Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 24 из 74)
Допустимий згинальний момент визначаємо за формулою (3.31)
М M П 1,34109 1,13109 Н.
1 MMПЕ 2 1 12,,3409101099 2
Перевіряємо стійкість обичайки, яка знаходиться під спільною дією осьового стискального зусилля і згинального моменту в умовах випробувань, за формулою (3.24)
F M 75240 1,65108
0,16 1, 0 . F M 3,6 106 1,13109
Умова стійкості обичайки в умовах випробувань виконується.
Питання для самоперевірки
1 Типові конструкції циліндричних обичайок корпусів апаратів.
2 Визначення розрахункової товщини стінки обичайки, яка навантажена внутрішнім надлишковим тиском.
3 Добавки до розрахункових товщин стінок елементів апаратів.
4 Особливості розрахунку обичайок із двошарових сталей.
5 Визначення розрахункової товщини стінки обичайки, яка навантажена зовнішнім тиском.
6 Особливості розрахунку обичайок, які працюють під дією навантажень кількох видів.
7 Конструкції обичайок з кільцями жорсткості.
8 Особливості розрахунку обичайок з кільцями жорсткості.
3.3 ДНИЩА ТА ПЕРЕХОДИ 3.3 1 Загальні положення
Циліндричні корпуси як горизонтальних, так і вертикальних апаратів з обох боків обмежуються днищами, які разом з обичайками є одними з основних елементів хімічних апаратів.
У хімічному машинобудуванні застосовуються еліптичні, напівсферичні, сферичні невідбортовані, конічні відбортовані, конічні невідбортовані, плоскі відбортовані, плоскі невідбортовані днища, а також плоскі днища, які приєднуються на болтах (кришки).
У посудинах, що працюють під тиском, найчастіше застосовуються опуклі (еліптичні та напівсферичні днища) (рисунок 3.12).
а ба – еліптичне днище; б – напівсферичне днище Рисунок 3.12 – Конструкції опуклих днищ
Основні параметри еліптичних днищ з внутрішніми базовими роз-
мірами та висотою опуклої частини, яка дорівнює 0,25 D (де D – внутрішній діаметр днища), відповідно до стандарту [9] наведені у додатку Б (рисунок Б1, таблиця Б1).
Напівсферичні днища (рисунок 3.12,б) не стандартизовані.
З’єднання напівсферичного днища з циліндричною обичайкою (рисунок 3.13) допускається застосовувати в посудинах з товщиною обичайки не менше S 40мм, при цьому довжина l перехідної частини обичайки повинна бути не менше 3 y (де y – відстань від зовнішнього краю днища до зовнішнього краю обичайки).
Сферичні невідбортовані днища допускається застосовувати в посудинах 5-й групи, за винятком працюючих під вакуумом.
Рисунок 3.13 – З’єднання напівсферичного днища з обичайкою
а ба – сферичне невідбортоване днище; б – фланцева кришка
Рисунок 3.14 – Конструкції сферичних невідбортованих днищ та кришок
Конструкції сферичних невідбортованих днищ і кришок наведені на рисунку 3.14.
Сферичні невідбортовані днища в посудинах 1-4-ї груп, які працюють під вакуумом, допускається застосовувати тільки як елемент фланцевих кришок.
Основні параметри сферичних невідбортованих днищ наведені в таблиці Б2 додатку Б. Ці днища повинні приварюватися зварним швом із повним проваренням.
Днища конічні відбортовані з кутами при вершині 260 і 90 , призначені для апаратів, що працюють під тиском, виготовляються із зовнішніми та внутрішніми базовими розмірами за стандартом [11].
Конструкція конічного відбортованого днища з внутрішніми базовими розмірами наведена на рисунку 3.15.
Рисунок 3.15 – Днище конічне відбортоване
Конічні невідбортовані днища з кутом при вершині 2140 ° застосовуються в горизонтальних посудинах та апаратах, що працюють без тиску (під налив), та посудах 5-ї групи, що працюють під тиском не більше 0,07 МПа, і виготовляються відповідно до стандарту [13].
Конічні невідбортовані днища та переходи допускається застосовувати:
– для посудин 1-4-ї груп, якщо центральний кут при вершині кону-
са не перевищує величини 45;
– для посудин, що працюють під зовнішнім тиском або вакуумом, якщо центральний кут при вершині конуса не перевищує 60 .
Плоскі днища, які застосовуються в посудинах 1-4-ї груп, виготовляються з поковок. Основні конструктивні елементи кованих днищ наведені в таблиці 3.12.
Плоскі відбортовані днища відповідно до рисунка 3.16 виготовляються штампуванням з листової сталі за стандартом [14] і призначаються для роботи під налив. Допускається застосовувати ці днища для посудин, що працюють під відносно невеликим тиском.
Рисунок 3.16 – Днище плоске відбортоване
Конструкції плоских невідбортованих днищ, що виготовляються за стандартом [15], наведені на рисунку 3.17. Допускається застосовувати плоскі невідбортовані днища з внутрішнім діаметром не більш 500 мм у посудинах 1, 2 і 3 груп і без обмеження по діаметру для посудин 4 і 5 груп, при цьому приварку днища до обичайки необхідно виконувати з повним проваренням (рисунок 3.17,а).
а б
а – для роботи під тиском і під налив; б – для роботи лише під налив
Рисунок 3.17 – Днища плоскі невідбортовані
Плоскі кришки, що приєднуються на болтах або шпильках, допускається застосовувати для посудин усіх груп (рисунок 3.18).
На рисунку 3.18,б показана плоска кришка з пазом (наприклад, під подовжню перегородку у розподільній камері кожухотрубчастого теплообмінного апарата).
а ба – без паза; б – з пазом
Рисунок 3.18 – Плоска кришка, яка приєднується на болтах (шпильках)
3.3.2 Еліптичні та напівсферичні днища
Умови застосування розрахункових формул
Розрахункові формули для еліптичних днищ застосовуються при виконанні умов:
0,002 S1 C 0,1 ;
0,2
0,5 ,де S1 – виконавча товщина стінки днища, мм; H – висота опуклої частини днища, мм.
Еліптичні та напівсферичні днища, навантажені внутрішнім надлишковим тиском
Розрахункову товщину стінки днища відповідно до рисунка 3.12 S1P , мм, визначають за формулою
S1p
P R , (3.58)20,5P
де P – розрахунковий внутрішній надлишковий тиск, МПа;
R – радіус кривизни у вершині днища по його внутрішній поверхні, мм;
– коефіцієнт міцності зварних швів;
– допустима напружина матеріалу днища при розрахунковій температурі, МПа.
Радіус кривизни у вершині опуклого днища визначають за формулою
D2
R
. (3.59)4H
Для стандартних еліптичних днищ із H 0,25D R D, для напівсферичних днищ із H 0,5D R 0,5D .
Для днищ, які виготовляються з однієї заготовки, коефіцієнт міцності зварних швів складає φ = 1, для днищ, які виготовляються з кількох заготовок, коефіцієнт φ визначається за таблицями 3.2 і 3.3.
Виконавчу товщину стінки днища S1 , мм, розраховують за формулою
S1 S1p C . (3.60)
Розміри еліптичних днищ приймають за таблицею В1 додатку В, а виконавчу товщину стінки напівсферичних днищ округляють до найближчого більшого значення стандартної товщини листового прокату.
Якщо довжина циліндричної відбортованої частини еліптичного днища h1 0,8 DS1 C , товщину його стінки необхідно приймати не менше товщини стінки обичайки розрахованої при φ = 1.Допустимий внутрішній надлишковий тиск розраховують за формулою
P 2S1 C. (3.61)R 0,5S1 C
При цьому повинна виконуватися умова P P.
Приклад 3.12
Розрахувати товщину стінки еліптичного днища (рисунок 3.12,а), що працює під внутрішнім надлишковим тиском. Матеріал днища – сталь марки Ст3сп5. Внутрішній діаметр апарата D=1000 мм, розрахунковий тиск в апараті P=1,0 МПа, розрахункова температура стінки днища t=165 °С. Коефіцієнт міцності зварних з’єднань прийняти рівним 0,9 , добавку для компенсації корозії та ерозії – C1=2 мм.