Рабочее давление

Рабочее давление – это максимальное избыточное давление, возникающее при нормальном протекании технологического процесса. При возможных повышениях давления из-за инерционности средств автоматизации берётся запас в 10 ÷ 15 % в зависимости от его величины.

Температура не фигурирует в расчётных формулах, но учитывается при выборе конструкционного материала. Теоретическую температуру стенки определяют тепловыми расчётами или принимают равной температуре среды, соприкасающейся со стенкой, т.е. с запасом.

Допускаемые напряжения зависят от свойств материала, рабочей температуры, характера нагрузки и условий работы аппарата. Условия работы аппарата учитываются поправочным коэффициентом η по ОСТ 26-01-102-70, и тогда допускаемое напряжение рассчитывается следующим образом:

, где σ^* – нормальное допускаемое напряжение.

,

, где:

σ_проч – предел прочности при расчётной температуре,

n_проч – запас прочности;

σ_тек – предел текучести при расчётной температуре,

n_тек – запас текучести.

σ_{при t=525°C} , где:

σ_д – предел длительной прочности (100000 ч);

n_д = 1,5 – запас прочности по длительной прочности.

Все эти характеристики – справочные и находятся в технической литературе.

Коэффициент сварного шва φ – важная характеристика при расчёте сварных аппаратов и сосудов. Определяется по ОСТ 29-291-71 (для стальных сосудов и аппаратов) и ОСТ 26-01-279-71 для титановых сосудов и аппаратов. Тип сварного шва назначается проектирующей организацией или заводом-изготовителем.

Запас на коррозию – делается для агрессивной среды. Величина прибавки по толщине стенки на коррозию равна произведению скорости коррозии на срок службы аппарата (обычно s' ≈ 1 ÷ 2).

, где:

– скорость коррозии, ,

τ – срок службы , [год].

3.

В зависимости от диаметра обечайки их изготавливают с одним или несколькими меридиональными сварными швами.

При d < 600 мм – обечайка с одним меридиональным швом.

При d ≥ 600 мм – обечайка с несколькими швами.

При изготовлении обечаек необходимо учитывать допуски:

1). На овальность обечайки (1 % от d_ном) или 0,01·(d_ном) ≤ 20 мм;

2). На толщину стенки при P ≤ 10 :

, где:

φ – коэффициент прочности сварного шва;

[σ] – допускаемое напряжение, или [МПа];

P – расчётное давление, или [МПа];

s^| – учёт коррозии, [мм];

s^|| – конструктивный учёт, [мм];

D – внутренний диаметр, [мм].

Рамки применения формул справедливы при (s – s^|)·D ≤ 0,1;

а при величиной P можно и пренебречь.

Толщину стенки округляют до стандартной толщины прокатного листа (естественно, в сторону увеличения). Допустимо принимать толщину стенки меньше расчётной не более чем на 3 %.

При расчёте обечаек, работающих с незначительным давлением необходимо учитывать не только прочность, но и жёсткость конструкции (в этих случаях s ≥ 3 мм).

Когда аппарат работает под вакуумом (греющие камеры выпарных установок, ёмкости с рубашками и т.д.), он испытывает действие наружного давления, и в стенках аппарата возникают сжимающие (усилия) напряжения. При этом толщину стенки рассчитывают на прочность по тем же формулам и с теми же запасами прочности, что и аппараты с внутренним давлением. Коэффициент сварного шва при этом φ = 1.

Для аппаратов, находящихся под внешним давлением, необходимо проверить устойчивость к деформации, т.к. тонкостенные конструкции могут деформироваться и расплющиваться раньше, чем напряжение сжатия достигнет разрушающей величины.

Критическое напряжение, при достижении которого конструкция деформируется, можно рассчитать так:

, где:

σ_крит – критическое напряжение, соответствующее P_крит;

P_крит – давление, вызывающее деформацию конструкции.

Здесь кроме расчётной величины σ_крит вводят коэффициент запаса устойчивости аналогично коэффициенту запаса прочности (обычно 2,6). Если первоначальная форма обечайки вследствие внешних воздействий претерпела изменения (вмятины, неоднородности материала) оболочка расплющится раньше достижения σ_крит.

При наружном давлении P_нар = 4 ÷ 5 устойчивость оценивается:

.

При большем давлении толщина стенки бывает достаточно большой и проверка устойчивости не требуется.

По устойчивости оболочки подразделяют на короткие и длинные:

l/d ≤ 5 м – ''короткие'',

l/d > 5 м – ''длинные''.

Расчётной длиной оболочки называют расстояние между концами, а при наличии колец жёсткости – наибольшее расстояние между ними.

При сопряжении цилиндрической оболочки с эллиптическим днищем расчётную длину оболочки увеличивают на треть высоты эллиптической части днища ( ).

, где:

E – модуль упругости, E = ƒ(t);

П – коэффициент Пуассона.

При запасе устойчивости 2,6 коэффициент Пуассона равен П = 0,3 => толщина стенки длинной оболочки равна:

.

При отношении < 5 толщина стенки оболочки рассчитывается как для толщины стенки короткой:

,

величина табулирована.

Эти формулы применимы для расчётов в том случае, если напряжения в обечайке не превышают предела текучести. Это возможно при соблюдении следующих условий:

для длинных оболочек:

,

для коротких оболочек:

, где:

σ_тек – предел текучести при расчётной температуре.

При уменьшении расчётной длины оболочки снижается толщина её стенки, и как, следствие, одним из способов облегчения обечайки, нагруженной внешним давлением, может быть установка колец жёсткости, которые могут быть как снаружи, так и внутри аппарата. Установка колец жёсткости внутри аппарата предпочтительнее, т.к. сварной шов не испытывает дополнительных нагрузок.

При большом удалении колец жёсткости друг от друга (L_{между кольцами} > D) рассчитывают момент инерции поперечного сечения кольца жёсткости. Расчёт приведён в ОСТ 14249-73.

4.

Днища и крышки сосудов и аппаратов изготавливают полушаровой, эллиптической, конической, тарельчатой и плоской форм.

а). Действие внутреннего давления.

Сферическая форма идеальна с точки зрения механики: в ней не возникают изгибающие напряжения.

Полушаровая форма распространена для аппаратов большого диаметра

D < 4000 мм.

Толщина стенки полушарового днища (крышки), нагруженного избыточным внутренним давлением:

, где:

P_изб – избыточное внутреннее давление,

D – внутренний диаметр,

[σ] – допускаемое напряжение,

φ – коэффициент прочности сварного шва,

s^| и s^| – прибавки на коррозию и конструкционный учёт.

Эллиптические днища (крышки) широко распространены в аппаратах, работающих под давлением. Сварной шов располагают таким образом, чтобы удалить от закругленной части и не нагружать его изгибающими напряжениями. Для этого днище снабжают цилиндрическим бортом, высотой 25 ÷ 50 мм.

Толщина стенки эллиптического днища (крышки):

, где:

– радиус кривизны в вершине днища (крышки).

Для стандартных днищ (крышек) R = D.

Эти соотношения регламентированы ГОСТами и нормами на эллиптические днища (крышки) из меди, алюминия, титана и винипласта.

Конические днища (крышки) применяют при переходе от цилиндрической части одного диаметра к цилиндрической части другого диаметра, а также в вертикальных аппаратах, содержащих сыпучие материалы. Наиболее распространены конические днища (крышки) с углом у вершины 2·α = 60° и 90°, реже – 2·α = 120° и 140°.

Коническое днище с отбортовкой.

^* – Здесь и далее слово ''(крышка)'' опускается.

а).Толщина стенки конической части отбортованного конического днища:

, где:

– диаметр линии перехода между конической и отбортованной частями,

α – угол между осью вращения и образующей конуса.

Для днищ без отбортовки D_Р = D.

б).Толщина отбортованной части днища:

, где:

D – диаметр днища у основания,

y_к – коэффициент формы конического днища.

y_к = ƒ( ; α) и определяется графически.

График для определения коэффициента формы конического отбортованоого днища.

Формулы '''а'' и ''б'' применимы при угле α ≤ 70°.

Для угла α > 70°:

,

под понимается угол 90°, тогда:

.

Тарельчатые днища (сферические неотбортованные) представляют собой сферический сегмент, приваренный без отбортовки к цилиндру, обечайки или фланцу. При соединении тарельчатого днища и обечайки имеет место перелом меридиональной кривой, из-за этого возникают значительные краевые моменты и силы.

Тарельчатая крышка с фланцем.

Такие днища не применяют в ответственной аппаратуре, работающей при P > 0,07 и контролируемой Ростехнадзором.

Компенсируют распорные силы в местах сопряжения с помощью приваренных колец жёсткости.

Съёмные тарельчатые крышки с фланцем, диаметром меньше Ø < 800 мм, применяют и в аппаратах, работающих под давлением; фланец игрет роль кольца жёсткости.

б). Действие наружного давления.

Эллиптические днища (выпуклой формы) аппаратов, находящихся под действием наружного давления, рассчитывают на устойчивость:

и

, где:

k_э – эллиптический коэффициент, k_э = ƒ( , );

R – радиус кривизны в вершине днища,

E – модуль упругости,

.

Вначале толщина задаётся, а затем сравнивается с результатами расчёта; из двух расчётных значений принимают большее.

Эта формула справедлива для расчёта полусферических днищ, принимая .

График для расчёта эллиптических днищ на устойчивость.

График для определения напряжений в приварных тарельчатых крышках.

Конические днища рассчитывают на наружное давление так же, как и короткие цилиндрические обечайки, принимая за расчётную длину L – высоту конуса, а за расчётный диаметр , где: D₀ и D₁ – соответственно диаметры большего и меньше основания конуса.

Плоские днища и крышки просты по конструкции, для их изготовления не требуется специального прессового оборудования. Однако при больших диаметрах и значительных давлениях толщина их получается весьма большой, поэтому применение их ограничено. Плоские днища, диаметром более 500 мм, для сосудов и аппаратов под давлением не применяют. Плоские днища и крышки используют для люков и заглушек, а также для вертикальных емкостных аппаратов под наливом и толстостенных аппаратов высокого давления, у которых толщина стенки очень велика (иногда равна высоте выпуклого днища).

, где:

k – коэффициент конструкции днища, определяемый графически (по литературным данным) в зависимости от способа закрепления крышки;

D – внутренний диаметр аппарата.

График для определения коэффициента формы конического отбортованоого днища.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 845; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!