Проектирование аппарата, нагруженного внутренним и наружным давлением (стр. 4 из 5)
, Кэ=0,96 (1.35) 
Расчетная длина конического днища
Диаметр конического днища 
Допускаемое наружное давление
15,54МПаПринимаем по нормальному ряду:
=6мм. 0,62<15.54 – условие (1.34) выполняется. Однако во всех случаях толщина днища должна быть не меньше толщины обечайки по /8/, поэтому окончательно принимаем по стандартному ряду: 
=14мм. 
=6мм. 1.2 Подбор фланцев, прокладок и расчет фланцевых болтов
Фланцы являются деталями массового изготовления. С помощью фланцев осуществляются разъемные соединения аппаратов и трубопроводов. Фланцы, подобранные по ГОСТу или нормали, в расчете не нуждаются, их размеры таковы, что обеспечивается прочность и плотность соединения. Фланцы аппаратов с взрывоопасными, ядовитыми и пожароопасными веществами рассчитываем на давление 1÷1,6МПа по /10/, даже если давление в аппарате меньше.
Подбираем приварные фланцы для крепления крышки к обечайке аппарата по следующим данным: давление в аппарате P=0,8МПа; температура стенок t=160°С; внутренний диаметр аппарата ДВ=1000мм; толщина стенок обечайки S1(H)=14мм, толщина стенок днища S3(H)=14мм, а толщина стенок крышки: S2(H)=6мм. В аппарате находится не токсичная, не обладающая взыво-, пожароопасностью среда – глицерин.
По ОСТ 26-427-70 подбираем размеры приварных фланцев с уплотнительной поверхностью выступ-впадина, которые имеют утолщенную шейку, придающую фланцам большую жесткость по /13/ в соответствии с рис. 1.8. Этот вид фланцев обычно применяют при более высоких давлениях и температурах. С увеличением температуры механическая прочность стали понижается и допускаемые рабочие давления в аппаратах оказываются ниже условных. Для аппаратов с высокой температурой средой выбираем фланцы, рассчитанные на большее условное давление по /14/. Болты для соединения фланцев применяют при давлении в аппарате до 1,6МПа, т. к. при более высоких давлениях у головки болта возникают местные напряжения, поэтому в таких случаях используют шпильки.
Для фланцев выбираем по ОСТ 26-426-79 материал - Х18Н10Т, для шпилек - сталь 4Х12Н8Г8МФБ, для гаек - Х18Н10Т. Наибольшее расчетное давление Рр=1,6МПа в аппарате (типа А) при выбранных материалах и температуре до 200°С при условном давлении Py= 1,6МПа, по рис. 1.9. и по /13/. Выбираем размеры фланцев по табл. 1.7 при Py=1,6МПа: ДВ=1000мм; ДН=1145мм; Д1=1105мм; Д3=1064мм; Дn=1024мм; Дm= 1050мм; b1=55мм; h1=95мм; d0=23мм; количество шпилек М20 - 44.
Таблица 1.7
Размеры в мм приварных встык фланцев с уплотнительной поверхностью выступ-впадина по /13/
| ДВ | ДН | Д1 | Д3 | Дn | Дm | b1 | h1 | d0 | Болты, шпильки | Ру, МПа | |
| диаметр резьбы | кол-во | ||||||||||
| 1000 | 1145 | 1105 | 1064 | 1020 | 1044 | 50 | 85 | 23 | М20 | 44 | 1,0 |
| 1024 | 1050 | 55 | 95 | 1,6 | |||||||
| 1175 | 1125 | 1078 | 1036 | 1066 | 60 | 105 | 27 | М24 | 52 | 2,5 | |
Прокладки обеспечивают герметичность фланцевого соединения. Картон применяют при низких температурах и давлениях для воды и других нейтральных сред; паронит - для горячей воды, пара и многих химических веществ; резину - для кислых сред; металлические прокладки - для высоких давлений.
Выбираем материал прокладки - асбестоалюмминиевую гофрированную по табл. 1.8 и рис. 1.10.
Таблица 1.8
Пределы применения прокладочных материалов по /15/
| Прокладочный материал | Наибольшая температура среды, °С | Наибольшее давление в аппарате, МПа |
| Картон асбестовый | 500 | 0,6 |
| Асбестовый шнур прографиченный | 300 | 0,3 |
| Резина | 65 | 1,0 |
| Паронит | 490 | 6,4 |
| Медь | 250 | 5,0 |
| Алюминий | 150 | 2,5 |
| Сталь углеродистая (0, 10, 15) | 450 | Любое |
| Сталь Х18Н9Т | 600 | Любое |
| Асбестоалюмминиевые гофрированные | 500 | 4,0 |
| Асбестостальные гофрированные | 500 | 4,0 |
По табл. 1.9. выбираем размеры прокладок при Py=1,6МПа:
ДВ=1000мм; Д1=1065мм; Д2=1037мм; mп=0,244кг - масса прокладки, а≈3,6
Таблица 1.9.
Размеры в (мм) прокладки из асбометалических материалов (OCT 26-431-79) по /15/
| ДВ | Д1 | Д2 | Ру, МПа | Масса, кг | ||
| сталь | алюминий | латунь | ||||
| 1000 | 1065 | 1037 | 1,0 | 0,324 | 0,244 | 0,402 |
| 1,6 | ||||||
| 1079 | 1051 | 2,5 | 0,32 | 0,248 | 0,410 | |
Проверяем прочность шпилек М20 (44 штуки) из стали 4Х12Н8Г8МФБ.
Податливость шпильки
Где lш– расчетная длина шпильки
lш=В1+В2+6=55+60+6=120мм=0,12м
Еш=215∙103Мпа
Площадь поперечного сечения шпильки
Аш=πd12/4=3.14*20,52/4=329,90мм2
Податливость прокладки, приходящейся на одну шпильку
Размеры металлических прокладок для аппаратов в зависимости от Pу и типа уплотнительной поверхности фланцев – для фланцев с поверхностью выступ-впадина по рис. 2.4.
Фланец типа А приваривается к крышке в соответствии с рис. 2.1.
F≤[F] (2.1)
где F - суммарная сила, действующая на шпильку, которая находится по формуле (2.3), кН; [F] - допускаемая нагрузка для шпилек, которая находится по табл. 2.5, при расчетной температуре tп, которая определяется по формуле (2.2), кН:
tп=0,95∙tж (2.2)
tп - расчетная температура для шпилек, °С; tж=80°С.
tп=0,95∙80=76°С - по формуле (2.2).
F=Q[KСТ(1-χ) +χ] (2.3)
где Q - сила, действующая на одну шпильку, которая определяется по формуле (2.4), кН; KСТ - коэффициент затяжки запаса против раскрытия стыка (по /9/ KСТ=1,4); χ - безразмерный коэффициент основной нагрузки, который рассчитывается по формуле (2.6).
(2.4)ДСП - средний диаметр прокладки, который находится по формуле (2.5), мм; P - давление в аппарате (Р=1,25МПа).
(2.5)ДСП= 
=550,5мм - по формуле (2.5) и табл. 2.3.
Q=
=12,4кН - по формуле (2.4). 
(2.6)где λп-податливость части прокладки, приходящейся на одну шпильку, МПа, которая находится по формуле (2.7);
λш-податливость шпильки, МПа, которая рассчитывается по формуле (2.9).
(2.7)где lп - толщина прокладки, мм (lп=а=2мм) по рис. 2.3; Еп - модуль упругости для прокладки из паронита, который находим по табл. 2.4, МПа; Ап - площадь поперечного сечения прокладки, приходящаяся на одну шпильку, которая находится по формуле (2.8), мм2.
Таблица 2.4
Модули упругости некоторых материалов по /15/
| Материалы прокладок и крепёжных деталей | Модуль упругости, Е, МПа |
| Паронит или спрессованный асбест | 3∙103 |
| Сталь 4Х12Н8Г8МФБ | 215∙103 |
(2.8)
где z - число шпилек (z=24шт).
=900,75мм2 - по формуле (2.8).
=7,4∙10-4МПа - по формуле (2.7).