11.1.3. Требования к конструированию

Для стальных цилиндрических аппаратов, корпусы (обечайки) которых выполняются из листового проката, за базовый принимается внутренний диаметр, выбираемый из ряда, определяемого стандартом (ГОСТ 9617-76).

Для стальных аппаратов, корпусы которых выполняются из готовых труб, за базовый принимается наружный диаметр, выбираемый из ряда, определяемого стандартом (ГОСТ 9617-76).

Конструкция аппарата должна предусматривать возможность внутреннего осмотра, очистки, промывки и продувки. Внутренние устройства, препятствующие осмотру, должны быть съемными. Рубашки допускается выполнять приварными. Аппараты должны иметь люки-лазы для внутреннего осмотра, расположенные в удобных для обслуживания местах. При наличии у аппарата съемных крышек или днищ и фланцевых штуцеров, обеспечивающих возможность внутреннего осмотра, лазы и люки в аппаратах не обязательны. Кожухотрубчатые теплообменники (за исключением испарителей с паровым пространством), а также аппараты с рубашкой для криогенных жидкостей допускается выполнять без лазов.

Для возможности проведения гидроиспытаний аппарат должен иметь штуцера для наполнения и слива воды, а также для поступления и удаления воздуха (можно использовать технологические). На вертикальных аппаратах эти штуцера должны быть расположены с учетом возможности гидроиспытаний в горизонтальном положении.

Для подъема и установки аппарата на нем требуется предусмотреть строповые устройства. Допускается для этих целей использовать имеющиеся на аппарате элементы (горловины, штуцера, уступы и др.), если прочность их при этом не вызывает сомнений, что должно быть проверено расчетом.

11.1.4. Расчет цилиндрических обечаек

Расчет цилиндрических обечаек проводится по ГОСТ 14249-80.

Гладкие цилиндрические обечайки. Формулы для расчета применимы при условии (s-c)/D£0,1; для обечаек и труб – при D³200 мм; (s-c)/D£0,3 – для труб при D<200 мм.

На обечайки могут действовать нагрузки от внутреннего или наружного давления и сосредоточенные силы (боковые, осевые).

Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением. Исполнительная толщина стенки s определяется по формулам:

sR =	pR D		; sR =	pR Dí	;
	2[s ]f -			2[s ]j + pR
		pR

s ³ sR + c ,

где D, Dн – внутренний и наружный диаметр обечайки, м; pR – расчетное избыточное давление, МПа;

250

j – коэффициент прочности сварного шва;

[s] – допускаемое напряжение, МПа;

sR – расчетная толщина стенки обечайки, мм;

s – исполнительная толщина стенки обечайки, мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление (при поверочном расчете) определяется формулой

[ p] = 2[σ ]ϕ (s − c) .

Dâ + (s - c)

Производить расчет на прочность для условий испытания не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное дав-

ление в рабочих условиях, умноженное на величину	1,35	[σ ]20	.
		[s ]

Расчет цилиндрических обечаек, нагруженных наружным давлени-

ем.

Толщина стенки выбирается максимальной из двух значений, полученных по приближенным формулам:

	sR =	K2 D	;	sR = 1,1	pR D	;
		100			2[s ]
		s ³		sR + c.

Коэффициент K2 =f(K1,K3) определяется по рисунку 11.1. При этом

K =	nó pR	; K	2	= 100(s - c)	; K	3	=	lR	,
1	2,4 Ч10− 6 E			D				D

где lR – расчетная длина обечайки.

Полученное расчетное значение толщины обечайки должно быть проверено по допускаемому наружному давлению. Допускаемое наружное давление определяется по формуле

[ p] =			[ p]p					,
			æ	[ p]p ö 2
1 +			ç			÷
			ç	÷
			è	[ p]E ø

где допускаемое давление из условия прочности

[ p]p =	2[σ ](s −	c)	,
	D + (s -	c)

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

	18Ч10− 6 E		D й100(s - c)щ− 2
[ p]E =		Ч			100(s - c)	,
	nóB1		к	ъ	D
			lR л	D ы

251

Рис. 11.1. Номограмма для определения толщины цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением

252

			1,0;
		м
где	B1 =	п
				D		D
		min н	8,15					.
		п
				lR		100(s	− c)
		о

Расчетную длину обечайки lR принимают в зависимости от ее конфигурации, но в первом приближении можно принять ее равной длине цилиндрической обечайки, которая подвержена действию наружного давления.

Рис.11.2. Схема пользования номограммой на рис. 11.1:

I − определение расчетной толщины стен-

ки;

II− определение допускаемого наружного

давления;

III − определение допускаемой расчетной

длины

Если на рисунке 11.1. коэффициент К1 будет лежать ниже соответствующей пунктирной линии, то значение [p] определяют по формуле

[p] = 2,4К1·10−6E/nу .

В случае работы обечаек под действием осевой растягивающей, осевой сжимающей силы, изгибающего момента или комплекса этих нагрузок расчет следует производить согласно ГОСТ 14249−80.

11.1.5. Расчет крышек и днищ

Цилиндрические цельносварные корпуса горизонтальных и вертикальных аппаратов ограничиваются с обеих сторон днищами (крышками). Основные типы применяемых днищ и крышек приведены на рис.11.3.

Наиболее распространенной в сварных аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору, является эллиптическая форма днищ с отбортовкой на цилиндр.

Полушаровые днища целесообразно применять в крупногабаритных аппаратах, подведомственных Госгортехнадзору, имеющих диаметр более 4 м.

Сферические неотбортованные днища применяют, главным образом, в аппаратах, работающих под наливом, а также в виде составных частей отъемных крышек в аппаратах, работающих под давлением до 1,6 МПа.

253

Конические днища применяют в основном снизу в вертикальных аппаратах, из которых требуется удалять жидкий или сыпучий продукт.

Расчет днищ и крышек на прочность выполняется по ГОСТ 14249-80.

Днища выпуклые эллиптические и полушаровые отбортованные.

Расчетные формулы применимы при условиях:

0,02 Ј	(sä − ñ)	Ј 0,1;	0,2 Ј	Hä	Ј 0,5.
	D
				D

Расчет днищ, нагруженных внутренним избыточным давлением. Толщина стенки днища определяется по формулам

	sR =	pR R		;	sд = sR + c.
		2j [s ] -	0,5 pR

Допускаемое внутреннее избыточное давление следует рассчитывать по формуле

[ p] =	2(sä − c)φ [σ ]
		.
	R + 0,5((s - c)
	ä

Радиус кривизны в вершине днища равен

R = D2 , 4Hä

причем R = D для эллиптических днищ с Hд = 0,25D и R = 0,5D для сферических днищ с Hд = 0,5D.

Для днищ, нагруженных наружным давлением, расчетная толщина стенки приближенно определяется как максимальная из двух:

	K	R	nó pR				p	R	R
sR =	ý			;		sR =				;
			10− 6 E				2[s ]
	510

sä = sR + c,

где Кэ – коэффициент приведения радиуса кривизны днища. Для предварительного расчета он принимается равным 0,9 для эллиптических днищ и 1,0 – для полушаровых.

Полученная толщина стенки проверяется по допускаемому наружному давлению

[ p] =			[ p]p					,
			æ	[ p]p ö 2
1 +			ç			÷
			ç	÷
			è	[ p]E ø

где допускаемое давление из условия прочности

	[ p]p =	2[σ ](sä −		c)	,
		R + (sä	-	c)

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

254