Расчет центра тяжести и массы корпуса

Королев А.В.

Методические указания

К курсовой работе по дисциплине

“ Монтаж и наладка оборудования АЭС ”

для студентов специальности «Атомная энергетика»

Очной и заочной форм обучения

Одесса 2013

Министерство науки и образования Украины

ОДЕССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергетический институт

Кафедра атомных станций

методические указания

к расчетно-графической работе по дисциплине

“ Монтаж и наладка оборудования АЭС ”

для студентов специальности «Атомная энергетика»

очной и заочной форм обучения

Утверждено

на заседании кафедры

атомных электростанций

Протокол № 5 от 05. 12. 2012 г.

Методические указания к расчетно-графической работе по дисциплине “Монтаж и наладка оборудования АЭС” для студентов специальности 7.09.05.06 «Атомная энергетика» очной и заочной форм обучения / Сост. А.В. Королев. – Одесса: ОНПУ, 2013. - 17 с.

Составитель: Королев А.В., докт. техн. наук, доц.

Рецензент Максимов М.В., докт. техн. наук, проф.

Содержание.

Введение..................................................................................................... 5

Расчет центра тяжести и массы корпуса...................................................... 7

Расчет на прочность и выбор каната....................................................... 10

Расчет проушины..................................................................................... 10

Расчет на прочность цапфы серьги......................................................... 12

Расчет элементов тяги............................................................................. 13

Расчет платика с цапфой приваренного к корпусу................................. 14

Рекомендуемая литература....................................................................... 16

Данная курсовая работа направлена на закрепление навыков проектирования и использования такелажного оборудования на монтаже тяжелого энергетического оборудования. В задачи КР входит: научить студента выполнять расчеты такелажно-монтажного оборудования используемого при монтаже основного и вспомогательного теплоэнергетического оборудования АЭС, составлять технологические карты монтажных операций и т.п.

Введение

Цель и задачи работы

Выполнение КР развивает навыки самостоятельной инженерной деятельности, готовит студентов к выполнению дипломной работы.

Основная задача КР по курсу " Монтаж и наладка оборудования АЭС " заключается в составлении и обосновании технологической карты монтажа, т.е. последовательности монтажных операций, расчету и выбору такелажной оснастки и устройств малой механизации для реализации монтажных операций, а также в соответствующем графическом представлении результатов работы.

Одной из самых сложных монтажíых операций выполняемых при монтаже основного оборудования АЭС является раскантовка корпуса реактора в транспортном коридоре и пронос корпуса через монтажный проем в центральный зал реакторного отделения. Аналогичная операция выполняется также с четырьмя парогенераторами и компенсатором давления, поэтому выбор такой задачи в качестве расчетно-графической работы представляется вполне закономерной.

Для выполнения заданной операции используется специальное такелажное оборудование: универсальная траверса, барабанная электролебедка или n-кратный полиспаст, а также канаты и специальные монтажные конструкции (проушина и силовая цапфа), что позволяет охватить практически все виды типовых расчетов, используемых при проектировании нестандартной такелажной оснастки.

При решении расчетно-графической работы студент обязан:

-разобраться в исходных данных;

-обосновать выбор последовательности операций по монтажу оборудования

(заданного в работе);

-обосновать выбор такелажной оснастки и средств малой механизации;

-cоставить и расчитать схему монтажных усилий, действующих в элементах оборудования при выполнении монтажных операций;

-рассчитать и сконструировать такелаж и основные узлы малой механизации;

-провести выбор такелажа и средств малой механизации по справочной литературе;

-выполнить чертежи поясняющие технологическую карту;

-выполнить чертежи рассчитанной такелажной оснастки.

Задание на курсовую работу

Объектом КР является основное и вспомогательное оборудование АЭС (реактор, турбоустановка, парогенератор, подогреватели, и другое оборудование 1 и 2-го контуров).

Студенту выдается задание со следующими основными исходными данными:

1. Тип или марка оборудования.

2. Основная такелажная оснастка и устройства малой механизации подлежащие расчету.

Дополнительные исходные данные, такие как: массогабаритные характеристики оборудования, штатное место установки оборудования, марка каната, вид и конструкция такелажной оснастки, места строповки оборудования, необходимые для выполнения проекта, выбираются студентом самостоятельно по справочной литературе.

Объем и содержание курсовой работы

КР состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части - чертежей и схем.

В расчетно-пояснительной записке обосновается выбор последовательности операций по монтажу оборудования, обосновать выбор такелажной оснастки и средств малой механизации, рассчитать центр тяжести монтируемого обрудования, рассчитать возникающие при монтаже оборудования статические нагрузки, определить оптимальные места строповки оборудования, а также монтажные узлы, используемые при раскантовке оборудования.

В расчетную часть записки обязательно должны входить расчеты:

— центра тяжести монтируемого оборудования;

— канаты и стропы, используемые в монтажной операции;

— приварные цапфы на платиках;

— приварной проушины под полиспаст;

— тягу, связывающую универсальную траверсу и цапфу;

— шестикратный полиспаст.

Графическая часть работы представлена 1 листом формата А1 на котором должны быть изображены:

1. Последовательность монтажных операций согласно задания и вариантов, расчетный график усилий при раскантовке.

2. Рабочие чертежи рассчитанных узлов такелажной оснастки и вспомогательных узлов, выполненные согласно ЕСКД.

Рассмотрим основные этапы расчета.

Расчет центра тяжести и массы корпуса

Расчет центра массы и центра тяжести корпуса тяжести начинают с разбивки корпуса на элементарные составляющие — обечайки и эллиптическое днище.

При этом следует помнить следующие основные правила: центра тяжести тел вращения находятся на оси вращения, центр тяжести прямоугольника и квадрата лежит на пересечении диагоналей, а треугольника – на пересечении медиан.

При наличии на корпусе патрубков целесообразно проверить равенство объема металла патрубка, объему отверстия в корпусе. В случае равенства этих параметров, можно считать, что обечайка не имеет патрубков.

Рис.1. Кîðïóñ ðåàêòîðà

Рис. 2. Днище корпуса.

При расчете массы эллиптического днища полезно воспользаваться 2-й теоремой Паппа, при этом следует помнить, что объем эллипса равен (см. рис. 2):

а площадь центрального сечения эллипса равна: , где а и b – полуоси эллипса.

Порядок расчета центра тяжести днища корпуса следующий:

1. Определить вес (массу) полуэлипсоидов с полуосями (a,b) и {(a-d) и (b-d)}, где d - толщина стенки днища.

2. Определить вес днища через разность весов большого и малого полуэлипсоида.

3. Определить центра тяжести большого (т.1) и малого (т.2) полуэлипсоида.

4. Составить уравнение равновесия для составных частей днища (M, YC – соответственно вес и координаты центра тяжести), откуда определить центр тяжести днища (YC₃), см. рис.2:

После нахождения центров тяжести всех составных частей корпуса, находим центр тяжести корпуса.

В общем случае, положение центра центра тяжести определяется в плане (по чертежу корпуса) по уравнению моментов [3].

Для этого накладываем на план конструкции координатную сетку (X,Y) и обозначаем координаты элементарных фигур (x_i, y_i). Координаты центра тяжести конструкции определятся из соотношений:

; , где М - вес всей конструкции.

Следующим этапом расчета является определение места приварки к корпусу платика с цапфой. При этом принимается, что усилие создаваемое лебедкой или полиспастом составляет 1% от веса монтируемого корпуса.

Для этого в плане рисуют эскиз корпуса с указанием расстояний до центра тяжести корпуса, до точки приварки монтажной проушины (в районе шва корпус - днище) и до точки приварки силовой цапфы. Составляют уравнение равновесия суммы моментов сил, создаваемых центром тяжести корпуса, тяги траверсы и тяги лебедки (полиспаста). Находим координаты точки приварки силовой цапфы и величину тягового усилия универсальной траверсы.

Далее выполняем соответствующие расчеты отдельных монтажных узлов и конструкций, задействованных в данной монтажной схеме.

Расчет на прочность и выбор каната

Нагрузка на канат определится из такелажной конструкции:

;

где Q - вес конструкции;

k_n - коэф-т неравномерности распределения нагрузки на ветви стропа (0,75 при m_c =4 и 1 при m_c £ 3 );

m_c - кол-во ветвей стропа (m = 1);

t - коэффициент ослабления несущей способности каната из-за особенностей его крепления к конструкции;

a - угол наклона ветви стропа к вертикали (принять 90^о );

Площадь сечения каната определится по допускаемому напряжению (множитель 0,83 представляет отношение площади цельного прутка (стержня) к площади равнопрочного каната):

м²;

Тогда диаметр каната равен:

м;

Диаметр следует округлить до целого числа.

Расчет проушины

Диаметр отверстия в проушине выбирается исходя из диаметра цапфы серьги:

. мм.

Тогда ширина проушины равна:

.

Нагрузка, приложенная к элементу тяги, на который опирается цапфа, вызывает напряжение смятия. Под смятием понимают пла­стическую деформацию, возникающую на поверхности контакта. В расчетах на смятие, максимальное напряжение смятия на цилиндри­ческой поверхности равно:

; где — площадь проекции поверхности контакта на рассмотренную площадь.

Принимая отверстия как концентратор напряжений, уточним толщину bпроушины:

;

где — максимальное напряжение в ослабленном сечении.

Периметр (длина) сварочного шва которым проушина крепится к баку-каландру.

=2(2а+d_отв)

Рассчитаем тавровый сварочный шов, с помощью которого проушина крепится к баку. Примем коэф-т условий сварки j=0,9. Тогда по условиям разрыва, минимальный размер катета шва равен:

Катет шва следует округлить до целого значение, но не менее 3 мм.

Расчет на прочность цапфы серьги

Цапфу можно рассматривать как балку, закрепленную одним концом и нагруженную силой Р, приложенной на расстояние l/2 от места крепления силовой цапфы (рисунок).

Расчет цапфы на изгиб:

. (1)

где Р- усилие действующее на цапфу;

l - длина цапфы;

W - момент сопротивления изгибу тела цапфы;

[s]- допустимое изгибающее напряжение для данного типа стали на изгиб.

Откуда диаметр цапфы равен: . (2)

Предельное давление выдерживаемое металлом цапфы равно:

,

где р — допускаемое удельное давление, МПа.

Расчет пустотелого шипа проводится также как и цельного, единственно меняются зависимость для момента сопротивления изгиба.

Из уравнений (1) и (2) получим:

(3)

Откуда или (4)

Таким образом, сначала определяем отношение l/d, а затем по формуле (2) диаметр цапфы.

Расчет элементов тяги

Стержень тяги рассматривается по допустимому растяжению:

где F=ab.

Диаметр отверстия выбирается исходя из диаметра цапфы:

мм.

Тогда .

Нагрузка приложенная к элементу тяги на который опирается цапфа вызывает напряжение смятия. Под смятием понимают пла­стическую деформацию, возникающую на поверхности контакта. В расчетах на смятие, максимальное напряжение смятия на цилиндри­ческой поверхности равно:

; где — площадь проекции поверхности контакта на рассмотренную площадь.

Принимая отверстия как концентратор напряжений, уточним толщину тяги:

;

где — максимальное напряжение в ослабленном сечении.

.

Расчет платика с цапфой приваренного к корпусу

Расчет проводится в следующем предположении:

1. Усилие приложено перпендикулярно плоскости платика.

2. Квадратная форма платика толщиной d рассчитывается как круглая, защемлен­ная по контуру:

(5)

где n = 0,35 — коэф-т Пуассона.

Необходимо также провести расчет пластины с концентратором напряжений на смятие:

. (6)

Решая совместно (5) и (6) находим d и D.

Расчет полиспаста

Полиспаст состоит из двух монтажных блоков (верхнего, крепящегося к какому-либо основанию и нижнего, снабженного крюком или прикрепленного к перемещаемой конструкции) и каната, специальным образом запасованного в полиспаст. Основными характеристиками полиспаста являются его грузоподъемность и кратность (m). Кратность полиспаста определяется количеством рабочих ветвей (всего в поперечном сечении полиспаста m-рабочих ветвей, и одна тяговая, идущая на лебедку).

Преимущественно применяют простые (одинарные полиспасты) с одной тяговой ветвью.

В расчет полиспаста входят выбор монтажных блоков, выбор каната по грузоподъемности и длине. Порядок расчета следующий:

1.Определяют усилие действующие на нижнюю подвижную блочную обойму:

где i - кол-во полиспастов;

b - угол между вертикалью и осью полиспаста;

К_н - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между полиспастами (для сдвоенного полиспаста К_н = 1,2; для одинарного - К_н).

2.Выбирают верхнюю блочную обойму по усилию:

Р_в = К_m × Р_н ,

где К_m -коэф-т учитывающий кратность полиспаста, выбирается из ряда:

3. Выбирают канат по усилию в тяговой ветви идущей на лебедку:

где m- число отклоняющих обойм,

h_1,2 - соответственно КПД верхнего, нижнего блоков полиспаста и отводного блока (их количество равно n).

4.Определяют длину каната для оснащения полиспаста:

L = m (l₁ + p D₀) + l₂ + l₃ ,

где индексы 1,2,3 соответственно означают длины каната - между осями блоков, от полиспаста до лебедки и расчетный запас (»10м),

D₀ - диаметр роликов блочных обойм.

5.Определяют общий вес полиспаста, как вес блоков и вес каната:

M_п = 2 M_бл + m_k L,

где m_k - удельный вес каната (кг/м).

6. Усилие в креплении верхней блочной обоймы:

P_k = P_н + М_п + S_п .

7. Выбор каната для стропа крепления верхней обоймы производится по разрывающему усилию (R):

R = P_k × k,

где k - коэф-т запаса для канатов.

При выполнении КР следует помнить, что строительные и монтажные нагрузки рассчитываються на силовые воздействия по методу предельных состояний, при котором конструкции перестают удовлетворять заданным требованиям. Поэтому допускаемые предельные напряжения в конструкции рассчитывают по временному предельному напряжению в стали, с учетом коэффициента запаса:

,

где s_в — временное предельное напряжение в стали при 20 ⁰С;

К — коэффициент запаса (К = 2,5).

Рекомендуемая литература

1. Монтаж оборудования АЭС/ В.В.Гирнис и др. - М.: Высшая шк., 1985.

2. Монтаж оборудования АЭС/ В.В.Гирнис и др. - М.: Высшая шк., 1990.

3. Королев А.В. Конспект лекций по курсу "Монтаж оборудования АЭС".

4. Колесниченко В.Г. Расчет металлических конструкций и приспособлений при производстве монтажных работ -К.: Будiвельнiк, 1981.

5. Васильев М.И. Монтаж вертикальных тяжеловесных аппаратов и конструкций - М.: Стройиздат, 1973.

6. Матвеев В.В. Примеры расчета такелажной оснастки.- М.: Стройиздат, 1970 (1974).

7. Никитин Н.В. и др./ Краткий справочник монтажника,- М.: Энергоиздат, 1983.

8. Справочник монтажника тепловых и атомных электростанций/под ред. В.П.Банника и Д.Я.Винницкого,- М.: Энергоиздат, 1981.

9. Ануфриев В.И. Справочник конструктора машиностроителя, том 1,2,3 — М.: Машиностроение, 1979.

10.Писаренко Г.С. и др., Сопротивление материалов. - Киев: Вища школа. 1986.

11.Тепловые и атомные электрические станции// под ред. В.А.Григорьева и В.М.Зорина - М.:Энергоиздат, 1982.

Учебное издание

Методические указания к расчетно-графической работе по дисциплине “Монтаж и наладка оборудования АЭС” для студентов специальности 7(8).09.05.06 «Атомная энергетика» очной и заочной форм обучения

Составитель: Королев А.В., д-р техн. наук, доц.

Под редакцией Королева А.В.

_____________________________________________________

Подписано к печати 5.12.02. Формат 60х84/16. Бумага ….

Печать офсетная. усл.печ.л. уч.-изд.л.

Тираж 100. Заказ №

______________________________________________________