Рис. 11.5. К выбору фланцев

sD = 0,001 + 0,001= 0,002.

Толщина днища должна быть не менее толщины стенки аппарата, рассчитанного на внутреннее избыточное давление, поэтому примем толщину днища 4 мм.

Подберем по стандарту фланцы к патрубкам в соответствии с конструкцией, показанной на рисунке 11.5. Основные размеры фланцев сведем в табл. 11.4. В этой таблице Z – число болтов; d – диаметр болтового отверстия. Диаметр болта принимается на 2

мм меньше диаметра отверстия.

Таблица 11.4. Основные размеры подобранных фланцев к патрубкам

Патрубок	D0	DБ	D1	D2	h	h0	d	Z
1 и 2	215	180	158	110	19	3	18	8
3	215	180	158	110	23	3	18	8
4	160	125	102	59	19	3	18	4

11.2.РАСЧЕТ ТОЛСТОСТЕННЫХ АППАРАТОВ

Взависимости от назначения, условий и технологических особенностей изготовления используют различные конструкции толстостенных аппаратов – сосудов высокого давления (СВД).

Кованые СВД имеют монолитный корпус, изготовленный из одной поковки. Это определяет их небольшие размеры (диаметр 600…800 мм, длина – до 6 м). Их применяют чаще всего при повышенных давлениях (более 32 МПа), высоких температурах и в малотоннажных и опытных производствах.

Кованосварные СВД имеют корпус из нескольких механически обра-

ботанных кованых частей, соединенных между собой кольцевыми сварными швами. Максимальные размеры определяются технологическими возможностями завода-изготовителя.

Штампосварные и вальцованосварные СВД – сосуды, корпус которых выполнен из нескольких штампованных или вальцованных обечаек (или полуобечаек), соединенных продольными и кольцевыми сварными швами.

Многослойные СВД с концентрически расположенными слоями выполняют из нескольких обечаек, состоящих из относительно большого числа слоев. Обечайки сварены между собой и с концевыми элементами корпуса кольцевыми швами.

258

Рулонированный СВД имеет корпус из одной или нескольких многослойных рулонированных обечаек, сваренных между собой и концевыми элементами корпуса кольцевыми сварными швами.

Спирально-рулонный СВД – это сосуд, цилиндрическая часть корпуса которого получена навивкой на остов одной или нескольких полос по спирали под углом к оси сосуда. Каждый последующий слой навивают в противоположную сторону по отношению к предыдущему, кромки витков сваривают между собой.

Витой СВД – это один из вариантов многослойной конструкции. Корпус сосуда выполнен из специального проката узкой стальной высокопрочной калиброванной профильной ленты, навитой на центральную обечайку с проточкой на наружной поверхности под профиль ленты. Для увеличения плотности слоя ленту в процессе навивки нагревают.

При расчете на прочность сосудов высокого давления (СВД) по ОСТ 26 1046-87 принимают запасы прочности: nТ = 1,5 и nВ = 2,5. Для крепежных шпилек – только nТ = 1,5. При испытании сосудов пробным давлением принимают коэффициент запаса прочности по пределу текучести nТ = 1,1 при температуре испытания. Пробное давление определяется аналогично указанному в п. 11.1.1.

При расчете элементов сосудов для углеродистых, низко- и среднелегированных сталей допускаемые напряжения определяют из условия

мп σ T èëè σ 0,2 ;

[s ] = min пнп s  . nT

по nÂ

Для многослойных СВД толщину стенки рассчитывают по среднему допускаемому напряжению

	[s ] =	å [σ ]i si		,
		å	si

где [s]i и si - относятся к i-тому слою.

Определение толщины стенки цилиндрических корпусов СВД.

Обозначим отношение наружного диаметра (радиуса) аппарата к внутреннему через b, т. е.

b =

Dí

=

R + sR

=

sR

+ 1.

R

Тогда

D

R

é

ù

p

R

s

= R

æ

p

R

ö

lnb =

;

R

ê

expç

÷

- 1 ;

j [s

]

è j [s ]ø

ú

ë

û

s =

sR +

c.

259

Рис. 11.6. К конструированию фланца

Плоские отбортованные и слабовыпуклые днища и горловины рассчитываются по формуле

							å	di
sR ³	0,41D		pp	;		y = 1 -			;
		[s ]y						D
			sд =	sR +		c ,

где y - коэффициент ослабления днища отверстиями; di – диаметр i-того отверстия.

Принимается максимальная сумма диаметров отверстий на данном диаметре. Для выпуклых днищ используется формула

	sR =		pp R		.
		2[s ]j	-	0,5pp

При конструировании кованых фланцев, сваренных с однослойной или многослойной цилиндрической обечайкой, принимают следующие соотношения (рис.11.6).

Диаметр окружности центра шпилек определяется формулой

	ì D + 2d p ;
D0 ³	ï	2,2d p
	maxí		,
	ï
		sin(180/ z)
	î

где D0 – диаметр болтовой окружности;

dp – диаметр резьбы шпильки; z – число шпилек.

Наружный диаметр фланца Dф

Dф³D0+2dp.

Рекомендуемый угол наклона образующей конической части фланца a£30°; допускается 30°<a£45°.

Размеры h3 и h6 находятся из следующих условий: при a£30°:

h3³lp+0,25dp и h6³0,7sR; при 30°<a£45°:

h3³lp+0,75dp и h6³sR.

Глубина отверстия под резьбу lp определяется из расчета усилия, действующего на шпильки в рабочем состоянии.

Исполнительная толщина s стенки цилиндрической части фланца, стыкуемой с обечайкой корпуса,

должна быть не менее толщины стыкуемой с фланцем обечайки.

260

Более точный расчет корпусов и концевых элементов СВД предполагает учет температурных напряжений в стенках элементов аппарата. Его можно найти в соответствующей литературе [121, 131].

Расчет уплотнений затворов сосудов высокого давления. Разнообразие требований определяет большое число уплотнений затворов высокого давления. Их основные виды представлены на рис. 11.7.

Расчет усилий, действующих на крепежные детали затворов высокого давления.

Уплотнительное соединение с двухконусным кольцом (рис.11.7,а). Расчетная сила, действующая на крепежные элементы в рабочих условиях,

Q = Qä + Qâ ,

где Qд – равнодействующая внутреннего давления на крышку;

Qв – осевая составляющая равнодействующей внутреннего давления на уплотнительное кольцо. Эти величины рассчитываются по формулам

Qä = 0,25π Dñð pp ;

Qâ = 0,5k1π Dñðhñð pptgγ .

Здесь γ = 30° − угол конуса уплотнительных поверхностей;

k1 – коэффициент, учитывающий влияние силы предварительной затяжки на расчетное усилие (k1=4 – 0,102pp при расчетном давлении меньше 29,4 МПа; k1 = 1 при больших давлениях).

Приближенно можно принять Qв = 0,06k1Qд .

Уплотнительное соединение с кольцом треугольного сечения (рис. 11.7,б). Расчетное усилие

Q = Qä + Qâ ,

причем

Qä = 0,25π Dê2 pp ;

Qâ = 0,5h0π Dê pptgγ ,

261