Wydział Technologii Żywności
Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
P R O J E K T
Z B I O R N I K A C I Ś N I E N I O W E G O
wykonanie:
Alicja Krzeczek
Kacper Kuziora
Katarzyna Magdalena Kwiecień
Przemysław Machura
KRAKÓW 2009
P r o j e k t z b i o r n i k a c i ś n i e n i o w e g o
- 1 -
1. Dane do zaprojektowania zbiornika:
• objętość obliczeniowa: V
o
=2,5m
3
,
• temperatura obliczeniowa: t
o
=250°C,
• ciśnienie obliczeniowe: p
o
=0,7MPa,
• czynnik: para wodna,
• usytuowanie zbiornika: pionowe,
• rodzaje króćców: cieczowy, parowy, właz
2. Określenie klasy zbiornika:
Projektowany zbiornik należy do klasy B zbiorników bo:
300
200
≤
<
o
t
[°C]
0
,
2
07
,
0
≤
≤
o
p
[MPa]
Ponieważ jeden z parametrów (temperatura obliczeniowa) jest w klasie B przyjęto wyższą z dwu
wartości.
3. Określenie głównych wymiarów zbiornika (BN-64/2221-08):
mm
D
w
1000
=
- średnica wewnętrzna zbiornika,
mm
L
w
3580
=
- orientacyjna długość części walcowej zbiornika,
dobór orientacyjnych wymiarów króćców:
• króciec - ciecz -
mm
d
w
100
=
,
mm
l
w
150
=
,
• króciec - para -
mm
d
w
150
=
,
mm
l
w
300
=
,
• króciec - właz zbiornika -
mm
d
w
400
=
,
mm
l
w
120
=
,
w
d
- orientacyjna średnica wewnętrzna króćca,
w
l
- orientacyjna długość króćca,
4. Dobór materiału do wykonania zbiornika (PN-81/H-92123):
Stal St41
5. Określenie naprężeń dopuszczalnych:
oznaczenia:
k - naprężenia dopuszczalne w ściankach stalowych i staliwnych,
to
Re
- najmniejsza gwarantowana granica plastyczności w temperaturze obliczeniowej elementu wg
normy PN-81/H92123, dla stali St41 - 205MPa,
x=1,65 - współczynnik bezpieczeństwa, dla stali stopowych i stalowych rur kotłowych
MPa
k
24
,
124
=
x
k
to
Re
=
P r o j e k t z b i o r n i k a c i ś n i e n i o w e g o
- 2 -
6. Określenie współczynnika wytrzymałościowego z:
dop
z
- współczynnik z jakim dany zakład został dopuszczony do wykonywania złączy w naczyniach
ciśnieniowych (przyjęto
8
,
0
=
dop
z
).
7. Wyznaczanie grubości ścianki elementu walcowego podlegającego ciśnieniu
wewnętrznemu:
oznaczenia:
o
p
- ciśnienie obliczeniowe [MPa],
w
D
- średnica wewnętrzna zbiornika [mm],
z - obliczeniowy współczynnik wytrzymałościowy w kierunku wzdłużnym,
k - naprężenia dopuszczalne [MPa],
α
- współczynnik zależny od
β
(
1
=
α
),
mm
g
o
07
,
3
=
najmniejsza wymagana grubość ścianki wynosi:
naddatki grubości wedle założeń projektowych przyjęto:
mm
c
mm
c
mm
c
0
3
1
3
2
1
=
=
=
mm
g
00
,
6
=
nominalna grubość elementu walcowego (wyrobu hutniczego) przeznaczonego na element walcowy
naczynia:
1
c
g
g
n
+
≥
→
mm
g
n
00
,
7
≥
1
c
g
g
n
rz
−
=
→
mm
g
rz
00
,
6
=
4
,
1
012
,
1
≤
=
=
w
z
D
D
β
- warunek spełniony
8. Średnica największego otworu niewymagającego wzmocnienia części walcowej
przyjmuje najniższą z wartości:
o
w
o
p
z
k
D
p
g
−
⋅
⋅
⋅
=
α
3
,
2
0
3
2
0
c
c
g
g
+
+
=
(
)
(
)
mm
c
g
k
c
g
D
p
z
rz
rz
w
o
rz
82
,
0
3
,
2
2
2
=
−
⋅
⋅
−
+
⋅
=
α
(
) (
)
[
]
mm
z
c
g
D
d
rz
rz
w
08
,
66
1
1
,
8
3
1
2
=
−
⋅
−
⋅
=
mm
D
d
z
2
,
354
35
,
0
=
⋅
=
mm
d
200
=
P r o j e k t z b i o r n i k a c i ś n i e n i o w e g o
- 3 -
Wybrano najmniejszą wartość d=66,08mm
9. Dobór parametrów dna zbiornika (PN-75/M-35412):
określenie wysokości części wyoblonej
w
h
dna:
mm
h
w
250
=
mm
h
c
40
=
odczytano:
• orientacyjna pojemność elipsoidalnej części dna: 1,31m
3
,
• orientacyjna masa dna: 68kg,
oznaczenia:
d
- najmniejsza średnica 66,08mm,
z
D
- średnica zewnętrzna zbiornika,
rz
g
- grubość nominalna elementu walcowego
Wartość
00
,
2
=
w
y
odczytano z tabeli współczynników dla den wypukłych
określenie grubości obliczeniowej dna (stal St41):
MPa
k
24
,
124
=
4
,
1
=
x
przyjęto
mm
g
o
00
,
3
=
grubość nominalna dna:
mm
g
n
7
≥
grubość rzeczywista dna:
mm
g
rz
6
=
0
=
⋅
=
w
rz
z
g
D
d
ω
25
,
0
=
z
z
D
H
mm
k
y
D
p
g
w
D
Z
o
o
42
,
2
4
=
⋅
⋅
⋅
=
3
2
1
c
c
c
g
g
o
n
+
+
+
≥
1
c
g
g
n
rz
−
=
P r o j e k t z b i o r n i k a c i ś n i e n i o w e g o
- 4 -
10. Obliczenie króćców (PN-85/H-74252):
d
w
[mm]
l
w
[mm]
średnica zewnętrzna
grubość króćca
masa króćca
mm
kg/mb
Ciecz
100
150
108
4,0
10,3
Para
150
300
159
5,5
21,1
Właz
400
120
406,4
11
107
k
z
d
- średnica zewnętrzna,
k
g
- grubość króćca,
k
m
- masa króćca.
Materiał na rury: K-10
grubość rury króćca:
4
,
1
06
,
1
≤
=
β
MPa
k
73
,
112
=
dla:
MPa
186
Re
=
65
,
1
=
x
mm
g
n
k
65
,
4
=
→
przyjęto 5mm
11. Dobór kołnierzy (PN-92/H-94009):
Materiał na kołnierze: Stal 20N
Dobór wymiarów wg: PN-87/H-74710/03
12. Dobór kołnierza zaślepiającego do włazu (PN-92/H-94009):
Dobrano materiał: Stal 20N
Powierzchnia uszczelniająca wg PN-87/H-74728 dla średnicy nominalnej 400mm.
Kołnierz
Śruby
D
z
D
0
D
1
f
R
d
0
masa
2
DN
mm
kg
liczba
gwint
400
565
515
482
4
4
26
55,03
16
M24
mm
p
z
k
D
p
g
o
z
o
o
10
,
2
3
,
2
=
+
⋅
⋅
⋅
=
α
Kołnierz
Szyjka
Przylga
D
z
g
D
o
d
o
d
z
D
z
H h
s
R
D
1
f
W
min
Masa
Śruby
średnica
nominalna
DN
mm
mm
mm
mm
3
kg
liczba gwint
100
220 20 180 18
108 130 52 12 4,0 6 158 3 40433
4,54
8
M16
150
285 22 240 22
159 175 55 12 4,5 8 212 3 54713
7,64
8
M20
400
565 26 515 26 406,4 440 75 75 8,8 10 482 4 138445 28,56 16 M24
P r o j e k t z b i o r n i k a c i ś n i e n i o w e g o
- 5 -
13. Dobór uszczelki dla połączenia śrubowego dla włazu:
uszczelka zgrubna i gładka wg PN-85/H-74307
materiał typ GYLON 3510 wg katalogu firmy Garlock
o parametrach:
mm
d
407
=
mm
D
489
=
mm
s
2
=
oznaczenia:
d
- średnica wewnętrzna,
D
- średnica uszczelki,
s
- grubość uszczelki.
14. Dobór śrub:
Dobrano śruby z materiału 25HM typ M24 wg normy PN-68/H-74302
długość:
K
l
l
o
+
=
gdzie:
l
o
– długość skręcania [mm]
K – długość zastępcza gwintu [mm] dla M24 K=66mm
mm
l
116
=
15. Dobór nakrętek:
Dobrano nakrętki typu N wg normy PN-68/H-74303; ze stali 35-T wg PN-80/H93045 sześciokątne
wysokie z podtłoczeniem do połączeń kołnierzowych
16. Dobór łap (BN – 221264/02):
Materiał: St3SX wg PN-61/H-84020
W celu dobrania łap, w obliczeniach przyjęto za ciecz wodę o gęstości 998,2kg/m
3
, czyli dla 20°C.
stal
w
walc
V
m
ρ
⋅
=
w
z
walc
V
V
V
−
=
L
D
V
z
z
⋅
⋅
=
4
2
π
L
D
V
w
w
⋅
⋅
=
4
2
π
3
7850
m
kg
stal
=
ρ
d
walc
zb
m
m
m
2
+
=
O
H
O
H
O
H
V
m
2
2
2
ρ
⋅
=
d
w
O
H
V
L
D
V
2
4
2
2
+
⋅
⋅
=
π
3
2
20
,
998
m
kg
O
H
=
ρ
O
H
z
c
m
m
m
2
1
,
1
+
=
P r o j e k t z b i o r n i k a c i ś n i e n i o w e g o
- 6 -
Vz=
2,86 m
3
V
H2O
=
5,4303 m
3
Vw=
2,81 m
3
m
H2O
=
5430,30 kg
Vwal=
0,05 m
3
m
wal
354,3855747 kg
m
zb
=
490,3855747 kg
m
cał
=
5969,724132 kg
gc=10mm
g1=5mm
gw=5mm
w=125mm
gdzie:
g
c
- najmniejsza grubość płaszcza nie wymagająca wzmocnienia
g
1
- najmniejsza grubość płaszcza z blachą wzmacniającą
g
w
- najmniejsza grubość blachy wzmacniającej
w- zalecana grubość łapy
mm
W
125
=
mm
H
200
=
mm
s
105
=
mm
m
128
=
mm
e
100
max
=
kg
masa
2
,
3
=
mm
blacha
125
=
17. Blachy wzmacniające:
Średnicę blachy wzmacniającej projektuje się jako 2 x średnica wewnętrzna otworu w którym
umieszcza się króciec.