Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 40 из 74)

Приклад 3.27

Розрахувати товщину плоскої кришки люка (рисунок 3.31) апарата, що працює під внутрішнім надлишковим тиском. Розрахунковий тиск в апараті P=1,1 МПа, розрахункова температура кришки t=165 °С, внутрішній діаметр люка D=400 мм, товщина стінки циліндричної обичайки люка S=8 мм. Матеріал кришки люка – сталь 20К, матеріал болтів – сталь 40. Розміри фланцевого з’єднання на умовний тиск

P_y  1,6 МПа прийняті за стандартами [23, 25, 31]. Середній діаметр прокладки ^D_cn  442мм, діаметр болтової окружності ^D₃  495 мм, найменший діаметр зовнішньої стоншеної частини кришки D₂  390мм. Коефіцієнт міцності зварних швів для суцільної кришки прийняти рівним 1. Розрахункові навантаження, визначені за керівним документом [33], складають:

– реакція прокладки ^F_n 5,207¹⁰⁴ Н;

– болтове навантаження в умовах монтажу ^F_бм  3,04010⁵ Н;

– болтове навантаження в робочих умовах ^F_бp  2,12110⁵ Н.

Добавку для компенсації корозії та ерозії до розрахункової тов-

щини обичайки та кришки прийняти рівною С1  С₁  2 мм.

Ущільнювальна поверхня фланцевого з’єднання – гладка. Фланцеве з’єднання – ізольоване.

Рисунок 3.31 – Люк із плоскою кришкою

Визначаємо допустимі напружини для сталі 20К за таблицею А.1 додатку А:

– при температурі ^t₁ 150 ºС ₁₅₀  139МПа,

– при температурі ^t₂  200 ºС ₂₀₀ 136 МПа.

Допустимі напружини для матеріалу кришки люка при розрахунковій температурі t 165°С визначаємо методом лінійної інтерполяції

 150  200t2 t1 150 t t1

 139

165150 138,1 МПа.

Округляємо результат розрахунку до 0,5 МПа у бік меншого значення

_ 138,0 МПа.

Допустима напружина для сталі 20К при температурі 20 °С ₂₀  147МПа. Розрахункова температура болтів для ізольованого фланця складає 0,97t 0,97165160°С.

Допустиму напружину матеріалу болтів при розрахунковій температурі визначаємо методом лінійної інтерполяції за керівним документом [33]:

– при розрахунковій температурі ^_бр 122 МПа;

– при температурі 20 º^С _бм130МПа.

Розрахунковий діаметр кришки складає

D_p  ^D_cn  442 мм.

Рівнодіючу внутрішнього тиску визначаємо за формулою (3.154) F_Q  0,785Р D_cn²  0,7851,1442²  1,68710⁵ Н.

Коефіцієнт ослаблення для кришки без отворів приймаємо рівним

К0  1. Коефіцієнт  визначаємо за формулою (3.153)

_1 F_п FQ_ _1 5,20710⁴ 1,68710⁵_

 max _F_бм FQ   max  105 1,687105  

3,040  max 1,309; 1,802 1,802.

Коефіцієнт К6 визначаємо за формулою (3.152)

K6 0,41 13D3 Dсп 1 

D3 Dсп

_0,41_ 131,802495 4421^ _0,497.

495 442

Розрахункову товщину кришки визначаємо за формулою (3.151)

P 1,1

S₁p  K_o  K₆  D_p   10,497442 19,6 мм.

 1138

Як суму добавок до розрахункової товщини кришки С приймаємо добавку для компенсації корозії та ерозії С₁

С  С₁  2 мм.

Виконавчу товщину кришки визначаємо за формулою (3.144) S₁  ^S₁p C  19,6  2  21,6 мм.

Виконавчу товщину кришки за стандартом [31] приймаємо рівною ^S₁  26мм.

Добавка для компенсації мінусового допуску для сталевого листа товщиною 26 мм за таблицею 3.4 складає С₂  0,9 мм .

Перевіряємо необхідність урахування добавки для компенсації мінусового допуску кришки люка

С₂ 0,9 0,05S₁ 0,0526 1,3мм.

Добавку не враховуємо, тому що вона складає менше 5 % від товщини листа.

Сума добавок

C  ^C₁  2 мм .

Коефіцієнт Ф розраховуємо за формулою (3.157)

Ф  max Fбр бр; Fбм бм

 max 2,12110⁵ 122; 3,04010⁵ 130 max 1738; 2338 2338.

Коефіцієнт ^K₇ визначаємо за формулою (3.158)

K₇  0,8 D₃ D_сп 1  0,8 495 4421  0,277.

Товщину плоскої кришки в місці ущільнення визначаємо за формулою (3.156)

S₂  maxK₇  Ф; 0,6 Ф D_cпС 

 max0,277 2338; 0,6 2338442 2  max13,4; 3,2 2   13,4  2  15,4 мм.

Товщину кришки в місці ущільнення приймаємо за стандартом

[31] рівною

S₂  23 мм.

Допустимий тиск перевіряємо за формулою (3.160)

2 2

P ^ S¹ C    26 2  13811,64 МПа.

 K_o K₆ D_p _ 10,497442

_

Умова міцності

P  1,1  P 1,64 МПа

виконується.

Умова застосування розрахункових формул

S1  C  26  2  0,054 0,11

D_p 442

виконується.

3.4 Зміцнення отворів

3.4.1 Теоретичні основи зміцнення отворів

Наявність отворів в обичайках, переходах і днищах посудин та апаратів ослаблює їх міцність як за рахунок зменшення площі поперечного перерізу відповідного елемента, так і внаслідок концентрації напружин. Концентрація напружин має явно виражений місцевий характер і поширюється на частину деталі, що знаходиться у безпосередній близькості до отвору.

Збільшення товщини стінки всього елемента для того, щоб максимальні напружини не перевищували допустимих, нераціонально. Ефективніше компенсувати ослаблення, викликане отвором, шляхом зміцнення його краю стовщенням, розташовуючи додатковий матеріал у зоні виникнення максимальних напружин, тобто якнайближче до краю отвору.

Зміцнення отворів у стінках апаратів здійснюється надлишковою товщиною стінки зміцнюваного елемента, штуцера, накладним кільцем та іншими способами.

3.4.2 Типові конструкції зміцнення отворів На рисунку 3.32 показані типові конструкції зміцнення отворів.

Основним видом зміцнення отворів є зміцнення за допомогою “надлишкової” товщини стінки штуцера (рисунки 3.32,а, б). Конструкція, що представлена на рисунку 3.32,б, застосовується у тому випадку, якщо внутрішня частина штуцера заважає монтажу та демонтажу внутрішніх пристроїв.

Зміцнення отвору накладним кільцем (рисунки 3.32,в, г) застосовується, як правило, у тому випадку, якщо зміцнення за рахунок стінки штуцера недостатньо для забезпечення необхідної міцності. Заготівка накладних кілець виконуються найчастіше круглої форми. Зміцнювальні кільця виготовляються переважно суцільними. Допускається виготовляти їх із частин, але не більш ніж з чотирьох. При цьому зварні шви повинні виконуватися з проваром на повну товщину кільця. У кожному зміцнювальному кільці або кожній його частині, якщо зварювання частин здійснюється після установки їх на посудину, повинно бути не менше одного контрольного отвору з наріззю М101,5 для пневматичного випробування герметичності зварних швів надлишковим тиском 0,4-0,6 МПа, але не більше розрахункового тиску посудини. При експлуатації апарата контрольний отвір залишається відкритим для виявлення можливої течі.