Tải bản đầy đủ

thiết kế cơ khí thiết bị cô đặc chân không

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
PÁp suất thiết kế: Ptk=69,02psi

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



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
PPtk=14,7psi

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
PGiả 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 (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 Psuất thiết kế: Ptk=14,7psi
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 Psuất thiết kế: Ptk=14,7psi
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.


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×