Определение оптимальной конструкции кронштейна в условиях геометрической стесненности — различия между версиями
(→Постановка задачи) |
(→Материалы работы) |
||
| (не показано 19 промежуточных версий этого же участника) | |||
| Строка 4: | Строка 4: | ||
==Введение== | ==Введение== | ||
| − | |||
Нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) представляет собой крупный промышленный комплекс, предназначенный для очистки сырой нефти, состоящий из большого количества оборудования различного назначения и размеров. Примером такого оборудования является ректификационная колонна. Такая колонна в диаметре может достигать 16 метров, а высотой – 90 метров и более. | Нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) представляет собой крупный промышленный комплекс, предназначенный для очистки сырой нефти, состоящий из большого количества оборудования различного назначения и размеров. Примером такого оборудования является ректификационная колонна. Такая колонна в диаметре может достигать 16 метров, а высотой – 90 метров и более. | ||
Для удобства обслуживания и ремонта колонны оборудуются по всей высоте маршевыми лестницами с площадками. Крепятся такие площадки, как правило, с помощью кронштейнов непосредственно к корпусу аппарата, обеспечивая доступ к люкам, штуцерам и установленной на них арматуре. | Для удобства обслуживания и ремонта колонны оборудуются по всей высоте маршевыми лестницами с площадками. Крепятся такие площадки, как правило, с помощью кронштейнов непосредственно к корпусу аппарата, обеспечивая доступ к люкам, штуцерам и установленной на них арматуре. | ||
| − | В ситуациях, когда под кронштейном необходимо установить какое-либо оборудование или провести трубу, возникает проблема нагруженности оборудования весом обслуживающей площадки, а так же прочности самих элементов площадок. Одним из вариантов решения данной проблемы может быть подбор наиболее оптимальной конструкции кронштейнов, с помощью которых осуществляется крепление площадок к оборудованию. <br /> | + | В ситуациях, когда под кронштейном необходимо установить какое-либо оборудование или провести трубу, возникает проблема нагруженности оборудования весом обслуживающей площадки, а так же прочности самих элементов площадок. Одним из вариантов решения данной проблемы может быть подбор наиболее оптимальной конструкции кронштейнов, с помощью которых осуществляется крепление площадок к оборудованию.<br /> |
Критерии оптимизации: | Критерии оптимизации: | ||
* напряжения и перемещения в балках кронштейна в пределах допустимых, указанных в СНиП 2.01.07.85 (при прочих равных) | * напряжения и перемещения в балках кронштейна в пределах допустимых, указанных в СНиП 2.01.07.85 (при прочих равных) | ||
| Строка 31: | Строка 30: | ||
==Полученные результаты== | ==Полученные результаты== | ||
| − | Из соображений корректности геометрии кронштейна были выбраны три промежутка для высот и углов: | + | [[Файл:Ustoi.png|500px|thumb|right|Потеря устойчивости]] |
| − | - для высоты кронштейна Н [700;1000] мм угол наклона подкоса α [30;45]° | + | Рассмотрены изменение напряжений в швеллере и уголке в зависимости от угла наклона уголка при различных высотах кронштейна.<br /> |
| − | - для высоты кронштейна Н [1000;1200] мм угол наклона подкоса α [35;45]° | + | Из соображений корректности геометрии кронштейна были выбраны три промежутка для высот и углов:<br /> |
| − | - для высоты кронштейна Н [1200;1500] мм угол наклона подкоса α [40;45]°; | + | - для высоты кронштейна Н [700;1000] мм угол наклона подкоса α [30;45]°<br /> |
| + | - для высоты кронштейна Н [1000;1200] мм угол наклона подкоса α [35;45]°<br /> | ||
| + | - для высоты кронштейна Н [1200;1500] мм угол наклона подкоса α [40;45]°<br /> | ||
| + | В трех интервалах высот кронштейнов и углов наклона подкоса были выбраны оптимальные значения. Для интервалов [700;1000] мм и [30;45]° углы [35;40]° являются оптимальными параметрами. По промежуткам для высоты кронштейна [1000;1200] мм и угла наклона уголка [35;45] ° можно сказать, что оптимальный угол наклона - 39°. По третьему промежутку высот кронштейна [1000;1200] мм и углов наклона уголка [35;45]° оптимальными параметрами будут являться угол 43.5° .<br /> | ||
| + | Основания для таких выводов были получены исходя из графиков для напряжений в швеллере и уголке, перемещений и сил реакции опоры, действующей на кронштейн со стороны колонны. При подборе оптимальных параметров учитывались так же и количество материала, затрачиваемого на уголок.<br /> | ||
| + | |||
| + | Так же исследован на устойчивость корпус оборудования при одной фиксированной высоте кронштейна - 900 мм в интервале углов подкоса | ||
| + | Колонна устойчива на всем промежутке, и с ростом угла устойчивость растет. | ||
==Вывод== | ==Вывод== | ||
Полученными результатами стали: | Полученными результатами стали: | ||
| − | * | + | * оптимальные параметры кронштейна |
| − | * | + | * исследование оборудования на устойчивость |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
==Материалы работы== | ==Материалы работы== | ||
| − | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:PlakatTenitskaya.pdf|Плакат (pdf)]]''' |
| − | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:PlakatTenitskaya1.png|Плакат (png)]]''' |
| − | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:Diplom_Tenitskoy_T.pdf|Диплом (pdf)]]''' |
| − | *'''[[Медиа: | + | *'''[[Медиа:PreviewTenitskaya.pdf|Preview (pdf)]]''' |
| + | *'''[[Медиа:DiplomTenitskayaPres.pptx|Презентация (pptx)]] | ||
| − | + | 1. ГОСТ 8240-89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент. – Введ. 1990-01-09. – М.: Изд-во стандартов, 1998.— 5 с.<br /> | |
| − | + | 2. Графический интерфейс комплекса Ansys/ К.А. Басов. – М.:ДМК Пресс, 2006. – 248с.,ил<br /> | |
| − | + | 3. Коршак А. А. Основы нефтегазового дела/ А.А. Коршак, А. М. Шаммазов.// Дизайнполиграфсервис, 2005. – 544с.<br /> | |
| − | + | 4. Плоский изгиб [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.soprotmat.ru/izgib.htm<br /> | |
| − | + | 5. Прикладная механика твердого деформируемого тела / Филин А.П. — М.: Наука,1978. – 616с.<br /> | |
| − | + | 6. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев. – М.: МГТУ им. Баумана, 1999. – 592с.<br /> | |
| − | + | 7. Строительные нормы и правила: Нагрузки и воздействия: СНиП 2.01.07-88: Введ. 1.01.1987 - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004. – 31с: ил.<br /> | |
| − | + | 8. Строительная механика тонкостенных конструкций / В.И. Погорелов. – СПб.: БХВ - Петербург, 2007. – 528с.<br /> | |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
Текущая версия на 00:25, 23 июня 2016
БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА
Автор работы: Т. А. Теницкая
Руководитель: аспирант кафедры ТМ О. В. Бразгина
Содержание
Введение[править]
Нефтеперерабатывающий завод (НПЗ) представляет собой крупный промышленный комплекс, предназначенный для очистки сырой нефти, состоящий из большого количества оборудования различного назначения и размеров. Примером такого оборудования является ректификационная колонна. Такая колонна в диаметре может достигать 16 метров, а высотой – 90 метров и более.
Для удобства обслуживания и ремонта колонны оборудуются по всей высоте маршевыми лестницами с площадками. Крепятся такие площадки, как правило, с помощью кронштейнов непосредственно к корпусу аппарата, обеспечивая доступ к люкам, штуцерам и установленной на них арматуре.
В ситуациях, когда под кронштейном необходимо установить какое-либо оборудование или провести трубу, возникает проблема нагруженности оборудования весом обслуживающей площадки, а так же прочности самих элементов площадок. Одним из вариантов решения данной проблемы может быть подбор наиболее оптимальной конструкции кронштейнов, с помощью которых осуществляется крепление площадок к оборудованию.
Критерии оптимизации:
- напряжения и перемещения в балках кронштейна в пределах допустимых, указанных в СНиП 2.01.07.85 (при прочих равных)
- масса металлоконструкций должна быть минимальной
- нагрузки в точках опирания на корпус аппарата в пределах допустимых, не нарушающие его устойчивость
Цель работы[править]
Оптимизация кронштейна в условиях геометрической стесненности в конечно-элементном пакете Ansys.
Задачи дипломной работы:[править]
- решить задачу оптимизации конструкции кронштейна в условиях геометрической стесненности
- исследовать на устойчивость корпус оборудования при возможных вариантах конструкции кронштейна
Постановка задачи[править]
По рабочему чертежу была построена конечно-элементная модель кронштейна.Верхняя балка кронштейна представляет собой балку сечения 12П.
Наклонная балка – уголок, размерами 90мм×7мм.
В качестве материала балок кронштейна была взята сталь С245
Е = 200 ГПа – модуль Юнга
υ = 0.3 – коэффициент Пуассона
На пластины A и B поставлено условие заделки. К пластинам C, D, E приложены силы, рассчитанные из параметров площадки, равные 2178 Н, 3824.4 Н и 1599.4 Н соответственно. Пластины прикреплены к швеллеру и уголку болтами, которые позволяют элементам конструкции двигаться в стороны в промежутке [-1.5, 1.5] мм. Между пластинами и балками конструкции выставлен контакт с трением μ = 0.3.
Полученные результаты[править]
Рассмотрены изменение напряжений в швеллере и уголке в зависимости от угла наклона уголка при различных высотах кронштейна.
Из соображений корректности геометрии кронштейна были выбраны три промежутка для высот и углов:
- для высоты кронштейна Н [700;1000] мм угол наклона подкоса α [30;45]°
- для высоты кронштейна Н [1000;1200] мм угол наклона подкоса α [35;45]°
- для высоты кронштейна Н [1200;1500] мм угол наклона подкоса α [40;45]°
В трех интервалах высот кронштейнов и углов наклона подкоса были выбраны оптимальные значения. Для интервалов [700;1000] мм и [30;45]° углы [35;40]° являются оптимальными параметрами. По промежуткам для высоты кронштейна [1000;1200] мм и угла наклона уголка [35;45] ° можно сказать, что оптимальный угол наклона - 39°. По третьему промежутку высот кронштейна [1000;1200] мм и углов наклона уголка [35;45]° оптимальными параметрами будут являться угол 43.5° .
Основания для таких выводов были получены исходя из графиков для напряжений в швеллере и уголке, перемещений и сил реакции опоры, действующей на кронштейн со стороны колонны. При подборе оптимальных параметров учитывались так же и количество материала, затрачиваемого на уголок.
Так же исследован на устойчивость корпус оборудования при одной фиксированной высоте кронштейна - 900 мм в интервале углов подкоса Колонна устойчива на всем промежутке, и с ростом угла устойчивость растет.
Вывод[править]
Полученными результатами стали:
- оптимальные параметры кронштейна
- исследование оборудования на устойчивость
Материалы работы[править]
1. ГОСТ 8240-89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент. – Введ. 1990-01-09. – М.: Изд-во стандартов, 1998.— 5 с.
2. Графический интерфейс комплекса Ansys/ К.А. Басов. – М.:ДМК Пресс, 2006. – 248с.,ил
3. Коршак А. А. Основы нефтегазового дела/ А.А. Коршак, А. М. Шаммазов.// Дизайнполиграфсервис, 2005. – 544с.
4. Плоский изгиб [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.soprotmat.ru/izgib.htm
5. Прикладная механика твердого деформируемого тела / Филин А.П. — М.: Наука,1978. – 616с.
6. Сопротивление материалов / В. И. Феодосьев. – М.: МГТУ им. Баумана, 1999. – 592с.
7. Строительные нормы и правила: Нагрузки и воздействия: СНиП 2.01.07-88: Введ. 1.01.1987 - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2004. – 31с: ил.
8. Строительная механика тонкостенных конструкций / В.И. Погорелов. – СПб.: БХВ - Петербург, 2007. – 528с.
