Расчет и конструирование типового оборудования (стр. 22 из 35)
а допускаемый изгибающий момент M из условия устойчивости в пределах упругости – по
Е
формуле М 0 285, D F . (12.13)Е Е1
При этом должно выполняться условие М
Допускаемое поперечное усилие рассчитывают по формуле
Q
, (12.14)Q , (12.15)
П
а допускаемое поперечное усилие Q E из условия устойчивости в пределах упругости
Контрольные вопросы к лекции 12
1. Какие нагрузки, кроме давления, могут действовать на корпуса аппаратов? Приведите примеры таких нагрузок.
2. Как учитывается одновременное действие нескольких нагрузок?
3. В чем заключается разница расчета на совместное действие нагрузок при внутреннем и наружном
давлении в аппарате?
Лекция 13. Тема "Укрепление отверстий в стенках аппаратов"
Рассматриваемые вопросы: Конструкции укрепляющих элементов. Определение необходимой площади укрепления. Определение основных расчетных величин. Расчетные длины штуцеров. Расчетная ширина зоны укрепления. Коэффициент прочности сварных соединений. Условие укрепления одиночных отверстий. Определение допускаемого давления. Понятие взаимовлияющих отверстий. Учет взаимного влияния отверстий. Последовательность расчета взаимовлияющих отверстий. Укрепление взаимовлияющих отверстий в аппаратах, работающих под внутренним избыточным давлением. Укрепление взаимовлияющих отверстий в аппаратах, работающих под наружным давлением.
13.1. Типовые конструкции укрепления отверстий
В сосудах и аппаратах предусматриваются технологические и резервные штуцера, штуцера для установки контрольно-измерительных и предохранительных устройств, а также люки для доступа внутрь аппарата.
Наличие отверстий в обечайках, переходах и днищах сосудов и аппаратов под штуцера и люки ослабляет их прочность как за счет уменьшения площади поперечного сечения соответствующего элемента, так и за счет концентрации напряжений. Концентрация напряжений имеет явно выраженный местный характер и распространяется на часть детали, находящуюся в непосредственной близости к отверстию.
Увеличение толщины стенки всего элемента для того, чтобы максимальные напряжения не превышали допускаемых, нерационально. Более эффективно компенсировать ослабление, вызванное отверстием, путем укрепления его края утолщением, располагая добавочный материал в зоне возникновения максимальных напряжений, то есть как можно ближе к краю отверстия.
Укрепление отверстий в стенках аппаратов производится избыточной толщиной стенки укрепляемого элемента, штуцера, накладным кольцом и другими способами.
Основным видом укрепления отверстий является укрепление при помощи “избыточной” толщины стенки штуцера. Укрепление отверстия накладным кольцом применяется, как правило, в том случае, если укрепления за счет стенки штуцера недостаточно для обеспечения необходимой прочности. Заготовки накладных колец выполняются чаще всего круглой формы. Укрепляющие кольца изготовляются предпочтительно цельными. Допускается изготовлять их из частей, но не более чем из четырех. При этом сварные швы должны выполняться с проваром на полную толщину кольца. В каждом укрепляющем кольце или каждой его части, если сварка частей производится после установки их на сосуд, должно быть не менее одного контрольного отверстия с резьбой М10 1,5 для пневматического испытания герметичности сварных швов избыточным давлением 0,4 – 0,6 МПа, но не более расчетного давления сосуда. При эксплуатации аппарата контрольное отверстие остается открытым для обнаружения возможной течи. Контрольное отверстие должно располагаться в нижней части кольца или его части по отношению к сосуду, установленному в рабочем положении. Укрепляющие кольца должны прилегать к поверхности укрепляемого элемента. Допускается зазор между поверхностями укрепляющего кольца и укрепляемого элемента не более 3 мм. Зазор контролируется щупом по наружному диаметру укрепляющего кольца. Минимальная толщина укрепляющего кольца составляет 6 мм. Наружный диаметр укрепляющего кольца не должен превышать двух диаметров укрепляемого отверстия. Штуцера привариваются как к обечайке (днищу), так и к укрепляющему кольцу сварным швом со сплошным проваром. Если несколько штуцеров расположены настолько близко друг к другу, что накладные укрепляющие кольца взаимно перекрываются, для них применяется общее накладное кольцо круглой либо овальной формы.Укрепление отверстия при помощи отбортовки улучшает внешний вид аппарата, однако является более трудоемким по сравнению с вышеописанными конструкциями и не всегда обеспечивает необходимую прочность.
Укрепление отверстий торообразной вставкой обеспечивает высокую прочность и технологичность конструкции и в то же время улучшает внешний вид аппарата.
Рисунок 13.1 – Типовые конструкции укрепления отверстий а, б – вварным штуцером; в – накладным кольцом; г – двумя накладными кольцами; д – отбортовкой; е – торообразной вставкой; ж – вварным укрепляющим кольцом; з – штуцером произвольной формы
Укрепление вварным кольцом обеспечивает достаточную прочность, улучшает внешний вид аппарата, но является технологически трудоемким, поэтому сравнительно редко применяется в химическом аппаратостроении.
Укрепление штуцером произвольной формы обеспечивает высокую прочность, улучшает внешний вид, является достаточно технологичным и применяется для укрепления центральных отверстий в эллиптических, а также любых отверстий в полусферических днищах.
Определение необходимой площади укрепления
Считается, что площадь сечения укрепляющего металла должна быть равна площади сечения удаленного металла за вычетом площади сечения металла допустимого неукрепляемого отверстия (рисунок 13.2)
Рис.13.2. Определение необходимой площади укрепления
При диаметре штуцера d d0 площадь удаленного металла за вычетом площади сечения металла допустимого неукрепляемого отверстия равна 
2 f S d d0 , (13.1)где d – внутренний диаметр штуцера; d0 – диаметр допустимого неукрепляемого отверстия.
Площадь f может быть сформирована разными способами укрепления, т.е. располагаться по штуцеру, корпусу, укрепляющему кольцу.
13.2. Одиночные отверстия
Определение расчетного диаметра одиночного отверстия, не требующего укрепления
Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияния, что имеет место, когда расстояние между наружными поверхностями смежных штуцеров b в соответствии с рисунком 13.3 удовлетворяет условию b
C , (13.2)гд
расчетные диаметры укрепляемого элемента по центру е укрепляемых отверстий, мм;S исполнительная толщина стенки укрепляемого
– элемента (обечайки, перехода или днища), мм;
С сумма прибавок к расчетной толщине стенки
– укрепляемого элемента, мм.
Рис.13.3. Расположение смежных штуцеров
Расчетный диаметр укрепляемых элементов Dp определяется по формулам:
– для цилиндрической обечайки и полусферического днища
D ; (13.3)– для конической обечайки, перехода или днища
; (13.4)
–
для эллиптического днища при H 0 25, DDp, (13.5)
гд D внутренний диаметр цилиндрической обечайки или е – выпуклого днища;
Dк внутренний диаметр конической обечайки, перехода
– или днища по центру укрепляемого отверстия
(рисунок 13.4);
H – высота выпуклой части днища без отбортовки; x расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси
– эллиптического днища (рисунок 13.5);
половина угла при вершине конической обечайки.–
Рис.13.4. Размещение штуцера на коническом переходе
Рис.13.5. Размещение штуцера на эллиптическом днище
а – смещенный штуцер; б – штуцер, ось которого расположена по нормали к поверхности днища Расчетный диаметр одиночного отверстия d0 , не требующего дополнительного укрепления при избыточной толщине стенки сосуда, определяется по формуле