Сосуды под давлением вычислить объем

Основы расчета емкостей, работающих под давлением

Промысловые сосуды имеют следующие основные элементы, подлежащие расчету: сферическое днище, цилиндрическая часть, конусное днище, люк. Цилиндрическая часть может быть тонкостенной и толстостенной. Тонкостенными принимают цилиндры, у которых толщина стенки не превышает 10% внутреннего диаметра сосуда.

Окружное напряжение в стенке сосуда равно

где P – внутреннее избыточное давление;

Dср – средний диаметр цилиндра (d +s).

Осевое напряжение в цилиндре от внутреннего давления на днища

где s – полная толщина стенки цилиндра.

Для определения толщины стенки и наибольшего допустимого давления получим:

где R z – допустимое напряжение;

j – коэффициент сварного шва;

c – прибавка на коррозию (0,004м).

Днища сосудов, особенно верхние, чаще выполняют эллиптическими. Для определения толщины стенки эллиптических отбортованных днищ имеем.

где yэ – коэффициент перенапряжения днища, определяемый по графику в зависимости от h/D.

Из этих формул легко определяется напряжение Rz в эллиптическом днище, если известны остальные параметры.

Нижние днища часто выполняют коническими. Толщина стенки и допустимое давление конического днища определяются по формулам.

где Dвн – внутренний диаметр цилиндрического борта днища;

a – угол наклона направляющей конуса к вертикали.

Рис.7.1 Схема корпуса вертикальной емкости:

1-сферическое днище; 2-люк-лаз; 3-цилиндрическая часть; 4-конусное днище.

При устройстве в сосудах люков цилиндр или днище сосуда резко ослабляется и возникает необходимость упрочнения ослабленного места. Оно осуществляется приваркой накладок с толщиной равной толщине основного тела сосуда, а внешний диаметр упрочняющего кольца берется равным двум диаметрам отверстия.

Расчет сосудов под давлением должен проводится в соответствии с ГОСТ 14249-89 «Сосуды и аппараты». Нормы и методы расчета на прочность.

Источник

Расчет сосудов давления

Сосуды, работающие под давлением, относятся к категории промышленно опасного оборудования, поэтому к ним предъявляются повышенные требования. Действует ряд стандартов на изготовление этих изделий, а также на сосуды распространяются требования ТР ТС 031-2013. Все эти нормативы устанавливают обязательные сопроводительные документы, которые должны быть у сосудов. Один из них – расчет прочности устройств.

Расчет прочности на сосуды под давлением – это официальный документ, который показывает, какой запас прочности имеется у конкретного сосуда с учетом допустимых напряжений. Сам подсчет проводится в специальной программе, которая учитывает малейшие условия и влияния на изделия с целью установить показатель прочности по предельной нагрузке.

В качестве основных параметров учета используются тип предмета, его геометрическое строение, материал стенок, расположение опор, их материал, величина допустимой нагрузки, виды используемых материалов. Сам расчет представляет собой полный отчет по всем элементам устройства и агрегату в целом с конечными данными и промежуточными выводами.

Как получить расчет?

Самостоятельно производитель провести подобный расчет не сможет, поэтому он обращается в специализированный экспертный центр. Для проведения процедуры нужно предоставить экспертам ряд исходных документов:

· сборочный чертеж, чертежи отдельных комплектующих;

· спецификации, перечни деталей, материалов, ТУ или ГОСТ на них;

· общие виды отдельных сложных элементов;

· виды в разрезе на фланцевых соединениях;

· дополнительно могут потребоваться технические описания, иные проектные материалы.

Расчет проводится быстро и имеет официальный статус. Впоследствии документ вместе с иными техническими и эксплуатационными данными передается на государственную проверку для прохождения сертификации производства.

Расчет – это норматив, который официально подтверждает качество и безопасность выпускаемых изделий. Он является гарантом соответствия, что помогает повысить доверие клиентов, увеличить продажи.

Источник

Расчет объема сосуда работающего под давлением

ГОСТ 14249-89

Группа Г02

Нормы и методы расчета на прочность

Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation

МКС 71.120.01

ОКП 36 1510

Дата введения 1990-01-01

_________________

* См. примечания ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химического и нефтяного машиностроения

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 18.05.89 N 1264

4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 596-86, СТ СЭВ 597-77, СТ СЭВ 1039-78, СТ СЭВ 1040-88, СТ СЭВ 1041-88

5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НДТ, на который дана ссылка

Номер пункта, приложения

Приложение 1, приложение 2

Приложение 1, приложение 2

6. ИЗДАНИЕ (апрель 2003 г.) с Поправкой (ИУС 2-97)

Переиздание (по состоянию на июнь 2008 г.)

Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность цилиндрических обечаек, конических элементов, днищ и крышек сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, применяемых в химической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением и под действием осевых и поперечных усилий и изгибающих моментов, а также устанавливает значения допускаемых напряжений, модуля продольной упругости и коэффициентов прочности сварных швов. Нормы и методы расчета на прочность применимы при соблюдении «Правил устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», утвержденных Госгортехнадзором СССР, и при условии, что отклонения от геометрической формы и неточности изготовления рассчитываемых элементов сосудов и аппаратов не превышают допусков, установленных нормативно-технической документацией.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Расчетная температура

1.1.1. Расчетную температуру используют для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений.

1.1.2. Расчетную температуру определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний.

За расчетную температуру стенки сосуда или аппарата принимают наибольшее значение температуры стенки. При температуре ниже 20 °С за расчетную температуру при определении допускаемых напряжений принимают температуру 20 °С.

1.1.3. Если невозможно провести тепловые расчеты или измерения и если во время эксплуатации температура стенки повышается до температуры среды, соприкасающейся со стенкой, то за расчетную температуру следует принимать наибольшую температуру среды, но не ниже 20 °С.

При обогреве открытым пламенем, отработанными газами или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды, увеличенной на 20 °С при закрытом обогреве и на 50 °С при прямом обогреве, если нет более точных данных.

1.2. Рабочее, расчетное и пробное давление

1.2.1. Под рабочим давлением для сосуда и аппарата следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

1.2.2. Под расчетным давлением в рабочих условиях для элементов сосудов и аппаратов следует понимать давление, на которое проводится их расчет на прочность.

Расчетное давление для элементов сосуда или аппарата принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше.

При повышении давления в сосуде или аппарате во время действия предохранительных устройств более чем на 10%, по сравнению с рабочим, элементы аппарата должны рассчитываться на давление, равное 90% давления при полном открытии клапана или предохранительного устройства.

Для элементов, разделяющих пространства с разными давлениями (например, в аппаратах с обогревающими рубашками), за расчетное давление следует принимать либо каждое давление в отдельности, либо давление, которое требует большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если обеспечивается одновременное действие давлений, то допускается проводить расчет на разность давлений. Разность давления принимается в качестве расчетного давления также для таких элементов, которые отделяют пространства с внутренним избыточным давлением от пространства с абсолютным давлением, меньшим чем атмосферное. Если отсутствуют точные данные о разности между абсолютным давлением и атмосферным, то абсолютное давление принимают равным нулю.

Если на элемент сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше рабочего, то расчетное давление для этого элемента должно быть повышено на это же значение.

1.2.3. Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором проводится испытание сосуда или аппарата.

1.2.4. Под расчетным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов или аппаратов следует понимать давление, которому они подвергаются во время пробного испытания, включая гидростатическое давление, если оно составляет 5% или более пробного давления.

1.3. Расчетные усилия и моменты

За расчетные усилия и моменты принимают действующие для соответствующего состояния нагружения (например, при эксплуатации, испытании или монтаже) усилия и моменты, возникающие в результате действия собственной массы присоединенных трубопроводов, ветровой, снеговой и других нагрузок.

Расчетные усилия и моменты от ветровой нагрузки и сейсмических воздействий определяют по ГОСТ 24756.

1.4. Допускаемое напряжение, коэффициенты запаса прочности и устойчивости

1.4.1. Допускаемое напряжение при расчете по предельным нагрузкам сосудов и аппаратов, работающих при статических однократных* нагрузках, определяют:

– для углеродистых и низколегированных сталей

– для аустенитных сталей

______________

* Если сосуды и аппараты работают при многократных статических нагрузках, но количество циклов нагружения от давления, стесненности температурных деформаций или других воздействий не превышает 10 , то такая нагрузка в расчетах на прочность условно считается однократной. При определении числа циклов нагружения не учитывают колебание нагрузки в пределах 15% расчетной.

Предел ползучести используют для определения допускаемого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данные по пределу длительной прочности или по условиям эксплуатации необходимо ограничить величину деформации (перемещения).

При отсутствии данных по условному пределу текучести при 1%-ном остаточном удлинении допускаемое напряжение для аустенитной стали определяют по формуле (1).

Для условий испытания допускаемое напряжение определяют по формуле

Для условий испытаний сосудов и аппаратов из аустенитных сталей допускаемое напряжение определяют по формуле

1.4.2. Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать значениям, приведенным в табл.1.

Источник

Источник

Как вычислить объем газа

Газ, независимо от его состава, имеет три основных параметра: массу, объем и плотность. В большинстве задач оперируют так называемым идеальным газом, поэтому опираться в них необходимо лишь на приведенные в условии значения массы, давления, температуры. Например, в условии задачи может быть указан газ азот N2 с температурой в 60 градусов, давлением в 30 кПа и массой в 0,05 г. Зная эти три параметра и состав газа, по уравнению Менделеева-Клапейрона можно найти его объем. Для этого необходимо переделать данное уравнение следующим образом:

Осуществив дальнейшее преобразование формулы, найдите объем азота:

При этом молярную массу M можно найти по таблице Д.И. Менделеева. У азота она равна 12 г/моль. Тогда:

Если известны объем при нормальных условиях, а объем при других условиях является искомым, примените законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

В таком случае преобразуйте формулу следующим образом:

Отсюда объем V равен:

Индекс н означает величину того или иного параметра при нормальных условиях.

Если рассматривать объем газа с точки зрения термодинамики, можно заметить, что на газы могут действовать силы, за счет которых меняется объем. При этом давление газа постоянно, что характерно для изобарных процессов. В ходе таких процессов объем изменяется с одной величины на другую. Их можно обозначить как V1 и V2. В условиях ряда задач описывается некоторый газ, находящийся под поршнем в сосуде. При расширении этого газа поршень передвигается на некоторое расстояние dl, в результате чего осуществляется работа:

Эта формула связывает изменение объема газа и работу. Как известно, если дан конечный объем V2, то можно найти начальный объем V1:

Наконец, наиболее просто найти объем газа, исходя из двух других физических параметров – массы и плотности. Если в условиях задан газ с некоторой плотностью и массой, то его объем следует вычислять по формуле:

У каждого газа имеется определенная плотность, как и у любого твердого или жидкого вещества. Поэтому, находя объем газа, в первую очередь необходимо учитывать именно этот параметр.

Источник

Как_объем_зависит_от_давления

Основные понятия гидропневмоавтоматики

Схема гидравлического привода с дроссельным регулированием

Основные свойства рабочих жидкостей и газов

Плотность – количество массы в единице объема:

Вязкость

Свойство жидкости сопротивляться сдвигу или скольжению ее слоев.

,

где:

– напряжение сдвига;

– динамический коэффициент вязкости;

– скорость течения жидкости;

– расстояние между слоями жидкости.

– кинематический коэффициент вязкости

Сжимаемость

Свойство жидкости изменять свой объем под действием давления.

,

где:

– адиабатический модуль объемной упругости жидкости;

– объем рабочей жидкости;

– давление рабочей жидкости.

Для газов:

или – закон Бойля-Мариотта.

Облитерация

Свойство жидкости заращивать (засорять) узкие каналы и капиллярные щели при ее течении под действием перепада давления.

Кавитация

Разрыв рабочей жидкости под действием высокого давления при наличии большого количества растворенного воздуха.

Для идеального газа

Зависимость давления и объема

Изотермный процесс – процесс, проходящий при постоянной температуре

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: На стипендию можно купить что-нибудь, но не больше. 9423 –

| 7465 – или читать все.

Связь между давлением, температурой, объемом и количеством молей газа («массой» газа). Универсальная (молярная) газовая постоянная R. Уравнение Клайперона-Менделеева = уравнение состояния идеального газа.

Ограничения практической применимости:

• температуры ниже -100°C и выше температуры диссоциации / разложения
• давления выше 90 бар
• вакуум глубже чем 99%

Внутри диапазона точность уравнения превосходит точность обычных современных инженерных средств измерения. Для инженера важно понимать, что для всех газов возможна существенная диссоциация или разложение при повышении температуры.

• в СИ R= 8,3144 Дж/(моль*К) – это основная (но не единственная) инженерная система измерений в РФ и большинстве стран Европы
• в СГС R= 8,3144*10 7 эрг/(моль*К) – это основная (но не единственная) научная система измерений в мире
• m-масса газа в (кг)
• M-молярная масса газа кг/моль (таким образом (m/M) – число молей газа)
• P-давление газа в (Па)
• Т-температура газа в ( °K)
• V-объем газа в м 3

Давайте решим парочку задач относительно газовых объемных и массовых расходов в предположении, что состав газа не изменяется (газ не диссоциирует) – что верно для большинства газов в указанных выше пределах применимости.

1) Доставка объемов газа одинаковой массы при одинаковом давлении но различных температурах.

Данная задача актуальна в основном, но не только, для применений и устройств, в которых напрямую измеряется объем газа.

Пусть счетчик (расходомер) в точке доставки дает объемные накопленные расходы V1 и V2, при температурах, соответственно, T1 и T2 и, пусть T1 V2 для одинаковых количеств газа при данных условиях. Попробуем сформулировать несколько важных на практике выводов для данного случая:

• показатели объемного счетчика газа тем «весомее», чем выше давление
• выгодно поставлять газ низкого давления
• выгодно покупать газ высокого давления

Как с этим бороться? Необходима хотя бы простая компенсация по давлению, т.е в считающее устройство должна подаваться информация с дополнительного датчика давления.

Состояние идеального газа полностью описывается измеряемыми величинами: давлением, температурой, объемом. Отношение между этими тремя величинами определяется основным газовым законом:

,

где р – давление; V- объем; Т – температура;- количество идеального газа в молях;R- универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/(Кмоль).

Если одна из величин давление, объем или температура остается постоянной, то другие две величины не могут быть изменены независимо друг от друга. Например, при постоянной температуре выполняется закон Бойля-Мариотта в виде:

Проверка закона Бойля-Мариотта.

Измерение давления воздуха в шприце при изменении объема учитывая, что температура газа постояна.

Ручной вакуумный насос

Рис 1. Общий вид установки по изучению закона Бойля – Мариотта. (1) шприц, (2) манометр (отсчет производить по черной шкале), (3) ручной вакуумный насос

В данном эксперименте закон Бойля – Мариотта подтверждается с помощью установки показанной на рисунке 1. Объем воздуха в шприце определяется следующим образом:

где rрадиус шприца, аh- расстояние от носика до поршня шприца.

Давление в системе нужно находить как:

где p атмосферное давление, аp- давление, измеренное при помощи манометра.

Порядок выполнения работы

Установите поршень шприца на отметке 50 мл.

Плотно надеть свободный конец соединительного шланга ручного вакуумного насоса на выходной патрубок шприца.

Выдвигая поршень, увеличивайте объем с шагом 5 мл, фиксируйте показания маномета по черной шкале.

Чтобы определить давление под поршнем, надо из атмосферного давления вычесть показания монометра, выраженного в паскалях. Атмосферное давление равно приблизительно 1 бар, что соответствует 100 000 Па.

Для обработки результатов измерений следует учитывать наличие воздуха в соединительном шланге. Для этого измерьте расчитайте объем соединительного шланга, измерив длину шланга рулеткой, а диаметр шланга штангенциркулем, учитывая, что толщина стенок составляет 1,5 мм.

Постройте график измеренной зависимости объема воздуха от давления.

Рассчитайте зависимость объема от давления при постоянной температуре по закону Бойля-Мариотта и постройте график.

Сравните теоретические и экспериментальные зависимости.

2133. Зависимость давления газа от температуры при постоянном объеме (закон шарля)

Рассмотрим зависимость давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Эти исследования были впервые произведены в 1787 г. Жаком Александром Сезаром Шарлем (1746-1823). Газ нагревался в большой колбе, соединенной с ртутным манометром в виде узкой изогнутой трубки. Пренебрегая ничтожным увеличением объема колбы при нагревании и незначительным изменением объема при смещении ртути в узкой манометрической трубке. Таким образом, можно считать объем газа неизменным. Подогревая воду в сосуде, окружающем колбу, измеряли температуру газа по термометру Т, а соответствующее давлениер- по манометру. Наполнив сосуд тающим льдом, определяли давлениеро, и соответствующую температуруТо. Было установлено, что если при 0  С давлениеро, то при нагревании на 1  С приращение давления будет вро. Величинаимеет одно и то же значение (точнее, почти одно и тоже) для всех газов, а именно 1/273  C -1 . Величинуназывают температурным коэффициентом давления.

Закон Шарля позволяет рассчитать давление газа при любой температуре, если известно его давление при температуре 0  C. Пусть давление данной массы газа при 0  Cв данном объемеpo, а давление того же газа при температуреtp. Температура меняется наt, а давления изменяется нароt, тогда давлениерравно:

При очень низких температурах, когда газ приближается к состоянию сжижения, а также в случае сильно сжатых газов закон Шарля неприменим. Совпадение коэффициентов и, входящих в закон Шарля и закон Гей-Люссака, не случайно. Так как газы подчиняются закону Бойля – Мариотта при постоянной температуре, тоидолжны быть равны между собой.

Подставим значение температурного коэффициента давления в формулу температурной зависимости давления:

Величину (273+t) можно рассматривать как значение температуры, отсчитанное по новой температурной шкале, единица которой такая же, как и у шкалы Цельсия, а за нуль принята точка, лежащая на 273  ниже точки, принятой за нуль шкалы Цельсия, т. е. точки таяния льда. Нуль этой новой шкалы называют абсолютным нулем. Эту новую шкалу называют термодинамической шкалой температур, гдеTt+273  .

Тогда, при постоянном объеме справедлив закон Шарля:

Проверка закона Шарля

Определение зависимости давления газа от температуры при постоянном объеме

Определение абсолютной шкалы температур путем экстраполяции в сторону низких температур

Внимание: в работе используется стекло.

Будьте предельно аккуратны при работе с газовым термометром; стеклянным сосудом и мерным стаканом.

Будьте предельно внимательны при работе с горячей водой.

Мобильный CASSY Lab

Электрическая нагревательная плитка

Стеклянный мерный стакан

Ручной вакуумный насос

При откачке воздуха при комнатной температуре с помощью ручного насоса, создается давление на столб воздуха р0+р, где р – внешние давление. Капля ртути также оказывает давление на столб воздуха:

где Hg=13,6 г/см 3 – плотность ртути;g=9,81 м/c 2 – ускорение свободного падения; hHg – высота капли ртути.

Общее давление на столб воздухав газовом термометре определяется выражением:

В данном эксперименте этот закон подтверждается с помощью газового термометра. Термометр помещают в воду с температурой около 90°С и эта система постепенно охлаждается. Откачивая воздух из газового термометра с помощью ручного вакуумного насоса, поддерживают постоянный объём воздуха во время охлаждения.

Порядок выполнения работы

Откройте заглушку газового термометра, подключите к термометру ручной вакуумный насос.

Поверните осторожно термометр как показано слева на рис. 2 и откачайте воздух из него с помощью насоса так, чтобы капелька ртути оказалась в точке a) (см. рис.2).

После того как капелька ртути собралась в точке a)поверните термометр отверстием наверх и спустите нагнетенный воздух ручкойb) на насосе (см. рис.2) осторожно, чтобы ртуть не разделилась на несколько капелек.

Нагреть воду в стеклянном сосуде на плитке до 90°С.

Налить горячую воду в стеклянный сосуд.

Поместить в сосуд газовый термометр, закрепив его на штативе.

Поместить термопару в воду, постепенно эта система охлаждается. Откачивая воздух из газового термометра с помощью ручного вакуумного наноса, поддерживаете постоянный объём столба воздуха в течении всего процесса охлаждения.

Фиксируйте показание манометра ри температуруТ.

Постройте зависимость полного давления газаp +p+pHgот температуры в о С.

Продолжите график до пересечения с осью абсцисс. Определите температуру пересечения, объясните полученные результаты.

По тангенсу угла наклона определите температурный коэффициент давления.

Рассчитайте зависимость давления от температуры при постоянном объеме по закону Шарля и постройте график. Сравните теоретические и экспериментальные зависимости.

Источник

Источник