thiết kế cơ khí thiết bị cô đặc chân không
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (664.95 KB, 27 trang )
LOGO
Thiết kế thiết bị cô đặc chân
không theo ASME
GVHD: Nguyễn Hữu Hiếu
Company Logo
Contents
1
Buồng đốt
2
Buồng bốc
3
4
Nắp elip-đáy nón
Mặt bích
Company Logo
1. Buồng đốt – Thân buồng đốt
D o
t
Long Seam
Áp suất ngoài: Pkq=14,7psi
P>Pkq: thân buồng đốt chịu áp suất trong
Áp suất thiết kế: Ptk=69,02psi-14,7psi=54,32psi
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF (có bọc cách nhiệt)
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Hệ số bền mối hàn
Mối hàn dọc trục (theo ứng suất
Mối hàn vòng
vòng) Ed=0,7
( theo ứng suất dọc)
Ev=0,85
Tra tại bảng 14.1, trang 141-hệ số bền mối hàn–TKCK.TBAL– NHH
Lengh
t
Áp suất làm việc: P=69,02psi
Company Logo
D o
1. Buồng đốt – Thân buồng đốt
t
Long Seam
Theo ứng suất vòng (mối hàn dọc trục):
tv =
P.R
SE
i
− 0, 6P
d
(54, 32 psi). 600mm
2
=
Lengh
t
1. Bề dày tính toán:
= 1, 6mm
(≈
2mm
(14544 psi ).0, 7 − 0, 6 (54, 32 psi )
Theo ứng suất dọc (mối hàn vòng):
td
P.R
=
2SE
v
i
+ 0, 4P
(54, 32 psi). 600mm
2
=
(
)
(
2 14544 psi .0,85 + 0, 4 54, 32 psi
= 0, 66mm
)
Bề dày tối thiểu:
t = Max(tv ;t d ) + C A
= 2mm + 2mm = 4mm
( ≈ 1mm
)
)
Company Logo
D o
1. Buồng đốt – Thân buồng đốt
2. Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (MAWP): Theo ứng suất vòng (mối hàn
dọc trục):
SEd t
(M A W P )
v
=
R
i
+ 0, 6t
( 14544 psi ) .0, 7 . ( 4 m m )
=
600mm
2
= 134, 6 7 psi
(
+ 0, 6 4 m m
)
Theo ứng suất dọc (mối hàn vòng):
(M A W P )
2SEv t
d
=
R
i
− 0, 4t
=
(
)
600mm
2
Ta có:
Min
(
2 14 54 4 p s i . 0 , 8 5. 4 m m
( MAWP
Thỏa điều kiện bền. chọn t=4mm
) v ; ( MAWP
(
)
= 331, 4 3 psi
− 0, 4 . 4 m m
) d
)
= 134, 67 psi > P
tk
Length
Long Seam
t
Company Logo
1. Buồng đốt – Vĩ ống
Áp suất làm việc (trong ống) : P1=10,17psi
Áp suất làm việc (hơi đốt): P2=69,02psi
P1
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Hệ số bền mối hàn
Hàn giáp mối một phía E=0,65
Tra tại bảng 14.1, trang 141-hệ số bền mối hàn–TKCK.TBAL– NHH
Company Logo
1. Buồng đốt – Vĩ ống
1. Bề dày tối thiểu
(
0,13P
t = Di
(
0,13 69, 02 psi
)
+ C A = 600mm
SE
)
(
+ 2mm = 20, 48mm ≈ 21mm
)
(14544 psi ).0, 65
2. Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (MAWP)
t
P =
D
i
2
.
SE
0,13
=
21mm
600mm
Thỏa điều kiện bền, chọn t=21mm
2
.
(14544mm)0, 65
0,13
= 89, 082 > Ptk
Company Logo
1. Buồng đốt – Ống dẫn hơi đốt
Áp suất làm việc: P=69,02psi
Áp suất ngoài: Pkq=14,7psi
P>Pkq: ống dẫn hơi đốt chịu áp suất trong
Áp suất thiết kế: Ptk=69,02psi-14,7psi=54,32psi
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Hệ số bền mối hàn
Mối hàn dọc trục (theo ứng suất
Mối hàn vòng
vòng) Ed=0,7
( theo ứng suất dọc)
Ev=0,85
Tra tại bảng 14.1, trang 141-hệ số bền mối hàn–TKCK.TBAL– NHH
1. Buồng đốt – Ống dẫn hơi đốt
Bề dày tính toán:
Theo ứng suất vòng (mối hàn dọc trục):
tv =
P.R
SE
o
=
+ 0, 4P
d
(54, 32 psi). 10,3mm2
= 0, 0274mm
(14544 psi ).0, 7 + 0, 4 (54, 32 psi)
Theo ứng suất dọc (mối hàn vòng):
td
P.R
=
2SE
v
o
+1, 4P
(54, 32 psi).
=
(
)
10, 3mm
(
2 14544 psi .0,85 +1, 4 54, 32 psi
2
= 0, 0113mm
)
Bề dày tối thiểu:
t = Max(tv ;t d ) + C A = 0, 0274mm + 2mm = 2, 0274mm ≈ 0, 0798in < 0,125in
Chọn ống theo quy chuẩn có:
Chọn t=0,125in
+ Bề dày: t=0,125in đã bao gồm ăn mòn
+ Đường kính ngoài: Do=10,3mm=0,41in
Ta có:
Buồng đốt – Ống dẫn hơi đốt
Kiểm tra áp suất tối đa cho phép (MAWP): Theo ứng suất vòng (mối hàn
dọc trục):
(MAWP)
SEd t
=
v
R −o 0, 4t
=
(14544 psi).0, 7.(0,125in)
0, 41in
2
= 8210, 32 psi
(
)
− 0, 4 0,125in
Theo ứng suất dọc (mối hàn vòng):
(MAWP)
2SEv t
=
d
R −1,
4t
o
=
(
)
(
2 14544 psi .0,85. 0,125in
0, 41in
2
(
) = 103020 psi
−1, 4. 0,125in
)
Thỏa điều kiện bền
Min
( MAWP
Chọn t=0,125mm
) v ; ( MAWP
) d
= 8210,32 psi > P
tk
Company Logo
1. Buồng đốt – Ống TN và ống THTT
Áp suất làm việc: P=10,17psi
Áp suất ngoài: Phơi=69,02psi
P
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Moduls đàn hồi
Tra PL5, nhóm G, Tr.277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực- Thầy Nguyễn Hữu
Hiếu.
Et=26,772.106 psi
'
L = L − h = H = 1500mm
Compa
3
1. Buồng đốt – Ống TN và ống THTT
Chọn ống theo quy chuẩn có:
+ Bề dày: t=0,25in đã bao gồm ăn mòn
+ Đường kính ngoài: Do=13,7mm=0,54in
Tính toán sơ bộ bề dày ống theo công thức của Hồ Lê Viên:
Tính các thông số
Bề dày sơ bộ
hình học đặc trưng
Do
thân
có
đoạn
côn
chuyển
tiếp
hình côn và đáy nón nên
P
Chiều dài đường gờ h=0 và L=H
t = 1,18D .
'
L =L−
4
tk
o
h = H = 1500mm
3
Việc chọn ống có bề dày 0,25in là phù hợp.
L'
.
0,4
E
D
t
o
69, 02 psi
0,4
ny Logo
'
L = L − h = H = 1500mm
Compa
3
1. Buồng đốt – Ống TN và ống THTT
Kiểm tra tính bền
Tính các tỷ số:
Do
t
=
0, 54in
L
Do
= 2,16
0, 25in
→
1500mm
=
= 109, 49
13, 7mm
Xác định hệ số A: Tra bảng PL6.1, Tr297-NHH
o
T
A ≈ 0,1217
=3
3 8 F
→ B = 12506 psi
Xác định hệ số B: Tra bảng PL6.8, Tr308-NHH
Tính áp suất tối đa cho phép
Pa =
4B
(
)
4 12506 psi
=
3 D
t
= 7719, 753 psi
( )
o
3 2,16
Kiểm tra áp suất tối đa cho phép
(
Pa > Ptk = 69, 02 psi
)
Vậy đường kính ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm tối
thiểu là 0,25in.
ny Logo
Company Logo
2. Buồng bốc – Thân buồng bốc
Áp suất làm việc: P=10,17psi
Áp suất ngoài: Pkq=14,7psi
P
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Moduls đàn hồi
Tra PL5, nhóm G, Tr.277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực- Thầy Nguyễn Hữu
Hiếu.
Et=26,772.106 psi
Company Logo
2. Buồng bốc – Thân buồng bốc
Tính toán sơ bộ bề dày thân buồng đốt theo công thức Hồ Lê Viên:
Tính các thông số hình học đặc
Bề dày sơ bộ
trưng
'
L =L−
2
h=H+
P
1 Di 2 Di
−
.
3
= 2000mm −
.
3
4
3
1 800mm 5800
.
3
=
t = 1,18D .
4
tk
L'
.
i
D
E
mm
4
3
t
i
5800
0,4
0,4
Company Logo
2. Buồng bốc – Thân buồng bốc
Tính áp suất tối đa cho phép:
Tính các thông số hình học đặc trưng:
( ) = 810mm
Do = Di + 2t = 800mm + 2 5mm
L=H +
=
810mm
Lt
T
o
=
= 2000mm +
= 162
→ A = 0, 26705.10
= 2, 55
810mm
=3
3 8 F
4B
3
4
= 2067, 5mm
−3
Xác định hệ số A: Tra bảng PL6.1, Tr297-NHH
Xác định hệ số B: Tra bảng PL6.8, Tr308-NHH
→ B = 3485,114 psi
Kiểm tra áp suất tối đa cho phép:
3
o
Pa =
1 810mm
5mm
2067,
5mm
Do
D
3 4
Tính A, B
Do
1
=
D
o
t
(
4 3485,114 psi
( )
3 162
)
Vậy bề dày thân buồng bốc tối thiểu yêu cầu
(
= 28, 684 psi > Ptk = 14, 7 psi
)
là 5mm
Company Logo
2. Thân côn chuyển tiếp
Áp suất làm việc: P=10,17psi
Áp suất ngoài: Pkq=14,7psi
P
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF (có bọc cách nhiệt)
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Hệ số bền mối hàn
Mối hàn dọc trục (theo ứng suất
Mối hàn vòng
vòng) Ed=0,7
( theo ứng suất dọc)
Ev=0,85
Tra tại bảng 14.1, trang 141-hệ số bền mối hàn–TKCK.TBAL– NHH
Company
3. Thân côn chuyển tiếp
Tính các thông số hình học đặc trưng:
o
α = 30
( ) = 810mm
= Di + 2t = 800mm + 2 5mm
DL
( )
D
= D + 2t = 600mm + 2 5mm o = 610mm
5
t e S = t cosα =i
3mm
( 5mm ) cos 30
=
2
Do
DL
te
=
810mm
5
2
3mm
o
= 187, 06 ≥ 10; α = 30 ≤ 60
o
Logo
Company
3. Thân côn chuyển tiếp
Xác định áp suất tối đa cho phép
DL
L=
2 tan α
L
=
e
810mm
=
2 tan 30
L DS
=
1+
2
D
o
701, 48mm
2
L
DL
=
te
810mm
= 187, 06
3mm
5
D
=
614,88mm
= 0, 76
810mm
L
1+
610mm
= 614,88mm
810mm
→ A = 0, 516.10
2
Le
= 701, 48mm
−3
Xác định hệ số A: Tra bảng PL6.1, Tr297-NHH.
o
T =338 F
→ B = 3462,18 psi
Xác định hệ số B: Tra bảng PL6.8, Tr308-NHH
Áp suất tối đa cho phép
Pa =
4B
D
3
t
L
e
=
(
4 3462,18 psi
(
)
3 187, 06
)
(
= 24, 68 psi > Ptk = 14, 7 psi
)
Vậy bề dày thân côn chuyển tiếp tối thiểu yêu cầu là 5mm
Logo
Company Logo
3. Nắp elip
Áp suất làm việc: P=10,17psi Áp suất ngoài:
Pkq=14,7psi P
Giả sử: bề dày sơ bộ t=5mm (bằng bề dày thân
buồng bốc)
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Moduls đàn hồi
Tra PL5, nhóm G, Tr.277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực- Thầy Nguyễn Hữu
Hiếu.
Et=26,772.106 psi
Company Logo
3. Nắp elip
Tính các thông số hình học đặc trưng
Do=Di+2t=800mm+2(5mm)=810mm
A=
0,125
=
0,125
=
0,125
R/t
−3
/t
(0, 9 Do =)0,857.10
Xác định hệ số A: Tra bảng PL6.1, Tr297-NHH
(0, 9.810mm) / 5 mm
→ B = 5750,176 psi
Xác định hệ số B: Tra bảng PL6.8, Tr308-NHH
Tính áp suất tối đa cho phép
Pa=
B
R/t
=
5750,176 psi
0,9(810mm) / 5mm
Vậy bề dày nắp elip tối thiểu yêu cầu là 5mm
= 39, 44 psi > P
(= 14, 7 psi)
tk
Company Logo
3. Đáy nón
Áp suất làm việc: P=10,17psi Áp suất ngoài:
Pkq=14,7psi P
Giả sử: bề dày sơ bộ t=4mm (bằng bề dày thân
buồng đốt)
Thông số thiết kế
Vật liệu chế tạo
Thép 304 dạng tấm (18Cr-8Ni) - SA-240-S30400
Nhiệt độ thiết kế
Ttk=150oC+20oC=170oC=338oF
Ứng suất cực đại
S=14544psi
Tra tại hàng 43 PL3.23,24, trang 264 – TKCK.TBAL– NHH
Moduls đàn hồi
Tra PL5, nhóm G, Tr.277, sách Thiết kế cơ khí thiết bị áp lực- Thầy Nguyễn Hữu
Hiếu.
Et=26,772.106 psi
α S= 30 ≤ 60
Company Logo
3. Đáy nón
Các thông số hình học đặc trưng
o
α = 30 C
(
)
→ te = t cosα = 4mm cos 30
=2
3mm
o
( ) = 608mm
DL = Do = Di + 2t = 600mm + 2 4mm
o
DL
o
TaDScó:
= 0 α = 30 ≤ 60
=
te
608mm
2
3mm
DL
L=
Chiều dài tương đương
2 tan α
L 1+
2
L e=
= 175,51 ≥ 10
=
D
608mm
2 tan 30
S
D
L
=
o = 526, 54mm
526, 54mm
2
1+
0mm
608mm
= 263, 27mm
Áp suất tối đa cho phép
Le
=
DL
263, 27mm
608mm
DL 608mm
te
=
2 3mm
= 0, 433
→ A ≈ 9,88.10
−4
Xác định hệ số A: Tra bảng PL6.1, Tr297-NHH
= 175, 51
→ B ≈ 44996 psi
Xác định hệ số B: Tra bảng PL6.8, Tr308-NHH
α S= 30 ≤ 60
Company Logo
3. Đáy nón
Kiểm tra áp suất tối đa cho phép
Pa =
4B
3 D
t
L
=
(
4 44996 psi
(
)
= 341,83 psi > Ptk
)
3 175, 51
e
Vậy bề dày đáy nón tối thiểu yêu cầu là 4mm
α S= 30 ≤ 60
Company Logo
4. Lựa chọn mặt bích
Chọn áp suất thiết kế lớn nhất làm áp suất thiết kế cho mặt bích: Ptk=69,02psi=4,76bar
Chọn áp suất danh nghĩa là P=6bar
Đường kính ngoài buồng đốt: Do=600+2.4=608mm Đường kính ngoài buồng bốc:
Do=800+2.5=810mm Tra bản phụ lục PL7.2, trang 315-sách Thầy Hiếu Ta được thông
số thiết kế cho mặt bích.
