проверка состояния зеркал цилиндра через клапанные окна; при наличии нагара, рисок или задира необходимо вынуть поршень, удалить нагари зачистить зеркало цилиндра; рабочую поверхность цилиндра компрессоров смазать маслом; проверка состояния поршня и поршневых колец. При использовании для очистки раствора соляной кислоты необходимо прополоскать деталь 10--15%- ным содовым раствором.

1.3 Технологическое назначение выбранной компрессорной установки

Компрессор марки 205 ГП 40/3,5 предназначен для сжатия газа. Производительность компрессора 40 м3/мин, давление нагнетания 3,5 кгс/см2. Работа компрессора в технологической установке заключается в следующем: (смотри рисунок 3) газ через фильтр позиции «Ф» поступает в первый и второй цилиндр компрессора позиции «К1» «К2» на сжатие до давления 0,35 Мпа. После него газ охлаждается в холодильнике позиции «Х1» и следует на отделение от масла и конденсата в сепаратор «С1». Далее газ поступает в газосборник позиции «В».

Рисунок 3. Технологическая схема работы компрессора марки 205 ГП 40/3

Таблица 1 -Оборудование технологической установки

Обозначение	Наименование	Кол.	Примечание
Ф	Фильтр	1
К1	Цилиндр первой	1
К2	Цилиндр второй	1
Х1	Холодильник	1
С1	Газосепаратор	1
В	Газосборник	1

1.4 Описание конструкции оборудования

Компрессор поршневой стационарный угловой, одноступенчатый, дожимной, двойного действия.

Рама компрессора изготовлена литая из чугуна СЧ 21. Рама компрессора является базой для сборки основных узлов компрессора. Рама воспринимает усилия от кривошипно-шатунного механизма: усилия от давления газа в цилиндрах, от сил инерции движущихся и вращающихся частей, крутящих моментов и сил трения. Горизонтальная часть рамы компрессора имеет рабочие поверхности параллели, которые являются опорной поверхностью в работе крейцкопфа. Узел движения крейцкопфа в раме, с обеих сторон имеет люки, закрываемые легкосъёмными крышками.

Рисунок 4. - Продольный разрез компрессора 205 ГПД-22

Поршневой компрессор 205 ГПД - 22 состоит из следующих узлов и деталей (см. рисунок 1.2). 1 - цилиндр, 2 - поршень, 3 - коробка сальниковая, 4 - крейцкопф, 5 - шатун в сборе, 6 - рама - картер, 7 - вал коленчатый.

В нижней части рама имеет картер для масла, стекающего с коренного мотылевого и крейцкопфного подшипников. Картер закрывается легкосъёмной крышкой. С внешней стороны рама имеет постель для двух коренных подшипников, третий - выносной подшипник коленчатого вала крепится у электродвигателя на его опорной плите. Цилиндр компрессора изготовлен из чугуна СЧ - 21, с одного конца крепится к промежуточному фонарю шпильками, с другого конца опирается на качающуюся опору. Задняя стенка цилиндра является крышкой цилиндра, выполнена съёмной для возможности демонтажа и монтажа поршня со штоком при их заменах. Клапанные плоскости цилиндра расположены горизонтально. Трубопроводы всаса и нагнетания крепятся к нижней стенке цилиндра. Цилиндр снабжён двумя точками для провода смазки и индикаторными штуцерами для измерения давления и температуры, а также штуцерами для отвода газа от сальниковых камер. Коленчатый вал изготовлен из стали45 заодно со щекой кривошипа. Кривошипный палец изготовляется отдельно и устанавливается в щёку кривошипа в горячем состоянии. Смазка к шатунному подшипнику поступает от коренных подшипников по сверлениям, имеющимся в коленчатом вале. В компрессоре применяют тонкостенные полувкладыши, у которых отношение их толщины к диаметру шейки вала 1:30. Корпус вкладышей изготовлена из бронзы Бр05Ц5С5. Заливка из баббита Б - 83 имеет толщину 0,4 - 0,7 мм. Шатун изготовлен из стали 35 с разъёмной и неразъёмной крейцкопфной головками. Головка шатуна имеет разъёмные вкладыши, залитые баббитом. Зазор регулируется с помощью латунных прокладок, размещённых между стыковыми кромками обеих половин головки. Подача смазки производится из кривошипной головки в крейцкопфную по каналу, просверленному непосредственно в стержне шатуна. Крейцкопф состоит из стального корпуса, опорных сегментов (башмаков) из стали 35, скользящие поверхности которых залиты баббитом и пришабрены по направляющим рамы. Опорные сегменты выполнены съемными, что позволяет монтировать прокладки для коррекции зазора.

Крейцкопф с шатуном соединяется с помощью пальца.

Шток изготовлен цельнокованым из качественной углеродистой стали, с поверхностной закалкой и последующей шлифовкой. На цилиндрической поверхности поршня имеются уплотнительные поршневые кольца, изготовленные из перлитового чугуна. На одном конце шток имеет резьбу, шлицевой канал на торцевой поверхности, установочную гайку с предохранительным болтом и контргайку для соединения его с крейцкопфом компрессора. Сальники компрессора, самоуплотняющиеся баббитом. В каждой сальниковой коробке расположены четыре камеры с тремя радиально-резанными уплотняющими элементами сечения в каждой камере. Самоуплотнение происходит за счёт цилиндрических пружин и давление газа, проникающего в камеры из цилиндра. К каждому сальнику подводится масло в трёх точках от лубрикатора через обратные клапаны. Для дополнительного уплотнения сальниковой камеры от утечек газа и улучшения смазки в процессе работы к сальниковой камере подводится затворная жидкость - масло компрессорное, которое циркулирует по схеме циркуляционной системы смазки.

Таблица 2 - Таблица штуцеров

Обозначение	Назначение	Кол.	Проход условный Ду, мм	Давление условное Ру,мм
А	Люк - лаз	1	450	1,6
Б	Вход газа	1	150	2,5
В	Выход газа	1	80	2,5
Г	Выход жидкости	1	80	1,6
Е	Для предохранителя клапана	1	50	2,5
Ж	Вход воды	1	25	1,6
И	Выход воды	1	25	1,6
К	Под манометр	1	15	-
Л	Дренаж	1	50	1,6

1.5 Материальное исполнение оборудования

Детали компрессора изготовлены из следующих материалов.

(см. таблицу 3)

Таблица 3 - Материальное исполнение компрессора 205 ГП - 40/3,5

№ п/п	Наименование	материал	ГОСТ
1	2	3	4
1	Картер	СЧ 21	1412
2	Цилиндр	СЧ 21	1412
3	Шпильки фланцевых соединений	Сталь 35	1050
4	Гайки фланцевых соединений	Сталь 40	1050
5	Шток	Сталь 45	1050
6	Коленчатый вал	Сталь 45	977
7	Шатун	Сталь 35	977
8	Шатунный болт	20ХН3А	4545
9	Гайка шатунного болта	Сталь 35	1051
10	Поршень	СЧ 21	1412
11	Втулка	Сталь 35	1050
12	Палец крейцкопфа	Сталь 12ХН3А	4543
13	Башмак крейцкопфа	Сталь 35	2685
14	Втулка шатуна	БрОФ - 10-1	669
15	Сальник: оправа	Сталь 35	1050
16	Сальник: набивка	Ф-4К20	10007
17	Направляющие	СЧ 21	1412
18	Крышка цилиндра	СЧ 21	1412

Детали сепаратора изготовление из следующих материалов (см. таблицу 4).

Таблица 4 - Материальное исполнение сепаратора

№ п/п	Наименование	материал	ГОСТ
1	Обечайка, днище	Сталь 09Г2С	5520
2	Патрубки штуцеров	Сталь 09Г2С	4543
3	Фланцы штуцеров	Сталь 09Г2С	4543
4	Шпильки фланцевых соединений	Сталь 09Г2С	19281
5	Гайки фланцевых соединений	Сталь 09Г2С	19281
6	Прокладки фланцевых соединений	Паронит	26 - 373
7	Опоры	Сталь Вст3сп	14637

Раздел 2. Расчетная часть

2.1 Расчёт компрессора

Расчёт цилиндра

Задача расчёта

Задачей расчёта является проверка прочности стенки втулки цилиндра от действия внутреннего избыточного давления и веса поршня и штока.

Расчёт произведён в соответствии с [1].

Данные для расчёта

Внутренний диаметр втулки 400 мм

Наружный диаметр втулки 425 мм

Материал втулки СЧ 24

Давление внутреннее 0,02 МПа

Масса штока 14,45 кг

Длина втулки 300 мм

Рисунок 5. - Расчётная схема цилиндра компрессора

Проверка прочности втулки цилиндра от действия внутреннего избыточного давления. При расчёте «мокрых» втулок на давление газа, давление в охлаждающей рубашке не учитывается и втулка рассчитывается как труба, нагруженная внутренним p1.

p1 = pн (1)

Где давление pн нагнетания pн =1,5МПа;

Нормальное радиальное напряжение во втулке рассчитывается по формуле:

уr=- p1 (2)

уr = -0,2 МПа

Нормальное касательное напряжение во втулке рассчитывается по формуле

уt = p1*( б+1)/( б-1), Мпа; (3)

Где б -коэффициент линейного расширения, 1/град;

б=(r2/r1)2>1; (4)

Где r1 - внутренний радиус втулки;

r2 - наружный радиус втулки;

б=(212,5/200)2=1,12;

уt = 0,2*((1,12+1)/(1,12-1))= 3,53 Мпа

Эквивалентные напряжения определяются без учёта температурных напряжений, также с учетом их.

Эквивалентные напряжения в опасных точках вычисляем по теории предельных напряжений состояния О.Мара по формуле:

уэкв = у1 - х * уtсум, Мпа (5)

Где у1 - наибольшее по алгебраической величине напряжений, уt и уr

у1 - наименьшее по алгебраической величине из напряжений, уt и уr;

С учётом температурных напряжений вместо уt берём уtсум,

Где - уtсум = уt + уt0;

Где - уt0 = -7,65*?t*А$

уt0 - для втулки из чугуна;

?t - разность температур на внутренней и наружной поверхности втулки;

А - величина находимая по графику в зависимости от значения k;

k - отношение внутреннего радиуса к наружному;

k = r1/r2 = 200/212,5=0,94;

уt0 = -7,65*68*1,02=-53МПа;

уtсум= 3,53+(-53)=-49,47 МПа;

Где V- коэффициент характеризующий различие сопротивления материала при растяжении и сжатии. Для серых и модифицированных чугунов V=VВ?0,3;

уэкв = -0,2-0,3*(-49,47) = 14,6 МПа;

Величина расчётная эквивалентных напряжений (с учётом температурных напряжений и без них) не должна превышать допускаемые, т.е. уэкв ? [у] экв

Для «мокрых» втулок [у] экв = 30-50 МПа

уэкв = [у] экв

14,6 МПа < 20-30МПа

Условие прочности выполняется.

Проверка прочности втулки цилиндра от действия веса поршня и штока. Удлинённые втулки цилиндров проверяют на изгиб от нормальной силы N приложенной в середине втулки и рассчитывается по формуле:

N = Gпорш + 0.5*Gшток, кг; (6)

Где Gпорш - вес поршня;

Gшток - вес штока.

N=59,5 + 0,5*12,7 = 65,85 кг;

уu = M/W = 10*((N * l * (L - 1)*d1)/(L*d14 * d24))=5*(( N * l * d1)/( d14 * d24))? [у]u, МПа (7)

где d1 - внутренний диаметр втулки;

d2 - наружный диаметр втулки;

L - длина втулки

уu = 5* ((65,85*450*220)/(244-224)) = 16,3 МПа;

Для чугунных втулок [у]u = 20 ч 30 МПа;

уu < [у]u

16.3 МПа < 30 МПа

Условие выполняется

Проверка шпилек на статицную прочность

Усилие предварительной затяжки шпилек головки цилиндра рассчитывается по формуле:

V = Ксм * (1 - х)* Qmax, Н; (8)

где Ксм - коэффициент запаса против раскрытия стыка. При переменной нагрузке

Ксм = 2.5-4;

х - коэффициент основной нагрузки; учитывает податливость шпилек и деталей стягиваемых гайками. Для приближения расчётов, коэффициент основной нагрузки при соединении стальных и чугунных деталей можно принимать х = 0,2-0,3;

Qmax - нагрузка приходящая на одну шпильку при наибольшем давлении в цилиндре, рассчитывается по формуле:

Qmax = (р*D2)/(4*z)* P, H: (9)

Где D - внутренний диаметр втулки цилиндра;

Z - количество шпилек;

P - наибольшее давление в цилиндре;

Qmax = (3.14*4002)/(4*8)*0,35 = 5495H;

V = 1,5*(1 - 0.3)*0,13 = 0,13H;

Расчётная нагрузка шпильки с учётом возможной затяжки полной нагрузкой:

Р = 1,3*[ Ксм * (1 - х)* Qmax + к* Qmax], кН; (10)

Р = 1,3*[ 1,5 * (1 - 0,3)* 0,13+ 0,3* 0,13] = 0,23 кН;

Р < [P];

0,23кН < 230 кН

Условие выполняется т.к. минимальная разрушается нагрузка для шпильки из стали

35 [P]=230 кН ГОСТ 1759.4 - 87

Проверка шпилек на выносливость

Амплитуда переменных напряжений рассчитывается по формуле:

уа = х * Qmax/2 * F1, Н/мм2 (11)

Где F1- площадь поперечного сечения шпильки М24, F1 = 452,16 мм2

уа = 0,3*5495/2*452,16 = 1,8 Н/мм2

Напряжение затяжки рассчитывается по формуле:

узат = V/ F1, Н/мм2 (12)

узат = 5495/452.16 = 12,1 Н/мм2

Постоянное напряжение рассчитывается по формуле:

уm = узат + уа, , Н/мм2 (13)

уm = 12,1+1,8 = 13,9 Н/мм2

Наибольшее напряжение рассчитывается по формуле:

уmax = уm + уа, Н/мм2; (14)

уmax = 13,9 + 1,8= 15,7 Н/мм2

Коэффициент асимметрии цикла рассчитывается по формуле:

R = уmin/ уmax; (15)

R = 12,1/15,7 = 0,77

Коэффициент запаса прочности по амплитуде рассчитывается по формуле:

na = у-1pk/ уа; (16)

Где у-1pk - предел выносливости шпильки, у-1pk = 60 Н/мм2 . Для резьбы d > 16мм значение у-1pk уменьшают на 25%, тогда:

у-1pk = 60 - 1/4* 60 = 45 Н/мм2;

na = 45/4,55 = 9,89.

Нормативный коэффициент, [na] = 2.5-4.

[na] > na

4 < 17.85

Коэффициент запаса прочности по наибольшему напряжению рассчитывается по формуле:

n = уm/ уmax; (17)

Где - предел текучести материала шпильки, уm = 320 Н/мм2;

n = 320/15,7 = 20,1.

Нормативный коэффициент запаса прочности:

[n] = 1.25 ч 2.5.

[n] < n

2.5 < 20,1

Вывод: коэффициенты запаса прочности весьма высоки, тем самым условия усталостной прочности выполняются.

Расчёт штока

Задача расчёта

Задачей расчёта является проверка штока на устойчивость, статическую прочность и выносливость.

Расчёт произведён в соответствии с [1]

Рисунок 6. Расчётная схема штока

Данные для расчёта

Материал шпилек сталь 45

Расчётная длина штока 962 мм

Диаметр штока 50 мм

Давление в цилиндре 0,35 МПа

Масса поршня совместно со штоком 81 кг

Число оборотов коленчатого вала 500 об/мин

Радиус кривошипа 110 мм

Радиус галтели 3 мм

Вес крейцкопфа 28,8 кг

Вес шатуна 24 кг

Диаметр гладкой части штока 65 мм

Диаметр поршня 400 мм

Условие расчёта

Для выбора расчётных нагрузок определяется:

А) максимальное усилие растяжения и сжатия при работе компрессора

Б) максимальное значение сил инерции в мёртвых точках

Расчёт ведётся по наибольшим усилиям

Расчёт максимальных усилий действующих на шток

Максимальное усилие растяжения (поршневая сила) рассчитывается по формуле

Pmax.раст = р * (Dn2 - dшт2)/*Рц; (18)

Где Dn - диаметр поршня, мм;

dшт - диаметр штока, мм;

Рц - Давление в цилиндре, МПа;

Pmax.раст = 3,14*(4002 - 502)/ 4* 0,35 = 43273 Н.

Максимальное усилие сжатия рассчитывается по формуле:

Pmax.сж = р * Dn2 *Рц/4 ; (19)

Pmax.сж = 3,14 * 4002 * 0,35/4 = 43960Н;

Pmax.сж = Pmin.сж

Максимальное значение силы инерции рассчитывается по формуле:

Jn = R * щ2 * mn * (1 + д); (20)

Где R - радиус кривошипа

щ - угловая скорость коленчатого вала, об/сек;

д -коэффициент гибкости штока;

д = R/L; (21)

Где - расчетная длина штока;

д = 225/862 = 0.26;

щ = р * n/30 = 3.14 * 500/30 = 52.3 сек-1; (22)

Jn = 0,225 * 52,32 * 72,2 * (1 + 0,26) = 55987,83Н.

Дальнейший расчёт ведём по максимальным усилиям Pmax.раст и Pmax.сж:

Pmax.раст > Jn; 88217.1 > 55987.83H

Pmax.сж > Jn; 92316H > 55987.83H

Расчёт штока на устойчивость

Запас устойчивости рассчитывается по формуле:

n = ук / у; (23)

Где ук - критическое напряжение, Н/мм2

у - максимальное напряжение сжатия в сечении штока, Н/мм2

Максимальное напряжение сжатия в сечении штока F - F, рассчитывается по формуле:

у = P/F; (24)

Где Р - максимальное усилие сжатия действующее на шток, Н.

F - Площадь поперечного сечения штока, мм2;

F = р * dшт2/4; (25)

F = 3.14 * 502/4 = 1962,5 мм2;

у = 14360/1962,5 = 22,8 Н/мм2

ук = Рк / F; (26)

где Рк - критическая сила, Н. Выюор критической силы Рк или критического напряжения зависит от величины гибкости штока д.

д = 4*м*l1/ dшт=4*1*982/50=78.56 (27)

где L - расчётная длина штока, мм;

dшт - диаметр штока, мм.

Т.к. д < 60 критическое напряжение ук применяется равным приделу текучести материала штока, т.е. ут = ук в этом случае расчёт на устойчивость заменяется расчётом на прочность.

ук =F*(a - b * л)/F = a - b * л (28)

где а = 430 Н/мм2 для углеродистых сталей

b = 1,7 Н/мм2 для углеродистых сталей

Нормативное значение коэффициента запаса устойчивости:

ук = 430 - 1,7*78,56 = 296,45 Н/мм2;

n = ук / у = 296.45/22 = 13 Н/мм2

[n] = 8 ч 12;

[n] < n;

12 Н/мм2 < 13 Н/мм2

Условие устойчивости выполняется.

Расчёт штока на прочность

Определение напряжений и запаса прочности в месте перехода гладкой части штока к опорному бурту (сечение F - F)

Максимальное значение напряжения в сечении рассчитывается по формуле:

уmax = Pmax.раст / F; (29)

уmax = 43273/1962.5 = 22 Н/мм2;

Минимальное значение (максимальное сжимающее напряжение Pmax.сж ) в сечении:

уmin = Pmin / F; (30)

уmin = 43960/1962.5= 22.4 Н/мм2;

Среднее значение напряжения рассчитывается по формуле:

уm = (уmax + уmin)/2; (31)

уmin = (12.8+12.6)/2 = 12.7 Н/мм2

Переменное значение цикла рассчитывается по формуле:

уy = (уmax - уmin)/2 Н/мм2; (32)

уy = (22.0-22.4)/2 = 22.2 Н/мм2

Рассчитываем коэффициент концентрации напряжения:

Кg = 1 + q * (Km - 1); (33)

Где q - коэффициент чувствительности материала к концентрации напряжений. Для углеродистых сталей q = 0,5- 0,6;

Km - коэффициент концентрации напряжений для галтели. Зависит от величины отношения r/d;

Где r - радиус галтели

d- диаметр штока

Km = r/d = 3/50 =0.06 < 0.625 (34)

Принимаем Km = 2,

Кg = 1+ 0.55 (2 - 1) = 1,55.

где величину масштабного коэффициента еq находим по графику в зависимости от диаметра штока. еq = 0,729.

Предел усталости по данному циклу

r = уmin/ уmax = 22/22.4=0.9 (35)

определяем по графику

Диаграмма Смита

По диаграмме Смита для стали 45 проводим луч через начала координат под углом в к оси уm при этом

tg в = 2/(1+r)=2/(1+0.9)=1.81; в = 510 (36)

Запас прочности рассчитывается по формуле:

n = уr-1 / (уm + Kq/еq)* уy = 340/(22+1,55/0,729*0,1)=13,15 (37)

Нормативный коэффициент запаса прочности

[n] = 2,5 ч 4 Н/мм2;

[n] < n;

4 Н/мм2 < 13,15 Н/мм2

Условие прочности в сечении F - F выполняется.

Определение напряжения и запаса прочности в сечении F1 - F1 крепления поршня на штоке

Резьбовое соединение поршня со штоком относятся к типу « болт-гайка»:

1. Определение коэффициента основной нагрузки. Сила давление газа Р, действующая на поршень не влияет на работу соединения, тто вызванное тем, что сила затяжки резьбового соединения в несколько раз превосходит максимальную силу, действующую на поршень, поэтому коэффициент основной нагрузки для данного соединения будет Х = 0

2. Определение коэффициента податливости поршня и штока.

Поршень. Вычислить точное значенье д- коэффициент податливости поршня ввиду влияния на жёсткость днищ, рёбер, наружной поверхности поршня, поэтому поршень условно заменим втулкой, для которой находим коэффициент податливости.

Коэффициент податливости поршня рассчитывается по формуле:

д = Ln/En * Fn=168/0,11*10-6*152880=11200 (38)

где Ln - длина поршня между буртами штока и гайки, мм;

En - модуль упругости материала поршня. Для чугуна En = 0,75*10-6 Н/мм2;

Fn - площадь поперечного сечения, мм2.

Fn = р/4 * (dn2 - dшт2); (39)

Fn = 3.14/4*(4002 - 502) = 123637,5 мм2.

Коэффициент податливости штока рассчитывается по формуле:

дшт = 1/Ешт[Lгл/Fгл + (Lрез+1/3H)/Fрез+0.415/h *(dб/dшт - 1)], мм/Н; (40)

где Lгл - длина поперечного сечения гладкой части штока;

Fгл - площадь поперечного сечения гладкой части штока;

dгл - диаметр гладкой части штока;

Lрез - длина резьбы от торца затяжной гайки, мм;

Fрез -площадь поперечного сечения резьбы по среднему диаметру;

1/3H - величина учитывающая деформацию стержня в пределах гайки;

Н - длина свинчивания гайки; значение 1/3H берётся во внимание только при Н > 1,5 dшт и l < 6 dшт

h - Высота бурта штока, h =15мм;

dб - диаметр бурта штока, dб = 65 мм.

Коэффициент податливости бурта штока:

дб = 0,415/h*E*(dб/ dшт - 1)мм/Н (41)

д = 1 / 2,04*10-6*[98/7539,14+42/1256+0,415/15*(65/50 - 1)] = 250000 мм/Н

Определение величины затяжки

Напряжение затяжки выбирается из условия плотности стыка. Запас прочности по пределу текучести ns = 1.7-2.5

Величина напряжения затяжки при монтаже рассчитывается по формуле:

уs(0) = k * P/F1BH*(1 - x), Н/мм2 ; (42)

Т.к. для данного соединения коэффициент основной нагрузки Х = 0, то формула приобретает следующий вид:

уs(0) = k * P/F1BH, Н/мм2 ; (43)

Где k - запас по плотности стыка или коэффициент затяжки для переменных нагрузок. Обычное значение k = 2.5-4. Коэффициент k выбирается с таким учётом, чтобы остаточная затяжка составляла Qc = (1.5-2)P;

F1BH - площадь сечения резьбы по внутреннему диаметру, мм2.

уs(0) = 3*43273/1133.5 = 114 Н/мм2

Усилие затяжки при ремонте рассчитывается по формуле:

Q s(0) = уs(0) * FBH = k* Pmax.раст = 3*43273 = 129819H; (44)

Минимальное усилие на стыке рассчитывается по формуле:

Qс = (k - 1) * Pmax.раст; (45)

Qс = (3 - 1) * 43273 = 86546H

Необходимое условие

Qс = (1,5 - 2) * Pmax.раст;

Qс = 2*43273 = 86546Н.

Условие выполняется.

Удельное давление между буртом штока и поршнем рассчитывается по формуле:

qсм = Q s(0)/0,785*(d62 - dшт2), Н/мм2; (46)

qсм = 129819/0.785*(652 -502) = 89,78 Н/мм2

Допускаемое удельное давление равно:

Для поршней из чугуна [qсм] = 800 - 1000 Н/мм2.

Так как коэффициент основной нагрузки х = 0, то данное резьбовое соединение на усталость работает мало.

Определение напряжения затяжки при работе компрессора

В процессе сжатия газа происходит нагрев поршня со штоком. Усилие затяжки резьбового соединения поршня со штоком в рабочих условиях уменьшается в следствии возможных температурных измерений, возникающих в результате разных коэффициентов линейного расширения чугунного поршня и стального штока.

Уменьшение силы затяжки рассчитывается по формуле:

Qt = (бшт -бn)*?t * Ln /(дn + дшт); (47)

Где бшт - коэффициент линейного расширения для стального штока,

бшт = 12,2*10-6;

бn - коэффициент линейного расширения для чугунного поршня,

бn = 11,1*10-6;

?t = t2 - t1; (48)

Где t1 - температура поршня и штока при сборке, t1 = 22°С;

t2 - температура поршня и штока при работе, t2 = 55°С;

?t = 55 - 22 = 33°С;

Qt = (12,2*10-6 - 11,1*10-6)*168*40/(11200+250000) = 3*10-7Н.

Усилие затяжки резьбового соединения в рабочем состоянии рассчитывается по формуле:

QР = QS(0) - Qt; (49)

QР = 129819-2*10-6 = 129819H

Напряжение затяжки при работе рассчитывается по формуле:

уs = QР/ F1BH; (50)

уs = 129819/1133,5 = 114 Н/мм2

Полное усилие в штоке рассчитывается по формуле:

Qшт = QР + х * Pmax.раст = QР; т.к. х=0 (51)

Qшт = 74182,5 Н.

Максимальные нормальные напряжения в поперечном сечении штока рассчитываются по формулам:

В нарезанной части:

у1 = Qшт / F1BH = QР / F1BH, Н/мм2; (52)

у1 = 129819/1133,5 = 114 Н/мм2

В гладкой части:

у = Qшт / Fгл = QР / Fгл, Н/мм2 (53)

у = 74182,5/1962,5 = 37,8 Н/мм2

Максимальные приведённые напряжения рассчитываются по формуле:

у1прив = 1,25 * у1, Н/мм2; (54)

у1прив = 1,25 * 65,4 = 81,25 Н/мм2

В гладкой части:

уприв = 1,25 * у, Н/мм2 ; (55)

где 1,25 - коэффициент учитывающий наличие касательных напряжений.

уприв = 1,25 * 37,8 = 47,25 Н/мм2

Запас статической прочности.

По пластическим деформациям:

Для нарезанной части:

ns1 = уs / у1прив = 1.15* уs/ у1прив; (56)

где уs - предел текучести при растяжении. Для стали 45 уs = 360 Н/мм2.

ns1 = 1,15*360/200,9 = 2,06.

Для гладкой части:

ns = уs / уприв; (57)

ns = 360/168,5 = 2,13.

Допускаемое значение [n] = 1,2ч 2,5.

По пределу прочности:

Для резьбовой части:

nВ1 = уВ / у1прив = 1,15 * уВ/ у1прив; (58)

где уВ - предел прочности при растяжении. Для стали уВ = 610 Н/мм2;

nВ1 = 1,15*610/200,9 = 3,39

Для гладкой части: nВ = уВ / уприв; (59)

nВ = 610/168,5 = 3,62.

Допускаемые значения [nB] = 1.5 ч 4.

Момент закручивающий шток при затяжке рассчитывается по формуле:

Мкр = б * Qs(0)*d0; (60)

Где б - коэффициент, б = 0,12;

Мкр = 0,12 * 264651,3*59 = 1873731,2 Н*мм;

Расчёт штока на выносливость

Переменное напряжение в резьбовой части штока, сечение F1 рассчитывается по формуле:

ух = (х * Pmax.раст )/2* F1BH, Н/мм2; (61)

Для данного резьбового соединения х=0, значит ух = 0. Таким образом в резьбе крепления поршня со штоком переменных напряжений не будет и среднее напряжение будет равно напряжению затяжки, уs = у1.

уm = ух + уs, Н/мм2 (62)

уm = 160.72 Н/мм2

Следовательно резьбовое соединение шток-поршень на усталость работает мало. Определение напряжения и запаса прочности в сечении F2 - F2 (соединение штока с крейцкопфом).

Напряжение в резьбе от растягивающего его усилия рассчитывается по формуле:

у = Pmax.раст / F2BH; (63)

где F2BH - площадь сечения по внутреннему диаметру резьбы;

F2BH = р * d2 /4 = 3.14 * 45.82/4 = 1646.65 мм2; (64)

у = 88217,1/1646,65 = 53,6 Н/мм2

Напряжение затяжки рассчитывается по формуле:

уs(0) = k*(1 - x) * у , Н/мм2 (65)

где k - коэффициент затяжки, k = 2,5 - 4;

х - коэффициент основной нагрузки, зависит от податливости объединяемых деталей, х = 0,42-0,48, принимаем х = 0,46.

уs(0) = 3*(1 - 0,46) * 53,6 = 86,8 Н/мм2

Усилие затяжки рассчитывается по формуле:

Q s(0) = уs(0) * F2BH, H; (66)

Q s(0) = 86.8*1646.65 = 142929.22 H.

Полное усилие действующее на резьбу, т.е. от затяжки и от давления газа поршень рассчитывается по формуле:

Q = Q s(0) + x * Pmax.раст, H; (67)

Q = 142929.22 + 0.46*88217.1 = 183509.1 H.

Максимальное нормальное напряжение в резьбовой части рассчитывается по формуле:

у = Q/ F2BH, Н/мм2 (68)

у = 183509.1/1646.65 = 111.44 Н/мм2

Максимальное приведённое напряжение рассчитывается по формуле:

уприв = 1,25* у, Н/мм2 (69)

у = 1,25*111,44 = 139,3 Н/мм2

Запас статической прочности по пределу прочности рассчитывается по формуле:

nВ = 1,15* уВ/ уприв; (70)

nВ = 1,15*610/139,3 = 5,03.

где уВ - предел прочности материала штока. Для стали 45 уВ = 610 Н/мм2

Нормативный коэффициент запаса прочности [n] = 1,5 ч 2,5.

Запас статической прочности - по пределу текучести рассчитывается по формуле:

nm = 1.15 * уm/ урив, Н/мм2 (71)

где уm - предел текучести материала штока. Для стали 45 уm = 360 Н/мм2. nm = 1,15*360/139,3 = 2,09 Н/мм2

Нормативный коэффициент запаса прочности по пределу текучести

nm < [nm]

[nm] = 1.2 ч 2.5.

Условие прочности выполняется.

Расчёт штока на выносливость

Переменное напряжение в резьбовой части штока в сечении F2 рассчитывается по формуле:

ух = x * Pmax.раст/2 * F2BH, Н/мм2 (72)

ух = 0.46*88217.1/2*1646.65 = 12.32 Н/мм2.

Среднее напряжение рассчитывается по формуле:

уm = ух + уs(0), Н/мм2; (73)

уm = 12.32 + 86.8 = 99.12 Н/мм2.

Предел усталости резьбовой части штока рассчитывается по формуле:

у-1х = Еg/Kg* у-1, Н/мм2; (74)

где Еg - коэффициент учитывающий масштабный фактор зависимости от dшт, Еg = 0,689;

Kg - коэффициент концентрации напряжений для резьбы штока:

Для углеродистых сталей Kg = 3,5 ч 4,5. Для резьбовых соединений типа, «стяжки» значение Kg - снижают на 20%.

у-1 - предел усталости при изгибе. Для стали 45 у-1 = 250 ч 340 Н/мм2

Kg = 4,5 - 20*45/100 = 3,6;

у-1х = 0,689/3,6*270 = 51,6 Н/мм2;

Запас усталостной прочности по переменным напряжениям рассчитываются по формуле:

nu = у-1k*(1 - уm/1.15* уВ )/ ух; (75)

Где уВ - предел прочности материала штока. Для стали 45 уВ = 610 Н/мм2.

nu = 51,6*(1-99,12/1,15*610)/12,32 = 3,6.

Нормативный коэффициент запаса прочности по переменным напряжениям:

[nu] > nu.

[nu] = 2.5 ч 4.

Условие прочности выполняется.

Расчёт на прочность шатунного болта

Задача расчёта

Задачей расчёта является проверка на статическую прочность и на выносливость шатунного болта. Расчёт является проверочным.

Расчёт произведён в соответствии с [1]

Рисунок 7. - Расчётная схема шатунного болта

Данные для расчёта

Материал сталь 20Х3А

Диаметр болта 30 мм

Число двойных ходов 500 об/мин

Вес крейцкопфа 28,8 кг

Вес шатуна 24 кг

Вес штока 14,45 кг

Длина болта 258 мм

Радиус кривошипа 110 мм

Диаметр цилиндра 400 мм

Давление в цилиндре 0,35 Мпа

2.2 Расчёт газосепаратора

Расчёт толщин стенок обечайки и днищ сосуда по ГОСТ 14249 - 89. Задачей расчёта является определение толщин стенок обечайки и эллиптических днищ сосуда, нагруженного внутренним избыточным давлением.

Расчёт произведён в соответствии с [8].

Диаметр обечайки внутренней 1600мм;

Давление расчётное 0,35МПа;

Температура расчётная 60°С;

Прибавка для компенсации коррозии 2 мм;

Прибавка для компенсации минусового допуска 0,8 мм;

Прибавка технологическая 1,2мм;

Рисунок 8. - Схема газосепаратора

Расчёт толщины стенки обечайки

Толщина стенки обечайки, нагруженная внутренним избыточным давлением рассчитывается по формуле:

S ? Sp + C; (104)

S = P*D/ 2 *[д]* цр - P; (76)

где S - исполнительная толщина стенки обечайки, мм;

Sp - расчётная толщина стенки обечайки, мм;

С - суммарная прибавка к расчётной толщине стенки;

С = С1 + С2; (77)

Где С1 - прибавка для компенсации коррозии, мм;

С2 - прибавка для компенсации минусового допуска, мм;

Р - расчётное внутреннее избыточное давление, МПа;

[д] - допускаемое напряжение при расчётной температуре, Мпа;

Для стали 09Г2С при расчётной температуре 100°С, [д] = 160Мпа.

цр - коэффициент прочности продольного сварного шва. При стыковом двухстороннем сварном шве, выполняемым автоматической сваркой и длине контролируемого шва от общей длины 100%, цр = 1,0.

Sp = 0,35*1600/2*160*1-0,35 = 8,03 мм.

S = 8,03 +2 +0,8 = 10,83 мм.

Принимаем S = 10мм.

Условие применения формулы:

(S - C)/D ? 0.1 (107)

(12- 2.8)/0,35 ? 0.1

0.026 ? 0.1;

Условие формулы выполняется.

Допускаемое внутреннее избыточное давление.

[P] = 2* [д] * ц*(S - C)/(D + (S - C)); (78)

[P] = 2*160*1*(10 - 2.8)/(1600+(10 - 2.8)) = 2,9 МПа.

2,9 > 1,6.

Условие выполняется.

Расчёт толщины стенки эллиптического днища

Толщина стенки эллиптического днища нагруженного внутренним избыточным давление рассчитывается по формулам:

S1 ? S1p + C; (109)

S = P*R/ 2 *[д]* ц - 0.5*P; (79)

Где S1 - исполнительная толщина стенки днища, мм;

S1p - расчётная толщина стенки днища, мм;

С - суммарная прибавка, мм.

С = С1 + С2 +С3; (80)

Где С3 - прибавка технологическая, мм.

R - радиус кривизны в вершины днища.

Для стандартного днища с Н = 0,25*D, R=D.

S1p = 0,35*1600/(2*1*160-0,5*0,35) = 3,11 мм

S1 = 3,11 + 2 + 0,8 + 1,2 = 7,11мм.

Принимаем S1 = 12 мм.

0,002 ? (S1 - С)/D ? 0,1; (81)

0,002 ? (10 - 4)/1600 ? 0,1;

0,004 ? 0,026 ? 0,1;

Условие применения формулы выполняется.

Допускаемое внутреннее избыточное давление.

[P] = 2* [д] * ц*(S1 - C)/(D + (S1 + C)*0,5); (82)

[P] = 2*160*1*(10 - 4)/(1600 + (10 + 4)*0,5) = 3,12 МПа.

3,12 > 1,6.

Условие выполняется.

Расчёт укрепления отверстий люка ГОСТ 24755 - 81

Задачей расчёта является определения минимального диаметра отверстия не требующего укрепления и условия укрепления.

Расчёт произведён в соответствии с [8].

Внутренний диаметр аппарата 1600 мм;

Расчетное давление 0,35 МПа;

Расчётная температура 60°С;

Исполнительная толщина стенки обечайки 10 мм;

Расчётная толщина стенки обечайки 6,03 мм;

Толщина накладного кольца 10 мм;

Внутренний диаметр штуцера 200 мм;

Исполнительная толщина стенки штуцера 14 мм;

Прибавка к расчётной толщине стенки штуцера 2 мм;

Длина внешней части штуцера 200 мм;

Исполнительная ширина накладного кольца 214 мм;

Прибавка к расчётной толщине стенки обечайки для компенсации минусового допуска 0,8мм;

Материал обечайки и накладного кольца Сталь 09Г2С;

Материал патрубка Сталь 09Г2;



Рисунок 9. - Укрепляющее кольцо

Расчёт минимального диаметра, не требующего дополнительного укрепления

Расчёт минимального диаметра, не требующего дополнительного укрепления производится по формуле:

d0 = 2*((S - C)/SP - 0.8)*vDP * (S - C); (83)

Где S - исполнительная толщина стенки обечайки, мм;

С - прибавка к расчётной толщине стенки обечайки, мм;

С = С1 + С2; (84)

Где С1 - прибавка к расчётной толщине стенки обечайки для компенсации коррозии, мм;

С2 - прибавка к расчётной толщине стенки обечайки для компенсации минусового допуска, мм;

С = 2 + 0,8 = 2,8 мм;

Следовательно, отверстие диаметром 72,5 мм и менее при толщине корпуса аппарата 10 мм дополнительного укрепления не требует.

Расчёт укрепления отверстия ДУ 200 мм

При укреплении отверстия утолщением стенки сосуда или штуцера накладным кольцом, должно выполнятся условие укрепления.

l1R*(S1 - S1R - CS)*X1*l2R*S2*X1+ l3R*(S3 - 2*CS)*X1+ l3*(S -SR -C)?0.5*(dR - d0R)*SR; (85)

где S1R - расчётная длина внешней части штуцера;

l1R = 1,25 * v(d+2* CS)¦ * (S1 - CS), (86)

где l1 - длина внешней части штуцера, мм;

d - внутренний диаметр штуцера, мм;

CS - прибавка к расчётной толщине стенки для компенсации коррозии, мм;

S1 - исполнительная толщина стенки штуцера, мм;

l1R = 1,25 * v(200+2*2) * (14 - 2) = 61,8 мм.

Принимаем l1R = 62 мм;

l3R = 0;

S1R - расчетная толщина стенки штуцера, мм;

S1R = P*(d+2*CS)/(2 *[д]1* ц1-P); (87)

Где [д]1 - допускаемое напряжение для материала патрубка стали марки 09Г2С при расчётной температуре 100°С, [д]1 = 160МПа.

S1R = 1,6*(200+2*2)/(2*1*160-1,6) = 1,02 мм.

X1 - отношение допускаемых напряжений для внешней части штуцера;

X1 = min{1,0; [д]1/ [д] }; (88)

X1 = 160/160 = 1;

X2 - отношение допускаемых напряжений для накладного кольца;

X1 = min{1,0; [д]2/ [д] }; (89)

Где [д] - допускаемое напряжение для материала патрубка стали марки 09Г2С при расчётной температуре 100°С, [д] = 160МПа.

X2 = 160/160 = 1;

lR - расчётная ширина зоны укрепления в окрестности штуцера, мм;

lR = v DR( S - C), мм; (90)

lR - исполнительная ширина накладного кольца, мм;

lR = v1600*(10- 2,8) = 94,95 мм;

Принимаем lR = 92,95 мм;

l2R -ширина расчётная накладного кольца, мм;

l2R = v DR(S2 + S - C), мм; (91)

l2R - исполнительная ширина накладного кольца, мм;

l2R = v1600*(10+10-2,8) = 145,7 мм;

l2R = 145,7 мм

Принимаем l2 = 140 мм.

dR - расчётный диаметр отверстия, мм;

dR = d + 2* CS; (92)

dR = 200+2*2=204 мм.

d0R - наибольший расчётный диаметр отверстия, не требует дополнительного укрепления, при отсутствии избыточной толщины стенки сосуда;

d0R = 0,4*v DR( S - C), мм; (93)

d0R = 0,4*v1600*(10 - 2,8) = 40,2;

Условие укрепления:

61,8*(14-1,02-2)*1+140*10*1+92,95*(10-2*2)*1+0*(10-6,03-2,8)?0,5*(204-40,2)*6,03; 2637,5 ? 502,9.

Условие укрепления выполняется.

Расчёт крышки люка по РД 26 - 15 - 88 и ГОСТ 14246 - 89

Задачей расчёта является проверка прочности болтов, шпилек, фланца в опасных сечениях, прокладки, герметичности фланцевого соединения, и толщин плоской крышки.

Расчёт произведён в соответствии с [8].

Данные для расчёта

Внутренний диаметр фланца 450 мм;

Расчетное давление 0,35 МПа;

Диаметр окружности расположения шпилек 550 мм;

Средний диаметр прокладки 510 мм;

Ширина прокладки 12 мм;

Толщина фланца 25 мм;

Толщина прокладки 2 мм;

Расчётная температура фланца 60°С;

Прибавка для компенсации коррозии 2 мм;

Модуль продольной упругости материала фланца по ГОСТ 1424 при температуре 20°С : 1,99* 105МПа;

Расчётной температуре 1,91*105 МПа;

Модуль продольной упругости материала шпилек по ГОСТ 14249 при температуре 20°С 2,1 * 105 МПа;

Расчётной температуре 2,01*105 МПа;

Температурный коэффициент линейного расширения материала:

Шпилек 11,65*10-6 1/°С

Фланца 11,65*10-6 1/°С

Материал фланцев Сталь 09Г2С;

Материал шпилек Сталь 09Г2;

Материал прокладки паронит ПОН;

Число шпилек 20 шт;

Рисунок 10. - Конструкция плоского приварного фланца

Расчёт нагрузок

Равнодействующая внутреннего давления:

Qg = 0.785 * DСП2*P; (94)

Где P - расчётное давление, МПа;

DСП - средний диаметр прокладки, мм.

Qg = 0,785 * 5102 * 0,35 = 71462,5 Н.

Реакция прокладки в рабочих условиях:

Rn = р* DСП*bn*m*p; (95)

Где m = 2,5 - прокладочный коэффициент;

bn - ширина прокладки, мм.

Rn = 3,14*510*12*2,5*0,35 = 16814,7Н.

Нагрузка возникшая от температурных деформаций:

Qt = 1/nt*(2*бф*h*tф - б6*lф *tф); (96)

Где бф, б6 - температурный коэффициент линейного расширения материала, соответственно фланцев и болтов;

tф, tф - расчётная температура соответственно фланцев и болтов;

з1 - безразмерный коэффициент.

з1 = Уn + У6 * Е6/Е620 * 2Уф * Еф/Еф20 *В2; (97)

где Е6; Е620 - модуль продольной упругости материала болтов при температуре 20°С и расчётной в МПа;

Еф, Еф20 - модуль продольной упругости материала болтов при температуре 20°С и расчётной в МПа;

Уn - линейная податливость прокладки, мм/Н;

У6 - линейная податливость болтов, мм/Н;

Уф - линейная податливость фланца, мм/Н;

В - плечо момента, мм.

Уn = h0 * k/En * р * DСП * bn; (98)

Где h0 - толщина прокладки, мм;

K - 0.9 - коэффициент обжатия;

En = 2*103 - условный модуль сжатия, МПа.

Уn = 2*0,9/2*103*3,14*510*12 = 0,468 * 10-7 мм/Н.

У6 = L6/E620 - f6*n

Где f6 = 225 мм - площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;

N - число болтов;

L6 - расчётная блина болтов, мм.

L6 = L60 + 0,28*d; (99)

Где L60 - расстояние между опорными поверхностями гайки и болтами; L60 = 62 мм.

D - наружный диаметр болта, мм.

L6 = 62+0,28+20 = 67,6 мм;

У6 = 67,6/2,1*105*225*20 = 0,717*10-7 мм/Н;

Уф = (1 - щ(1 + 0,9*л))*ш2/(Е20 - h3); (100)

Где ш2 = 6,9 - определяется по графику;

щ - безмерный параметр;

л - безразмерный коэффициент.

л = h/vD * SЭ; (101)

Где D - внутренний диаметр фланца, мм;

SЭ = 6 мм - эквивалентная толщина втулки.

л = 25/?450*6 = 0,48;

щ = 1/(1+0,9* л*(1+ ш1*j2)); (102)

где ш1 = 0,16 - определяется по графику;

j - безразмерный коэффициент.

j = h/S3; (103)

j = 25/6 = 4,17;

щ = 1/(1+0,9*0,48(1+0,16*4,172)) = 0,36;

Уф = (1-0,37(1+0,9*0,48))*6,9/(1,99*105-253) = 1,014*10-9мм/Н.

В = 0,5*(D6 - DСП); (104)

Где D6 - диаметр окружности расположения болтов, мм.

В = 0,5(550-510) = 29 мм.

з1 = 0,468*10-7+0,171*10-

7*2,01*105/2,1*105*2*1,014*1,81*105/1,99*105*20 = 8,046*10-7.

Qt = 1/8,046*10-7*(2*12,6*10-6*25*200-11,9*10-6*67,6*194) = -4788,6 Н

Болтовая нагрузка в условиях монтажа, принимается большей из следующих значений:

Р61 = б * Qg + Rn - Qt; (105)

Р62 = 0.5*р*DСП*b*qобж; (106)

Р63 = 0 ,4 * [д]620*n*f6; (107)

Где б - коэффициент жесткости фланцевого соединения.

б = 1 - (Уn - 2* Уф*b*l)/з; (108)

где l - плечо момента, мм.

L = 0.5(DСП - D - SЭ); (109)

L = 0.5(510 - 450 - 6) = 27 мм.

з - безразмерный коэффициент.

з = Уn + У6 * 2Уф *В2; (110)

з = 0,468*10-7+0,717*10-7+2*1,014*10-9*202 = 8,728 * 10-7;

б = 1-(0,468*10-7-2*1,014*10-9*202*27)/8,728*10-7 = 1,509;

В0 = В = 12мм - эффективная ширина прокладки;

qобж - удельное давление обжатия прокладки, для плоской прокладки из паронита; qобж - 20МПа;

[д]6 - допускаемое напряжение материала болтов при температуре 20°С, [д]6 = 130МПа.

Р61 = 1,509*326685,6+76867,2+(-4788,6)=565047,17 Н;

Р62 = 0,5*3,14*510*12*20=192168 Н;

Р63 = 0,4*130*20*225=234000Н.

Принимаем болтовую нагрузку 565047,17 Н.

Расчёт крышки люка

Толщина крышки с дополнительным краевым моментом рассчитывается по формуле:

S1? S1P + C; (111)

S1P = K0 * K6 *DP *?P/ц[д]; (112)

Где S1 - исполнительная толщина крышки, мм;

С - суммарная прибавка к расчётной толщине стенки, мм;

С= С1 +С2;

Где С1 - прибавка к расчётной толщине для компенсации коррозии, мм;

С2 - прибавка для компенсации минусового допуска, мм.

С = 2 + 0,8 = 2,8 мм

S1P - расчётная толщина стенки крышки, мм;

K0 - коэффициент ослабления плоских днищ отверстиями, т.к. отверстия отсутствуют, K0=1;

K6 - безразмерный коэффициент.

Значение коэффициента K6 определяется по формуле:

K6 = 0,41v1+3ц(D6/DСП -1)/( D6/DСП); (113)

Где ш = 0,16 - коэффициент.

K6 = 0,41v1+3*0,16(550/510-1)/(550/510) = 0,403;

DР - расчётный диаметр днища, мм.

DР = DСП

[у] - допускаемое напряжение материала крышки для стали 09Г2С при расчётной температуре 100°С, [у] = 160 МПа.

ц - коэффициент прочности сварного шва, ц = 1.

S1P = 1*0,4*510*v1,6/1*160 = 20,4;

S1 ? 20,4+2,8 = 23,2 мм.

Принимаем толщину стенки S1 = 23мм.

Допускаемое давление для плоской круглой крышки с дополнительным краевым моментом определяется по формуле:

[P] = ((S1 - C)/ K0* K6*DP)2*[д]*ц; (114)

[P] = ((23-2.8)/1*0.4*510)2*160*1 = 1.57 МПа;

[P] > P;

1.57 > 1 МПа

Условие выполняется.

Толщина плоской крышки с дополнительным краевым моментом в месте уплотнения определяют по формуле:

S2?max {K2*vц; 0.6/ DСП * ц }+C; (115)

ц = max {P6/[у]P; P6М/[у]М}; (116)

К2 - коэффициент, значение которого определяется по формуле:

К2 = 0,8*v D6/ DСП - 1; (117)

К2 = 0,8*v550/510 - 1 = 0,22;

[у]P - допускаемое напряжение для материала крышки в рабочем состоянии, [у]P = 160МПа;

[у]М - допускаемое напряжение для материала крышки в состоянии монтажа, при температуре - 20°С, [у]М = 180МПа;

ц = 565047,17 = 3139,23 Н;

ц = 565047,17/160 = 3531,54 Н;

Принимаем ц = 3531,54 Н

S2 = 0.22*v3531.54¦+2.8 = 15.87 мм;

S2 = 0,6/510*3531,54+2,8 = 6,95 мм.

Принимаем S2 = 16 мм.

Раздел 3. Монтаж и эксплуатация оборудования

3.1 Требования к монтажу оборудования

Монтаж и эксплуатация компрессора

Подготовка фундамента.

До установки компрессора на фундамент поверхность бетона должна быть насечена зубилом для улучшения схватывания подливаемого цементного раствора с массивом фундамента. Колодцы для фундаментных болтов необходимо очистить от мусора, а стенки колодцев -- от грязи и пыли. Масляные пятна на фундаменте недопустимы, так как масло разрушает бетон и препятствует сцеплению цемента с бетоном. До установки компрессора необходимо завести фундаментные болты в колодцы фундамента, на деревянных брусьях поместить компрессор на фундамент так, чтобы было удобно направить фундаментные болты в отверстия рамы, и лишь после этого вынуть брусья из-под машины.

Установка компрессора.

С помощью установочных винтов компрессор монтируют строго в горизонтальной плоскости, выверив по уровню в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Выверку производят при помощи точного металлического уровня, показания которого проверяют установкой его на одно и то же место с поворотом на 180°. В обоих случаях исправный уровень должен дать одни и те же показания.

При монтаже компрессора (одноступенчатые машины) уровень располагается на месте клапанной крышки вертикального цилиндра. Место под установку уровня необходимо тщательно очистить.

Допуск на отклонение от горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях равен 0,02 мм на длине 1 м.

Зазор между рамой и фундаментом, определяющий толщину цементной заливки, должен быть не менее 30--40 мм, так как при меньшей толщине даже после непродолжительной работы могут появиться трещины и скалывания.

Фундаментные болты затягивают после полного затвердения цемента. При заливке колодцев с установленными фундаментными болтами жидким раствором цемента с содержанием 2--3 частей песка затяжка производится через четверо суток.

Изготовление и установка опалубки для заливки рамы.

При установке опалубки нельзя нарушать выверку компрессора. Опалубку нужно делать так, чтобы устранить всякую возможность утечки жидкого цементного раствора при заливке рамы. Для этого доски опалубки необходимо плотно пригнать к массиву фундамента и друг к другу. Заливка рамы жидким цементным раствором. Жидким раствором цемента, содержащим 2--3 части песка, сначала заливают колодцы под фундаментные болты, а затем раму. Густой раствор цемента для этой цели неприемлем, так как он не обеспечивает надежного сцепления с массивом фундамента, вследствие чего во время работы компрессора подливка может отстать от массива фундамента, дробиться и выкрашиваться. В цемент для заливки колодцев под фундаментные болты можно добавлять мелкий гравий (размером примерно 40X40 мм), который нужно смочить и хорошо перемешать в растворе. Для хорошей связи раствора поверхность фундамента и нижняя опорная поверхность рамы компрессора должны быть чистыми и не замасленными. В целях равномерного распределения раствора под рамой компрессора необходимо следить за тем, чтобы все пространство под рамой было заполнено раствором, для чего во время подливки нужно проталкивать цементный раствор во всех направлениях. Проталкивать и перемешивать раствор следует железными прутьями (из проволоки диаметром 5--6 мм) с крючками на концах. Заливке цементным раствором должно быть уделено, самое серьезное внимание, так как от ее качества зависит исправная и бесперебойная работа машины. Плохо выполненная заливка может стать причиной крупных неполадок и даже аварий. После окончания заливки необходимо вновь проверить правильность установки рамы с помощью, уровня. Если будет обнаружено, что компрессор установлен с отклонениями от требований инструкции, необходимо снять его с фундамента, удалить подлитый цементный раствор и подготовить фундамент для повторной установки компрессора. Чтобы обеспечить хорошее схватывание раствора с цементом фундамента и ускорить отвердение цемента, необходимо все работы на залитой раме прекратить на 5--в дней (в зависимости от качества цемента), и цемент 2--3 раза в день обильно поливать водой. Не разрешается окончательно затягивать фундаментные болты до полного отвердения цемента. Для предохранения фундамента от разъедания маслом, неизбежно попадающим на него во время эксплуатации, необходимо сразу же после снятия опалубки, т. е. через 5--8 дней, оштукатурить и окрасить фундамент масляной кр...