Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 12 из 74)

Розрахувати товщину стінки циліндричної обичайки корпуса апарата (рисунок 3.1) із двошарової сталі Ст3сп+12Х18Н10Т. Внутрішній діаметр апарата D =2000 мм, розрахунковий тиск в апараті Р  1,0 МПа, розрахункова температура стінки обичайки t  100 °С.

Коефіцієнт міцності зварних з’єднань прийняти рівним _р  1, добавку для компенсації корозії та ерозії з боку плакувального шару – C₁  1мм.

За таблицями Б.1 і Б.3 додатку Б знаходимо допустимі напружини для матеріалу основного та плакувального шарів:

– для основного шару зі сталі марки Ст3сп _о 149МПа;

– для плакувального шару зі сталі марки 12Х18Н10Т __n 174МПа.

Як перше наближення товщину стінки обичайки визначаємо по допустимій напружині для матеріалу основного шару за формулами

(3.13) і (3.14)

S _{p } P  D _ 1, 0  2000 _ 6,73 _мм.

2 p  P 2 14911,0

З урахуванням добавки для компенсації корозії та ерозії товщина стінки обичайки складає

S  S _p  C₁  6,73  1  7,73 мм.

Приймаємо добавку для компенсації мінусового допуску для листа товщиною 8 мм згідно з таблицею 3.5 рівною 0,8 мм, при цьому виконавча товщина стінки обичайки з урахуванням суми добавок перевищує 8 мм. Добавку для компенсації мінусового допуску для сталевого листа товщиною 10 мм приймаємо рівною С2  0,9 мм.

Сума добавок до розрахункової товщини стінки обичайки складає

С  С1 С2  10,9  1,9 мм.

Виконавча товщина стінки обичайки з урахуванням суми добавок до розрахункової товщини стінки обичайки складає

S  S_p  C  6,73  1,9  8,63 мм. Приймаємо виконавчу товщину обичайки рівною S  10 мм.

Товщина плакувального (корозійностійкого) шару двошарового листа товщиною 10 мм згідно з таблицею 3.5 складає ^S_n  2-3 мм. Так як _о _n, товщину плакувального шару приймаємо мінімальною, тобто ^S_п  2 мм, товщину основного шару – ^S_o  S  ^S_п  10 2  8 мм. До-

бавку для компенсації корозії та ерозії з боку основного шару приймаємо рівною ^C_o  0 , так як основний шар не піддається корозії та ерозії з боку агресивного середовища.

Допустиму напружину визначаємо за формулою (3.8)

__ _о So C_o n Sn C_n ^ _ 1498 01742 1^ _

S_o C_o  S_n C_n  8 0 2 1

 151,7 МПа.

По отриманій допустимій напружині уточнюємо товщину стінки циліндричної обичайки за формулами (3.13) і (3.14):

S _{p } P  D _ 1, 0  2000 _ 6,6 _мм;

2 p  P 2151,7 11,0

S  S _p  C  6,6 1,9  8,5 мм.

Приймаємо виконавчу товщину стінки обичайки рівною S  10 мм, що збігається з попереднім розрахунком.

Для прийнятого значення виконавчої товщини стінки обичайки розраховуємо допустимий тиск за формулою (3.15)

2 p S C 2151,7 1101,9

P   1,22 МПа.

D  S C 2000 101,9

Умова міцності

Р  1,0 Р1,22 МПа

виконується.

Умова застосування розрахункових формул

S C 101,9

  0,004 0,1 D 2000

виконується.

3.2.4 Розрахунок гладких циліндричних обичайок, навантажених зовнішнім тиском

Розрахункові схеми гладких циліндричних обичайок наведені на рисунках 3.2-3.4.

Циліндричні обичайки, які навантажені зовнішнім тиском або працюють під вакуумом, знаходяться в менш сприятливих умовах порівняно з обичайками, навантаженими внутрішнім надлишкової тиском. Зовнішній тиск викликає порушення циліндричної форми обичайки, збільшуючи існуючі початкові відхилення, які є наслідком неточності виготовлення. При цьому в обичайці крім напружин стиснення виникають напружини вигину.

Тонкостінні обичайки під дією зовнішнього тиску при певних умовах можуть втратити стійкість. Явище втрати стійкості форми спостерігається при напружинах менших границі текучості матеріалу обичайки, коли під дією критичного тиску поперечний переріз початково круглої форми починає перетворюватися у хвилеподібну.

Величина критичного тиску залежить від геометричних розмірів і механічних властивостей матеріалу обичайки. Ці фактори необхідно враховувати при розрахунку обичайок, навантажених зовнішнім тиском.

Одношарові циліндричні обичайки

Розрахункову товщину стінки обичайки ^S p , мм, визначають за формулою

S _p  maxK₂ D10^2;

1,1 P^D_^, (3.16)

де	P – розрахунковий зовнішній тиск, МПа;
K2 – коефіцієнт, який визначається за номограмою, що наведена на рисунку 3.7, залежно від коефіцієнтів K1 і K3 . Коефіцієнт K1 визначають за формулою n K1  0,36 E y10 P6 , (3.17)
де	пу – коефіцієнт запасу стійкості;
E – модуль подовжньої пружності матеріалу обичайки при розрахунковій температурі, МПа (таблиця 3.8).

 2 ^ _

Таблиця 3.8 – Модуль подовжньої пружності сталей

Сталі	Модуль подовжньої пружності Е 105 , МПа, при температурі, °С
	20	100	150	200	250	300	350	400	450	500	550	600	650	700
Вуглецеві і низьколеговані	1,99	1,91	1,86	1,81	1,76	1,71	1,64	1,55	1,40	–	–	–	–	–
Теплостійкі і корозійностійкі хромисті	2,15	2,15	2,05	1,98	1,95	1,90	1,84	1,78	1,71	1,63	1,54	1,40	–	–
Жароміцні і жаростійкі аустеніт- ні	2,00	2,00	1,99	1,97	1,94	1,90	1,85	1,80	1,74	1,67	1,60	1,52	1,43	1,32
Примітка – Для проміжних розрахункових температур стінки модуль подовжньої пружності визначають лінійною інтерполяцією двох найближчих значень, наведених у таблиці.

Рисунок 3.7 – Номограма для визначення коефіцієнтів ^K₁, ^K₂ , ^K₃