Введение к работе
Актуальность работы
Диссертационная работа направлена на решение вопросов, связанных с экономичным использованием дорогостоящих металлов при создании сосудов и аппаратов сернокислотного производства.
Степень разработанности темы исследования
На разработку данной темы определенное влияние оказала разветвлённая система норм и правил, которая регламентирует контроль, изготовление, проектирование и расчет сосудов, работающих под давлением. Из года в год в эту систему вносились некие изменения и уточнения, но действующие нормативные документы по-прежнему требуют корректировки. Это позволяет сформулировать цель и задачи работы для исследования.
Целью диссертационной работы является совершенствование методик прочностных расчетов и определение рациональных конструкций сосудов и аппаратов сернокислотного производства, таких как контактные аппараты, горизонтальные резервуары с тонкостенными днищами и плоскими оребренными днищами, вертикальные резервуары для агрессивных сред, при которых условия прочности и устойчивости будут выполнены, а капитальные затраты на их производство будут минимальны.
Для достижения указанной цели в работе были поставлены следующие задачи:
определить размещение и величину максимального изгибающего момента в радиальных балках контактных аппаратов, осевые нагрузки, действующие на центральную колонну и обечайку от опорных балок;
установить рациональное расположение седловых опор горизонтальных аппаратов с целью уточнения «ГОСТ Р 52857.5-2007»;
определить рациональную конструкцию плоского оребренного днища с целью уточнения «ГОСТ Р 52857.2-2007»;
провести компьютерный анализ напряжений и деформаций тонкостенных плоских днищ горизонтальных резервуаров;
исследовать экспериментально деформацию и разрушение плоского круглого тонкостенного днища;
провести анализ нормативной документации по расчету обечаек вертикальных резервуаров и аппаратов сернокислотного производства;
определить рациональные конструктивные параметры днищ вертикальных резервуаров и аппаратов для агрессивных сред.
Научная новизна
научно обоснованы методологические принципы расчета размещения и величины максимального изгибающего момента в радиальных балках контактных аппаратов и нагрузки, действующей на обечайку и центральную колонну от опорных балок;
на основании разработанной методики установлено рациональное расположение опор горизонтального резервуара, при котором обеспечиваются
минимальные изгибающие моменты, что реализовано в патенте на изобретение RU № 2530957 «Горизонтальный резервуар на седловых опорах».
Практическая значимость
на основе исследования напряженного состояния тонкостенных плоских днищ с помощью компьютерного анализа и натурного эксперимента показано, что напряжения, возникающие в тонкостенных плоских днищах существенно меньше рассчитанных по стандартным зависимостям, что позволяет снизить их материалоемкость;
предложена рациональная конструкция плоских днищ вертикальных резервуаров для хранения серной кислоты и других агрессивных сред, обеспечивающая их минимальную материалоемкость;
обоснован выбор нормативной документации для расчета толщины стенки обечаек вертикальных резервуаров для хранения серной кислоты и других агрессивных сред;
установлено на основе компьютерного анализа и экспериментально, что тонкостенные днища могут быть использованы в горизонтальных резервуарах;
определены рациональные параметры плоских круглых днищ с радиальными ребрами жесткости;
результаты работы успешно внедрены и применяются в производственной деятельности ООО «Газпром добыча Астрахань», в проектной работе ООО «Гипрохим».
Методология и методы исследования
При решении поставленных задач в работе использованы теоретические и экспериментальные методы научного познания. Общенаучные теоретические методы исследования основаны на базовых положениях таких нормативных документов, как «ГОСТ Р 52857.1-2007» - «ГОСТ Р 52857.12-2007», «ГОСТ 17032-2010», «ТР ТС 032/2013», «ГОСТ 14249-89», «ОСТ Р 52857.10-2007», «ПБ 03-605-03», «РД 24.200.17-90», «РД 26-01-169-89» и т.д. Помимо теоретического литературного обзора был проведен компьютерный анализ напряженного состояния и деформаций днищ с использованием программного продукта SolidWorks Simulation и систем Mathcad. Для подтверждения достоверности полученных результатов исследования теоретическими методами были проведены натурные исследования, основанные на экспериментальных методах, на базе опытного полигона ЦНИПР ГПУ ООО «Газпром добыча Астрахань».
Степень достоверности и апробация результатов исследования
Достоверность теоретических и практических результатов работы подтверждается корректностью постановки цели и задач, а также принятых методов, соответствующих современным подходам к исследованию вопросов, связанных с особенностями прочностного расчета и конструирования оборудования. Достоверность данных в практической сфере отраслевых предприятий и апробация результатов подтверждается Актом о проведении исследований и Актами о внедрении результатов в ООО «Газпром добыча Астрахань» и ООО «Гипрохим».
Результаты работы были представлены на ХV Международной научно-практической конференции «Научная дискуссия: вопросы технических наук» в 2013 г., XIII Международной научно-практической конференции «Теория и практика современной науки» 2-3 апреля 2014 г., XIV Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития» 25 августа 2014 г., IX Международной научно-практической конференции: «Современные концепции научных исследований» 27-30 декабря 2014 г., IX Международной научно-практической конференции «Научные перспективы XXI века. Достижения и перспективы нового столетия» 13-14 марта 2015 г.
Личный вклад автора
В диссертации представлены результаты исследований, выполненных самим автором или под его непосредственным руководством. Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, разработке экспериментальных и теоретических методов их решения, в обработке, анализе, обобщении полученных результатов и формулировке выводов.
Положения, выносимые на защиту
результаты анализа по определению размещения и величины максимального изгибающего момента в радиальных балках контактных аппаратов, осевых нагрузок, действующих на центральную колонну и обечайку от опорных балок;
зависимости для определения рационального месторасположения седловых опор горизонтальных резервуаров;
рекомендации по определению рациональной конструкции плоского оребренного днища;
результаты компьютерного анализа напряженного состояния тонкостенных плоских круглых днищ горизонтальных резервуаров и натурного эксперимента по исследованию деформации и разрушению этих днищ;
методика расчета рациональных конструктивных параметров днищ вертикальных резервуаров и аппаратов для агрессивных сред.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ в журналах, рекомендуемых ВАК РФ, тексты 5 докладов на международных научно-практических конференциях и 1 работа в периодическом издании. Получен Патент на изобретение № 2530957 от 20.08.2014.
Структура и объем работы. Содержание диссертации изложено на 140 страницах, содержит 54 рисунка, 7 таблиц, список литературы из 115 наименований. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы и двух приложений.