Корпус аппарата.

Базовым элементом аппарата, обеспечивающий его прочность, является корпус. Как правило, корпус представляет собой неразъемный сварной узел, который имеет фланец для соединения с крышкой. Основной объем корпуса выполнен как цилиндрическая обечайка, свариваемая из листа. Нижний меридиональный шов позволяет укрепить днище аппарата с корпусом (Рис. XIV. 2).

Рис. XIV. 2

Расчет корпуса аппарата выполняется на прочность и устойчивость. Расчет на прочность заключается в определении толщины стенки обечайки корпуса при воздействии на него внутреннего давления р. В теории оболочек рассматриваются оболочки толстостенные и тонкостенные. В металле толстостенной оболочки при действии внутреннего давлениярработают напряжениямеридиональныеσ_т,касательныеσ_τ ирадиональныеσ_r(Рис.XIV. 3).

Рис. XIV. 3

Расчет на прочность в этом случае представляет собой громоздкий математический аппарат с дифференциальными уравнениями второго порядка. Однако в случае тонкостенных оболочек, как показывает практика, действуют только меридиональныеσ_ти касательныеσ_τ напряжения (Рис.XIV. 4).

Рис. XIV. 4

Прочностью тонкостенных оболочек занимался Лаплас. Теория Лапласа показывает связь формы и габаритов оболочки с давлением. Радиальная толщина S_rобечайки аппарата, подверженная действию внутреннего давленияр, рассчитывается по формуле:

,

где ρ_m– радиус кривизны меридионального сечения;

ρ_t– радиус кривизны поперечного сечения.

В нашем случае ρ_mстремится к бесконечности:

,

тогда:

.

Величина меридионального напряжения σ_топределяется методом сечения (Рис.XIV. 5).

Рис. XIV. 5

Суммарное усилие Рот давленияр, которое стремится оторвать крышку аппарата от обечайки, определяется:

,

тогда:

.

Сопоставление σ_tиσ_mпоказывает, что:

,

т.е. наиболее опасным напряжением является напряжение в продольном сварном шве, и все обечайки под действием внутреннего давления разрушаются именно по продольному шву.

При заданном внутреннем диаметре Dкорпуса аппарата:

,

где D_н– наружный диаметр корпуса аппарата,

толщина S_rстенки обечайки аппарата:

,

где φ– коэффициент сварного шва, показывающий, на сколько прочность сварного шва меньше прочности основного материала.

Коэффициент сварного шва φзависит от конфигурации шва, а также режима сварки и, как правило, принимает значения:

.

Остальные элементы корпуса аппарата рассчитываются исходя из подобных соображений. Толщина S_Erэллиптического днища корпуса:

. (XIV. 1)

Множитель 0,5в произведении с величиной давлениярпоказывает, что эллиптическое днище является наиболее рациональной формой с точки зрения металлоемкости.

Исполнительная толщина S_испстенки обечайки учитывает прибавкуС₁для компенсации коррозии и эрозии, прибавкуС₂, обеспечивающую компенсацию минусового допуска в условиях проката и технологическую прибавкуС₃:

.

Расчетная толщина S_rне зависит от длины (высоты) обечайки, если в качестве давления, действующего на нее, рассматривать только внутреннее давление. Наружное давлениер_нне разрушает корпус аппарата, но способно привести к потери устойчивости обечайки (Рис.XIV. 6).

Рис. XIV. 6

Вид деформации в этом случае зависит от габаритов обечайки корпуса. Расчет корпуса на устойчивость проводится с использованием полуэмпирической формулы:

,

где l_р– расчетная длина обечайки корпуса аппарата,

Е– модуль упругости материала обечайки.

Днища и крышки аппаратов часто представляют собой штамповочные изделия. Эллиптическиеднища применяются в аппаратах, обрабатывающих невязкие жидкости и материалы, в случае вязкой среды используютсяконическиеднища. Конфигурация днища определяется выпуском (сливом) продукта (из эллиптического днища трудно слить вязкую смесь).