Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 14 из 74)

  0,008 0,1 D 1000

виконується.

Обичайки, які виготовляються з двошарових сталей

При розрахунку обичайок із двошарових сталей, навантажених зовнішнім тиском, за формулами (3.16), (3.14), (3.20) враховується тільки основний шар. У цьому випадку при визначенні виконавчої товщини стінки як добавка для компенсації корозії та ерозії приймається максимальна товщина плакувального шару.

Приклад 3.7

Розрахувати товщину стінки циліндричної обичайки корпуса колонного апарата з приварними еліптичними днищами (рисунок 3.9) внутрішнім діаметром D=1200 мм, що працює під вакуумом. Залишковий тиск в апараті Р_зал 0,01 МПа, розрахункова температура стінки апарата t  100 °С. Матеріал корпуса апарата – двошарова сталь Ст3сп+12Х18Н10Т. Довжина циліндричної обичайки ^l_ц  10000 мм, висота відбортовки еліптичного днища ^h_l  40 мм.

Рисунок 3.9 – Колонний апарат

При розрахунку на міцність обичайки з двошарової сталі, що навантажена зовнішнім тиском, враховуємо тільки основний шар.

Розрахунковий зовнішній тиск в апараті визначаємо як різницю між атмосферним тиском ^P_а та залишковим тиском в апараті Р_зал Р  P_a  P_зал  0,10,01 0,09МПа.

Коефіцієнт запасу стійкості при розрахунку апарата на стійкість по нижнім критичним напружинам у границях пружності для робочих умов приймаємо рівним ⁿ_y  2,4 .

Згідно з таблицею 3.8 модуль подовжньої пружності матеріалу обичайки при розрахунковій температурі t  100 °С складає E  1,9110⁵ МПа.

Коефіцієнт ^K₁ визначаємо за формулою (3.17)

ny  P 2,40,09

K1  0,36

E 106  0,36 1,91105 106  0,407.

Висоту опуклої частини еліптичного днища визначаємо за формулою

Н  0,25D  0,25 1200  300 мм.

Розрахункову довжину прилеглого елемента ^l₃ опуклого днища визначаємо за формулою (3.18)

l₃  Н / 3  300/ 3  100 мм.

Розрахункову довжину циліндричної обичайки визначаємо за формулою l  l_ц  2 h₁  2 l₃  10000  240  2100  10280 мм.

Коефіцієнт ^K₃ визначаємо за формулою (3.19)

l 10280

K₃    8,57.

D 1200

Згідно з номограмою на рисунку 3.7 визначаємо коефіцієнт К2 0,8. Розрахункову товщину стінки обичайки визначаємо за формулою

(3.16)

Sp  maxK2 D102;

1,1 PD 

 2^ _

 max^_0,8120010^2;

^{1,10,091200}_  max9,6; 0,4 9,6 мм.

 2149 

Як добавку для компенсації корозії та ерозії приймаємо максимальну товщину плакувального шару згідно з таблицею 3.5 С1  3 мм.

Виконавча товщина стінки обичайки з урахуванням добавки для компенсації корозії та ерозії до розрахункової товщини складає

S  S_p  C₁  9,6  3  12,6 мм.

Добавка для компенсації мінусового допуску для листів товщиною 14 мм згідно з таблицею 3.5 складає С2 0,98 мм.

Добавку до розрахункової товщини стінки обичайки визначаємо за формулою

С  С1 С2  3,0 0,98  3,98 мм.

Виконавчу товщину стінки обичайки визначаємо за формулою (3.14) S  S_p  C  9,6  3,98  13,58 мм.

Приймаємо виконавчу товщину стінки обичайки згідно з таблицею

3.5

S  14 мм.

Допустимий зовнішній за умови міцності при 1 визначаємо за формулою (3.21)

РП  2DSSCC  21200149141433,,9898  2,468МПа.

Безрозмірний коефіцієнт ^B₁ визначаємо за формулою (3.23)

B1  min1,0 ; 9,45 D D   _ l 100S  C_

 min^_1,0 ; 9,45_ ^{1200 1200 }_  min1,0; 1,21  1,0.

_ 10280 10014 3,98_

Допустимий зовнішній тиск за умови стійкості в границях пружності визначаємо за формулою (3.22)

20,8 10^6 D E 100S C_^2,5

РЕ  ny  B1 l  D  

 20,8102^,4⁶ 11200102801,9110⁵  100120014 3,98^2,5  0,123_МПа.

_ 

Допустимий зовнішній тиск розраховуємо за формулою (3.20)

P^П  2,468  0,123 МПа.

P

 Р 2

1  РПЕ  1  20,,1234682



Умова міцності

Р  0,09 Р 0,123МПа

виконується.

Умова застосування розрахункових формул

S C 143,98

  0,008 0,1 D 1200

виконується.

3.2.5 Розрахунок гладких циліндричних обичайок, що працюють під спільною дією навантажень кількох видів

У деяких випадках обичайки апаратів працюють під спільною дією внутрішнього надлишкового або зовнішнього тиску, осьового стискального зусилля, згинального моменту та поперечного зусилля (наприклад, колонні апарати). У цьому випадку товщина стінки обичайки попередньо визначається за умов міцності або стійкості від дії відповідного тиску. Перевірку стійкості обичайок, які працюють під спільною дією кількох видів навантажень, виконують для робочих умов та, у випадку необхідності, у відповідності з пунктом 3.1.2 для умов випробувань за формулою 2

P F M  Q 

_P  _F  _M  _ _Q_  1,0 , (3.24)

де P – розрахунковий зовнішній тиск, МПа;

F – осьове стискальне зусилля, Н;

M – згинальний момент, Нмм;

Q – поперечне зусилля, Н;

P – допустимий зовнішній тиск, який визначається за формулою (3.20), МПа;

F – допустиме осьове стискальне зусилля, Н; M– допустимий згинальний момент, Нмм; Q – допустиме поперечне зусилля, Н.

Якщо одна або кілька із зазначених навантажень відсутні, у формулі (3.24) відповідна добавка не враховується.

Допустиме осьове стискальне зусилля F, Н, необхідно розраховувати за формулою

F^П . (3.25)

F

 FП ²

1  FЕ 

Допустиме осьове стискальне зусилля за умови міцності F_П , Н, визначається за формулою

F_П D  S CS C. (3.26)

Допустиме стискальне зусилля в границях пружності за умови стійкості F_E , Н, визначається за формулою

FE  minFE1,F E1; FE2 , якщоякщо ll

DD1010 , (3.27)

де F_E1 – допустиме осьове стискальне зусилля, яке визначається за умови місцевої стійкості в границях пружності, Н;

F_E2 – допустиме осьове стискальне зусилля, яке визначається за умови загальної стійкості в границях пружності, Н.