ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Согласовано
Утверждаю
___________________
Руководитель ООП по
направлению 151000
д.т.н. проф. В.В. Габов
_______________________
Зав. кафедрой АТПП
доц. А.А. Кульчицкий
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
«КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
АППАРАТОВ ОТРАСЛИ»
Направление подготовки:151000 Технологические машины и оборудование
Профиль подготовки: Оборудование нефтегазопереработки
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: Доцент каф. АТПП В.С. Леонтьев
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
1. Цель и задачи дисциплины.
Настоящая дисциплина является одной из основных базовых дисциплин для
специальности «Оборудование нефтегазопереработки».
Целью изучения дисциплины является формирование у студентов знаний, умений
и рационального подхода к конструированию типовых элементов и конструкций в целом
машин и аппаратов нефтегазового производства, освоению современных методов расчета
оборудования.
Задачи дисциплины:
1. Изложение общих принципов и методов конструирования и расчета аппаратов
отрасли.
2. Формирование представлений о современных тенденциях развития
химического и нефтехимического аппаратостроения.
3. Выработка навыков практического использования справочной, нормативной,
патентной и научно-технической литературы.
4. Освоение современных программных комплексов для проведения прочностных
расчетов оборудования.
2. Место дисциплины в структуре ООП.
Данная учебная дисциплина относится к вариативной части профессионального
цикла для подготовки по профилю «Оборудование нефтегазопереработки».
Для успешного усвоения дисциплины и приобретения необходимых знаний,
умений и компетенций к началу изучения дисциплины «Конструирование и расчет
аппаратов отрасли» студент должен обладать соответствующими знаниями, умениями и
компетенциями, полученными им при освоении Учебных дисциплин: Экономика и
управление
машиностроительным
производством,
Основы
управления
машиностроительного производства, Технический перевод иностранной литературы по
профилю подготовки, Патентоведение, Математика, Физика, Химия, Экология,
Информационные технологии, Теоретическая механика, Компьютерная графика,
Инженерная графика, Техническая механика, Технология конструкционных материалов,
Материаловедение, Основы проектирования, Основы технологии машиностроения.
Учебная дисциплина «Конструирование и расчет аппаратов отрасли» является
предшествующей для ряда учебных дисциплин по направлению подготовки 151000
«Технологические
машины
и
оборудование»,
профилю
«Оборудование
нефтегазопереработки» и на основе знаний, умений и компетенций, приобретенных
студентом в процессе ее освоения формируются соответствующие знания, умения и
компетенции для последующих дисциплин, для которых учебная дисциплина
«Конструирование и расчет аппаратов отрасли» является предшествующей. К таким
дисциплинам относятся: Надежность технологических машин и оборудования,
Устройство, монтаж и ремонт машин и аппаратов нефтепереработки, Машины и аппараты
нефтегазопереработки, Защита оборудования от коррозии, Процессы в агрегатах, машинах
и оборудовании, Процессы и аппараты нефтегазопереработки и нефтехимии, Тепломасообменные процессы и оборудование в процессах нефтегазопереработки.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих
компетенций:
- способность на научной основе организовывать свой труд, оценивать с большой
степенью самостоятельности результаты своей деятельности, владеть навыками
самостоятельной работы (ОК-6);
2
- способность к приобретению с большой степенью самостоятельности новых
знаний с использованием современных образовательных и информационных технологий
(ОК-7);
- способность к целенаправленному применению базовых знаний в области
математических, естественных, гуманитарных и экономических наук в профессиональной
деятельности (ОК-9);
- способность обеспечивать технологичность изделий и процессов их изготовления,
умению контролировать соблюдение технологической дисциплины при изготовлении
изделий (ПК-1);
- способность участвовать в работах по доводке и освоению технологических
процессов в ходе подготовки производства новой продукции, проверять качество монтажа
и наладки при испытаниях и сдаче в эксплуатацию новых образцов изделий, узлов и
деталей выпускаемой продукции (ПК-3);
- умение проверять техническое состояние и остаточный ресурс технологического
оборудования, организовывать профилактический осмотр и текущий ремонт
оборудования (ПК-4);
- умение выбирать основные и вспомогательные материалы и способы реализации
основных технологических процессов и применять прогрессивные методы эксплуатации
технологического оборудования при изготовлении изделий машиностроения (ПК-6);
- умение применять методы стандартных испытаний по определению физикомеханических свойств и технологических показателей используемых материалов и
готовых изделий (ПК-7);
- умение составлять заявки на оборудование и запасные части, подготавливать
техническую документацию на ремонт оборудования (ПК-16);
- способность к систематическому изучению научно-технической информации,
отечественного и зарубежного опыта по соответствующему профилю подготовки (ПК-17);
- умение применять стандартные методы расчета при проектировании деталей и
узлов изделий машиностроения (ПК-21);
- способность принимать участие в работах по расчету и проектированию деталей и
узлов машиностроительных конструкций в соответствии с техническими заданиями и
использованием стандартных средств автоматизации проектирования (ПК-22);
- способность разрабатывать рабочую проектную и техническую документацию,
оформлять законченные проектно-конструкторские работы с проверкой соответствия
разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим
условиям и другим нормативным документам (ПК-23);
- понимание основных тенденций развития соответственно - металлургических машин и оборудования, оборудования нефтегазопереработки и торфяных машин и
оборудования (ПКД-1);
- владение методами конструктивных решений при проектировании
соответственно - металлургических машин и оборудования, оборудования
нефтегазопереработки и торфяных машин и комплексов с учетом условий эксплуатации
(ПКД-2);
- владение основами соответственно - гидро- и пирометаллургических процессов,
а также вторичной переработки металлов и сплавов, нефтегазопереработки и
нефтихимии, переработки торфа на топливо (ПКД-6).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: тенденции развития химического и нефтехимического
машино- и
аппаратостроения; текущую и перспективную конъюнктуру рынка в данной отрасли;
требования, предъявляемые к конструкциям аппаратов нефтегазопереработки;
законодательные положения по расчету и устройству элементов аппаратов и машин;
нормы испытаний аппаратов, общие принципы конструирования аппаратов отрасли;
3
методы расчета и конструирования тонкостенных и толстостенных сосудов, разъемных и
неразъемных соединений, колонных и теплообменных аппаратов.
Уметь: составлять расчетные схемы; рассчитывать на прочность и жесткость
основные детали и узлы аппаратов нефтегазопереработки; правильно выбирать
конструкционные материалы с учетом требований прочности, коррозионной устойчивости
и др.; выполнять эскизы и чертежи разрабатываемых конструкций; использовать
электронно-вычислительную технику при конструировании аппаратов; грамотно
оформлять конструкторскую документацию с учетом требований ЕСКД.
Владеть: современными методами прочностных расчетов оборудования с
применением вычислительной техники и программных пакетов, навыками практического
использования справочной, нормативной, патентной и научно-технической литературы в
процессе разработки, конструирования и расчета аппаратов.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет _4__ зачетные единицы
Всего
часов
Вид учебной работы
Семестры
6
7
87
36
51
Лекции
34
17
17
Практические занятия (ПЗ)
53
19
34
Семинары (С)
-
-
-
Лабораторные работы (ЛР)
-
-
-
57
36
21
Аудиторные занятия (всего)
В том числе:
Самостоятельная работа (всего)
В том числе:
Курсовой проект (работа)
21
Расчетно-графические работы
12
12х1=12
Реферат
18
9х1=9
Другие виды самостоятельной работы
6
6
Домашнее задание
6
2х3=6
Вид промежуточной аттестации (зачет, защита,
21
Зачет
экзамен)
Защита,
Зачет
Общая трудоемкость, час
зач. ед.
4
144
72
72
4
2
2
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
Наименование раздела
дисциплины
Введение
2
Расчет на механическую
прочность тонкостенных
сосудов и аппаратов
3
Фланцевые соединения
4
Трубные решетки
5
Опоры вертикальных и
горизонтальных
аппаратов. Устройства
для строповки аппаратов
Содержание раздела
Классификация аппаратов по конструктивному
исполнению, функциональному назначению. Общие
требования к конструкции и надежности аппаратов
нефтегазового
производства
Законодательные
нормы и требования к аппаратам нефтегазового
производства по безопасности эксплуатации и
расчетам
на
прочность.
Требования
к
конструктивным материалам и рекомендуемые
черные металлы и сплавы, цветные металлы,
неметаллические материалы, материалы для сварки
и пайки.
Технология изготовления стальных
сварных
аппаратов. Испытания аппаратов.
Расчет на механическую прочность сосудов и
аппаратов.
Основные
расчетные
параметры.
Конструкции и расчеты на прочность тонкостенных
цилиндрических, сферических, конических обечаек
под избыточным внутренним и наружным
давлением. Конструкции и расчеты на прочность
плоских, эллиптических и сферических днищ
обечаек. Укрепление отверстий в обечайках и
днищах аппаратов при внутреннем и внешнем
давлениях. Узлы сопряжения оболочек. Расчет
краевых нагрузок. Обеспечение прочности в местах
сопряжения оболочек. Аппараты с рубашками.
Конструкции. Плоские фланцы. Соединения выступвпадина и шип-паз. Типы прокладок. Расчет на
прочность и герметичность. Знакомство с ГОСТ Р
52857.4-2007: Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность. Расчет на прочность и
герметичность фланцевых соединений.
Конструкции. Способы крепления труб в трубных
решетках. Компенсация температурных нагрузок.
Методы расчета. Знакомство с ГОСТ Р 52857.72007: Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета
на прочность. Теплообменные аппараты.
Опоры вертикальных аппаратов. Лапы и стойки.
Цилиндрические опоры. Расчет на ветровую и
сейсмическую
устойчивость.
Опоры
горизонтальных аппаратов. Седловые опоры. Выбор
конструкции строповых устройств. Ушки, крюки,
цапфы и монтажные штуцера. Прочностные
расчеты.
5
№
п/п
6
7
Наименование раздела
дисциплины
Малоцикловые нагрузки
Аппараты высокого
давления
Содержание раздела
Особенности расчета аппаратов при малоцикловых
нагрузках. Знакомство с ГОСТ Р 52857.6-2007:
Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Расчет на прочность при малоцикловых
нагрузках.
Толстостенные сосуды и аппараты. Конструкции и
расчет толстостенных цилиндрических обечаек,
днищ и крышек. Затворы аппаратов высокого
давления.
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми
(последующими) дисциплинами
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
Наименование
обеспечиваемых
(последующих) дисциплин
№ № разделов данной дисциплины, необходимых
для изучения обеспечиваемых (последующих)
дисциплин
1
2
3
4
5
6
7
Устройство, монтаж и ремонт
машин и аппаратов
нефтепереработки
Машины и аппараты
нефтегазопереработки
Процессы и аппараты
нефтегазопереработки и
нефтехимии
Проектирование и расчет
технологических машин и
оборудования
Надежность технологических
машин и оборудования
Процессы в агрегатах,
машинах и оборудовании.
Тепло-масообменные
процессы и оборудование в
процессах
нефтегазопереработки
Защита оборудования от
коррозии
+
+
+
+
+
-
+
+
+
+
+
+
-
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
+
-
-
-
+
+
+
-
-
+
-
-
-
+
+
-
-
-
-
+
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ Наименование раздела
п/п дисциплины
1
Введение
2
Расчет на механическую прочность
тонкостенных сосудов и аппаратов
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
4
4
12
6
21
-
Семин. СРС
-
6
Всего
час
14
-
24
57
№ Наименование раздела
п/п дисциплины
3
Фланцевые соединения
Лекц. Практ. Лаб.
зан.
зан.
2
6
-
Семин. СРС
-
8
Всего
час
16
4
Трубные решетки
4
6
-
-
6
16
5
4
8
-
-
4
16
6
Опоры вертикальных и
горизонтальных аппаратов.
Устройства для строповки
аппаратов
Малоцикловые нагрузки
2
2
-
-
2
6
7
Аппараты высокого давления
6
6
-
-
7
19
34
53
-
-
57
144
Итого:
6. Лабораторный практикум
Не предусмотрен.
7. Практические занятия (семинары)
№
п/п
№ раздела
дисциплины
Тематика практических занятий (семинаров)
2
1
Знакомство с нормативной документацией: ГОСТ Р
52857.1…8-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность.
Методы испытания аппаратов на герметичность
3
2
Знакомство с программным пакетом ПАССАТ
1.
4
1
2
Знакомство с программными пакетами CATIA и
CADMATIC
Трудоемкость
(час.)
2
2
2
2
5
2
Расчет аппаратов, нагруженных внутренним давлением
2
6
2
Расчет аппаратов, нагруженных наружным давлением
2
7
2
2
8
2
9
2
Расчет аппаратов, нагруженных наружным давлением,
изгибающим моментом и осевой сжимающей силой
Расчет оптимальных размеров аппаратов из условия
обеспечения минимальной металлоемкости.
Расчет сопряженных оболочек
10
2
Укрепление отверстий. Решение задач.
2
11
3
2
12
4
Расчет фланцевых соединений на прочность и
герметичность.
Расчет трубных решеток. Решение задач.
13
5
Выбор строповых устройств
2
14
5
Расчет цилиндрических опор вертикальных аппаратов
2
15
5
Расчет лап и стоек вертикальных аппаратов
2
16
5
Расчет горизонтальных опор.
2
7
4
2
2
17
7
Толстостенные сосуды. Расчет на прочность однослойных и
многослойных обечаек
Итого:
2
34
8. Примерная тематика курсовых работ
8.1. Курсовая работа выполняется для приобретения навыков конструирования и
расчета отдельных элементов и конструкций в целом машин и аппаратов отрасли.
Основное внимание уделяется способности студента самостоятельно оценить прочность и
устойчивость тонкостенных конструкций, грамотно конструировать аппаратуру с точки
зрения эргономики и дизайна, умению работать с нормативной документацией и
использованию программных пакетов для выполнения прочностных расчетов.
Курсовая работа состоит из графической части (2 листа формата А3: чертеж
общего вида аппарата и чертеж аппарата в 3D формате) и расчетно-пояснительной
записки.
Примерный перечень тем:
1. Расчет и конструирование емкостных аппаратов:
1.1. Вертикальные цельносварные с эллиптическими, коническими и плоскими
днищами и крышками.
1.2. Вертикальные фланцевые с эллиптическими, коническими и плоскими
днищами и крышками.
1.2. Вертикальные цельносварные с рубашками.
1.3. Вертикальные фланцевые с рубашками.
1.4. Горизонтальные цельносварные с эллиптическими и плоскими днищами и
крышками.
8.2. Расчетно-графические работы выполняются для приобретения навыков
работы с нормативной документацией, проведения прочностных расчетов с помощью
программных комплексов с использованием вычислительной техники и построения 3D
моделей аппаратов. Для расчета используются программные пакеты CADMATIC, CATIA.
Для объемного 3D моделирования – КОМПАС и AUTOCAD.
Примерный перечень тем РГР:
1.
Расчет фланцевого соединения с плоской уплотняющей поверхностью.
2.
Расчет фланцевого соединения выступ-впадина.
3.
Расчет фланцевого соединения шип-паз.
4.
Построение 3D модели емкостного аппарата вертикального типа на опорахстойках
5.
Построение 3D модели емкостного аппарата вертикального типа на опорахлапах
6.
Построение 3D модели колонного аппарата на цилиндрической опоре.
7.
Построение 3D модели колонного аппарата на опоре-юбке.
8.
Построение 3D модели горизонтального аппарата на седловых опорах.
8.3. Рефераты выполняются для расширения кругозора студентов и
формирования навыков анализа научно-технической и патентной литературы с
репрезентативной информационной выборкой по поставленной проблеме.
Примерные темы рефератов:
1.
Использование программных пакетов для прочностных расчетов.
2.
Использование программных пакетов для 3D моделирования аппаратов.
3.
Аппаратура высокого давления. Особенности конструирования.
4.
Современные методы диагностики и испытаний аппаратов на прочность.
5.
Использование современных композитных материалов в аппаратостроении.
8
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
а) основная литература
1. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры. Справочник. Изд.3 – изд. Альянс, 2008 – 752 с.
2. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: Справочник.
Издание 2. – изд. Альянс, 2008 – 384 с.
3. Умергалин Т.Г., Галиаскаров Ф.М. Методы расчетов основного оборудования
нефтепереработки и нефтехимии: учеб. пособие. – Уфа: Изд-во «Нефтегазовое дело»,
2007. – 236 с.
б) дополнительная литература
1. ГОСТ Р 52857.1-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Общие требования. Введен в действие с 01.04.2008 г.
2. ГОСТ Р 52857.2-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и
крышек. Введен в действие с 01.04.2008 г.
3. ГОСТ Р 52857.3-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем
давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на
штуцер. Введен в действие с 01.04.2008 г.
4. ГОСТ Р 52857.4-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений. Введен в
действие с 01.04.2008 г.
5. ГОСТ Р 52857.5-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок. Введен в действие с
01.04.2008 г.
6. ГОСТ Р 52857.6-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках. Введен в действие с
01.04.2008 г.
7. ГОСТ Р 52857.7-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Теплообменные аппараты. Введен в действие с 01.04.2008 г.
8. ГОСТ Р 52857.8-2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Сосуды и аппараты с рубашками. Введен в действие с 01.04.2008 г.
9. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств.
Примеры и задачи. Под общей ред. Михалева М.Ф. – л.: Машиностроение, 1984, – 301 с.
10. А.С. Тимонин. Основы конструирования и расчета химико-технологического и
природоохранного оборудования: Справочник. Т. 1 – Калуга: Издательство Н. Бочкаревой,
2002. – 852 с.
в) программное обеспечение
1. Windows XP.
2. Microsoft Office.
3. Программный комплекс CADMATIC. Трехмерная система проектирования
промышленных предприятий. Разработчик Cadmatic Oy, Финляндия. Локализатор ООО
«Аксистек», Россия, Санкт-Петербург.
4. Программный пакет CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive
Application) — система автоматизированного проектирования (САПР) французской
фирмы Dassault Systemes. Комплексная система автоматизированного проектирования
(CAD), технологической подготовки производства (CAM) и инженерного анализа (САЕ),
9
включающая в себя передовой инструментарий трёхмерного моделирования, подсистемы
программной имитации сложных технологических процессов, развитые средства анализа
и единую базу данных текстовой и графической информации. Система позволяет
эффективно решать все задачи технической подготовки производства - от внешнего
(концептуального) проектирования до выпуска чертежей, спецификаций, монтажных схем
и управляющих программ для станков с ЧПУ.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Занятия по дисциплине проводятся в специально оборудованных аудиториях и с
применением персональных компьютеров.
Компьютерный класс – ауд. 6502. В компьютерном классе установлены 12
компьютеров P4, лазерный принтер. На стенах вывешены наглядные пособия с
основными программами по специальным дисциплинам. В классе проводятся занятия в
соответствии с расписанием, а также выполняются курсовые и дипломные проекты по
направлению подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование». В классе
одновременно могут заниматься до 18 человек, из них 12 человек непосредственно за
компьютерами.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
Для успешного изучения дисциплины студент должен посещать все занятия.
Лекции читаются с использованием интерактивных средств обучения, практические
работы выполняются на персональных компьютерах. В случае возникновения
недопонимания материала, студент может воспользоваться методическими пособиями как
по лекционному материалу, так и по практическим занятиям, а также посещать
консультации преподавателей.
Задания студент выполняет самостоятельно на практических занятиях или дома.
Следующее задание выдается только после защиты предыдущего. С целью
промежуточной проверки знаний проводится контрольная работа. Студенты,
пропускающие занятия, получают дополнительные домашние задания и пишут реферат.
Разработчики:
Горный университет
Доцент
каф. АТПП
В.С. Леонтьев
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
Эксперты:
Горный университет
и.о зав. каф.АТПП
А.А. Кульчицкий
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
(место работы)
(занимаемая должность)
(инициалы, фамилия)
10