Как посчитать вес сосуда

Инструкция для калькулятора расчета физических показателей круглой емкости

При помощи онлайн калькулятора Вы сможете правильно рассчитать объем емкости типа: цилиндра, бочки, цистерны или объем жидкости в любой другой горизонтальной цилиндрической емкости.

Определим количество жидкости в неполном баке цилиндрической формы

Все параметры указываем в миллиметрах

L — Высота бочки.

H — Уровень жидкости.

D — Диаметр бака.

Наша программа в онлайн режиме выполнит расчет количества жидкости в емкости, определит площадь поверхностей, свободную и общую кубатуру.

Как посчитать объем бочки

Для тог, чтобы правильно рассчитать вместительность резервуара для определения количества жидкости и полезной кубатуры цилиндрической емкости, необходимо определить основные параметры бака. В нашем случае это горизонтальная цистерна.

Определение главных параметров кубатуры резервуаров (к примеру, обычная бочка или цистерна) должен производиться, основываясь на геометрическом методе расчета вместительности цилиндров. В отличие от способов калибровки емкости, где подсчет объема выполняют в виде реальных измерений количества жидкости путем мерной линейки (согласно показаниям метрштока).

V=S*L – формула расчета объема бака цилиндрической формы, где:

L — длина тела.

S — площадь поперечного сечения резервуара.

Согласно полученным результатам создают калибровочные таблицы емкости, которые еще называются тарировочными, позволяют определить вес жидкости в баке по удельному весу и объему. Эти параметры будут зависеть от уровня наполнения цистерны, который можно измерять при помощи метрштока.

Наш онлайн калькулятор предоставляет возможность выполнить расчет вместительности горизонтальных и вертикальных емкостей по геометрической формуле. Вы сможете узнать полезную вместительность резервуара более точно, если при этом правильно определите все главные параметры, которые указаны выше и участвуют в расчете.

Как правильно определить основные данные

Определяем длину L

При помощи обычной рулетки, Вы сможете измерить длину L цилиндрического резервуара с неплоским дном. Для этого Вам необходимо замерить расстояние между пересекающими линиями днища с цилиндрическим телом емкости. В случае, когда горизонтальный бак с плоским дном, то для того, чтобы определить размер L, достаточно измерить длину резервуара по наружной стороне (от одного края бака до другого), и от полученного результата вычесть толщину дна.

Определяем диаметр D

Проще всего определить диаметр D бочки цилиндрической формы. Для этого достаточно при помощи рулетки замерять расстояние между двумя любыми крайними точками крышки или края.

Если трудно правильно выполнить расчет диаметра емкости, то в этом случае можно использовать измерение длины окружности. Для этого при помощи обычной рулетки обхватываем по окружности весь резервуар. Для правильно расчета окружности делают два измерения в каждом сечении резервуара. Для этого поверхность, измеряемая должна быть чистой. Узнав усредненную длину окружности нашей емкости – Lокр, переходим к определению диаметра по следующей формуле:

d=Lокр/3,14

Этот метод наиболее простой, так как зачастую измерение диаметра бака сопровождается рядом затруднений, связанных с нагромождением на поверхности различного вида оборудования.

Важно! Измерения диаметра правильней всего выполнить в трех разных сечениях емкости, и после этого выполнить подсчет среднего значения. Так как зачастую, эти данные могут существенно отличаться.

Усредненные значения после трех замеров позволяют минимизировать погрешность расчета объема резервуара цилиндрической формы. Как правило, используемые накопительные баки во время эксплуатации подвергаются деформации, могут терять прочность, уменьшаться в размерах, что ведет к уменьшению количества жидкости внутри.

Определяем уровень H

Чтобы определить уровень жидкости, в нашем случае это H, нам понадобиться метршток. При помощи этого измерительного элемента, который опускают на дно емкости, мы сможем точно определить параметр H. Но эти расчеты будут верны для резервуаров с плоским дном.

В результате подсчета онлайн калькулятора мы получаем:

• Свободный объем в литрах;
• Количество жидкости в литрах;
• Объем жидкости в литрах;
• Общую площадь резервуара в м²;
• Площадь дна в м²;
• Площадь боковой поверхности в м².

7.8 Расчет массы аппарата

Масса корпуса аппарата

mк = 0,785(Dн2-Dвн2)Нρ

где Dн = 2,36 м – наружный диаметр корпуса;

Dвн = 2,00 м – внутренний диаметр корпуса;

Н = 29 м – высота цилиндрической части корпуса

ρ = 7800 кг/м3 – плотность стали

mк = 0,785(2,362-2,02)29·7800 = 845503 кг

Общая масса аппарата.

Принимаем, что масса вспомогательных устройств (штуцеров, фланцев и т.д.) составляет 10% от основной массы аппарата, тогда

m = 0,1(mк + mвс + mд + mкр) = 657771 кг = 6,45 МН

Масса аппарата заполненной водой при гидроиспытании.

Масса воды при гидроиспытании

mв = 1000(0,785Dк2 · Hц.к + Vд + Vкр) =

= 1000(0,785·2,02·18,3 +0,26 + 1,42) = 66914 кг

Максимальный вес аппарата

mmax = m + mв = 657771 + 66914 = 724685 кг = 7,10 МН

7.9.Расчет аппарата на сейсмическую нагрузку

Рисунок10 – расчетная схема аппарата

Отношение H/D = 32/2,0 = 16 > 15, следовательно, расчетная схема принимается в виде консольного стержня с жесткой заделкой. Условно разбиваем по высоте аппарат на 4 участка по 8 метров, вес участка принимается сосредоточенным в середине участка.

Период свободных колебаний:

,[8 c.2]

где Е – модуль продольной упругости Е = 2·105МПа

 I – экваториальный момент инерции площади сечения верхней части корпуса аппарата относительно центральной оси (м4)

 = 3,14/64·[(2+2·0,18)4 – 24] = 0,74 м4

Тогда

Т = 1,8·32·(7,1·106·32/9,81·2·1011·0,74)0,5 = 1 с-1

Величина сейсмической силы в середине i-го участка.

При Н/D > 15

где Кс = 0,05 – сейсмический коэффициент при 8 балах [2 c.693];

 β = 0,55 – коэффициент динамичности;

 Gi – сила тяжести i-го участка.

Принимаем, что масса аппарата распределена по высоте равномерно, тогда

Gi = 7,10/4 = 1,78 МН

Предварительно рассчитываем суммы

∑Gix2i = 1,78(4,02+12,02+20,02+28,02) = 2393 МН·м2

∑Gix4i = 1,78(4,04+12,04+20,04+28,04) = 1,41·106 МН·м 4

Сейсмическая сила в середине каждого участка

Р1 = 0,05·0,55·1,78·28,02·2393/1,41·106 = 0,0648 МН

Р2 = 0,05·0,55·1,78·20,02·2393/1,41·106 = 0,0330 МН

Р3 = 0,05·0,55·1,78·12,02·2393/1,41·106 = 0,0118 МН

Р4 = 0,05·0,55·1,78·4,02·2393/1,41·106 = 0,0014 МН

Расчетный изгибающий момент в нижнем сечении опоры аппарата от сейсмической нагрузки при учете первой формы колебаний

= 0,0648·28,0+0,0330·20,0+0,0118·12,0+0,0014·4,0 = 2,616 МН·м

Расчетный изгибающий момент в том же сечении опоры с учетом влияния высших форм колебаний

Мс1 = 1,25Мс = 1,25·2,616 = 3,270 МН·м

Условие устойчивости:

, [8 c.2]

где N – суммарная осевая нагрузка

,

где к – коэффициент, учитывающий вес внутренних устройств

 γ – удельный вес материала

N = 0,804 МН

 [8 c.7]

где  – эмпирический коэффициент

 = 1/1+15,3[215·106/2·1011(2/0,18-0,001)]2 = 1,53

[М] = 0,785·1,53·145·106·22·(0,18-0,001) = 125,2 МПа

N = 3,14·2·(1,18 – 0,001) ·1·145·106 = 163 МН

0,804/163 + 3,27/125,5 = 0,03

0,03‹1 – условие выполняется.

7.10 Расчет опоры аппарата

Аппараты вертикального типа с соотношением Н/D > 5, размещаемые на открытых площадках, оснащают так называемыми юбочными цилиндрическими опорами, конструкция которых приводится на рисунке.

Рисунок11 – Опора аппарата

Принимаем толщину цилиндрической стенки опоры S= 20 мм.

Материал опоры сталь Ст 3 ГОСТ 380-88

σв = 380 МПа; σт = 220 МПа; Е = 2,10·105 МПа; [σ] = 146 МПа

Диаметр опоры равен 2,80 м.

Размеры опорного кольца.

Внутренний диаметр кольца принимаем D2 = 2,65 м

Наружный диаметр кольца принимаем D1 = 3,12 м

Опорная площадь кольца

F = 0,785(D12 – D22) = 0,785(3,122 – 2,652) = 2,13 м2

Момент сопротивления опорной площади кольца

W = π(D14 – D24)/32D1 = π(3,124 – 2,654)/32·3,12 = 1,43 м4

Напряжение сжатия в стенке опоры с учетом отверстия для лаза

d = 0,5м

σс = Gmax/[π(D+S) – d](s – c) =

= 7,10/[π(2,80+0,020) – 0,5](0,020-0,001) = 44,7 МПа

Напряжение на изгиб в стенке опоры

σи = М/π(D + s)2(s – c) =

= 3,270/π(2,80+0,020)2(0,020-0,001) = 6,9 МПа

Отношение

D/2(s – c) = 2,82/2(0,020– 0,001) = 74

по этой величине по графику [2c.418] находим коэффициенты:

kи = 0,08; kc = 0,06

Kc = 875σтkc/E = 875·220·0,08/2,1·105 = 0,073

Kи = 875σтkи/E = 875·220·0,06/2,1·105 = 0,055

Допускаемые напряжения на сжатие и изгиб в обечайке опоры

[σс] = КсЕ(s – c)/D = 0,073·2,10·105(0,020 – 0,001)/2,80 = 104 МПа

[σи] = КиЕ(s – c)/D = 0,055·2,10·105(0,020 – 0,001)/2,80 = 78 МПа

Устойчивость цилиндрической опоры

 = 44,7/104 +6,9/78 = 0,52 < 1

устойчивость обеспечена.

Максимальное напряжение на сжатие в сварном шве, соединяющем цилиндрическую опору с корпусом аппарата, при коэффициенте сварного шва φш = =0,7

 =

7,10/0,7π(2,80+0,020)(0,020 – 0,001) + 4·3,270/0,7π(2,80+0,020)2(0,020– 0,001) = 99,6 МПа < [σс]

Максимальное напряжение сжатия на опорной поверхности кольца

7,10/2,13+ 3,270/1,43 = 5,6 МПа < 10 МПа

Номинальная расчетная толщина опорного кольца при l = 0,1 м

 1,73·0,1(5,6/146)0,5 = 0,034 мм

с учетом прибавки на коррозию принимаем округляя размер s = 0,036 м

Наименьшее напряжение на опорной поверхности кольца:

при максимальной силе тяжести аппарата

 7,10/2,13 – 3,270/1,43 = 1,05 МПа

при минимальной силе тяжести аппарата

 6,45/2,13 – 3,270/1,43 = 0,74 МПа

Расчетным является наибольшее по абсолютной величине значение σ – при максимальной силе тяжести аппарата.

Общая условная расчетная нагрузка на фундаментные болты

Рб = 0,785(D12 – D22) ·σ = 0,785(3,122 – 2,652)1,05·106 = 1,76 МН

Принимаем количество фундаментных болтов z = 8, тогда нагрузка на один болт

Рб1 = 1,76/8 = 0,22 МН

Расчетный внутренний диаметр резьбы фундаментных болтов

 (4·0,22/π·453)0,5 + 0,001 = 0,026 м

принимаем болты М42, у которых d1 = 35,6 мм

Диаметр болтовой окружности

Dб = D + 2S + 0,12 = 2,80+ 2·0,020+ 0,12 = 2,96 м

Принимаем Dб = 3,00 м.

Заключение

колонна синтез карбамид

В данной работе проведены технологические расчеты колонны синтеза карбамида, работающей при давлении 28МПа, обеспечена ее герметичность за счет введения в конструкцию двухконусного обтюратора. Рассчитана толщина стенки корпуса колонны (0,18 м), а также эллиптического днища (0,12 м) и плоской крышки (0,55 м), проведена оптимизация размеров колонны методом последовательной частной оптимизации. Элементы аппарата рассчитаны на прочность и сейсмическую нагрузку. Также выполнены следующие чертежи:

– технологическая схема производства карбамида (2 листа формата А1);

– колонна синтеза карбамида (2 листа формата А1);

Список использованных источников

1.  Атрощенко В.И., Гелперин И.И. Методы расчетов по технологии синтеза связанного аммиака. 320с

2.  Сосуды и трубопроводы высокого давления: Справочник/ Хисматуллин Е.Р., Королев Е.М., Лившиц В.И. и др. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.

3.  ГОСТ 25215-82: «Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность».

4.  Ложкин А.Ф., Рябчиков Н.М., Ведерников С.А.: Учебное пособие. Пермь. Пермский Политехнический институт, 1978 – 137с.

5.  ГОСТ 26303-84: «Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность».

6.  ОСТ 26373-78 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность фланцевых соединений».

7.  Борисов Г.С., Брыков В.П., Дытнерский Ю.И.: Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированиию – М: Химия, 1991 – 496с.

8.  51273-99: «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность».