Химические аппараты предназначаются для осуществления в них химических, физических, или физико-химических процессов, а также для хранения или перемещения в них различных химических веществ.

В зависимости от назначения, чаще всего по протекающему технологическому процессу, химические аппараты называют:

- реактор;

- теплообменник;

- испаритель и т.д.

Содержащиеся и перерабатываемые вещества в аппаратах бывают в разном агрегатном состоянии (чаще всего в жидком и газообразном, реже в твердом), различной химической активности.

Различные процессы проходят в аппаратах при давлениях от глубокого вакуума до избыточного и разнообразных температурах от минус 250 до плюс 900°С.

Характер работы аппаратов бывает непрерывным и периодическим, а установка их может быть стационарной и нестационарной. Все аппараты, наряду с наличием у них своих специфических устройств, как правило, состоят из следующих основных элементов и узлов:

- цилиндрического корпуса;

- днища;

- крышки;

- штуцеров;

- устройств для присоединения контрольных приборов;

- люков;

- опоры;

- сварных и фланцевых соединений;

- строповых устройств.

Аппараты разделены по наиболее удобному для конструирования и расчета на три вида:

- емкостные;

- теплообменные;

- колонные.

Отличительным признаком колонной аппаратуры является их вертикальное положение, в которых имеются различные внутренние устройства в виде тарелок или насадок (в сорбционных и ректификационных колоннах). К ним относятся также комбинированные или агрегативные аппараты, представляющие собой расположенные друг над другом различные по конструкции и назначению несколько аппаратов, жестко соединенных между собой.

2. Характеристика материалов

Свариваемость - свойство металлов или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, обусловленным конструкцией и эксплуатацией изделия.

Склонность к образованию трещин как показатель свариваемости материала, который устанавливается по факту образования трещин в сварном соединении и оценивается качественно или количественно критической величиной одного из факторов, обуславливающих трещинообразование.

Стойкость против образования трещин как показатель свариваемости материала, который устанавливается по факту отсутствия трещин и оценивается качественно или количественно критической величиной одного из факторов трещинообразования.

Сопротивляемость образованию трещин означает свойство материала в структурном и напряженно-деформированном состоянии шва или зоны термического влияния сопротивляться разрушению, соответствующему по характеру разрушения при образовании трещин.

Сталь 20

Заменитель - сталь 15, сталь 25.

Вид поставки - сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 1050-74, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 8239-72. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75,

ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 10702-78. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 14955-77, ГОСТ 10702-78. Лист толстый ГОСТ 1577-81, ГОСТ 19903-74. Проволока ГОСТ 5663-79, ГОСТ 17305-71. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 10704-76, ГОСТ 10705-80, ГОСТ 8731-87, ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8733-87, ГОСТ 5654-76, ГОСТ 550-75.

Назначение - после нормализации или без термообработки крюки кранов, муфты, вкладыши подшипников и другие детали, работающие при температуре от минус 40 до плюс 450°С под давлением, червяки и другие детали, к которым предъявляются требования высокой поверхностной твердости при невысокой прочности сердцевины.

Таблица 2.1. Температура критических точек, °С

Основными источниками погрешностей, возникающих в ходе выполнения технологических операций, можно считать следующее: производство листового проката, раскрой и обработка кромок, гибка, штамповка и сварка.

Общий вид соотношений, определяющих суммарное верхнее б₁ и нижнее б₂ отклонения сопрягаемых деталей определяется по формулам

б₁ = (б_1пр + 2 б_1оп + б₁₃).n;

б₂ = (б_2пр + 2 б_2оп + б₂₃).n, (5.1)

где б_1пр и б_2пр - отклонения размеров проката;

б_1оп и 2 б_2оп - операционные отклонения для последней операции обработки заготовок, отнесенные к одной кромке;

б₁₃ и и б₂₃ - верхнее и нижнее отклонения для сборочного зазора между кромками;

n - число швов или заготовок.

Численное значение отклонений зависит от технического уровня выполняемых операций. Они предусматриваются в соответствующих технических требованиях, стандартах на выполнение тех или иных технологических операций и постоянно обновляются.

Формулы (5.1), определяющие верхнее и нижнее отклонения, поучительны по структуре. Они позволяют критически оценить целесообразность проектируемой карты раскроя, обработки кромок и гибки, исхода из возможной точности размеров сопрягаемых деталей. Допускаемые отклонения размеров аппаратов можно получить, используя технологические операции, позволяющие получить необходимую точность размеров заготовок. Применение принципов взаимозаменяемости дает возможность технологам контролировать рациональность проектируемых технологических процессов по операционным размерам заготовок, обеспечивающим необходимые предельные размеры.

Отклонения по периметру

Периметр корпуса по нейтральному диаметру составит

L₀ = р(D_в + S), (5.2)

Рассчитаем L₀ для каждого участка по формуле (5.2)

Участок I L₀ = 3,14 (1800 + 20) = 5718 мм;

Участок II L₀ = 3,14 (1800 + 32) = 5755 мм;

Участок III L₀ = 3,14 (1800 + 60) = 5843 мм.

Рассмотрим первый участок

Из сортамента толстолистовой стали - ГОСТ 5681-85 выбираем лист размерами 1000х6000х20 - 2 листов (длина, ширина, толщина). Выбранная длина обеспечивает изготовление обечаек с одним продольным и одним кольцевым швами n=2.

Рассмотрим второй участок

Из сортамента толстолистовой стали - ГОСТ 5681-85 выбираем лист размерами 2100х6000х32 - 4 листа. Выбранная длина обеспечивает изготовление обечаек с тремя кольцевыми и одним продольным швами n=4.

Рассмотрим третий участок

Из сортамента толстолистовой стали - ГОСТ 5681-85 выбираем лист размерами 2000х4000х60 - 9 листов. Выбранная длина обеспечивает изготовление обечаек с двумя кольцевыми и тремя продольными швами n =9.

Условия производства - совмещенные раскрой и обработку кромок производить кислородной резкой, швы без скоса кромок, сварка электрошлаковая.

Прокатные отклонения учитываются только в том случае, когда листы используются без последующей обработки, для данного случая б_1пр = б_2пр = 0.

Ограничимся определением операционных отклонений только для операции обработки кромок.

Для кислородной резки

2б_1оп = +2,0 мм;

2б_2оп = - 2,0 мм.

Допускаемые предельные отклонения зазора для электрошлаковой сварки по ГОСТ 15164-78

б₁₃ = +2,0 мм;

б₂₃ = - 2,0 мм.

Участок I

б₁ = (0+2,0+2,0).2 = +8 мм;

б₂ = (0-2,0-2,0).2 = -8 мм.

Участок II

б₁ = (0+2,0+2,0).4 = +16 мм;

б₂ = (0-2,0-2,0).4 = -16 мм.

Участок III

б₁ = (0+2,0+2,0).9 = +36 мм;

б₂ = (0-2,0-2,0).9 = -36 мм.

Допускаемые отклонения в длине развертки взаимостыкуемых обечаек должны обеспечивать выполнение установленных норм на смещение кромок в кольцевых швах, рассчитаем по формуле

, (5.3)

где h - допускаемое смещение кромок.

Участок I

h = 0,1. S + 1 мм;

h = 0,1. 20 + 1 = 3 мм;

ДL = ±3,14 (3/2)= ± 4,7 мм.

Участок II

h = 0,15. S не более 5 мм;

h= 0,15. 32 = 4,8 мм;

ДL = ±3,14 (4,8/2)= ± 7,5 мм.

Участок III

h = 0,15. S не более 5 мм;

h= 0,15. 60 = 9 мм;

ДL = ±3,14 (5/2)= ± 7,9 мм.

Таким образом, по периметру условия производства обеспечивают ожидаемые отклонения меньше допускаемых. Исходная длина периметра рассчитывается по формуле

, (5.4)

где

в=S/Rв, (5.5)

Участок I

в = 20/900 = 0,02;

участок II

в = 32/900 = 0,04;

участок III

в = 60/900 = 0,07;

Вывод - исходная длина периметра обечаек перед гибкой должна быть меньше: на 1,2 мм на первом участке, на 5 мм на втором, на 14,3 мм на третьем участке.

Окончательная длина развертки составит

участок I

L = 5716,8 ± 4,7 мм.

участок II

L = 5750,0 ± 7,5 мм.

участок III

L = 5828,7 ± 7,9 мм.

Верхнее и нижнее отклонение по диаметру аппарата рассчитываются по формуле

, (5.6)

участок I

?D= ±(3/2)= ±1,5 мм.

участок II

?D = ±(4,8/2)= ±2,4 мм.

участок III

?D = ±(9/2)= ±4,5 мм.

Рассчитаем номинальный диаметр обечаек

D_ном = (Dв + S) ±?D, (5.7)

участок I

D_ном = (1800+ 20) ± 1,5 =1820 ±1,5 мм.

участок II

D_ном = (1800+ 32) ± 2,4 =1832 ±2,4 мм.

участок III

D_ном = (1800+ 60) ± 4,5= 1860 ±4,5 мм.

Размерный анализ по высоте (длине) аппарата

Следует отметить, что научно обоснованный метод выбора ширины и допусков листовых заготовок стыковых соединений сварных карт отсутствует и отдан на произвольное решение изготовителей, что не может гарантировать высокого качества.

Корпус аппарата состоит из трех отдельных обечаек. Количество кольцевых швов с учетом швов «обечайка - днище» n = 8. (посчитайте из раздела 4)

Допускаемые отклонения длины цилиндрической части аппарата не должны превышать плюс 0,3% от номинальной длины корпуса без днищ, но не более плюс-минус 75 мм.

?Н = ±0,003. Н ? 75 мм;

?Н = ±0,003. 20800 = ±63 мм.

Следовательно, принимаем ?Н = ±63 мм.

Для определения расчетных (возможных, ожидаемых) отклонений используются те же формулы, что и при расчете отклонений периметра.

Рассмотрим два варианта расчета

Вариант I. Листы используются без дополнительной обработки кромок. В этом случае необходимо учитывать отклонения проката по ширине.

Отклонения по ширине проката только плюсовые, и согласно ГОСТ5681, составляют

б_1пр = +0,5% В, (5.9)

участок I

б_1пр = 0,005. 1000 = +5 мм.

участок II

б_1пр = 0,005. 2100 = +10,5 мм.

участок III

б_1пр = 0,005. 2000 = +10 мм.

Расчетное количество кольцевых швов для определения ?Н будет равняться n = 2 для первого участка, n = 4 для второго участка, n = 9 для третьего участка.

Операционные отклонения и отклонения зазора те же, что и для случая

Периметра

2б_1оп = +2,0 мм; 2б_2оп = - 2,0 мм;

б₁₃ = +2,0 мм; б₂₃ = - 2,0 мм.

участок I

б₁ = (5 +2,0 +2,0). 2 = +18 мм;

б₂ = (0 - 2,0 - 2,0). 2 = -8 мм.

участок II

б₁ = (10,5 +2,0 +2,0). 4 = +58 мм;

б₂ = (0 - 2,0 - 2,0). 4 = - 16 мм.

участок III

б₁ = (10 +2,0 +2,0). 9 = +126 мм;

б₂ = (0 - 2,0 - 2,0). 9 = -36 мм.

Ожидаемые расчетные отклонения ниже допускаемых. Величины отклонений могут быть значительно снижены, если применить известный в машиностроении метод компенсации отклонений от нормальных размеров.

Применять этот метод следует ограниченно, так как он не способствует независимому изготовлению базовых деталей и, следовательно, препятствует внедрению принципов взаимозаменяемости.

Вариант II: При этом прокат подвергается дополнительной обработке по ширине и размеры каждой из обечаек будут одинаковы, количество кольцевых швов n = 2 для первого участка, n = 4 для второго участка, n = 9 для третьего участка.

2 б_1оп = 2 б_2оп = 0.

участок I

б₁ = (0 +2,0 +2,0) · 2 = +8 мм;

б₂ = (0 - 2,0 - 2,0) · 2 = -8 мм.

участок II

б₁ = (0 +2,0 +2,0) · 4 = +16 мм;

б₂ = (0 -2,0 - 2,0) · 4 = - 16 мм.

участок III

б₁ = (0 +2,0 +2,0) · 9 = +36 мм;

б₂ = (0 - 2,0 - 2,0) · 9 = - 36 мм.

Расчетные отклонения в данном варианте меньше допускаемых, и, следовательно, второй вариант обеспечивает принципы взаимозаменяемости.

Определим диаметр сварной опоры в сопряжении этой опоры со штампованным днищем.

В качестве номинальных выбраны внутренний диаметр опоры D_A и наружный диаметр днища D_н (рисунок).

Расчетная схема сопряжения «опора - днище»

Внутренний диаметр опоры D_А, мм

D_А = D_н + б_А + б_В + ?_min, (5.10)

где б_А - допуск на диаметр опоры, мм;

б_В - допуск на диаметр днища, мм.

Примем ?_min = 1 мм, толщину стенки опоры 28 мм, максимальный сварочный зазор b_мах = 6 мм.

Из [2, таблица 2.2] отклонения диаметра днища составляют ± 6 мм

б_В = ± 6 мм.

Для опорной обечайки отклонение диаметра рассчитывается по формуле

, (5.11)

где

h = 0,15*28 =4,2 мм,

По формуле (5.11)

?D_А = ± 4,2/2 = ±2,1 мм;

б_А = 2,1 мм.

По формуле (5.7)

D_н = 1800 + 2*60 =1920 мм.

Максимальный сварочный зазор на сторону рассчитаем по формуле

b_max = б_А +б_В + b_min, (5.11)

b_мах = 2,1+ 6+0,5 = 8,6 мм.

Сварочный зазор 8,6 мм не позволяет вести нормальный процесс как ручной, так и автоматической сварки под слоем флюса. Поэтому данное сопряжение «корпус - днище» при существующей технологии изготовления днища по принципу взаимозаменяемости собирать невозможно.

Чтобы изготавливать узел сопряжения «опора - днище» по принципу взаимозаменяемости, необходимо иметь днище с предельными отклонениями диаметра б_В, обеспечивающими

b_max = 3 мм, b_min = 0,5 мм.

Тогда

б_В = b_max - б_А - b_min, (5.12)

б_В = 3-2,1 - 0,5 = 0,4 мм.

Предельные отклонения диаметра днища не должны превышать ?D = ±0,4 мм.

Днища с такой точностью можно изготавливать с применением водоохлаждающего пуансона.

Размещено на Allbest.ru