UNIVERSITATEA OVIDIUS CONSTANTA

FACULTATEA DE INGINERIE INDUSTRIALACALITATEA SI CERTIFICAREA CONSTRUCTIILOR SUDATE

LUCRARE DE DISERTATIEPROIECTAREA UNUI RECIPIENT SUB PRESIUNE CU BALBOTARE

Indrumator:

ANUL I MASTERCalitatea si certificarea constructiilor sudate Masterand

1

TEMA DE PROIECTARESa se proiecteze un recipient sub presiune cilindric vertical in constructie sudata prevazut cu balbotare, care are urmatoarele caracteristici: -diametru nominal Dn [mm] =1600 -inaltimea relativa a parti cilindrice H/D = 1.4 -presiune nominala p n [Mpa] = 0.7 -temperatura de lucru Tn [C] = 60 -temperatura agentului de lucru Tag [C] = 110 -coeficientul de umplere [%] = 70. Recipientul va fi folosit pentru amestecarea a 2 lichide iar amestecul rezultat dupa omogenizare are urmatoarele proprietati: -densitate amestec am [ kg / m 3 ] = 1465 -vascozitate dinamica [Pa s ] = 15. Aria de transfer termic este aria laterala, timpul de functionare al recipientului este de 10 ani. La alegerea solutiilor constructive se va avea in vedere ca amestecul este netoxic, neletal si neexplozibil. Incalzirea recipientului se va face cu difil.

CUPRINS : I.Memoriu justificativ de calcul

2

1.Descrierea unui recipient cu amestecator 2.Stabilirea geometriei recipientului si a inaltimii lichidului in recipient 3.Proiectarea corpului recipientului 3.1.Alegerea materialului si determinarea tensiunilor admisibile pentru materialul adoptat. 3.2.Calculul de dimensionare a virolei cilindrice a fundului si a capacului recipientului solicitate la presiune interioara. 3.3.La fel ca la 3.2. solicitate la presiune exterioara si stabilirea grosimii finale . 4.Alegerea flansei dintre capac si corpul recipientului. 5.Proiectarea dispozitivelor de amestecare. Alegerea amestecatorului, tip si dimensiune. 5.1. Calculul puterii necesare amestecarii. 5.2.Calculul partii instalate si alegerea motorului pentru actionare. 5.3.Alegerea materialului de constructie pentru arborele amestecatorului si stabilirea tensiunilor admisibile ale acestuia. 5.4.Predimensionare arborelui amestecatorului la torsiune. 5.5.Trasarea diagramei de putere si a diagramei momentului de torsiune. 5.6.Stabilirea geometriei arborelui (schita 4). 5.7.Alegerea rulmentilor. 5.8.Alegerea cuplajului dintre motor si arbore. 6.Alegerea sistemului de rezemare. 7.1.Calculul greutatii utilajului. 7.2.Stabilirea sistemului de rezemare. 7.Calculul economic pentru utilajul proiectat. II.Partea grafica Desen de ansamblu al utilajului care contine sectiune principala verticala si vedere de sus cu detalii: flansa si racord.

MEMORIU JUSTIFICATIV 1.Descrierea unui recipient cu amestecator

3

Recipientul cu amestecator este o constructie metalica din tabla asamblata prin sudura. Are o portiune cilindrica numita manta si doua extremitati cu forme elipsoidale numite funduri. Se asambleaza prin sudura Aceste recipiente functioneaza in pozitie vertical, au un singur compartiment, se proiecteaza si se construiesc conform prescriptiilor tehnice ale normativului C4-ISCIR. Respectarea prescriptiilor ISCIR este obligatorie avand caracter de lege. Producerea unor erori datorita nerespectarii conditiilor ISCIR se sanctioneaza penal. Recipientul va fi dotat cu urmatoarele racorduri : -intrare -evacuare -aerisire -intrare si iesire a agentului termic -gura de vizitare Capacul recipientului va fi de tip semielipsoidal, demontabil, asamblat de corpul recipientului prin flanse stranse prin suruburi. Fundul recipientului va fi semielicoidal sudat de corpul recipientului. Recipientul va fi montat pe suporti laterali sau pe fund. Materialul din care este construit recipientul este otel carbon sau otel inoxidabil. 2.Stabilirea geometriei recipientului si a lichidului in recipient. Determinarea raportului optim H/D Raportul optim H/D are drept functie obiectiv realizarea unui consum minim de material. O ipoteza simplificatoare este ca parametrul initial intitulat capacitate nominal o aproximam cu volumul delimitat de manta.H = 1.4 H = Dn 1.4 = 1600 1.4 = 2240 mm Dn H c = H f = 0.25 Di = 0.25 1600 = 400 mm hc = 40 H tot = H + 2 hc + 2 H c = 2240 + 80 + 800 = 3120 mma = 0.5 Di = 800 mm b = 0.25 Di = 400

a, b = semirazele elipsei

Di 4 Vt = ( H + 2hc ) + a 2 b 4 3Vt =Vt =volumul total 70 Vu = Vt = 5.7369 = 4.0158 m 3 1002 2

2

1600 2 4 ( 2240 + 2 40 ) + 800 2 400 = 5.7369 m 3 4 3Vu =volumul util

Vu =

Di Di 1 4 H lc + hc + a 2 b H lc = 1690mm 4 4 2 34

H lc = inaltimea lichidului din partea cilindrica a recipientuluiH lichid = H lc + hc + H f = 1690 + 40 + 400 = 2130 mm = 2.13 m

H lichid =inaltimea lichidului

Presiunea hidrostatica:p hm = amp g H lichid = 1465 9.8 2.13 = 30580 .41 MPa

Daca p h 10 6

5 p n p c = p n + p h 10 6 100 daca nu p c = p n

0.030 nu este mai mare ca 0.035 pc = p n = 0.7 MPa 3.Proiectarea corpului recipientului 3.1Alegerea materialului determinarea tensiunilor admisibile pentru materialul adoptat Materialul ales pentru construirea corpului, capacului si fundului recipientului este otel P295GH, conform conditiilor tehnice impuse de SR EN 10028 .Marca otelului Rezistenta la rupere Rm (N/mm2) Limita de curgere conventionala Rp0,2 (N/mm2) 10 15 20 50 250 0 0 0 27 25 23 22 205 2 0 5 5

P295GH

460580

Rezistenta la rupere : r = Rm Limita la curgere : c = R p 0, 2 Tensiunea admisibila : a = f Presiune : p=P Grosime tabla : s () = l Determinarea tensiunii admisibile a materialului : f = min {Rm R p 0, 2 / t , } c s1 cs2

cs1 coeficientul de siguranta fata de limita de curgere pentru otel carbon, slab aliat si

anticoroziv; 5

cs 2 coeficientul de siguranta fata de rezistenta de rupere pentru otel carbon, otel aliat si

anticoroziv.500 2.4 500 f = min { 2.4

f = min {

,

R p 0, 2 / 60

1.5 267 .6 , } f = min {208.33,178.4} f = 178.4 a =178.6Mpa 1.5p ag = 0.01098 bar 0.001098 MPa

}

Pa prin interpolare R p 0, 2 / 60 = 267 .6 M

Tag = 110 Cf m nta a f m nta a

= min { = min {

500 R p 0, 2 / Tag } , 2.4 1.5

prin inerpolare R p 0, 2 = 238 MPa

500 238 , } f manta = {208 ,158 .67} f manta = 158 .67 MPa 2.4 1.5

Parametri -recipient

Tn = 6 0 C . R p ,0 2/ T n = 2 6 76M P a . f = 1 7 84M P a P = P = 0,5M P a n Ta g = 1 1 0 C M R p ,0 2/ Ta g = 2 3 8 P a . f m a n ta= 1 5 86 7M P a P = 0,0 0 1 0 9M P a 8 ag

-manta:

3.2.Calculul de dimensionare a virolei cilindrice a fundului si a capacului recipientului solicitate la presiune interioara Recipient Grosimea tablei recipientului : e =P Di 0.7 1600 = = 3.701 mm 2 f z p 2 178 .4 0.85 0.7

z = coeficient de rezistenta al sudurii

6

z = 0.85 Calculul fundului recipientului Conform SR EN 13445 fundurile si capacele elipsoidale trebuie sa fie calculate torosferice echivalente. Conditii de aplicare : -prescriptiile se aplica fundurilor pentru care se respecta conditiile urmatoare:r = Di [( 0.5 ) 0.08 ] k R = Di (0.44 k + 0.02 )

r 0.2 Di r 0.06 Di r 2 e

k (1.7... 2.2)

k = factorul de forma pentru un fund elipsoidal r = raza interioara a partii toroidale de racordare R = raza medie a unui invelis cilindric sau a partii sferice a unui fund torosferic.0.5 0.08 ] = 272 mm 2 R = 1600 (0.44 2 + 0.02 ) = 1440 mm

Pt k = 2272 320 272 98 272 7.402

r = 1600 [

Grosimea fundului va fi max( e s , e y , eb ).es = PR 2 f z 0.5 p n

ey =

p n (0.75 R + 0.2 Di ) fb1

pn D eb = (0.75 R + 0.2 Di ) [ ( i ) 0.825 ]1.5 111 f b r

Pentru determinarea lui se calculeaza 7.5-2 (SR EN 13445) = 0.77 . R p 0, 2 / Tn 267 .6 fb = = = 178 .4 1.5 1.5e s = 3.327 mm e y = 4.23 mm eb = 3.996 mm

r e = 0.17 si = 0.0025 si se alege din fig D R

7

ax( Grosimea fundului este : Gr f = m 3.327 ,4.232 ,3.996 ) = 4.232 mm Manta

Grosimea tablei la manta : e = 2 f z P = 2 178 .4 0.85 0.7 = 0.0069 mm ag z = coeficient de rezistenta al sudurii z = 0.85f manta =158 .67 Pag = 0.001098 MPa

P Dm

0.7 1600

Tag = 110 Dm = Di +100 = 1700 mm

Calcul fund manta Conditii de aplicare : -prescriptiile se aplica fundurilor pentru care se respecta conditiile urmatoare:r = D m [( 0 .5 ) 0.08 ] k R = D m (0.44 k + 0.02 )

r 0.2 Dm r 0.06 Dm r 2 e

k (1.7... 2.2)

k = factorul de forma pentru un fund elipsoidal r = raza interioara a partii toroidale de racordare R = 850 Pt k = 2272 320 272 98 272 7.402

r = 1700 [

R = 1700 (0.44 2 + 0.02 ) = 1530 mm

0.5 0.08 ] = 289 mm 2

Grosimea fundului va fi max( e s , e y , eb ).es = PR 2 f m z 0 .5 p n p ag (0.75 R + 0.2 Dm )

ey =

fm

eb = (0.75 R + 0.2 Dm ) [

p ag 111 f m

(

Dm 0.825 1.5 ) ] r

1

Pentru determinarea lui se calculeaza fig 7.5-2 (SR EN 13445) = 0.6 .

r e = 0.17 si = 0.0000045 si se alege din D R

8

e s = 0.0062 mm e y = 1.15 mm eb = 0.072 mmr ax( m Grosimea fundului este : G f = m 0.0062 ,1.15 ,0.072 ) =1.15 m

3.3.La fel ca la 3.2. solicitate la presiune exterioara si stabilirea grosimii finale Recipient La invelisurile supuse la presiune exterioara se calculeaza : R p 0, 2 / Tn 267.6 - limita de elasticitate nominala : e = = = 213.6 MPa 1.25 1.25 Grosimea cilindrului - grosimea unui cilindru nu trebuie sa fie mai mica decat cea determinata conform procedurii urmatoare: a)Se alege o valoare e a (grosimea totala) ea = e + c c = adaos de coroziune c = vc tv c =[0.02 ... 0.1]m / an m

t = 10 anic = 0.04 10 = 0.4mm / an e = 3.701 mm e a = e + c = 3.701 + 0.4 = 4.101 mm

e ea 213 .6 3.901 Py = = 1.042 MPa 800 R E ea b)Se calculeaza Pm = R E = modul de elasticitate longitudinal E = 2.1 10 5 MPa D R = i = 800 2 se obtine din fig 8.5.3Se determina Py =

Pentru determinarea luiPm

se calculeaza

2R L = 410 .15 = 0.00008 =1.95 si ea 2R

2.1 10 5 3.901 0.00008 = 0.081 MPa 800 Pm Pr c) Se calculeaza , cu aceasta valoare se determina Py Py

9

Pm 0.081 = = 0.078 Py 1.042 Pr = 0.07 Pr = 0.07 Pr = 1.042 0.07 = 0.073 Py 1.042 P P 0.073 = 0.049 d) Se calculeaza r , S = 1.5 r = S 1.5 1.5 P e) Se verifica Pag < r daca DA rezista la presiune exterioara S

daca NU majoreaza e a si se reia calculul.

Pag N E = 11 0,95 = 10 ,45 => N D = 10 ,45 0,99 = 10 ,35 => N C = 10 ,35 0,99 = 10 ,25

N B = N C N DE N B = 10 ,25 1.24 = 9.01

NB 9,01 NA = = 5,21 1,73 1,73

15

M tF = M tE = M tD

Ni 11 9,55 10 6 = 9,55 10 6 = 70033 .33 N / mm n 1500

NE 10.45 9,55 10 6 = 9,55 10 6 = 66531 .67 N / mm n 1500 ND 10.35 = 9,55 10 6 = 9,55 10 6 = 65895 N / mm n 1500

M tC = M tB M tA

NC 10.25 9,55 10 6 = 9,55 10 6 = 65258 .33 N / mm n 1500 NB 9.01 = 9,55 10 6 = 9,55 10 6 = 57363.67 N / mm n 1500 N 10.25 = A 9,55 10 6 = 9,55 10 6 = 33170 .33 N / mm n 1500

5.7 Stabilirea rulmentilor Rulmentul radial axial cu role butoias se alege in functie de diametrul arborelui din sectiunea respectiva.(lagar inferior)

Rulment : simbol 22311 K ( Dc = 55 , D = 120 , B = 43) Rulmentul radial-axial cu role conice se alege tot in functie de diametrul arborelui. (lagar superior)

16

Rulment : simbol 30209 ( d1 = 45 , D1 = 85 , B =19, C = 16 , T= 20.75 ) 5.8 Alegerea cuplajului dintre motor si arbore Legatura intre motoreductor si arborele amestecatorului se realizeaza cu ajutorul unui cuplaj elastic cu bolturi . Folosirea cuplajelor elastice cu bolturi se impune n constructia dispozitivelor de amestecare datorita necesitatii compensarii abaterilor de la coaxialitate ale capetelor de arbore ale motoreductorului si amestecatorului. Prin existenta elementelor elastice se realizeaza si amortizarea vibratiilor si socurilor in transmiterea momentului de torsiune. Se alege in functie de diametrul d 3 Mareimea cuplajului :3 6. Alegerea sistemului de rezemareAlegerea tipului de suport se face n functie de diametrul nominal al recipientului si de sarcina maxima pe suport. Pentru aceasta este necesar a cunoaste greutatea totala a recipientului.

6.1 Calculul greutatii utilajului -volumul recipient-metal g r = grosimea tablei recipientuluia = 800 mm b = 400 mm

g r = 8mm

[(Di + 2 g r ) 2 Di ] 4 Vr = ( H + 2hc ) + [(a + g r ) 2 a 2 ] [(b + g r ) b] 4 3

2

17

Vr =

(1616 2 1600 2 ) 4 2320 + (808 2 800 2 ) (408 400 ) 4 3 Vr = 0.13 m 3mr = Vr OL = 0.13 7850 = 1020 .5kg

mr = masa recipient

-volum manta-metal g m = grosimea tablei mantaleig m = 5mm a = 850 mm b = 450 mm Dm = 1700 mm H m = 1750 mm

[(Dm + 2 g m ) 2 Dm ] 4 Vmr = H m + [(a + g m ) 2 a 2 ] [(b + g m ) b] 4 3Vm =

2

(1710 2 1600 2 ) 4 1750 + (855 2 850 2 ) (455 450 ) 4 3 3 Vm = 0.047 mmm = Vmr OL = 0.047 7850 = 368 .95 kg m m =masa recipient

Vu = 4.02 m 3 Vt = 5.74 m 3 m flansa = 190 kg / buc

OL = 7850 kg / m 3 am = 1465 kg / m 3G metal = G metal + G flansa + G manta +10 % G recipient G recipient = Vt OL g = 0.13 7850 9.81 = 10011 .11 N G flansa = 2 m flansa g = 2 1900 9.81 = 3727 .8 N G manta = Vm OL g = 0.047 7850 9.81 = 3619 .40 N G amestec = Vu am g = 4.02 1465 9.81 = 57774 .03 N G metal = 10011 .11 + 3727 .8 + 361 .40 +1001 .11 = 18359 .42 N Gutilaj = G metal + G amestec = 18359 .42 + 57774 .03 = 76133 .45 N Gutilaj 4 = 19033 .36 N = 19 .03 kN

18

6.2.Stabilirea sistemului de rezemarePentru alegerea suporturilor se utilizeaza STAS 5520 82, alegerea facandu-se in functie de diametrul recipientului, grosimea elementului de recipient pe care se monteaza suportul si tipul suportului impus de tema de proiectare sau ales functie de sarcina totala de incarcare, conditiile de lucru, montare si transport. Daca grosimea fundului mantalei (in cazul suporturilor de fund ) sau a mantalei (in cazul suporturilor laterale) este mai subtire decat cea indicata se recomanda utilizarea suporturilor prevazute cu placa de intarire.

Diametrul Sarcina s f mi nominal max. n recipient pe Dn support kN 1600 74 10

r*

h

a

st

d1

c1

sp

Masa kg/buc

620 168x 6

32 0

25 0

16

26

50

10

18.3

Pentru realizarea recipientului s-a ales suport picior de tip II , varianta B.

19

7.Calculul economic pentru utilajul proiectat Devizul antecalcul consta in estimarea fondurilor necesare realizari proiectului.Acest calcul cuprinde o serie de cheltuieli necesare pentru realizarea proiectului(Cheltuieli de personal; Cheltuieli materiale si servicii;Alte cheltuieli specifice proiectului;Cheltuieli indirecte(Regia);Dotari independente si stud. Pt. Obiective de investitii).Pentru a putea face acest calcul trebuiesc stabilite cateva repere,cum ar fi:numarul de ore pentru realizarea proiectului in timpul propus.La calculul devizului antecalcul preturile care sunt luate in considerare nu contin TVA.

Costuri materiale1. Motoreductor : c M m M = 6 350 kg = 2220 2. Cost cuplaj : 182.4 3. Dispozitiv de antrenare (lagare, dispozitiv de etansare, rulmenti, suport ) c m disp = 5.5 240 kg = 1320 4. Recipient +manta c m = 6 1390 kg = 8340 Cheltuieli de personal Numarul de ore necesar efectuarii proiectului :400 ore 20

Pentru realizarea proiectului este necesar un numar de 3 oameni. Salariu brut: 1600 lei/luna 22zile muncitoare/luna 8h/zi=176ore/luna 400 ore : 176ore/luna = 2,27luni 2,27luni : 3 oameni = 0,76om/luna Alte cheltuieli de personal: -deplasari, detasari, transferuri in tara : 700 lei -Diurna: 13 lei La aceste cheltuieli se mai adauga si materiale consumabile( hartie, toner, pix) in valoare de 200 lei. Fond total salarii : 4700 lei

21