lucko_a_n_telepnev_m_d_marculevich_n_a_i_dr_prikladnaya_meha

Таблица 7 – Определение расчетной длины ℓц

Конструкция корпуса

Обозначение

Расчетная длина ℓц, м

корпуса

1) Цельносварной

без рубашки:

- эллиптическое днище

10 (см. рис. В.3)

ℓц = Н1 + 2a1 + 2a2

- коническое днище

30 (см. рис. В.7)

ℓц = Н1 + a1 + a2 + b1+ b2

2) Цельносварной

с рубашкой:

- эллиптическое днище

11 (см. рис. В.4)

ℓц = Н1 – В1 + a1 + a2

- коническое днище

31 (см. рис. В.8)

ℓц = Н1 – В1 + b1+ b2

3) С отъемной крышкой

без рубашки:

- эллиптическое днище

00 (см. рис. В.1)

ℓц = Н1 – В + a1 + a2

- коническое днище

20 (см. рис. В.5)

ℓц = Н1– В + b1+ b2

4) С отъемной крышкой

с рубашкой:

- эллиптическое днище

01 (см. рис. В.2)

ℓц = Н1 – В2 – В3 + a1 + a2

- коническое днище

21 (см. рис. В.6)

ℓц = Н1 – В2 – В3 + b1+ b2

а) Расчетная толщина стенки цилиндрической

обечайки из

условия устойчивости, м:

p

n

0,4

рн

у

ц

s

D

,

(20)

цр 2

2,08 ED

где D – внутренний диаметр обечайки, м;

pрн – расчетное наружное давление (см. табл. 2), Па; nу = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости;

ℓц – расчетная длина цилиндрической обечайки (табл. 7), м;

E – модуль продольной упругости материала оболочки при расчетной температуре (табл. Б.4), Па. Для двухслойных сталей модуль упругости определяется по основному слою.

б) Расчетная толщина стенки эллиптической оболочки из условия устойчивости, м:

	s		KD		pрн nу		,	(21)
		эр2			0,26E
			41

где D – внутренний диаметр обечайки, м;

K 0,9 – коэффициент приведения радиуса кривизны эллипса;

pрн – расчетное наружное давление, действующее на днище или крышку (см. табл. 2), Па;

nу = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости;

E – модуль продольной упругости материала оболочки при расчетной температуре (табл. Б.4), Па. Для двухслойных сталей модуль упругости определяется по основному слою.

в) Расчетная толщина стенки конической оболочки из условия устойчивости, м:

						pрнnу к			0,4
sкр2	Dрк									,	(22)
						2,08EDрк
	Dpк					D Dо		,			(22а)
					2 cos( )
				D - Dо			,				(22б)
		к
				2 sin(α)

где D – внутренний диаметр обечайки, м;

Dрк – расчетный диаметр конической оболочки, м;

Do – диаметр отверстия в днище под штуцер для слива, м, (табл. 8);

pрн – расчетное наружное давление для днища, Па, (см. табл. 2); nу = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости;

E – модуль продольной упругости материала оболочки при расчет-

ной температуре, Па, (табл. Б.4). Для двухслойных сталей модуль упру-
гости определяется по основному слою;
ℓк – расчетная длина конической обечайки, м;
= 45 – половина угла при вершине конуса.
Таблица 8 – Наружные диаметры патрубков для сливных штуцеров
D, мм 1000 1200	1400 1600 1800 2000	2200 2400	2600 2800 3000 3200
Dо, мм 76	108	159	219

Полученные по формулам (20–22) значения толщины стенок подлежат сравнению с данными расчетов на прочность по формулам (16–18) и последующему уточнению (см. раздел 3.1.4) с учетом прибавки для компенсации коррозии и прибавки для округления до стандартной толщины листа, из которого будет изготовлен элемент оболочки аппарата.

42

3.1.4 Определение исполнительной толщины стенок оболочек

Определение толщины стенок оболочек аппарата из условий прочности и устойчивости (разделы 3.1.2 и 3.1.3) было предварительным. Для каждой оболочки из двух вычисленных значений толщины выбирают большее расчетное значение:

sцр= max {sцр1; sцр2},	(23а)
sэр= max {sэр1; sэр2},	(23б)
sкр= max {sкр1; sкр2}.	(23в)

Окончательно исполнительную толщину стенки подбирают из ряда значений стандартной толщины листов. Для этого к максимальной расчетной толщине листа (sцр, sэр, sкр) добавляют прибавку с для компенсации коррозии (см. раздел 3.1.1) и с1 прибавку для округления тол-

щины листа до стандартного значения (табл. 9). Прибавку с1 в каждом уравнении (24а, 24б, 24в) подбирают так, чтобы толщина (sц, sэ, sк) стенки оболочки совпала со стандартной толщиной листа, при этом с1 должна быть не менее минусового допуска u на толщину листа (табл. 9), т.е.

с1 u.

Таблица 9 – Размеры стальных листов

1) Сталь толстолистовая ГОСТ 19903-74

Толщина	Минусовой
листа	допуск
s, мм	u, мм
4	0,4
5*	0,5
6	0,6
8, 10, 12	0,8
14, 16, 18	0,8
20, 22, 25	0,8
28, 30	0,9
32, 34	1,2

*Не рекомендуется применять для конических днищ

		2) Сталь двухслойная
		ГОСТ 10885-85
	Толщина	Толщина защитного			Минусо-
			слоя**
	листа				вой
		нормаль-		повышен-
	(общая)				допуск
		ная		ная
	s, мм		, мм		u, мм
	4	0,7		1,1	0,4
	5*	0,8		1,2	0,5
	6	1,0		1,6	0,6
	8	2,0		3,0	0,8
	10	2,0		3,0	0,9
	12, 14	2,0		3,0	1,1
	16	2,5		3,5	1,2
	18	2,5		3,5	1,3
	20	2,5		3,5	1,4
	22	3,0		4,0	1,4
	25	3,0		4,0	1,5

**Защитный слой из стали марок: 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 06ХН28МДТ. Толщина защитного слоя , входящая в общую толщину листа, должна быть больше, чем односторонняя прибавка на коррозию с.

43

Для стандартных крышек и днищ исполнительная толщина уточняется по таблицам В.9. и В.10 в зависимости от диаметра корпуса.

Выражения для определения исполнительной толщины стенок оболочек корпуса имеют следующий вид:

а) для цилиндрической оболочки:

sц sцр с с1 ,	(24а)
б) для эллиптической оболочки (крышки, днища):
sэ sэр с с1 ,	(24б)
в) для конической оболочки (днище)
sк sкр с с1 ,	(24в)

Поскольку в последующих расчетах неоднократно будут использоваться значения расчетной и исполнительной толщины стенок оболочек аппарата, их целесообразно свести в таблицу 10. Следует иметь ввиду, что исполнительная толщина стенки (в миллиметрах) – всегда целое число.

Таблица 10 – Параметры толщины стенок оболочек

	Расчетная толщина
Оболочка	стенки, мм			Прибавка	Минусо-	Исполнитель-
				на корро-	вой до-	ная толщина
аппарата	Из условия	Из условия
				зию, мм	пуск, мм	стенки, мм
	прочности	устойчивости
		Корпус
Цилиндрическая
оболочка
Крышка
Днище
		Рубашка*
Цилиндрическая		–
часть
Днище		–

* Исполнительная толщина стенок стандартной теплообменной рубашки, изготовленной из углеродистой стали, не рассчитывается и определяется по таблицам В.2, В.4, В.6, В.8.

44

3.1.5 Определение допускаемых давлений

Важными техническими характеристиками аппарата являются мак-

симально допускаемые внутреннее и наружное давления, которые определяют возможные технологические резервы. Под резервом понимают превышение допускаемого значения параметра над расчетным.

За счет прибавок с1 при округлении расчетных значений толщины стенок оболочек до стандартной толщины листа (см. формулы 24) увеличивается несущая способность оболочки и соответственно допускаемые давления. Если допускаемые давления больше или равны расчетным (ррв, ррн), то условия прочности и устойчивости выполнены.

Допускаемые внутренние давления рассчитываются для каждого элемента корпуса, в том числе для фланцев корпуса, люка и штуцеров, а для уплотнения определяется максимально избыточное давление. Из полученных значений выделяется наименьшее, которое принимается в качестве

максимально допускаемого внутреннего давления для всего аппарата, т.е. наиболее слабый элемент определяет работоспособность (несущую способность) всего аппарата.

Аналогично определяют допускаемое внутреннее давление для ру-

башки.

Для получения равнопрочного (по давлению) аппарата можно оптимизировать конструкцию, подобрав типовые элементы (фланцы, штуцеры и пр.) с условным давлением близким к минимально допустимому для оболочек.

В качестве допускаемого наружного давления в корпусе аппарата

принимается наименьшее значение допускаемого наружного давления для элементов корпуса под рубашкой и без нее, а также максимального давления разрежения для уплотнения вала мешалки.

Результаты расчетов допускаемых давлений предварительно заносят в таблицы 11 и 12. Принятые общие для всех элементов аппарата значения допускаемых давлений включают в техническую характеристику аппарата (чертеж общего вида).

Расчет допускаемых внутренних давлений:

а) Для цилиндрической обечайки:

	pд.в	2 [ ](s	ц	с u)	рр.в .	(25)
		D sц

Значения параметров, входящих в формулу (25), даны в пояснениях к формуле (16);

sц – исполнительная толщина;

u – минусовой допуск на стандартную толщину листа (табл. 9);

с – прибавка к расчетной толщине обечайки для компенсации коррозии, м.

45

б) Для эллиптической крышки (днища):

pд.в	2 [ ](s	э	с u)		рр.в .	(26)
	D 0,5s
				э

Значения параметров, входящих в формулу (26), даны в пояснениях к формуле (17);

sэ – исполнительная толщина;

u – минусовой допуск на стандартную толщину листа (табл. 9);

с – прибавка к расчетной толщине крышки (днища) для компенсации коррозии, м.

в) Для конической обечайки:

	pд.в	2 [ ](sк с u) cos( )			рр.в .	(27)
		Dк	sк	cos( )

Значения параметров, входящих в формулу (27), даны в пояснениях к формуле (18);

sк – исполнительная толщина;

u – минусовой допуск на стандартную толщину листа (табл. 9);

с – прибавка к расчетной толщине конической обечайки для компенсации коррозии, м.

г) Для стандартных изделий (фланец корпуса, люк, штуцеры, рубашка и др.), выбранные по условному давлению из справочных таблиц соответствующих приложений:

р	д.в =	р σ*/σ*		≥ р	р.в.	(28)
		у	20
д) Для уплотнения вала мешалки:
			рmax ≥ ри,			(28а)

где рmax – максимальное избыточное давление, которое может обеспечить уплотнение в корпусе аппарата (Приложение Ж).

Таблица 11 – Допускаемые внутренние давления в аппарате, МПа

Элементы	Фланец,	Уплотнение		Крышка	Обечайка	Днище	Общее
аппарата	штуцеры,	pmax					для
	люк						аппарата
Корпус
Рубашка
			46

Расчет допускаемых наружных давлений:

а) Для цилиндрической обечайки:

2,08ЕD s

ц

с u

2,5

pд.н

рр.н .

(29)

n у ц

D

Значения параметров, входящих в формулу (29), даны в поясне-

ниях к формулам (20 и 25).

б) Для эллиптической оболочки:

0,26Е s

э

с u

2

рр.н .

pд.н

(30)

n у

DK

Значения параметров, входящих в формулу (30), даны в поясне-

ниях к формулам (21 и 26).

в) Для конической обечайки:

2,08ЕDрк s

к

с u

2,5

pд.н

рр.н .

(31)

n у к

Dрк

Значения параметров, входящих в формулу (31), даны в пояснениях к формулам (22 и 27).

г) Для уплотнения вала мешалки:

рmax = ра – роу,

(32)

где рmax – максимальное давление разрежения (вакуум), которое может обеспечить уплотнение в корпусе аппарата;

ра, роу – соответственно атмосферное и минимальное остаточное давление для выбранного типа уплотнения (Приложение Ж).

Таблица 12 – Допускаемые наружные давления, МПа

				Уплотнение	Общее
Элементы корпуса	Крышка	Обечайка	Днище		для
				pmax	аппарата
не находящиеся
под рубашкой
находящиеся
под рубашкой
	47

3.1.6 Расчет укрепления отверстий

Отверстия в оболочках аппарата, предназначенные для размещения штуцеров различного назначения и люка, снижают несущую способность корпуса и вызывают концентрацию напряжений вблизи края отверстия. Концентрация напряжений носит локальный характер: напряжения быстро уменьшаются по мере удаления от края отверстия.

На основании ГОСТ Р 52857.3-2007 расчет укрепления отверстий в оболочках корпуса проводится по геометрическому критерию. Для обеспечения прочности оболочки вблизи отверстия площадь продольного сечения выреза в виде прямоугольника А (рис. 6) должна быть компенсирована суммой площадей Ао, А1, А3, образованных дополнительными толщинами основной оболочки (во-первых) и стенкой штуцера (во-вторых) (рис. 6, а). Дополнительная толщина появляется из-за того, что исполнительная толщина стенки оболочки или штуцера обычно больше расчетной за счет прибавки с1. Если дополнительной толщины оболочки 3 (рис 6, б) и штуцера 1 недостаточно, приваривают накладное кольцо 2 вокруг отверстия, добавляя дополнительную пло-

щадь А2.

Наибольшим отверстием в оболочке корпуса является люк, расположенный на крышке аппарата – он подлежит первоочередной проверке (остальные отверстия в оболочках проверяются по указанию преподавателя). При использовании для оболочек корпуса и привариваемых к нему штуцеров одного материала расчет укрепления отверстий выполняется следующим образом:

а) С учетом расчетной ширины зоны укрепления ℓр (мм) определяется наибольший диаметр условного отверстия dо (мм) в оболочке, не требующий дополнительного укрепления (без учета укрепляющего действия штуцера):

						;
p			Dp s - с - u				(33)
do 2	s - с -u
					0,8 p ,		(34)
			sp

где Dр – расчетный внутренний диаметр оболочки (табл. 13), мм;

s, sp – исполнительная и расчетная (из условия прочности) толщина

стенки оболочки; с – односторонняя прибавка для компенсации коррозии;

u – минусовой допуск на толщину s листа, мм; (табл. 9).

Условие укрепления отверстия за счет дополнительной стенки оболочки выполняется, если расчетный диаметр укрепляемого отверстия dшр (мм) меньше диаметра do:

48

					Патрубок штуцера или
r = L		sш.р			обечайка люка
D		с			dш
		А1
	s	А0		1p	dор = 0,4 p
sp1
		p		3p	А
c
	Dp	А3	c	c
			sш
Корпус
	а)
		1
	s2	2			2
s
	Dp	3
			sш		dш
	б)

а) расчетная схема; б) укрепление отверстия накладным кольцом

Рисунок 6 – Схема к расчету укрепления отверстий

49

Таблица 13 – Расчетный внутренний диаметр оболочки Dp, мм

	Расстояние от оси
Оболочка	оболочки до центра									Формула
	отверстия
Цилиндрическая		–								Dp = D
Эллиптическая		r*							Dp	= 2D(1 – 3(r / D)2)0,5
Коническая		r*								Dp = 2r / cos( )
* Расстояние от оси оболочки до центра отверстия (рис. В.1 – В.9)
для люка и штуцеров, ось которых совпадает с нормалью к по-
верхности оболочки в центре отверстия,
	dшр = dш + 2с ≤ do ,									(35а)
для штуцеров, смещенных от оси эллиптической оболочки,
	dшр	dш 2c						do ,		(35б)
		1- (		2r	)	2
				Dр

где dш – внутренний диаметр штуцера (рис. В.10) или люка (рис. В.13 –

В.15), мм.

б) При невыполнении условия (35) проводят проверку укрепления отверстия с учѐтом укрепляющего действия стенок штуцера и оболочки. Данную проверку начинают с определения ряда геометрических параметров.

Площадь продольного сечения выреза (рис. 6, а), подлежащая компенсации, мм2:

А 0,5 (dшр - dор ) sp1 ,

(36)

где sp1 – расчетная толщина стенки оболочки из условия прочности (табл. 10), мм,

dор = 0,4ℓр – расчетный диаметр отверстия оболочки, не требующий дополнительного укрепления, мм.

Площадь продольного сечения оболочки, участвующая в укреплении, мм2:

50