Константин Ефанов - Теория расчета нефтяных аппаратов высокого давления

Теория расчета нефтяных аппаратов высокого давления
Название: Теория расчета нефтяных аппаратов высокого давления
Автор:
Жанры: Математика | Машиностроение | Процессы и аппараты химической технологии
Серии: Нет данных
ISBN: Нет данных
Год: 2022
О чем книга "Теория расчета нефтяных аппаратов высокого давления"

Монография по теории расчета нефтяных аппаратов (оболочек корпусов). Рассмотрены трехмерная и осесимметричная задачи теории упругости, реализация расчета методом конечных элементов. Написана для обмена опытом между специалистами.Предназначается для специалистов по разработке конструкций нефтяного статического оборудования (емкостей, колонн и др.) проектных институтов, научно-исследовательских институтов, заводов нефтяного машиностроения, инжиниринговых компаний, профессорско-преподавательского состава технических университетов.

Бесплатно читать онлайн Теория расчета нефтяных аппаратов высокого давления


Введение в расчеты

В настоящее время нефтяные аппараты делят на тонкостенные и толстостенные по критерию из теории тонких оболочек (типа Кирхгофа-Лява) отношения толщины стенки к диаметру, равному 0,1. В нормах тонкостенным сосудам соответствуют сосуды до 21 МПа (ранее до 16 МПа), толстостенным сосудам соответствуют аппараты высокого давления до 130 МПа. Аппараты высокого давления по нормам работают при давлении от вакуума до 130 МПа и перекрывают область рабочих давлений от вакуума до 21 МПа для тонкостенных аппаратов. Аппараты высокого давления могут использоваться и взамен аппаратов до 21МПа в интервале давлений от вакуума до 21МПа, являются более универсальными так как имеют широкий предел применения по давлениям. В ряде случаев возможно проектирование и поставка аппаратов, соответствующих нормам (стандартам) на давление до 130 МПа взамен аппаратов по нормам на давление до 21 МПа. В этом случае каких-либо противоречий или формального несоответствия нормативной документации, по-видимому, не должно быть.

Существует критерий деления оболочек на тонкие и толстые в зависимости от толщины стенки. Так оболочки до 50 мм считаются тонкими, от 50 до 100 мм (150 мм) считаются оболочками переходной толщины, свыше 100 мм считаются толстыми оболочками.

Критерий деления оболочек на тонкие и толстые по толщине является более примемлемым, чем критерий по нормам в 0,1 отношения толщины стенки к диаметру. По критерию 0,1 реактор гидрокрекинга с диаметром 4000…5000 мм и стенкой свыше 180 мм относится подпадает под нормы для сосудов и аппаратов до 21МПа, то есть условно под нормы для расчета тонкостенных сосудов. Это является некорректным по мнению автора настоящей работы.

В настоящее время расчеты по нормам являются устаревшим подходом. Расчеты выполняются точно методом конечных элементов в программных пакетах. Для тонкостенных оболочек до 50 мм могут быть применены плоские конечные элементы, для переходных и толстых оболочек применяют трехмерные пространственные конечные элементы. Вместе с тем и для тонких оболочек могут быть применены трехмерные конечные элементы. Плоские конечные элементы могут быть построены на теориях оболочек типа Кирхгофа-Лява или Тимошенко, трехмерные элементы строятся на теории упругости. В этом случае можно увидеть совпадение с нормами в применении теории оболочек для тонкостенных сосудов и теории упругости для толстостенных сосудов.

Аппараты высокого давления до 130 МПа рассчитываются по нормам по формулам теории упругости для задачи Ламе. Тонкостенные аппараты до 21 МПа по нормам рассчитываются по безмоментной теории тонких оболочек.

Критерий деления аппаратов на толстостенные и тонкостенные, равный 0,1, соответствуют точности теории оболочек типа Кирхгофа-Лява, свыше которого теория не должна применяться. На этом основании для сосудов высокого давления теория тонких оболочек и нормативная методика для аппаратов до 21 МПа не применяются. Существует теория оболочек типа Власова с увеличенной точностью по сравнению, но она не применяется для толстостенных аппаратов высокого давления.

Академик Новожилов В.В. [1,с.205] указывает о том, что теория оболочек воспринимается как «надстройка» над теорией упругости и получена из последней путем постулирования допущений и сведения задачи к двухмерной. Новожилов считал, что теорию оболочек необходимо рассматривать вместе с теорией упругости.

По мнению автора настоящей работы, теория тонких оболочек по сравнению с теорией упругости является технической теорией, менее обоснованной физически. Поэтому необходимо использовать для расчетов более точную и обоснованную теорию упругости. То есть нормы для сосудов высокого давления до 130МПа более обоснованы теоретически по сравнению с нормами для сосудов до 21МПа.

Теория упругости имеет трехмерную пространственную задачу и осесимметричную задачу. Эти две задачи могут применяться для расчета оболочек корпусов сосудов и аппаратов до 130МПа с учетом нюанса, состоящего в том, что трехмерная задача теории более обоснована по сравнению с осесимметричной задачей.

В трехмерной задаче теории упругости, корпус аппарата (оболочка) рассматривается как трехмерное твердое тело, к которому непосредственно приложены нагрузки.

Осесимметричная теория построена на симметричности геометрии оболочки вращений корпуса аппарата.

По мнению автора осесимметричная задача является содержит грубейшие ошибки в основании, состоящие в том, что по граням выделенного из стенки сегмента считается, что отсутствуют касательные напряжения [2].

Кроме того, при оценке прочности стенки оболочки, в осесимметричной теории упругости не ищутся главные напряжения. В формулу подставляются кольцевые и меридиональные напряжения. На основании того, что выделенный из стенки сегмент имеет симметрию, утверждается о том, что действующие на грани напряжения являются главными напряжениями.

Безухов утверждал [2,с.142], что так как меридиональная плоскость является плоскостью симметрии, то в меридиональной плоскости касательные напряжения отсутствуют и площадка на этой плоскости является главной площадкой.

Касательные напряжения присутствуют на меридиональных плоскостях и препятствуют вырыву элемента из стенки. Не принятие этого факта в расчетной модели, по которой выводятся все формулы осесимметричной теории является грубейшей некорректностью.



В теории упругости выделяется кубический элемент твердого тела и для него записываются условия равновесия и выполняется поиск главных площадок и главных напряжений [3], [4]. Тимошенко и Новожилов указывают о том, что для равновесия элемента необходимо, чтобы площади граней элемента были равны. Так как по граням действуют касательные напряжения, создающие моменты относительно осей, совпадающих с ребрами кубического элемента.

В осесимметричной задаче выделенный сегмент на виде в плане является трапецией с криволинейными основаниями, очерченными по сегментам окружности (радиусам).

Процитируем графику из работы Безухова сегмента в полярных координатах [2,с.143]:



Процитируем графику из работы Новожилова [3,с.75]:



Для ответа на поставленный вопрос о некорректности осесимметричной задачи теории упругости, необходимо в одной точке стенки оболочки совместить кубический и трапецеидальный сегменты, при этом в одних, например, прямоугольных координатах.


С этой книгой читают
В книге кратко представлены оригинальные результаты исследований по аппаратам с перешивающими устройствами: по-новому рассмотрены конструкции мешалок, впервые предложено решение по перемешиванию без закручивания потока, рассмотрены проблемы резонанса валов и проектирования.
В краткой работе разработана теория коробчатых оболочек сосудов под давлением, позволяющая рассматривать коробчатые оболочки в рамках моментной теории тонких оболочек
Разработана методика ручного расчета плоских статически неопределимых рам решеток на нагрузку, действующую перпендикулярно плоскости рамы. Описан расчет конструктивных элементов решеток катализатора, используемых в нефтяных и газовых аппаратах, приведены указания по расчету несущих рам металлоконструкций блоков аппаратов.Для несущей балки решетки катализатора подробно рассмотрен вопрос оценки напряженного состояния.Для конструкторов металлоконстр
В монографии представлен новый физически обоснованный метод расчета коробчатых n-угольных оболочек корпусов сосудов и металлоконструкций, в основе которого находятся математическая топология и теория тонких оболочек. ТЕОРИЯ КОРОБЧАТЫХ ОБОЛОЧЕК С РАСЧЕТНЫМИ ФОРМУЛАМИ – СМ. РАБОТУ "ТЕОРИЯ КОРОБЧАТЫХ ОБОЛОЧЕК". Настоящая монография является обзорной.
Книга может быть полезна всем, кто пытается самостоятельно овладеть навыками чертежной работы в системе КОМПАС. Эта книга составлена автором в виде пошаговой инструкции, и потому значительно сократит время на приобретение базовых навыков. Она снабжена яркими и незабываемыми рисунками, которые не дадут вам заблудиться в пути следования по инструкции.
Мысль о том, что познать мир – это значит познать управляющие им числа, принадлежит Пифагору. Нумерология подтверждает – вся наша жизнь детерминирована некими «ключевыми числами». Соглашаться с этим или нет – личное дело каждого. А мы нашли в «числовой сфере» источник для интеллектуального творчества – составление математического календаря.Информация будет полезна всем, кто любит числовые изюминки сами по себе или их использование в профессиональ
Данное пособие предлагает краткое изложение курса высшей математики для студентов вузов. Учебный материал изложен в удобной форме ответов на ключевые вопросы и содержит такие разделы, как аналитическая геометрия, математический анализ, дифференциальные уравнения и т. д. В пособии приведены все основные определения и утверждения курса, многие из которых снабжены примерами, разъяснениями и иллюстрациями. Для студентов, обучающихся по техническим сп
Данная книга является второй книгой с курсом практических занятий по математическому анализу. Точнее, по второй его части: дифференциальному исчислению, практической основой которого являются способы и методы нахождения производных функций.
Ровно десять лет назад я написал свое первое стихотворение, как оказалось, далеко не последнее. Мой первый сборник стихотворений, который собрал в себе стихотворения, написанные на протяжении десяти лет, вобрал все мои чувства и переживания, мою любовь и радость, восторг и грусть. Каждый читатель сможет найти в моих стихотворениях что-то родное, свое, близкое.
Ещё вчера роботы и искусственный интеллект интересовали только фантастов. Сегодня эти мечты становятся реальностью. Роботы оставят миллионы людей без работы, искусственный интеллект вообще угрожает поставить жирную точку на истории человечества. В ответ на это кто-то предлагает запретить исследования в области искусственного интеллекта. Однако прогресс неумолим. Прочитав книгу, вы узнаете, как новые технологии меняют нашу жизнь. И это позволит ва
Сафелит- академия магии, где учатся ведьмы, чародеи и маги. Но как же сложно учиться, когда все вокруг знают, что ты – внучка ректора! Ева уже привыкла к своей участи: сверстники её ненавидят, преподаватель Магического Права придирается по любому пустяку, а соседка по комнате и вовсе – презирает. Лишь два близких друга и дедушка- единственные родные люди для юной ведьмы. Но в один миг все переворачивается с ног на голову, а проблемы с
Внимание! Данный роман находится в ПРЕДЗАКАЗЕ! Что это такое? Автор предлагает вам оплатить книгу заранее, до старта продаж. В этом случае, в момент оплаты вы получаете часть книги с уникальным номером заказа. Сразу после того, как файл появится в магазине целиком, вам вышлют ссылку на целый файл. Если же вы не получили файл, то увидев книгу на сайте целиком, вы можете самостоятельно обратиться в магазин и вам пришлют полный файл. Дата выхода пол