close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2700.Расчет сосудов и аппаратов. Часть I

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.П. Миронов, И.В. Постникова
РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ
Часть I
Расчет основных конструктивных элементов
Учебное пособие
Иваново – 2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 66.002.5.0012.(07)
Миронов В.П., Постникова И.В. Расчет сосудов и аппаратов. Часть I.
Расчет основных конструктивных элементов: Учебное пособие / Иван.
гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, 2009. 107 с. ISBN 978-5-9616-0333-0.
В данном учебном пособии изложены основные теоретические
положения по курсу «Конструирование и расчет элементов
оборудования». Даются основные сведения по теории и практике расчета
и конструирования основных конструктивных элементов сосудов и
аппаратов, работающих под давлением, разрежением и при различном
сочетании нагрузок. Приводятся методики инженерного расчета,
разработанные на основе нормативной документации с учетом
иерархической структуры конструкций. В пособии сформулированы
контрольные вопросы по каждому рассматриваемому разделу, а также
общий тестовый контроль знаний студента по данному курсу. Приводятся
варианты заданий для выполнения самостоятельных студенческих работ.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям
«Машины и аппараты химических производств» и «Машины и аппараты
пищевых производств».
Табл. 11. Ил. 17. Библиогр.: 43 назв.
Печатается
по
решению
редакционно-издательского
совета
Ивановского государственного химико-технологического университета.
Рецензенты:
Кафедра теплотехники Ивановской государственной текстильной академии;
доктор технических наук П. П. Гуюмджян (Ивановский государственный
архитектурно-строительный университет).
ISBN 978-5-9616-0333-0
©
Ивановский
государственный
химико-технологический
университет, 2009
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА. ОБЩИЕ
ПОЛОЖЕНИЯ
1.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ
1.3. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
1.4. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1.5. КОНСТРУКТИВНЫЙ СИНТЕЗ АППАРАТА
1.6. ПРАВИЛА ГОРТЕХНАДЗОРа РФ
ГЛАВА 2
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОБЕЧАЕК НА
ПРОЧНОСТЬ
2.1. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.2. РАБОЧЕЕ И РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЯ
2.3. РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА
2.4. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
2.5. ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД ВНУТРЕННИМ
ДАВЛЕНИЕМ. БЕЗМОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ
2.5.1. Цилиндрические обечайки, работающие под
внутренним давлением
2.5.2. Сферические обечайки
2.5.3. Эллиптические днища, работающие под внутренним
давлением
2.5.4. Расчет конических днищ, работающих под внутренним
давлением
ГЛАВА 3.
РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
3.1. РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГЛАДКИХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ ПРИ
ДЕЙСТВИИ НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ
3.2. РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ДЛИННЫХ ГЛАДКИХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК (ТРУБ) ПРИ ДЕЙСТВИИ
НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ
3.3. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ
КОЛЬЦАМИ ЖЕСТКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ
ДРУГ ОТ ДРУГА НА РАССТОЯНИИ l ³
3
D
2
стр.
6
10
10
10
11
12
13
17
21
22
28
29
30
31
31
33
35
36
39
39
41
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.4. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ
КОЛЬЦАМИ ЖЕСТКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ
НА РАВНЫХ РАССТОЯНИЯХ l <
D
2
3.5. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ОСЕВОЙ СЖИМАЮЩЕЙ СИЛЫ И
ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА
3.5.1. Обечайки, работающие под действием осевой
сжимающей силы
3.5.2. Цилиндрические обечайки, работающие под действием
изгибающего момента
3.6. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД
СОВМЕСТНЫМ ДЕЙСТВИЕМ НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ,
ОСЕВОЙ СЖИМАЮЩЕЙ СИЛЫ И ИЗГИБАЮЩЕГО
МОМЕНТА
3.7. ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ
ДНИЩА,
РАБОТАЮЩИЕ
ПОД
НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
3.8. ПРОВЕРКА НА УСТОЙЧИВОСТЬ КОНИЧЕСКИХ ДНИЩ
ПРИ СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ ОСЕВОЙ СЖИМАЮЩЕЙ
СИЛЫ И НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ
ГЛАВА 4
ПЛОСКИЕ КРУГЛЫЕ ДНИЩА И КРЫШКИ. КОРОБЧАТЫЕ
ОБЕЧАЙКИ
4.1. ПЛОСКИЕ КРЫШКИ И ДНИЩА
4.2. ПЛОСКИЕ КРУГЛЫЕ ДНИЩА,
ПРИСОЕДИНЯЕМЫЕ К ФЛАНЦУ НА БОЛТАХ
4.3. КОРОБЧАТЫЕ ОБЕЧАЙКИ И ПЛОСКИЕ КРЫШКИ,
УКРЕПЛЕННЫЕ РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ
4.4. РАСЧЕТ КОРОБЧАТЫХ ОБЕЧАЕК, РАБОТАЮЩИХ ПОД
ВНУТРЕННИМ ИЛИ НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
4.5. УКРЕПЛЕНИЕ КРУГЛЫХ ПЛОСКИХ ДНИЩ И КРЫШЕК
РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ
4.6. ОСЕВЫЕ МОМЕНТЫ ИНЕРЦИИ И МОМЕНТЫ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ НАИБОЛЕЕ
РАСПРОСТРАНЕННЫХ ПРОФИЛЕЙ
4.7. РАСЧЕТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ В ОБЕЧАЙКАХ И
ДНИЩАХ
ГЛАВА 5
МОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ТОНКОСТЕННЫХ
СОСУДОВ И КОРПУСОВ
5.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
5.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТОНКОСТЕННЫХ ОБЕЧАЕК ПО
МОМЕНТНОЙ ТЕОРИИ
4
44
45
45
48
49
49
50
53
53
53
54
55
58
60
63
66
66
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.3. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ
СНИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЫКОВЫХ СЕЧЕНИЯХ
ГЛАВА 6
ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. РАСЧЕТ ПЛОСКИХ
КРУГЛЫХ ФЛАНЦЕВ ИЗ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
6.1. ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
6.2. РАСЧЕТ КРУГЛЫХ НАРУЖНЫХ ПЛОСКИХ ФЛАНЦЕВ ИЗ
ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
6.3. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ.
ГЛАВА 7
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
7.1. ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО КУРСУ
7.2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
7.2.1 ВАРИАНТ I
7.2.2 ВАРИАНТ II
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5
74
75
75
77
83
87
87
98
98
98
104
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Проектирование безотходных химико-технологических и пищевых
производств с использованием уникального высокопроизводительного
оборудования (например, центробежных и поршневых компрессоров и насосов,
крупногабаритных массообменных колонн и аппаратов высокого давления,
мощных гидравлических и механических прессов, высокоскоростных
центрифуг, шнековых, винтовых и червячных машин¸ печей и котлов для
сжигания газообразного и твердого топлива), его изготовление, монтаж и
эксплуатация требует высоких знаний как в области фундаментальных, так и
прикладных наук.
Химико-технологические и биохимические процессы, как правило,
протекают
при
высоких
относительных
скоростях
движения
взаимодействующих фаз (газовой, жидкой и твердой ) и температурах от -180°С
до 5000°С в условиях, меняющихся от глубокого вакуума и до высоких
давлений 50-500 МН/м2. Оборудование при этом подвержено коррозионному и
эрозионному износу, внутреннему или наружному давлению, осевой
сжимающей силе от веса аппарата и среды, заполняющей его, изгибающим
моментам от эксцентрично расположенных нагрузок, ветровой и сейсмической
нагрузок, явлению ползучести при высоких температурах, воздействию
малоциклового
нагружения
от
механических,
гидравлических,
аэродинамических и тепловых нагрузок.
Инженер-механик по специальности МАХП и МАПП должен знать
механику; гидро- и аэромеханику; тепловые и массообменные процессы;
химию и химическую технологию; технологию машиностроения; основы
конструирования, проектирования и эксплуатации химических машин и
аппаратов; моделирование и оптимизацию химико-технологических процессов
и оборудования
с применением ЭВМ и методы автоматизированного
проектирования оборудования.
Студент, изучивший данную дисциплину должен:
1) знать и уметь использовать:
- способы определения основных механических характеристик материалов и
факторов, влияющих на прочность, жёсткость и долговечность конструкций
и систем,
- методы расчёта на прочность, жёсткость, устойчивость, усталость и
выносливость широко распространённых деталей аппаратов и машин,
- справочный материал по выбору конструкционных материалов,
стандартизированных деталей и технологического оборудования,
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
- основные
виды
механизмов,
используемых
в
технологическом
оборудовании, их структурный и силовой анализ, общие методы синтеза
механизмов,
- каталоги технологического и вспомогательного оборудования для выбора
стандартных готовых машин и аппаратов применительно к данному
технологическому процессу;
2) владеть:
- способами статического, кинематического и динамического анализа
механических систем,
- современными методами конструирования, расчёта и исследования нового
технологического оборудования,
3) иметь опыт:
- выбора конструкционных материалов на основе анализа их физических и
химических свойств,
- составления расчётных схем и выполнения прочностных расчётов
несложных механических систем и устройств,
- использование пакета прикладных программ для расчётов на прочность,
устойчивость, усталость и жёсткость деталей,
- расчёта основных процессов и конструирования машин и аппаратов отрасли,
выбора серийного технологического оборудования.
В данном пособии, опираясь на теоретические и экспериментальные
исследования и большой опыт эксплуатации химико-технологических и
биохимических сосудов и аппаратов, мы постарались познакомить будущих
инженеров с правилами конструирования и основами расчета конструктивных
элементов типовых сосудов и аппаратов.
Любой химико-технологический и пищевой агрегат может быть
представлен как совокупность взаимосвязанных разомкнутых и замкнутых
технологических
цепей.
Каждая
технологическая
цепь
включает
последовательность аппаратов, предназначенных для реализации основных и
вспомогательных технологических процессов. На рис.1.1 представлены уровни
иерархии
химико-технологического
и
биохимического
агрегата:
технологическая схема агрегата, разомкнутые (замкнутые) технологические
цепи, технологический процесс, технологический аппарат, технологический
узел аппарата и конструктивный элемент.
Используя уровни иерархии, представляется целесообразным разработать
базовые блок-схемы агрегата, основных и вспомогательных процессов и
аппаратов, сборочных единиц, узлов аппаратов, дающее их более наглядное и
упрощенное представление о технологических и конструктивных особенностях
производства и позволяющие выявить типовые для различных химикотехнологических и биохимических процессов цепи; основные и
вспомогательные процессы, аппараты и сборочные единицы, на базе которых с
учетом общих и индивидуальных требований провести оптимальный
конструктивный синтез аппаратов и агрегатов [1].
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Базовая блок-схема
химико-технологического агрегата
Разомкнутые технологические
цепи
Подготовки
воздуха
Подготовки
аммиака
Замкнутые технологические
цепи
Базовые блок-схемы
технологических процессов
Утилизации
энергии
Ректифика
ции
Приготовление
абсорбента
Конден
сации
Синтеза
Абсорбции
Очистки газовых
выбросов
Базовые блок-схемы аппаратов
Влагоотделителя
Фильтра
Смесителя
Реактора
Котлаутилизатора
Конденсатора
Сепаратора
Соединительные
трубопроводы
Привод
Эстакады,
лестницы,
площадки
плолеты
Грузоподъное устройство
Сепаратор
Опора
Теплообмен
ный узел
Разъемные
соединения
Контактный
узел
Днище
Рубашка
Корпус
Труба пере
давливания
Крышка
Предохрани
тельное
устройство
Уплотнение
8
Базовые блок-схемы узлов
(устройств)
Конструктивные
элементы
Пластина
Обечайка
Кольцо
Диск
Труба
Стержень
Профиль
стандартный
Рис.1.1. Уровни иерархии химико-технологического агрегата
Крепеж
Стандартные
детали машин
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Большинство процессов, протекающих в аппаратах, происходят с выделением
или поглощением тепла. Поэтому их снабжают элементами теплообмена,
которые выполняются в виде рубашек, предназначенных для наружного
нагрева или охлаждения обрабатываемых сырья и продуктов.
Вертикальные аппараты с рубашкой предназначены для проведения
различных технологических процессов в жидких и многофазных средах.
Рабочая среда в корпусе аппарата может быть нейтральная, агрессивная,
пожароопасная, взрывоопасная или токсичная, твердая, дисперсная, жидкая,
эмульсия, газожидкостная смесь или суспензия. В рубашке или змеевике
используются вода оборотного цикла, рассол, конденсат, насыщенный водяной
пар или высокотемпературный органический теплоноситель.
Выбор аппарата следует производить или на основании расчета
технологического процесса, или на основании результатов экспериментальных
исследований процесса на модельном аппарате, или на основании расчета
масштабного перехода с модельного аппарата на натуральный.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 1
1.1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА. ОБЩИЕ
ПОЛОЖЕНИЯ
Проектируя новые аппараты и сосуды, или решая вопрос о возможности
использования существующих, конструктор должен определить тип,
конструктивные размеры аппарата, подобрать нужный материал и определить
толщину стенки, обеспечивающую достаточную прочность и устойчивость в
первом, или рассчитать допустимые внутреннее и наружное давления во
втором случае.[3]
Проектирование, изготовление и эксплуатация сосудов и аппаратов,
работающих под давлением (избыточным) выше 0,07 мн/м2 (0,7 кг/см2), должно
осуществляться в соответствии с нормами Министерства химического и
нефтяного машиностроения (ГОСТ 14249-95) и нормами ГОРТЕХНАДЗОРа
РФ. Расчетные формулы норм являются итогом преобразования теоретических
формул мембранных напряжений. При проектировании надо придерживаться
стандартного ряда давлений, емкостей, базовых длин и внутренних диаметров.
Основы конструирования и способы изготовления элементов сосудов
изложены в литературе [1,2,4,7,9,11,12,20,21,22,23,25,28-30].
1.2. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ
ОБОРУДОВАНИЮ [1]
1. Технологические:
обеспечивающие
выполнение
технологических
процессов, оптимальных режимов переработки; законы, формы, скорости
и траектории движения рабочих органов; физико-химических свойств
сырья и продуктов.
2. Технико-экономические показатели оборудования – оптимальные
размеры, площадь, расход энергии, воды, пара вес и минимальная
себестоимость на единицу производительности.
3. Высокая износостойкость рабочих органов, высокая долговечность,
повышенный срок службы.
4. Возможность передачи движения машине, ее отдельным частям и
рабочим органам от индивидуальных приводов электродвигателей или
гидромоторов.
5. Надежная герметизация и рациональное перемещение аспирируемых
объемов паро-газовых смесей.
6. Составление аппаратов и машин из отдельных, легко соединяемых
блоков; обеспечение функционально-узлового принципа компановки
агрегата, минимальной номенклатуры комплектующих изделий.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Эксплуатационные - обеспечивающие простоту управления и
обслуживания, предусмотрение мер сигнализации опасных режимов
работы, появление взрыво- и пожароопасных ситуаций, нарушения
герметичности и т.п.; выполнение мероприятий и установку устройств для
безопасного прекращения процессов.
8. Техники безопасности и охраны окружающей среды, обеспечивающие
пожаро- и взрывобезопасные условия ведения технологического процесса
и очистку вредных компонентов в газовых выбросах и сточных водах до
норм предельно допустимых выбросов.
9. Товарные [потребительские], обеспечивающие соответствующий вид
продукции.
10. Экономические, требующие минимально возможных затрат времени,
труда и материальных средств на разработку, изготовление и
эксплуатацию агрегата, минимальную его стоимость после освоения в
производстве.
11. Унификация и нормализация деталей и сборочных единиц, применение
экономичных профилей деталей.
12. Автоматизация контроля и регулирования технологических процессов.
13. Статическое и динамическое уравновешивание быстровращающихся
деталей и рабочих органов, совершающих возвратно-поступательные или
вращательные движения; предупреждение вибраций опор и перекрытий,
чрезмерного износа подшипников.
14. Не допускать превышения норм по шумам, заменяя ударные действия
механизмов безударными возвратно-поступательными, равномерновращательными; применять для защиты от вибраций амортизаторы из
упругих материалов, обеспечивать снижение уровня шума, включая
помещения машин в звукозащитные кожуха.
15. Техническое совершенство и высокое качество аппаратов и машин,
обеспечивающее их патентоспособность.
1.3. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
Согласно ГОСТ 16431-70 «Качество продукции. Показатели качества и
методы оценки уровня качества продукции» приняты следующие группы
показателей:
1. Показатели назначения.
2. Показатели надежности.
3. Показатели технологичности.
4. Эргономические показатели.
5. Эстетические показатели.
6. Показатели стандартизации и унификации.
7. Патентно-правовые показатели.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
8. Экономические показатели.
1.4. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ [2]
1.
2.
3.
4.
5.
Техническое задание включает: назначение, технико-экономические
характеристики,
показатели
качества
и
технико-экономические
требования, сроки выполнения, стадии проектирования конструкторской
документации и ее состав, требования к изделию.
Этапы: техническое задание, согласование и утверждение технического
задания
Техническое предложение включает совокупность конструкторских
документов, содержащих техническое и технико-экономическое
обоснования целесообразности разработки изделия на основании анализа
технического задания заказчика, ведомость технических предложений и
пояснительная записка.
Этапы: подбор материала, разработка технического предложения,
разработка необходимой конструкторской документации, рассмотрение и
утверждение технического предложения.
Эскизный проект включает принципиальные конструктивные решения,
выбор аппаратов и машин для сложных промежуточных стадий
(назначение, основные параметры и габаритные размеры).
Этапы: разработка эскизного проекта литером «О», изготовление и
испытание макета, рассмотрение и утверждение эскизного проекта.
Технический
проект
включает
окончательные
технические
и
конструктивные решения, исходные данные для разработки рабочей
документации.
Этапы: разработка технического проекта с присвоением литера,
изготовление и испытание макетов, утверждение технического проекта.
Разработка рабочей документации включает:
а) разработку рабочей документации опытного образца (опытной партии).
Этапы: разработка конструкторской документации с присвоением литера
«О», изготовление и испытание опытного образца, корректировка
технической документации с присвоением литера «О1 ».
б) установочную серию.
Этапы: изготовление и испытания установочной серии, корректировка
конструкторской документации и присвоение ей литера «А».
в) установившееся серийное или массовое производство.
Этапы: изготовление и испытания, корректировка документации с
присвоением литера «Б».
Автоматические линии выполняются при наличии технического задания
по всем стадиям. Для сложных машин принято трехстадийное
проектирование: 1-я стадия - техническое задание и техническое
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
предложение, 2-я стадия - эскизный проект, 3-я стадия – рабочая
документация.
Для простых в конструктивном отношении машин принято двухстадийное
рабочая документация.
проектирование: 1-я ® Т3 ® ТП, 2-я
1.5. КОНСТРУКТИВНЫЙ СИНТЕЗ АППАРАТА
Конструктивный синтез аппарата выполняется на основе данных по
расчетам материального и теплового балансов и по результатам
технологического и теплотехнического расчетов аппарата или корпуса
машины. Из материального и теплового балансов определяем значения
материальных и тепловых потоков (кг/ч, м3/ч, кдж/ч, кдж/ кг).
Используя эти данные в технологическом расчете, получаем значения
конструктивных размеров аппарата или машины: Dв/Dн - внутренний
/наружный диаметр, Vа – объем корпуса аппарата или машины, n– число
контактных и разделительных ступеней, Vк – объем катализаторной массы, Н –
высота контактной ступени и ступени разделения. Из теплотехнического
расчета получаем значения поверхности теплопередачи – F, а по ее значениям
выбирается число трубок и длина трубки при заданном диаметре или
поверхность рубашки.
Конструктивный синтез аппарата выполняется на основе блок-схемы
аппарата (рис.1.2) или машины (рис.1.3). По расчетному диаметру аппарата и
диаметрам технологических штуцеров из ГОСТов, ОСТов и нормалей на
детали, сборочные единицы и покупные изделия подбираем корпуса, днища,
крышки, рубашки, фланцы, люки, лазы, штуцера /технологические, КИПиА/,
предохранительные устройства, смотровые окна, кольца /жесткости и опорные/,
тарелки и др. конструктивные элементы, которые собираются посредством
сварки или разъемных фланцевых соединений и составляют предварительный
эскиз аппарата.
Расставив на предварительном эскизе нагрузки, действующие на аппарат
или машину, получаем их расчетные схемы. Расчетные схемы используются
при выполнении конструктивного и проверочных расчетов для определения
толщин стенок /S/, эквивалентных напряжений / s экв/ и допускаемых давлений
/Рдоп/. Тщательной конструктивной разработке подлежат только детали и
сборочные единицы, обеспечивающие турбулентные режимы движения фаз и
более высокие коэффициенты полезного действия по сравнению с аналогами. К
ним относятся оригинальные по конструкции: перемешивающие устройства,
тарелки, насадки и др.
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Предохранительное
устройство
.
Подъемное
устройство
Устройство вывода
газовой фазы
СЕПАРАТОР
Устройство ввода
катализатора
Устройство для
отбора проб
ЛЮКИ И ЛАЗЫ
ПЕРЕТОЧНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Устройство для
наружного
обслуживания
/лестницы, площадки/
ИЗОЛЯЦИЯ
Устройство ввода и
распределения
жидкости
Устройство
направленного
движения фаз
РЕАКЦИОННЫЙ
/тарелки, мешалки и др./
ОБЪЕМ
ТЕПЛООБМЕННИКИ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ
ГАЗОЖИДКОСТНОГО
ПОТОКА
Устройства
визуального
наблюдения
Датчики КИПиА
Разъемные
соединения
Устройства
ввода и вывода
теплоносителя
Устройство
внешнего и
внутреннего
укрепления
Устройства для
отделения,
рециркуляции и вывода
катализатора
Устройство для ввода и
распределения газовой
фазы
Устройство для вывода
жидкой фазы
ОПОРА
Рис. 1.2. Базовая блок-схема аппарата (химического реактора)
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Загрузоч
-ное
устройст
во
Предохрани
тельная
мембрана
Рубашка
Изоляция
Защитный кожух
15
Ввод
вывод
техн.
среды
Торц.
уплотнение
Подшипник
Крепеж
Корпус
Сальн.
уплот.
Корпус машины
Вал
Рабочий орган
машины
Крепеж
Вал
Корпус машины
Укреп.ребра
Опора
Выгруз.люк
Фланец
Охлаж
жидк
ввод
вывод
Торц.
уплот
нен.
Подшипник
Крыш
ка
Вал
Редуктор
Крепеж
Бункер
Виброизоляция
Рама
Фундаментные болты
Рис.1.3. Блок-схема машины
Фундаментная плита
Двигатель
Тахогенератор
Бункер
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
После выполнения конструктивного синтеза подсчитывается вес аппарата
или вес корпуса машины и подбирается тип опоры / боковые лапы, стойки,
вертикальная цилиндрическая или цилиндро-коническая, горизонтальная
седловая и др./.
При проектировании машины сначала разрабатывается ее кинематическая
схема с учетом следующих соображений:
1. Кинематическая схема должна содержать минимальное количество
звеньев для передачи движения от электропривода или гидромотора к рабочему
органу.
2. Длину кинематических цепей можно сократить путем разделения их на
участки с отдельными электроприводами или гидромоторами, включая и
многоскоростные.
3. Полное передаточное число кинематической цепи редукторов i = i1 · -i2
··· ii раскладывать на частные передаточные отношения, располагая их в
порядке убывающих величин i1 > i2 > ··· ii, при этом наибольшую редукцию
следует давать в последней передаче от электропривода или гидромотора.
Мощность на валу электродвигателя или гидромотора определяется,
исходя из расчетной мощности на движение рабочего органа с учетом условий
пуска и КПД передаточных звеньев. Затем проводится силовой расчет звеньев
машины с учетом сил инерции /киностатический расчет/. При этом
вычисляются силы, действующие в звеньях механизмов, составляется
расчетная схема силового нагружения, по которой выполняется их прочностной
расчет.
При гидравлическом расчете газожидкостных, паровых и воздушных
трактов при данной производительности по газу, пару и жидкости определяется
гидравлическое сопротивление системы, по которому вместе с объемным
расходом осуществляется выбор дутьевых, транспортирующих и вакуумных
устройств и машин.
Эскизные проекты аппаратов и машин желательно выполнять в масштабе
1:1.
Вопросы для самопроверки
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Какие требования предъявляются к аппаратам и сосудам химических
производств?
Чем выгодно применение стандартных и нормализованных деталей,
узлов, аппаратов и сосудов?
Что определяет конструктивное совершенство аппаратов и сосудов?
Чем характеризуются эксплуатационные достоинства оборудования?
От чего зависит способ изготовления аппарата или сосуда?
Какое влияние оказывает технология изготовления на форму, толщину
стенок и стоимость оборудования?
Влияние проводимых процессов на конструкцию аппарата.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1.6. ПРАВИЛА ГОРТЕХНАДЗОРа РФ [4]
Основная цель правил – обеспечение безопасности работы различных
установок и устройств. Круг вопросов, подведомственных ГОРТЕХНАДЗОРу
РФ: - конструирование, расчет, изготовление и эксплуатация сосудов и
аппаратов, работающих под давлением свыше 0,07МПА (Р х V, (кг/см2 л) f
200), а также всех грузоподъемных механизмов.
Разделы, подлежащие изучению
Сосуды, аппараты и трубопроводы, подведомственные ГОРТЕХНАДЗОРу
РФ. Проектирование, расчет и изготовление сосудов и аппаратов. Испытание
сосудов, аппаратов, трубопроводов и грузоподъемных машин. Цистерны,
бочки и баллоны для перевозки и хранения сжиженных газов, их окраска,
надписи и освидетельствование.
Одними из основных положений, контролируемых ГОРТЕХНАДЗОРом РФ,
являются: проведение технического освидетельствования аппаратов порядок и
периодичность
гидроиспытаний.
Периодичность
технического
освидетельствования и гидроиспытаний для разных групп сосудов и аппаратов
представлена в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Гидроиспытания
Наружное
Скорость
№
освидетельстп/п коррозии П,
вование
мм/год
предприятием
а) Сосуды, не регистрируемые в органах ГОРТЕХНАДЗОРа
1
< 0,1
Раз в 2 года
Раз в 8 лет
2
> 0,1
Ежегодно
Раз в 8 лет
б) Сосуды, регистрируемые в органах ГОРТЕХНАДЗОРа
Наружное
Наружное
№ Тип аппарата,
Гидроисп/п
скорость
освидетельстосвидетельстпытания
вование
вование
коррозии П,
ГОРТЕХНАДЗОРом
предприятием
мм/год
1
2
3
4
5
1
< 0,1
Ежегодно
Раз в 4 года
Раз в 8 лет
2
> 0,1
Ежегодно
Раз в 4 года
Раз в 8 лет
3
Сосуды,
Раз в 10 лет
Раз в 10 лет
зарытые в грунт
4
Многослойные
Раз в 10 мес.
Раз в 10 лет
Раз в 10 лет
сосуды на
газокомпрессор
ных станциях
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание таблицы 1.1
1
5
6
7
8
9
2
Производство
NH3 и метанола
Теплообменники
с выдвижной
трубчатой
системой
Р от 0,7 до 1000
кг/см2,
П< 0,1
П< 0,3
Сосуды
нефтехимических
предприятий
3
Ежегодно
4
Раз в 8 лет
5
Раз в 8 лет
После каждой
выемки
трубчатой
системы
Ежегодно
Раз в 12 лет
Раз в 12 лет
Раз в 8 лет
Раз в 8 лет
Ежегодно
Ежегодно
Раз в 8 лет
Раз в 6 лет
Раз в 8 лет
Раз в 12 лет
в) Цистерны
10
11
12
13
Пропан, бутан
Раз в 10 лет
Раз в 10 лет
Аммиак
Раз в 8 лет
Раз в 8 лет
П< 0,1
Ежегодно
Раз в 4 года
Раз в 8 лет
Остальные
Раз в 2 года
Раз в 4 года
Раз в 8 лет
г) Баллоны, не регистрируемые в органах ГОРТЕХНАДЗОРа
14
15
16
< 0,1
Раз в 5 лет
Раз в 5 лет
> 0,1
Раз в 2 года
Раз в 2 года
Хранение
сжатого газа,
корпус:
Раз в 3 года
Раз в 3 года
металл,
неметалл
Раз в 2 года
Раз в 2 года
Хранение
сжиженного
Раз в 2 года
Раз в 2 года
газа
г) Баллоны, регистрируемые в органах ГОРТЕХНАДЗОРа
17
18
19
Стационарные
Р<15 Мпа
Остальные
П< 0,1
П> 0,1
Раз в 2 года
Ежегодно
18
Раз в 10 лет
Раз в 10 лет
Раз в 4 года
Раз в 4 года
Раз в 8 лет
Раз в 8 лет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Время выдержки аппаратов при давлении гидроиспытаний дано в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Толщина стенки аппарата S, мм
Время выдержки, мин
< 50
10
50 ≤ S ≤ 100
20
> 100
30
Литые и многослойные
60
Основные зависимости
приведены в табл. 1.3.
для
определения
давления
гидроиспытаний
Таблица 1.3
Тип аппарата,
конструкционный
материал, объем контроля
сварных швов
Литые, 100%
Основные расчетные зависимости
[s ]
t = 200 C
Pпр = 1.5 Pраб
[s ]
t = 20 C
s]
[
Pпр = 1.25 Pраб
t =t
[s ]
t = 20 C
s]
[
Pпр = 1.3Pраб
t =t
[s ]
t = 20 C
s]
[
Pпр = 1.6 Pраб
t =t
[s ]
Кроме литых, 100%
t =t раб
0
раб
Неметаллы, ударная
вязкость γ > 20 Дж/см2
0
раб
Неметаллы, ударная
вязкость γ < 20 Дж/см2
0
раб
Pпр = 1, 25 Pрасч - 0,1МПа
При вакууме в аппарате
Сосуды из металлопластов
[s ]
Pпр = (1, 25 К + a ( К - 1) Pраб
t =t
[s ]
[s ]металл.
К=
å [s ]сосуда
t = 200 C
раб
a = 1,3 - неметаллы(f 20 Дж / см 2 )
a = 1, 6 - неметаллы(p 20 Дж / см 2 )
Вертикальные сосуды.
Испытания в
горизонтальном положении
Рпр = Рпр. расч + Рст.жидк .
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вопросы для самопроверки
1. Какие сосуды и аппараты подведомственны ГОРТЕХНАДЗОРу?
2. Правила регистрации сосудов, трубопроводов и грузоподъемных машин.
Сроки их освидетельствования.
3. Как производится проверка качества сварки?
4. Какие существуют нормы пробных давлений при гидравлическом
испытании сосудов?
5. В чем сущность статических и динамических испытаний грузоподъемных
машин?
6. Каким образом выполняются правила ГОРТЕХНАДЗОРа РФ при
проектировании, расчете, изготовлении и испытаниях сосудов, аппаратов,
трубопроводов и грузоподъемных машин?
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 2
КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОБЕЧАЕК НА ПРОЧНОСТЬ
[1-13,19,20,36]
Все физико-химические процессы, осуществляемые в химических и
пищевых аппаратах, прежде всего, требуют наличия емкости, ограниченной
корпусом. Эти корпуса, по условиям протекающих в них процессов, должны
быть достаточно прочными и, в подавляющем большинстве, герметичными.
Главным составным элементом корпуса является обечайка – наиболее
материалоемкий и ответственный узел любого химического и пищевого
аппарата.
Форма корпуса, а следовательно, и обечайки, определяется химикотехнологическими требованиями, предъявляемыми к тому или иному аппарату,
а также конструктивными соображениями и может быть цилиндрической,
полушаровой, эллиптической, конической, сферической, коробчатой и т.д.
При конструировании цилиндрических оболочек, независимо от
материала
и
технологии
изготовления,
преимущественно
следует
придерживаться внутренних базовых диаметров.
Внутренний диаметр сосуда или аппарата, изготовляемого из стальных
листов или поковок, должен быть выбран из следующего ряда: (ГОСТ 9617-76:
400; (450); 500; (550); 600;(650); 700; 800; 900; 1000; (1100); 1200; (1300); 1400;
(1500); 1600; (1700); 1800; (1900); 2000; 2200; 2400; 2500; 2600; 2800; 3000;
3200; 3400; 3600; 3800; 4000; 4500; 5000; [5500]; 5600; [6000]; 6300; [6400];
7000; 7500; 8000; 8500; 9000; 9500; 10000; 11000; 12000; 14000; 16000; 18000;
20000 мм.
Значения, указанные в круглых скобках, следует применять только для
рубашек сосудов и аппаратов. Значения, указанные в квадратных скобках, при
новом проектировании применять не рекомендуется.
Внутренний диаметр сосуда или аппарата, изготовляемого из цветных
металлов и сплавов, должен быть выбран из следующего ряда: 200; 250; 300;
350; 400; 450; 500; 550; 600; 650; 700; 800; 900; 1000; 1100; 1200; 1300;1400;
1500; 1600; 1700; 1800; 1900; 2000; 2200; 2400; 2500; 2600; 2800; 3000; 3200;
3400; 3600; 3800; 4000 мм.
Допускается изготовление цилиндрических обечаек из стальных труб со
следующими базовыми диаметрами (наружный базовый Dн, мм; 133, 159; 168;
219; 273; 325; 377; 426; 480; 530; 630; 720; 820; 920; 1020; 1120; 1220; 1320;
1420).
В практике приняты следующие соотношения Н/Dв £ 15 - 30 для
вертикального и L/Dв £ 10 горизонтального аппаратов.
Развернутая длина обечаек определяется по среднему диаметру
Dср = 0,5 ( Dн, + Dв)
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ряд номинальных объемов корпусов цилиндрических сосудов и
аппаратов, изготовляемых из металлических материалов, металлопластиков и
пластмасс, устанавливается согласно ГОСТ 13372-78:
0,010; 0,016; 0,025; 0.040; 0,063; 0,100; 0,125; 0,160; 0,200; 0,250; 0,32; 0,40; 0,50;
0,63; 0,80; 1,00; 1,25; 1,60; 2,00; 2,50; 3,2; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0;
32; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 320; 400; 500 м3.
Номинальным объемом следует считать внутренний объем аппарата без
учета объемов штуцеров, люков, футеровки, внутренних устройств.
Внутренний объем отъемных крышек входит в номинальный объем аппарата.
Основные размеры цилиндрических стальных сварных сосудов и
аппаратов (в том числе с покрытиями - гуммированные, футерованные,
эмалированные и др., кроме теплообменников, выпарных аппаратов, колонн, с
вращающимися барабанами, газгольдеров и емкостей) регламентированы ГОСТ
9931-69. Стандартом предусмотрено 13 типов аппаратов, из которых 8
вертикальных и 5 горизонтальных.
Расчет обечаек, работающих под давлением, должен быть выполнен в
соответствии с ГОСТом 14249-89. «Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность», «Нормами расчета элементов паровых котлов на
прочность» из Сборника правил и руководящих материалов по
КОТЛОНАДЗОРу.
2.1. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ [5-9]
Разделы, подлежащие изучению
Требования,
предъявляемые
к
конструкционным
материалам.
Металлические и неметаллические материалы и области их применения
Технико-экономическое обоснование выбора материалов. Сравнение металлов
с неметаллическими материалами и металлопластиками. Замена дефицитных
и дорогих материалов более дешевыми. Выбор допускаемых напряжений.
Коэффициенты запаса прочности. Влияние рабочей температуры и условий
эксплуатации на величину допускаемых напряжений и модуль упругости
материала.
Материалы для сосудов и аппаратов должны удовлетворять требованиям
стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке, а
их механические характеристики должны быть подтверждены сертификатами
предприятий-изготовителей.
Для
аппаратов,
контролируемых
ГОРТЕХНАДЗОРом, материалы выбирают в соответствии с правилами
ГОРТЕХНАДЗОРа
или
другими
документами,
согласованными
в
установленном порядке
Материалы для изготовления химических реакторов (аппаратов) и
корпусов машин нужно выбирать в соответствии со спецификой их
эксплуатации, характеризующейся широким диапазоном давлений, температур,
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
агрессивным воздействием среды и ее токсическими, пожаро- и
взрывоопасными свойствами. При выборе материалов необходимо
руководствоваться ОСТ 26-291-71 «Сосуды и аппараты стальные сварные.
Технические требования», ГОСТом 14249-89 и правилами ГОРТЕХНАДЗОРа.
Выбор материала необходимо начинать с уточнения рабочих условий:
температуры, давления, концентрации среды. Эти условия и определяют
требования, предъявляемые к конструкционным материалам; высокая
механическая прочность и пластичность при заданных рабочих давлениях,
температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при эксплуатации и
гидравлических испытаниях аппаратов; высокая коррозионная стойкость
материалов; хорошая свариваемость, низкая стоимость и недефицитность
материалов.
Для изготовления химических и пищевых аппаратов по ГОСТ 13819-68
должны использоваться материалы, скорость коррозии которых не превышает
0,01-0,5 мм/год.
Для изготовления химических и пищевых аппаратов применяют
следующие конструкционные материалы: углеродистая сталь (ГОСТ 380-71),
низколегированная сталь (ГОСТ 5058-65), высоколегированные стали и сплавы,
коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 5632-72),
двухслойные стали (ГОСТ 10885-73), серый чугун (ГОСТ 1412-70),
жаростойкий и коррозионностойкий чугун (ГОСТ 11849-66), ковкий чугун
(ГОСТ 1215-59), алюминий (ГОСТ 11069-71) и его сплавы (ГОСТ 4784-74),
медь (ГОСТ 4783-68), латуни (ГОСТ 15527-70), бронзы (ГОСТ 18175-72),
свинец (ГОСТ 3778-74), сплавы типа «хастеллой» на никелевой основе
ХН65МВ и Н70МФ (ГОСТ 5632-72), титан и его сплавы (АМТУ 388-68). В
последние годы начинают применять тантал, ниобий, цирконий, молибден.
Применение защитных покрытий на химических и пищевых аппаратах
исключает необходимость использования дефицитных материалов. Основными
материалами, которые применяются для защиты от коррозии являются:
кислотоупорный кирпич, диабазовая плитка, диатомовый кирпич,
углеграфитовый кирпич и плитка, андезитовые камни, асбозуритовая масса,
кислотоупорные цементы, полиизобутилен, асбест, фторопласт, эмалевые
покрытия. В настоящее время созданы ситалловые эмали, которые обладают
высокими механическими и термическими свойствами.
Выбор конструкционных материалов осуществляется согласно
рекомендаций [1-6,7, 9].
1. Металлические площадки под оборудование, эстакады под трубопроводы на
открытом воздухе и в зданиях (за исключением районов Крайнего Севера)
изготавливать из углеродистых сталей обыкновенного качества – ст 3, ст 5.
2. Металлические площадки под оборудование, эстакады под трубопроводы,
работающие при низких температурах; сборники, корпуса сварных
аппаратов, работающих под давлением; оси, валы, арматуру, трубопроводы,
трубные пучки, штуцера изготавливать: а) из качественных углеродистых
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сталей 0,8 – 60, 15Г, 25Г; б) из низкоуглеродистых низколегированных
конструкционных сталей типа 20ХН, 20ХГР.
Табл. 2.1
Классификация коррозионной стойкости металлов
(ГОСТ 13819-68)
Группа стойкости
1.
Совершенно стойкие
/ СС/
2.
Весьма стойкие
/ВС/
3.
Стойкие
С
4.
Пониженно стойкие
ПС
5.
Малостойкие
МС
6.
Нестойкие
Н
Балл
Скорость коррозии, мм/год
1
Менее 0,001
2
3
Свыше 0,001 до 0,005
Свыше 0,005 до 0,01
4
5
Свыше 0,01 до 0,05
Свыше 0,05 до 0,1
6
7
Свыше 0,1 до 0,5
Свыше 0, 5 до 1
8
9
Свыше 1до 5
Свыше 5до 10
10
Свыше 10
3. Детали, работающие в условиях износа при трении (поршни, кольца, валы,
плунжеры), изготавливать из низкоуглеродистых низколегированных
конструкционных сталей типа 15Х, 15ХГН2МФБ.
4. Тяжелонагруженные детали, работающие на трение и при ударных
нагрузках (зубчатые колеса, червяки, кулачки, карданы, поршневые пальцы,
кольца
и
пружины),
изготавливать
из
низкоуглеродистых
низколегированных сталей типа 15ХГТ, 20 ХГНР, 40 ХФА.
5. Детали, работающие в условиях повышенного износа (механического) при
знакопеременных нагрузках (детали дробилок, мельниц, тормозные ленты,
толкатели, рычаги, крепеж), изготавливать из низколегированных сталей с
повышенным содержанием кремния, молибдена, ванадия типа 20ХГСА,
40ХНМА.
6. Детали турбин, компрессоров, сепараторов, центрифуг, аппараты высокого
давления, изготавливаемые из высокопрочных низколегированных сталей
типа 38ХНЗМФА.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Детали, подвергающиеся ударным нагрузкам (рессоры, пружины, шайбы
Гровера, инструмент, пресс-формы), изготавливать из сталей типа 50Г, У7А,
УГ2А, 3Х2В8Ф.
8. Подшипники изготавливать из сталей типаШХ15, ШХ15Ф – Ш.
9. Корпуса аппаратов, крышки, днища, валы, штуцера, эксплуатируемые в
слабоагрессивных средах, изготавливать из коррозионно-стойких сталей
общего и химического машиностроения типа 20Х13, 12Х17Г9АМ4,
06Х17Н34ВТ3ЮР.
10. Корпуса, днища, крышки, штуцера, насосы, эксплуатируемые в средах
средней агрессивности, изготавливать из высоколегированных сталей типа
08Х18Н10Т, 06Х22Н6Т.
11. Корпуса, крышки, днища, штуцера аппаратов, насосы, эксплуатируемые в
средах повышенной и высокой агрессивности, изготавливать из
высоколегированных сталей и сплавов на основе Ni и Cr типа 06Х18Н12Т,
06ХН28МДТ.
12. Корпуса, крышки, днища, штуцера аппаратов, эксплуатируемых в весьма
агрессивных средах, изготавливать из сплавов типа ХН65МВ.
13. Котлы, газовые турбины изготавливать из сталей и сплавов в зависимости от
рабочей температуры стенки 12Х1МФ(Т = 5800С), 10Х23Н18(Т = 6508500С), ХН75ТЮР(Т = 7500С), ХН55ВМТФКЮ(Т = 10000С).
14. Печное оборудование, котлы, моторы изготавливать из сталей и сплавов в
зависимости от температуры стенки 12Х13(Т = 8500С), 08Х20Н14С2(Т =
10000С), 6Х18Н25С2(Т = 11500С), ХН78ТиХН28ВМАБ( Т= 1050-13000С).
Принятые
обозначения
в
марках
низколегированных,
высоколегированных сталей и сплавов: Х – хром; М – молибден; В – ванадий;
Ю – алюминий; К –кобальт; Т – титан; Р – бор; Н – никель; Б – ниобий +тантал;
Ф – вольфрам; Д – медь; Ц – цирконий; Г – марганец; А- азот; С – кремний; П –
фосфор; Ш – магний; Е – селен; У – углерод.
Толщина листа для изготовления аппаратов выбирается в соответствии с
ГОСТ 19903-74, согласно которому, например, для листовой горячекатанной
стали установлен ряд толщин: 0,5-0,8 (через 0,1 мм); 0,9; 1,0; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5;
1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5; 5-22 (через 1 мм); 25; 26-42 (через 2
мм); 45; 48; 50; 52; 55-100 (через 5 мм); 120; 125; 130-160 мм (через 10 мм). По
ширине 600; 650; 700; 710; 750-1000 (через 50 мм); 1000; 1100; 1250; 1400; 1420;
1500; 3000 (через 100 мм); 3200-3800 мм (через 200 мм). Длина листов 120012000 мм.
К стандартной толстолистовой стали обычно относят листы толщиной 5160 мм, хотя она изготавливается толщиной до 200 мм и более.
Коррозионно-стойкая двухслойная листовая сталь ГОСТ 10885-75
изготавливается горячей совместной пакетной прокаткой основного слоя из
углеродистой или низколегированной стали и плакирующего слоя из
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
коррозионно-стойких сплавов, никеля и монель-металла общей толщиной, 4 и 5
мм (при толщине коррозионно-стойкого слоя 1,0-1,5); 6 и 7 (1,5-2,0); 8; 9; 10;
11; 12 и 14 (2,0-3,0); 16; 18 и 20 (2,5-3,5); 22; 24; 26 (3,0-4,0); 28 и 30 (3,5-5,0);
32; 34; 36; 38; 40; 42; 45; 48; 50; 53; 55 и 60 (4,0-6,0).
При общих толщинах более 60 мм толщина защитного слоя
устанавливается по согласованию сторон.
Цветные металлы и сплавы
Принятые обозначения химических элементов в марках цветных
металлов и сплавов: Al – A, Ba – Bp, W – B, V – Baм, Bi – Bu, Fe – Ж, Au –
Зл, Cd – Кд, Si-Кр(К), Mg – Мг, Cu – M, Ni – H, Nb - Б , Sn – O, Pt – Пл, Hg –
P, Pb – C, Ag – Cp, Та – ТТ, Ti – Т1ТПД, Р – Ф, Cr – X(Xp), Zn – Ц, Zr – ЦЕВ,
Со – Ко.
Алюминий и его сплавы
Алюминий технический – АД1М, АД1Н – применяется для изготовления
коррозионностойких деталей, арматуры, трубопроводов.
Алюминий – марганец – АмцМ (П,Н) – емкости для хранения и
транспортирования пива.
Алюминий – магний – АМг – 1М(2М, 3М….) – средненагруженные
детали, трубопроводы, тара.
Алюминий – магний – кремний – Ад31Т(АД33Т1, АВТ1).
Алюминий – медь – магний – Д1Т, Д19Т, ВАД1Т – силовые элементы
конструкций, детали молокообрабатывающих машин, высоконагруженные
элементы (рассевы, тестомесильные органы, тарелки сепараторов).
Алюминий – цинк – медь – магний – В95п4Т1, В96Ц1Т2.
Литейные сплавы алюминия:
Ал – Сu – Ni – Mg (Ал1, В124Т6) – арматура, емкости, мешалки, корпуса,
маховики, хлебные формы.
Al – Si (силумины) – Ал2 – станины, стойки, кронштейны, маховики.
Титан и его сплавы
ВТ1 – 0 – коррозионно-стойкий футеровочный материал, детали машин,
насосов, аппаратов, емкостей.
Ti – Al – Mn (ОТ4) – тонкостенные детали сложной формы при Т до 3504000С.
Ti – Al (DN5), Ti – Al – Sn (BT5 – 1), Ti – Al – Mo – V (BT14) – органы
дисковых, патронных и ленточных фильтров, детали центрифуг, емкости,
сварные силовые узлы (от – 2530С до 4500С).
Ti – Al – Zr – Mo (BT23) – штампованные и сварные конструкции,
длительно работающие до 5000С, кратковременно до 8000С.
Ti – Al – Mo – Cr – Si - Fe (BT3-1) – нагруженные детали и конструкции.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Медь и ее сплавы
М1, М3 – токопроводящие изделия и детали, перегонные аппараты для
коньячного виноматериала и спирта.
Медно-цинковые (латуни) – Л96, Л90, ЛА85-05, ЛАН59-3-3.
Теплообменное и холодильное оборудование - ЛК-80-3, ЛЖМ 59-1-1, ЛН655, ЛО-90-1 – детали, работающие в коррозионных средах и при повышенных
нагрузках, медь – олово (бронзы) – Броф 3-08, БрМц5 – детали трения,
работающие при высоких давлениях в контакте с агрессивными
жидкостями.
Литейные бронзы (БрОЦСНЗ -7 - 5 -1) – детали тяжелонагруженных
узлов трения: шестерни, венцы, червяки, подшипники.
Оловянные баббиты (В89) – для заливки подшипников и вкладышей
подшипников скольжения.
Принятые обозначения химических элементов в покрытиях оборудования
и деталей: Ж, Зл, Зл – Ср, Кд, Ко, М, М – О, М – О – Ц, М – Ц, Н, Пл, С, Н –
В, Н – Ко – Ф, О – Ко, О – Н, Ср, Х, Ц – Н, ОКС – окислы, фос – фосфаты, А,
Зл – Пл, А – Ц.
Чугуны
Серый с пластичным графитом.
СЧ - 15 – малоответственные детали, станины, вентили, вкладыши
подшипников, сменные втулки.
СЧ – 18, СЧ – 20, СЧ – 30 – ответственные детали, шнеки, червяки,
цилиндры, шестерни, малые коленчатые валы, рычаги, кулачки.
Ковкий чугун (КЧ 30 – 6, КЧ 33 – 8) – арматура, кулачковые механизмы в
условиях длительных нагрузок.
Высокопрочный чугун с шаровым графитом (ВЧ 45 – 5, ВЧ 50 – 2) –
трубопроводы для кислот и щелочей, ролики, звездочки, колеса, лопасти
мешалок.
Антифрикционный чугун (АЧВ – 1, АЧВ – 2) – детали для узлов трения с
обильной смазкой.
Жаропрочный стойкий чугун (ЖЧХ2(3, 16) – хромистый), (ЖЧС5Ш –
кремнистый), (ЖЧЮ22 – алюминиевый) – детали, работающие в среде
воздуха и печных газов при температуре до 11000С, шиберы, колосники и
т.п.
Коррозионно-стойкий и жаропрочный чугуны (ЧМХТ, ЧН1ХМД) –
детали двигателей внутреннего сгорания, ЧН15Д3ХШ – детали, работающие
в растворах щелочей и кислот.
Вопросы для самопроверки
1. Какие марки углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, сплавов и
цветных металлов наиболее широко применяются в химическом
машиностроении?
2. Какой состав имеют металлы и сплавы наиболее широко применяемые?
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Какое влияние оказывают легирующие добавки на свойства сталей?
4. На
основании
каких
нормативных
материалов
выбираются
конструкционные материалы?
5. Способы замены дефицитных и дорогих материалов более дешевыми
металлопластиками или пластмассами.
6. Как выбираются допускаемые напряжения?
2.2. РАБОЧЕЕ И РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЯ [1-4, 5, 8-14]
Под рабочим давлением в сосуде и аппарате следует понимать
максимальное избыточное давление без учета допустимого кратковременного
повышения давления во время действия предохранительного клапана или
других предохранительных устройств.
Гидростатическое давление учитывается в случаях, если его величина
составляет не менее 5% от рабочего.
Для литых сосудов и аппаратов, работающих при P < 2 кгс/см2 (0,2
МН/м2), расчетное давление принимают равным 2 кгс/см2.
В расчетах на прочность и устойчивость, прилагаемых к сосуду, должны
указываться величины рабочего и расчетного давлений.
Рекомендуются следующие значения расчетного давления:
· для аппаратов, снабженных предохранительными клапанами
Ррасч=1,1Рраб, но не менее Рраб+0,2 МПа для огне-, взрывоопасных и
токсичных сред, и не менее Рраб+0,1 МПа для остальных сред;
· для аппаратов, снабженных предохранительными мембранами
Ррасч=1,2 Рраб;
· при вакууме в аппарате 0,05 – 0,07 МПа Ррасч=0,1 МПа; при вакууме
<0,05 МПа Ррасч=0,06 МПа;
· для аппаратов, обрабатывающих углеродные фракции: с С2 Ррасч= 2
МПа; с С3 Ррасч=1,6 МПа (на всасе) и Ррасч=2,0 МПа (на нагнетании); с
С4 Ррасч=0,6 МПа; с С5 Ррасч=0,3 МПа; с NH3 Ррасч=1,6 МПа; с фреоном
Ррасч=1,0 МПа; для SO2 Ррасч=0,8 МПа.
Избыточное давление, на которое аппарат испытывается на прочность и
плотность после его изготовления и периодически при эксплуатации,
называется пробным давлением или давлением гидроиспытаний.
При пробном давлении должен соблюдаться не менее чем 1,1–кратный
запас прочности к пределу текучести при температуре 200С.
Значения пробного давления приведены в таблице 1.3 (см. главу 1).
По ГОСТ 9493-73 под условным давлением понимают избыточное
рабочее давление при температуре 200С и выбирают из ряда (табл. 2.2):
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кгс/см
1
1
2*
2,5
3
4
6
8
10
12,.5
16
20
25
32
*
2
МПа
2
0,098
0,196
0,245
кгс/см
1
40
50
64
0,294
0,392
0,589
0,785
0,981
1,226
1,570
1,962
2,452
3,139
80
100
125
160
200
250
320
400
500
640
2
МПа
2
3,924
4,905
6,278
7,848
9,810
12,262
15,696
19,620
24,525
31,392
39,240
49,050
62,784
кгс/см
1
710
800
900
1000
1120
1250
1400
1600
1800
2000
2240
2500
2800
3200
2
Табл. 2.2
МПа
2
69,651
78,480
88,290
98,100
109,872
122,625
137,340
156,960
176,580
219,744
245,250
274,680
313,920
– Применять преимущественно для изделий из цветных металлов.
На прочность стальные сосуды и аппараты, их сборочные единицы и
детали должны рассчитываться с допускаемыми напряжениями при
температуре 1000С, а из цветных металлов, чугуна и др. - при температуре,
выбранной с учетом изменения их физико-механических свойств. Для стальных
сосудов и аппаратов, работающих при температуре до 1000С, рабочее давление
не должно снижаться по сравнению со значениями ряда условных давлений.
2.3. РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА [5, 8, 9, 12]
Расчетная температура определяется на основании тепловых расчетов и
результатов испытаний.
В случае невозможности проведения расчетов и испытаний:
а) расчетную температуру стенки сосуда принимают равной температуре
среды, соприкасающейся со стенкой;
б) при обогревании стенки открытым пламенем, горячими газами с
температурой 2500С и выше или открытыми электронагревателями расчетную
температуру стенки принимают равной Тср, соприкасающейся со стенкой,
увеличенной на 500С, но не менее 2500С;
в) при защите аппарата внутренней футеровкой расчетную температуру стенки
принимают равной температуре поверхности футеровки, соприкасающейся со
стенкой.
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.4. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ [1 - 13]
1. Допускаемые напряжения определяют по формуле: s доп = h s *,
где s * - нормативное допускаемое напряжение, определяемое по таблице
или приведенным ниже формулам; h - поправочный коэффициент.
h
2. Допускается
определять
в
соответствии
с
механическими
характеристиками, указанными в сертификате. Величина h :
а)
устанавливается
в
соответствии
с
нормативно-технической
документацией (при хранении взрыво- и пожароопасных продуктов с
высокой токсичностью h = 0,9);
б) при отсутствии нормативно-технической документации h = 0,9;
в) для всех других сосудов и аппаратов h = 1.
3. s * для материалов, приведенных в таблицах, принимают:
а) если tрас не превышает для углеродистых сталей 3800С, для
низколегированных – 4200С, для аустенитных – 5250С, как наименьшее из
s
*
=
sв
или
nв
s
*
=
sТ
,
nТ
(2.1.)
где nв , nт – коэффициенты запаса прочности по пределу прочности и
текучести (nв = 2,3; nт = 1,5).
б) если tрас превышает указанные величины, за s * принимают наименьшее
из двух значений:
*
s =
sТ
s
или s * = д ,
nд
nТ
(2.2.)
где nд=1,5 – коэффициент запаса прочности по пределу длительной
прочности.
При отсутствии данных по длительной прочности или в соответствии с
технически обоснованными требованиями заказчика, за s * принимают
наименьшее из двух значений:
*
s =
sТ
или s * = s
nТ
(2.3.)
n
где s n – среднее значение 1% предела ползучести при деформации в 1% за
100000 ч.
4. Для стальных отливок s * должны быть уменьшены:
а) для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю качества – в
1,25 раза;
б) для остальных отливок – в 1,4 раза.
Расчетные значения модуля продольной упругости Е для углеродистых и
легированных сталей в зависимости от температуры определяют по таблице [2].
При расчете на прочность сварных соединений сосудов и аппаратов в
расчетные формулы вводят коэффициент j , величина которого характеризует
прочность сварного шва в сравнении с прочностью основного металла.
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Значения коэффициента прочности сварных соединений должны
соответствовать технической документации, утвержденной в установленном
порядке.
При расчете на прочность сварных швов сосудов и аппаратов должны
принимать следующие наибольшие значения расчетного коэффициента
прочности j сварных швов (ГОСТ 14249-89):
а) для стыковых и тавровых сварных соединений с двухсторонним
сплошным проваром, выполняемых автоматической сваркой, допускается
применение коэффициента j = 1;
б) для стыковых сварных соединений с подваркой корня шва и тавровых
соединений с двухсторонним сплошным проваром, выполняемых вручную,
j = 0,95;
в) для стыковых соединений, доступных к сварке только с одной стороны
и имеющих в процессе сварки подкладку со стороны корня шва, прилегающую
по всей длине шва к основному металлу, j =0,9;
г) для тавровых соединений, в которых не обеспечивается сплошное
соединение свариваемых деталей, а также для соединений внахлестку при
наличии швов с двух сторон j =0,8.
При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать коррозионное
влияние рабочей среды на материал конструктивных элементов в
эксплуатационных условиях. Поэтому к расчетным толщинам обечаек, днищ,
колец жесткости и других элементов дают прибавку С для компенсации
коррозии, величина которой устанавливается проектирующей организацией с
учетом скорости коррозии и срока службы аппарата.
При двухстороннем контакте с коррозионной средой прибавку С
соответственно удваивают. Обоснование прибавки С должно быть дано в
конструкторской документации проекта аппарата.
К расчетным величинам толщин обечаек, днищ и других элементов
допускается давать дополнительную прибавку Сконстр, с обоснованием ее в
технической документации проекта.
2.5. ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ.
БЕЗМОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ [1-5, 8 - 13, 19]
2.5.1. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ
ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ
Корпуса аппаратов и некоторые элементы машин представляют собой
оболочки цилиндрической, эллиптической, сферической, шаровой и
конической формы.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Разделы, подлежащие изучению
Виды и характер нагрузок, действующих на оболочки и вызывающих в
стенках напряжения. Безмоментная теория расчета оболочек. Основные
расчетные формулы для определения толщины стенок обечаек, днищ и крышек
из различных материалов. Определение толщины стенки аппаратов,
работающих под атмосферным давлением. Влияние технологии изготовления
и монтажа, а также интенсивности коррозии на выбор толщины стенки.
Принимаем, что другие нагрузки на оболочку не действуют (т.е. нет
изгибающих элементов, отсутствуют резкие переходы по толщине и типу
закрепления обечайки). По этой теории производится абсолютное большинство
расчетов. Основные расчетные формулы для аппаратов из хрупких
металлов:[ГОСТ 14249-89]
S=
Pдоп
PD В
PDН
+ C + C1 ; S =
+ C + C1 ;
2js доп + P
2js доп - P
2js доп ( S - C )
=
³ PГИ .
DB + S - C
(2.4.)
(2.5.)
Эти формулы применимы при условии:
S-C
£ 0,1 .
D
Для
аппаратов,
подведомственных
ГОСГОРТЕХНАДЗОРу
и
изготовленных из пластичных материалов, в расчетах используются формулы:
S=
PDB
+ C + C1 ;
2,3js доп - P
Pдоп =
(2.6.)
2,3js доп ( S - C )
³ РГИ .
DB + S - C
(2.7.)
Расчет колец жесткости для аппаратов, работающих под внутренним
давлением
Кольца жесткости устанавливают при условии
K=
в диапазоне 0 < K < 2
Pp (D + S - c )
2j М s доп (S - c )
-1 > 0
jk
,
jM
ширина кольца жесткости равна
é2 j æ
1 öù
b £ D(S - c )ê - K ç1 + ÷ú ,
ë K j M è K øû
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где φk, φM – соответственно, коэффициенты прочности кольцевого и
меридионального сварных швов.
Площадь поперечного сечения кольца жесткости
F ³ b (S - c )
s доп.М j М
×К .
s доп.К j К
jК
- 1 , то необходимо увеличить стенку обечайки, чтобы
jМ
j
выполнить условие 0 < К < 2 К - 1 .
jМ
Если
К ³2
2.5.2. СФЕРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ [1-5, 8 - 13]
Исходя из расхода материала, наиболее экономичной формой оболочки в
изготовлении является сферическая. Сферическая форма обечаек применяется
главным образом в различных шаровых емкостях большой вместительности
(более 100 м3), предназначенных для хранения и транспортировки различного
рода жидкостей и газов, а также как переходная часть от цилиндрической и
конической в корпусах аппаратов. Область применения сферических обечаек
ограничивается внутренним избыточным давлением до 2,5МН/м2 и вакуумом.
Рекомендуются следующие минимальные толщины стенок (без прибавки
на коррозию)
D,
£ 2000
> 2000
> 4000
> 8000
мм
£ 4000
£ 8000
£ 12000
S, мм
6
8
10
12-14
Определение номинальной расчетной толщины стенки
находящейся под внутренним давлением, базируется на формуле:
Dв P
S=
+ С,
4s допj - Р
SГОСТ = S + C + Cо ,
4j [s ] S ГОСТ - C
[ P] =
³ PГИ .
D + S ГОСТ - C
(
)
обечайки,
(2.8)
(2.9)
(2.10)
Расчет сферических днищ, работающих
под внутренним давлением [1-5, 8 – 13]
Форма таких днищ, применяемых в химической аппаратуре, бывает
полушаровой, сферической без отбортовки и сферической с отбортовкой.
Полушаровые днища (рис. 2.1) рекомендуется применять в стальных сварных
цилиндрических аппаратах с Dв³4м горизонтального и вертикального
исполнения (при давлении свыше 0,07 мн/м2).
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В стальной цилиндрической сварной аппаратуре вертикального и
горизонтального исполнения, работающей под наливом, а также под давлением
ниже 0,07 мн/м2 и температуре до 20 o С можно применять сферические
неотбортованные днища.
Для нормальных стальных днищ (полушаровых) рекомендуется
применять следующие Dв, м:
3,6; 3,8; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,4; 7,0; 8,0; 9,0; 10; 11; 12.
Для нормализованных стальных сферических неотбортованных днищ
рекомендуется следующий ряд Dв, мм;
400; 500; 600; 800; 900; 1000 и далее до 3000мм через каждые 200мм.
Толщина стенки определяется по формуле:
S1 =
PD
× Y + C + C1 .
4s доп
(2.11)
Рис. 2.1. Полушаровое сегментное днище
В сферических днищах наблюдаются не только мембранные напряжения,
но и краевые изгибные напряжения, вызванные краевыми силами и моментами.
Значения этих напряжений следует учитывать при помощи коэффициента
формы днищ Y , который находится опытным путем.
H
D
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
Y
13
8,4
5,4
3,5
2,6
Формула (3.6) применима при
R
H
³ 0,2 и в £ 1 , Rв=R.
D
D
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для проверочных расчетов применяется следующее выражение:
Pдоп =
4s доп × j ( S - C )
³ РГИ .
D ×Y
(2.12)
2.5.3. ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ДНИЩА, РАБОТАЮЩИЕ
ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ [1-5,8 - 13]
У стандартизованных и нормализованных эллиптических днищ (рис.2.2.)
рекомендуемый диаметр Dв изменяется от 200 до 1000 мм через каждые 50 мм,
от 1000 до 2000 мм через каждые 100мм и от 2000 до 4000 мм – через каждые
200мм
Рис. 2.2. Эллиптическое днище
Существуют два метода расчета эллиптических днищ.
Первый - по ГОСТу 14249-83, второй – по нормам КОТЛОНАДЗОРа.
Расчет ведут как для сферического сосуда. В итоге получают следующую
формулу для определения исполнительной толщины стенки
RP
+ С + С1 .
2js доп - 0,5Р
S1 =
(2.13)
Допускаемое давление определяют по формуле:
Pдоп =
где R=
2 ( S1 - C ) js доп
³ РГИ ,
R + ( S1 - C ) × 0,5
(2.14)
D2
- радиус кривизны в вершине днища. Для стандартных днищ (при
4H
H/D = 0,25), R=D. Формулы (3.4) и (3.5) применимы, когда:
S1 - C
£ 0,1
D
и
Н³0,2D.
Расчетная формула для определения толщины стенки днища по нормам
КОТЛОНАДЗОРа имеет вид:
S=
PD
D
×
+ C + C1 .
4 Zs доп - Р 2H
Формула справедлива при
(2.15)
S
d
H
³ 0,2 , 1 £ 0,1 и
£ 0,6 .
D
D
D
Здесь Z - коэффициент, учитывающий укрепление отверстия в днище.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Z = 1 при
Z=
1,25 ×
2
d
D(S - C )
d
D(S - C )
£ 0,4 ,
при 0,4 £
+ 1,5
d
D(S - C)
£ 2,0 .
Для глухих днищ и с полностью укрепленными отверстиями Z = 1 .
Допускаемое давление находится по формуле:
8j [s ] ( S ГОСТ - C ) H
[ P] =
× ³ PГИ .
D + S ГОСТ - C
D
(2.16)
2.5.4. РАСЧЕТ КОНИЧЕСКИХ ДНИЩ,
РАБОТАЮЩИХ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ [1-5, 8 - 13]
Основные конструкции конических днищ, применяемые в химическом и
пищевом аппаратостроении, представлены на рис.2.3.
Толщину конического днища в местах, достаточно удаленных от
отбортовки, можно определить по мембранной теории
S1 =
Pp
2js доп - Pp
×
D
+ C + C1 .
cos a
(2.17)
Толщину отбортовки – толщину стенки цилиндрического корпуса на
расстоянии не менее l y = 0,5S D ( S - C ) и конического днища (угол при вершине
конуса принят 2a £ 140o ) на расстоянии не менее lк = 0,5
D ( S1 - C )
определяют
cos a
так же, как для сферического днища по формуле:
S1 =
Pp DY
4js доп
+ С + С1 ,
(2.18)
где Y – экспериментально установленный коэффициент формы днища,
определяется по таблице 2.3 и в зависимости от отношения r/D и угла a .
Таблица 2.3
a,
град.
10
20
30
40
60
70
0,01
1
2
2,7
4,1
6,4
9,4
0,09
1,2
1,7
2,2
3,3
5,1
7,2
Значения Y при значениях r/D
0,06 0,08
0,1
0,15
0,2
1,1
1,1
1,1
1,1
1,4
1,3
1,2
1,1
1,8
1,7
1,6
1,4
1,3
2,6
2,4
2,2
1,9
1,8
4,0
3,5
3,2
2,8
2,5
6,0
5,2
4,8
4,1
3,8
36
0,63
0,5
1,1
1,1
1.4
2,0
2,8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис.2.3. Конструкции конических днищ:
а - с отбортовкой; б - без отбортовки; в- без отбортовки с плоским диском
Допускаемое давление, если угол при вершине конуса 2 a £140 o , равно
наименьшему из двух значений
4js доп ( S1 - C )
³ РГИ ,
DY
2соsa ( Sк - C ) js доп
=
³ РГИ .
D p + 2 cos a ( S к - С )
а) Pдоп =
(2.19)
б) Pдоп
(2.20)
Расчетный диаметр Dp для конических днищ с тороидальным переходом
определяют по формуле
Dp=D-2[r(1-cos a )+ lк sin a ].
Для днищ без тороидального перехода расчетный диаметр определяют по
формуле:
Dp=D-2 lк sin a .
Внутренний радиус отбортовки днищ с тороидальным переходом
выбирают конструктивно. Для днищ без тороидального перехода условно
расчетный внутренний радиус отбортовки принимают r = 0,01D.
Угол при вершине конического днища 2 a принимают конструктивно.
При расчете по формуле (2.18) α = 1 для днищ с тороидальным
переходом.
Примечание: формулы настоящего раздела применимы при условии:
S1 - C
0,1
£
.
D
cos a
(2.21)
Конические днища без тороидального перехода должны удовлетворять
условию:
Pp £
2js доп (S1 - C)
.
D × Yo + (S1 - C)
(2.22)
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коэффициент Yo определяют по формуле:
Yo =
0,4
×
tga
1
S1 - C 1 +
cos a
D
(2.23)
+ 0,5
или по графику 6, ГОСТ 14249-89.
Вопросы для самопроверки
1. Какие силы действуют на единичный элемент по безмоментной теории?
2. Вывод уравнения Лапласа.
3. Вывод расчетных формул для определения толщины стенки цилиндрической
обечайки и конического днища.
4. Какие теории прочности используются при выводе различных формул?
5. Вывод расчетных формул для определения толщины стенки сферической и
эллиптической обечаек.
6. В чем различие расчетных формул для определения толщины стенки
эллиптического днища по ГОСТ 14249-73 и нормам КОТЛОНАДЗОРа?
7. Какую роль играет отбортовка у коробовых, конических и эллиптических
днищ? Области их применения.
8. Типы конических обечаек и днищ и области их применения.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 3
РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ
3.1. РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ
ОБЕЧАЕК СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ НАРУЖНОГО
ДАВЛЕНИЯ [1-5, 8 – 13, 19]
Под наружным давлением находятся вакуумные аппараты, корпуса
аппаратов с рубашками и различные внутренние устройства аппаратов
(например, греющие камеры выпарных аппаратов).
Разделы, подлежащие изучению
Характер деформаций при потере устойчивости обечайками различной
длины. Расчетные схемы для обечаек, работающих под наружным давлением.
Основные расчетные формулы для определения толщины стенки
цилиндрических обечаек.
Геометрическое и прочностное условия.
Цилиндрические обечайки, укрепленные кольцами жесткости. Цилиндрические
и конические обечайки, работающие под действием осевой сжимающей силы,
изгибающего момента и наружного давления. Расчет сферических,
эллиптических и конических днищ, работающих под наружным давлением.
Класс длин обечаек (короткой и средней) определяется геометрическим
условием:
0,0052
Pp
10- 6 E
£
l
10 - 6 E
£ 7,68
.
D
Pp
(3.1)
Формула (3.1) позволяет производить прямое определение толщины
стенки из условия устойчивости:
D é PP l ù
S = 0, 47
100 êë10-6 ED úû
0,4
+ С + С1 ,
S ® S ГОСТ
(3.2)
Условие прочности работы обечайки в области упругой деформации
определяется при соотношениях:
1,5
2( S ГОСТ - C ) l
D
£ £
.
D
D
2( S ГОСТ - C )
(3.3)
Основная расчетная формула для определения допустимого давления имеет
вид:
Pдоп
DE é100( S ГОСТ - C ) ù
= 6, 49 ×10
ú
l êë
D
û
-6
2
100( S ГОСТ - C )
³ РГИ .
D
(3.4)
Кроме того, для обеспечения упругой работы обечайки вплоть до
образования вмятин, необходимо, чтобы критические напряжения не
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
превышали предела текучести (точнее – предела упругости) материала при
расчетной температуре.
Расчетные формулы (3.2) и (3.4) применимы для проверки и расчета на
устойчивость цилиндрических оболочек средней длины, которые должны
удовлетворять следующим условиям:
- половина длины обечайки должна быть значительно больше длины зоны
краевого эффекта при симметричной деформации (расчет по безмоментной
теории);
- число волн в окружном направлении в момент потери устойчивости должно
быть в несколько раз больше единицы (не менее шести).
Какая длина l подставляется в расчетные формулы?
1. При разности S1-S< 2 мм расчетную длину в гладкой неподкрепленной
кольцами обечайке принимают равной S1 (толщина днища);
а) для сосудов с эллиптическими днищами:
H
l = B + а + дн ,
3
где а – высота торового перехода; Hдн – высота днища;
б) для сосудов с коническими отбортованными днищами:
l = В + а + а1 ,
где а1 - высота отбортовки.
2. При разности S1 – S > 2 мм, а также для сосудов с плоскими или
неотбортованными выпуклыми днищами (коническими и сферическими) за
расчетную длину принимают только длину неукрепленной обечайки.
Формулы применимы при выполнении условия (3.3)
Если условие (3.3) не выполняется, то толщина стенки при расчетном
давлении определяется по формуле (3.5), а допускаемое наружное давление
при заданной толщине стенки по формуле (3.6).
S=
PDx 1
+C,
2E
(3.5)
2
s
1,5 Е
D æ l ö
+ 1,53 Т ×
×ç
где x1 =
÷ .
sТ
Е S -C è S -C ø
P1доп =
2Е (S - C )
³ РГИ .
Dx1
(3.6)
Коэффициент запаса устойчивости nуст определяется по следующей
формуле:
n уст
2
ìï
é sТ ×l ù
D üï
= 1,5 í1 + 1, 02 ê
×
ý.
ú
Е
S
C
S
C
(
)
ë
û
îï
þï
40
(3.7)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.2. РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ДЛИННЫХ ГЛАДКИХ
ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК (ТРУБ) ПРИ ДЕЙСТВИИ
НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ [1-5, 8 - 13]
Длинные гладкие обечайки, работающие в пределах упругости (условие
(3.3)) и удовлетворяющие при определении толщины стенки геометрическому
условию:
10-6 E
l
> 7, 68
D
Pp
(3.8)
при nуст = 2,3 рассчитываются по формуле:
S = 1,06
D 3 PP
+ C + C1 ,
100 10- 6 × E
S ® S ГОСТ
(3.9)
При условии работы обечайки в области упругих деформаций
(прочностное условие (3.3)) расчетная формула для определения допускаемого
наружного давления имеет вид:
é100 ( S - C ) ù
= 0,85 ×10 × Е ê
ú ³ PГИ .
D
ë
û
3
Pдоп
-6
(3.10)
Для определения допускаемого давления согласно прочностного условия
работы обечайки в области пластической деформации:
l
D
³
D
2( S ГОСТ - C )
используется уравнение: P2 доп =
(3.11)
2Е (S - C )
³ РГИ .
Dx 2
(3.12)
Толщина стенки в этом случае определяется по формуле:
PDx 2
+C,
2E
2
1,5Е æ D ö
где x 2 =
+ç
÷ .
sТ è S - C ø
(3.13)
S=
Формулы применимы при выполнении условия:
S-C
s
£ 0,95 Т .
D
Е
(3.14.)
Для данного случая nуст определяется по формуле:
n уст
é 0,67s Т æ D ö 2 ù
= 1,5 × ê1 +
ç
÷ ú.
Е è S - C ø ûú
ëê
(3.15.)
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.3. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ
КОЛЬЦАМИ ЖЕСТКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ
ДРУГ ОТ ДРУГА НА РАССТОЯНИИ l ³
D
[1-5, 8 – 13, 19]
2
В качестве подкрепляющих стенку обечайки элементов могут быть
использованы фланцы, опорные кольца колосниковых решеток, опорные
кольца тарелок ректификационных и абсорбционных колонн и другие детали
внутренних устройств, если их конструкция и размеры сечения удовлетворяют
условиям жесткости.
Основные способы укрепления, например горизонтальных оболочек,
кольцами жесткости представлены на рис. 3.1.
e = y1 -
S
; z = y2 - e
2
Рис. 3.1. Способы укрепления горизонтальных аппаратов кольцами жесткости
а - внутреннее кольцо (в месте опоры- горизонтальный аппарат); б - наружное кольцо
(в месте опоры - горизонтальный аппарат); в - внутренние кольца (вблизи опоры при 1>1е горизонтальный аппарат); г - наружные кольца (вблизи опоры при 1> 1е - горизонтальный
аппарат); д - внутренние кольца (вблизи опоры при 1< 1е- горизонтальный аппарат); е наружные кольца (вблизи опоры при 1< 1е- горизонтальный аппарат)
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Расчетная схема узла
представлена на рис. 3.2.
e=
h Sисп
+
;
2
2
z=
Fk × e
.
Fk + Fоб
укрепления
обечайки
кольцом
жесткости
Рис.3.2. Расчетная схема
При расположении колец жесткости на расстояниях, равных или больших
половины диаметра обечайки, расчет на устойчивость производится
следующим образом.
Между кольцами обечайка рассчитывается по формулам (3.2) и (3.4) как
гладкая цилиндрическая оболочка средней длины. При этом за расчетную
длину обечайки принимается расстояние между соседними кольцами в свету.
Если расстояние между кольцами не одинаковы, в качестве расчетной длины
следует принимать наиболее длинную секцию обечайки между кольцами.
Кольца по отношению к обечайке считаются абсолютно жесткими. После
расчета стенки обечайки определяется момент инерции колец жесткости из
условия устойчивости.
Iх ³ Iтр .
(3.16)
Для учета совместной работы кольца жесткости и обечайки в расчетное
сечение кольца включается полоска стенки обечайки длиной
lэф = t + 1,1 × D × ( S - C ) ,
S = Sисх ,
(3.17)
но не более t +30(S-C) и не более расстояния между кольцами в осях. В
формуле (3.17) t – ширина поперечного кольца жесткости.
Эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца
жесткости будет равен:
2
lэф ( S - C )3 é
p 4
æ z ö ù
4
I x = I + F (e - z ) +
ê1 + 12 ç
÷ ú , I = ( Dн - Dв )( S - C ) ,
8
12
S
C
è
ø úû
êë
2
(3.18)
где I – момент инерции кольца жесткости, подкрепляющего обечайку,
относительно собственной центральной оси х1 – х1, см4; F – площадь
поперечного сечения кольца жесткости, см2; e - расстояние от оси, лежащей на
срединной поверхности обечайки, до центральной оси кольца х1 – х1, см; z –
расстояние от оси, лежащей на срединной поверхности обечайки, до центра
тяжести (оси х – х ) расчетного сечения, включающего в себя поперечное
сечение кольца жесткости и часть стенки обечайки длиной lэф, см.
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тогда требуемый из условия устойчивости момент инерции кольца
жесткости равен (с вычетом момента инерции работающей стенки):
I тр =
l é
PD 3
3ù
1,18
- (S - C) ú .
ê
12 ë
E
û
(3.19)
Допускаемое наружное давление Pдоп принимается как меньшее из двух
величин, определяемых по формуле (3.10) или по формуле (3.20), для обечаек, у
которых
L
D
,
³ 7,68
D
100K (S - C)
é100 ( S - C ) ù
2
Pдоп=0,846 ×10 E ê
ú × K ³ PГИ ,
D
ë
û
3
(3.20)
-6
где
К2 =
lэф
l
lэф = l -
+
10,92
l (S - C)
3
é
F × lэф ( S - C ) ù
2
êI + l
ú,
F + lэф ( S - C ) úû
êë
(3.21)
I
él - l - 1,1 D ( S - C ) ù .
3
û
l (S - C) ë
I+
36
Формулы применимы при соблюдении условия
1,3PD
£ sТ .
D + (S - C)
3.4. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ
КОЛЬЦАМИ ЖЕСТКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ
НА РАВНЫХ РАССТОЯНИЯХ l <
D
[1-5, 8 - 13]
2
При достаточно частом расположении колец их изгибная жесткость будет
не намного отличаться от жесткости стенки обечайки. В этом случае
устойчивость колец нельзя рассматривать вне связи с устойчивостью обечайки.
Кольца увеличивают жесткость обечайки на изгиб и сжатие в окружном
направлении и сравнительно мало влияют на жесткость в осевом направлении и
жесткость при сдвиге.
Если кольца расположены друг от друга на одинаковых расстояниях и
при потере устойчивости образуется волна, которая по длине обечайки
захватывает ряд подкрепляющих колец, то поведение обечайки, усиленной
кольцами, приближенно может быть представлено как поведение
эквивалентной ортотропной оболочки.
Эффективный момент инерции расчетного сечения, включающего в себя
поперечное сечение кольца жесткости и часть стенки обечайки длиной lэф , см,
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2
l (S - C) é
æ z ö ù
Iх = I + F ( l - Z ) + эф
1
+
12
(3.22)
ê
ç
÷ ú,
10,92 êë
è S - C ø úû
где в качестве эффективной длины lэф стенки обечайки в расчетное сечение
3
2
кольца принимается длина, равная
lэф = l -
I
él - t - 1,1 D ( S - C ) ù .
3
û
l (S - C) ë
I+
36
(3.23)
Допускаемое давление для обечаек с кольцами жесткости и Р¢доп, при
соблюдении условия
0,5 £
L
D
< 7,68
,
D
100K (S - C )
(3.24)
определяют по формуле:
K K D é100 ( S - C ) ù
¢ = 6, 49 ×10 E
Pдоп
ê
ú
L ë
D
û
-6
2
100 ( S - C )
³ PГИ .
D
(3.25)
Формула применима при соблюдении условия
1,3PDl
£ sТ .
F + (S - C)l
(3.26)
К расчетной толщине колец жесткости, рассчитанных по формулам (3.22) и
(3.23), добавляют прибавку для компенсации коррозии.
3.5. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ОСЕВОЙ СЖИМАЮЩЕЙ СИЛЫ И ИЗГИБАЮЩЕГО
МОМЕНТА [1-5, 8 - 13]
При проверке устойчивости вертикальных сосудов и аппаратов за
расчетное сечение, как правило, принимают нижнее сечение. Если толщина
стенки обечайки по высоте сосуда и аппарата меняется, то проверку
устойчивости обечайки производят в каждом месте изменения толщины.
Коэффициент запаса устойчивости обечаек, работающих в условиях
осевого сжатия и изгиба, по отношению к нижним значениям критических
напряжений, принят равным 2,3 и учтен при выводе расчетных формул.
3.5.1. Обечайки, работающие под действием осевой сжимающей
силы.
Цилиндрические обечайки, нагруженные осевой сжимающей силой, проверяют
на местную устойчивость по формуле
N £ Nдоп,
(3.27)
*
где Nдоп = pD(S - C)jcs .
(3.28)
Коэффициент уменьшения допускаемых напряжений jc определяют по
формулам:
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а) при
D
E
0,75Кс
> 0,18
, jс =
.
sТ
D
2(S - C)
sТ
×
Е 2(S - C )
(3.29)
Параметры Кс определяют по таблице 3.1.
D
от 0,18
2(S - C ) до 250
Е/ s Т
0,14
Кс
б) при
Таблица 3.1
250
500
750
1000
1500
2000
0,14
0,12
0,095
0,08
0,07
0,06
D
E
< 0,18
, jc =
2(S - C)
sТ
1
és
D ù
1 + 2,3 ê Т ×
ú
ë Е 2(S - C) û
2
.
(3.30)
Длинные цилиндрические обечайки (трубы), нагруженные осевой
сжимающей силой, для которых jt < jc проверяют на общую устойчивость по
формуле
N £ Nдоп,
*
где Nдоп = p × D × (S - C)jt s .
(3.31)
Коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при продольном
изгибе центральносжатых элементов (кольцевого сечения) jt определяют по
таблице 3.2 в зависимости от приведенной гибкости l .
Таблица 3.2
jt
l
l
jt
0,5
0,975
5,0
0,325
1,0
0,940
5,5
0,272
1,5
0,900
6,0
0,228
2,0
0,840
6,5
0,193
2,5
0,760
7,0
0,168
3,0
0,670
7,5
0,148
3,5
0,570
8,0
0,128
4,0
0,490
9,0
0,101
4,5
0,390
10,0
0,082
Приведенную гибкость центральносжатых тонкостенных элементов
сечения вычисляют по формуле
l = 3, 46
sТ
,
D 1,5 Е
lпр
(3.32)
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где lпр - приведенная расчетная длина центрально-сжатых элементов в
зависимости от способа закрепления концов, определяется по таблице 3.3.
Таблица 3.3
Расчетная схема и способы закрепления
концов
l пр
l / l1
l1
-
2 l1
-
2 l1
1,73 l 1
1,47 l 1
1,23 l 1
1,06 l 1
-
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
2 l1
1,7 l 1
1,4 l 1
1,11 l 1
0,85 l 1
0,7 l 1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,7 l 1
-
0,5 l 1
-
N
l1
N
l
1
N
l
l1
N
l
l1
N
l1
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3.5.2. Цилиндрические обечайки, работающие под действием изгибающего
момента[1-5, 8 - 13]
Цилиндрические обечайки, при действии изгибающего момента М,
проверяют на устойчивость по формуле М £ Мдоп,
(3.33)
где Мдоп определяют по формулам:
D
E
> 0,25
, Мдоп=0,785Кu×Е×D(S-C)2,
2(S - C)
sT
D
E
при
< 0,23
, Мдоп=0,785 j u s * D2(S-C).
2(S - C)
sT
(3.34)
при
(3.35)
Коэффициент Кu выбирают по таблице 3.4.
Таблица 3.4
D
2(S - C )
Кu
От
0,23
E
до
sT
250
0,170
250
500
750
1000
1500
2000
0,170
0,130
0,120
0,100
0,085
0,080
Коэффициент ju определяют по формуле:
ju =
1
és
D ù
1 + 15,3ê T ×
ú
ë E 2(S - C) û
2
.
(3.36)
Если изгибающий момент создается действием поперечной нагрузки
(собственные массы конструкции, массы жидкости, заполняющей
горизонтальный цилиндрический сосуд; ветровой нагрузки и т.д.), то
цилиндрическую обечайку в дополнение к расчету по формуле (3.31) в месте
возникновения наибольшей перерезывающей силы проверяют на местную
устойчивость по формуле
D(S - C) ù
2é
Q £ E(S - C) ê0,15 + 2,6
.
L2 úû
ë
(3.37)
В формулах (3.16, 3.29) и (3.34) запас устойчивости к нижнему значению
критического напряжения составляет 2,4.
В формулах (3.30) и (3.35) запас устойчивости к нижнему значению
критического напряжения (в качестве которого принимается предел текучести
материала стенки при расчетной температуре) принят переменным в
зависимости от
D
соответственно:
2(S - C )
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
n уст
2
é
æ sТ
D ö ù
ç
÷
= 1,5 ê1 + 2,3ç
×
÷ ú,
êë
è Е 2(S - C) ø úû
(3.38)
n уст
2
é
æ sТ
D ö ù
÷÷ ú .
= 1,5 ê1 + 15,3çç
×
(
)
Е
2
S
C
êë
ø úû
è
(3.39)
3.6. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД
СОВМЕСТНЫМ ДЕЙСТВИЕМ НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ, ОСЕВОЙ
СЖИМАЮЩЕЙ СИЛЫ И ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА [1-5, 9, 24- 26]
Цилиндрические обечайки, работающие под совместным действием
наружного давления, осевой сжимающей силы и изгибающего момента,
проверяют на устойчивость по формуле:
N
М
Р
+
+ Р £1
N доп М доп Р доп
(3.40)
или
sС
su
Рн
+
+
£ 1.
s Сдоп su доп Рн доп
(3.41)
При отсутствии наружного давления, осевой сжимающей силы или
изгибающего момента расчет производят по формуле (3.40), в которой
принимают соответственно: при отсутствии нагрузки РР = 0; N = 0; или
М = 0.
Запасы устойчивости определяют по формулам (3.15, 3.28, 3.31, 3.39), а
коэффициенты j c , j t , j н по формулам (3.29, 3.30, 3.36) и таблице 3.2.
3.7. ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ДНИЩА,
РАБОТАЮЩИЕ ПОД НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ [1-5, 8 - 13]
Толщина стенки полушарового, сферического и эллиптического днищ,
работающих под наружным давлением, рассчитывается по формуле:
S1 =
Kэ × R
P
×
+ C + C1 .
300
10- 6 E
(3.42)
Допускаемое давление равно:
é ( S - C ) ×100 ù
= 9 ×10 Е ê 1
ú ³ РГИ ,
Kэ × R
ë
û
2
Pдоп
(3.43)
-6
где Кэ – коэффициент, определяемый по графику с координатами H/D и R/(S1C), (изменяется Кэ от 0,87 до 1,0).
Для днищ, теряющих устойчивость за пределом упругости,
R
0,1E
< * ,
(3.44)
S1 - C
s
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
коэффициент запаса устойчивости (прочности) по отношению к давлению,
соответствующему достижению предела текучести при расчетной температуре
в вершине днища принят
é
R ù
2 s
n уст = 1,5 ê1 + 6К э Т ×
ú.
Е S1 - C û
ë
В качестве расчетной формулы для определения исполнительной
толщины стенки днища принята формула:
S1 =
PR
b1 + С + С1 .
2s доп
(3.45)
Допускаемое давление равно
2s доп (S1 - C)
Р доп =
.
b×R
Коэффициенты равны:
b = 1 + 6K э
2
(3.46)
sТ
R
×
,
Е S1 - C
b1 = 0,5 + 0,25 + 12K э
2
s Т × s доп
.
Е × Рр
Примечание. Формулы, представленные в данном разделе, применимы для
днищ, у которых 0,2 £
H
£ 0,5 .
D
В основу расчета сферических обечаек, подверженных наружному
давлению, заложена формула для критического давления шаровой оболочки.
Расчетная формула имеет вид:
Рн
S кр = 0,73 Dв
+C
t
,
(3.47)
Е
При проверочных расчетах допускаемое наружное давление определяется
по формуле
2
Pндоп
3.8.
æ S -C ö
£ 1,87 E ç
÷ ³ РГИ .
è Dв ø
t
(3.48)
ПРОВЕРКА НА УСТОЙЧИВОСТЬ КОНИЧЕСКИХ ДНИЩ ПРИ
СОВМЕСТНОМ ДЕЙСТВИИ ОСЕВОЙ СЖИМАЮЩЕЙ СИЛЫ И
НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ [1-5, 8 – 13]
Как и в случае цилиндрической обечайки, проверку на устойчивость
конического днища, находящегося под совместным действием осевой
сжимающей силы и наружного давления, производят по формуле:
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рр
sc
Р
N
+
£ 1 или
+
£ 1.
s cддо Р доп
N доп Р доп
(3.49)
Расчетный диаметр конического днища определяется по формуле:
Dp =
0,9D1 + 0,1Do
,
cos a
(3.50)
где D1, Do – диаметры большего и меньшего оснований.
Таким образом, в качестве расчетного сечения конической оболочки
принимается сечение, находящееся на расстоянии 0,1 длины образующей от
большего основания конуса.
Толщина стенки конического днища определяется по формулам для расчета
цилиндрических коротких и средних обечаек.
Допускаемую осевую сжимающую силу определяют из условия местной
устойчивости стенки конического элемента по формуле
N доп = jс s* pDp (S1 - C)cos 2 a .
(3.51)
Коэффициент jc - по формуле (3.29), где вместо D принимают расчетный
диаметр Dp, определенный по формуле (3.50).
Допускаемое наружное давление из условия устойчивости определяется по
формуле:
Pдоп
D é100 ( S1 - C ) ù
= 6, 49 ×10 Е ê
ú
l ë
D
û
-6
2
100 ( S1 - C )
³ РГИ
D
(3.52)
как для цилиндрической оболочки средней длины, в которой l - равно высоте
конуса, а D – равно приведенному диаметру.
Окончательная расчетная формула имеет вид
N
Р
+
£ 1.
N доп Р доп
(3.53)
Запас устойчивости, даваемый этой формулой, как и прежде, составляет
n = 2,3. Границы применимости формулы те же, что и формулы для расчета
цилиндрической оболочки средней длины.
Угол при вершине конуса 2 a £120 o .
Вопросы для самопроверки
1. Какие обечайки называются короткими и средними, а какие длинными?
2. Что называется верхним и нижним критическими давлениями
(напряжениями)?
3. Какие значения имеет коэффициент запаса на устойчивость для обечаек
различной длины?
4. Влияние точности изготовления обечаек на их устойчивость.
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Напишите вывод расчетных формул для определения толщины стенки
средней и длинной цилиндрических обечаек, работающих под наружным
давлением в области упругой деформации.
6. Напишите вывод расчетной формулы для определения толщины стенки
обечайки, укрепленной кольцами жесткости на расстоянии l >
D
.
2
7. Как рассчитываются цилиндрические обечайки, работающие под
действием осевой сжимающей силы, изгибающего момента и наружного
давления?
8. Запишите формулы для расчета на устойчивость сферических и
эллиптических днищ.
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 4
ПЛОСКИЕ КРУГЛЫЕ ДНИЩА И КРЫШКИ. КОРОБЧАТЫЕ
ОБЕЧАЙКИ
4.1. ПЛОСКИЕ КРЫШКИ И ДНИЩА [1-6, 9]
Плоские круглые днища и крышки сосудов и аппаратов, работающих под
внутренним давлением, рассчитываются по формуле
S1 =
Pp
K
+ С + С1 .
D
s доп
Ko
(4.1)
Величину коэффициента К, в зависимости от конструкции днищ и
крышек, выбирают по таблице 1 (ГОСТ 14249-89). Допускаемое рабочее
давление на плоское днище определяют по формуле:
é К (S - C)ù
=ê о 1
ú × s доп ³ РГИ .
KD
ë
û
2
Pдоп
(4.2)
Величину коэффициента ослабления Ко для днища, имеющего одно
центральное отверстие, определяют по формуле
K o = 1 - 0,43
d
D
при
при
K o = 0,85
d
£ 0,35 ;
D
d
0,35 < £ 0,75 .
D
(4.3)
Для днищ, имеющих нецентральное отверстие или несколько
произвольно расположенных отверстий, величину коэффициента Ко
определяют по формуле:
Ko = 1 -
åd
D
i
.
(4.4)
Плоские круглые сварные днища с D ³ 400 мм для аппаратов,
работающих под давлением, применять не рекомендуется.
4.2. ПЛОСКИЕ КРУГЛЫЕ ДНИЩА,
ПРИСОЕДИНЯЕМЫЕ К ФЛАНЦУ НА БОЛТАХ [1-6, 8 - 13]
Плоские круглые днища, присоединяемые
рассчитывают на внутреннее давление по формуле
S1 =
Рр
K1
Dср .п
+ С + С1 .
Ko
s доп
на
болтах
к
фланцу,
(4.5)
Коэффициент Ко определяют по формулам (4.3 и 4.4), где вместо D
принимают Dб.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Величину коэффициента К1 рассчитывают по формуле:
2
æ D
ö
æ D
ö
K 1 = 0,0515ç б + 1 ÷ + 0,5ç б - 1 ÷(y - 1)
çD
çD
÷
÷
è cр .п
ø
è ср .п
ø
(4.6)
или определяют по графику (ГОСТ 14249-89) в зависимости от отношений:
Dб
Dср .п
и
y=
Рб
.
Qд
Значение этого коэффициента должно быть ³ 0,5.
Болтовую нагрузку в условиях эксплуатации Рб и равнодействующую
внутреннего давления Q д определяют в соответствии с технической
документацией на расчет фланцевых соединений.
Допускаемое рабочее давление для плоского круглого днища Рдоп,
присоединенного на болтах к фланцу, при контрольных расчетах определяют
по формуле
Pдоп
éК
=ê о
ëê К1
2
æ S - C öù
×ç 1
÷÷ ú × s доп ³ РГИ .
ç D
è ср.п ø ûú
(4.7)
Толщина плоского круглого днища Sn, присоединенного на болтах к
фланцу, в месте уплотнения определяют по формуле
Sn = K 2
Pб
+ С.
s доп
(4.8)
Значение толщины днища должно быть Sn ³ 0,85 S1. Величину Рб
принимают большей из двух величин, определяемых из условия монтажа и из
условий эксплуатации в соответствии с технической документацией на расчет
фланцевых соединений.
Коэффициент К2 рассчитывают по формуле:
K 2 = 0,8
Dб
-1 .
Dср .п
(4.9)
4.3. КОРОБЧАТЫЕ ОБЕЧАЙКИ И ПЛОСКИЕ КРЫШКИ,
УКРЕПЛЕННЫЕ РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ [6,9, 10, 13]
Коробчатые обечайки широко применяются в промышленности для
изготовления: контактных аппаратов, корпусов котлов-утилизаторов,
электрофильтров, аппаратов кипящего слоя, центробежных компрессоров,
насосов, двигателей внутреннего сгорания, топок и печей, бункеров,
редукторов, трансформаторов, сборников, хранилищ, аппаратов из пластмасс,
грузовых вагонов и т.д.
Они образуются сопряжением четырех прямоугольных стенок сваркой
или литьем. Радиус сопряжения должен быть не менее двух толщин стенки.
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Правила конструирования коробчатых обечаек:
1. Размеры отдельных прямоугольных стенок выбирать по возможности
малыми.
2. При значительных размерах стенки укреплять ребрами.
3. Для сварных обечаек сварной шов должен быть стыковой и вне зоны
плавного перехода по радиусу.
4. Сварные швы располагать на расстоянии не менее 1/4 от
противоположных краев.
5. Отверстия для штуцеров, лазов в аппаратах, работающих под
избыточным давлением, по швам делать не рекомендуется.
Укрепление может быть: вертикальным, горизонтальным и шахматного
расположения. Ребра предпочтительно размещать по направлению действия
нагрузки и параллельно меньшей стороне прямоугольной стенки.
4.4. РАСЧЕТ КОРОБЧАТЫХ ОБЕЧАЕК, РАБОТАЮЩИХ ПОД
ВНУТРЕННИМ ИЛИ НАРУЖНЫМ ДАВЛЕНИЕМ [6,9, 10, 12]
Каждую из четырех стенок рассматривают как пластину, гладкую или
укрепленную ребрами, равномерно нагруженную внутренним или наружным
давлением.
1.
2.
3.
4.
5.
Методика расчета коробчатых обечаек
Размеры отдельных прямоугольных стенок назначаются по
возможности малыми.
Переход от горизонтальной стенки к вертикальной (или торцевой)
должен быть плавным с радиусом r = 5S (для литых), r = 2S (для
сварных).
Сварные швы должны быть стыковыми и находиться вне зоны
плавного перехода на расстоянии не менее 1/4 между
противоположными краями.
Отверстия на сварных швах выполнять не рекомендуется.
Толщина стенки
S ¢ = K *b
Р
s изг .доп.
,
(4.10)
где К*= 0,3 – 0,5 (шарнирное закрепление);
К*= 0,73 (жесткая заделка);
b– длина наименьшей стороны.
6. Ребро рассматривается как балка на двух опорах, нагруженная на 1/2
площади пластины внутренним или наружным давлением.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пример расположения ребер жесткости показан на рис. 4.1.
а)
б)
в)
Рис. 4.1. Расположение ребер жесткости на прямоугольной стенке:
а - продольное расположение; б - поперечное расположение; в - вафельное
расположение
Wp =
M изг
Вl
L2bP
, М изг. = Р × В или М изг =
,
2
2
s изг . доп.
WPпрод
B 2lP
=
,
2 Ks изг .доп
WРвафельн . гориз.
В 2lР
=
,
4 Кs изг .доп.
WPпоперечн .
(4.11)
L2bР
=
,
2 Кs изг .доп.
WPвафельн .
верт.
L2bР
=
,
4 Кs изг .доп.
К = 12 (жесткое закрепление);
К = 8 (шарнирное закрепление).
7. Для ребра прямоугольного сечения
h = 5SP;
bh 2 S P × 25S P 2 25S 3
=
=
;
6
6
6 ;
S P = 3 WP × 0, 62.
WP =
8. Момент сопротивления ребра сложного сечения.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
I + I + FP (0,5hP - z ) 2 + FC [ z + 0,5( S - CK ) ]
= P C
,
hP - z
2
WPcл .е.
FC = X ( S - CK ),
z=
FP × hP - FC ( S - CK )
.
2( FP + FC )
9. Проверочный расчет
1.
2.
3.
4.
5.
6.
s U max =
B 2lP
L2bP
£ 1,1s изг .доп. , s U max =
£ 1,1s изг .доп. ,
2 KWPC
2 KWPC
s U max =
B 2lP
£ 1,1s изг .доп ,
4 KWPC
s U max =
L2bP
£ 1,1s изг .доп .
4 KWPC
(4.12)
Последовательность конструктивного расчета
Устанавливается возможность укрепления ребрами и выбирается схема
расположения ребер и расстояние между ними.
Расчетом определяется толщина гладкой прямоугольной стенки.
Расчетом
определяется
предварительный
момент
сопротивления
укрепляющего ребра, исходя из условия восприятия нагрузки одними
ребрами половины всей нагрузки на плоскую стенку.
По расчетному моменту сопротивления ребра подбирается его поперечное
сечение.
Определяется момент сопротивления составного поперечного сечения ребра
с частью стенки, приходящейся на ребро.
Проверяется максимальное изгибающее напряжение в ребрах.
Момент сопротивления составного поперечного сечения для всех трех
случаев расположения укрепляющих ребер, максимальное изгибающее
напряжение при выполнении проверочного расчета определяется также для
трех случаев расположения укрепляющих ребер.
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.5. УКРЕПЛЕНИЕ КРУГЛЫХ ПЛОСКИХ ДНИЩ И КРЫШЕК
РЕБРАМИ ЖЕСТКОСТИ [6, 9, 12]
Методика расчета плоских днищ и крышек, укрепленных ребрами
жесткости
1. Виды укрепления:
а) параллельно диаметру в одном или двух перпендикулярных направлениях,
б) по радиусам от центрально расположенного кольца.
2. Размещение ребер, исходя из конструктивных соображений.
Пример расположения ребер приведен на рис. 4.2.
а)
б)
æ 180 ö é
æ 1800 ö ù
d = D × sin ç
/
1
+
sin
÷ ê
ç
÷ú ,
è z ø ë
è z øû
где z - число ребер
0
Рис. 4.2. Расположение ребер на круглых плоских днищах и крышках:
а - продольно-поперечное расположение; б - радиальное расположение
3. Толщина стенки днища или крышки
S = K ×b
Р
s изг . доп.
.
(4.13)
4. Радиальные ребра рассматриваются как балка, свободно опертая по концам
и нагруженная равномерно распределенной нагрузкой.
5. Предварительный расчетный момент сопротивления ребра
WP =
M изг .
PD 3
= 0,065
,
s изг . доп.
Zs изг . доп.
М изг . =
p 2 P l æD Dö
PD 3
D
=
0,
065
.
ç
÷
Z
4
2 Zè2 3ø
6. Для ребра прямоугольного сечения
58
(4.14)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3
bh 2 25S P
,
WP =
=
6
6
S P = 0,623 WP .
Момент сопротивления профиля ребра сложного сечения
I P + I C + FP (0,5h P - y )2 + FC [y + 0,5(S - C)]
,
hP - y
FC = X ( S - C ),
2
WP =
Y=
FP × hP - FC ( S - C )
.
2( FP + FC )
7. Проверочный расчет
s max =
0,13D3 P
£ 1,1s изг . доп. .
ZWPC
(4.15)
При размещении ребер параллельно диаметру рассматриваем большее по
длине ребро как балку, опертую по контуру и нагруженную равномерно
распределенной нагрузкой.
p D2 P l D
D3 P
М изг. =
= 0, 049
.
4 22 8
Z
(4.16)
Предварительный расчетный момент сопротивления ребра
WP =
М изг .
D3 P
= 0,049
.
s изг . доп.
Zs зг . доп.
(4.17)
Выбор профиля ребра производится аналогично.
s изг . max =
0,098D3 P
£ 1,1s изг . доп. .
ZWPC
(4.18)
Укрепления круглых плоских днищ и крышек ребрами применяются в
хранилищах для жидкого сырья и продуктов, в аппаратах из пластмасс, в
аппаратах под налив, котлах-утилизаторах, электрофильтрах, аппаратах
кипящего слоя и т.д. Ребра могут устанавливаться как внутри, так и снаружи,
по радиусам от центрально расположенного кольца, либо параллельно
диаметру в одном или двух перпендикулярных направлениях.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Методика упрощенного расчета
1. Производится размещение ребер, исходя из конструктивных соображений и
диаметра днища.
2. Определение толщины элемента днища.
3. При радиальном размещении ребер рассматриваем диаметральное ребро как
балку, свободно опертую по концам и нагруженную равномерным
давлением.
4. Как и в предыдущем случае принимаем, что ребро воспринимает половину
всей нагрузки на днище.
5. Исходя из вышесказанного, определяем изгибающий момент.
6. Определяем предварительный расчетный момент сопротивления ребра.
7. По расчетному моменту сопротивления подбирается его поперечное
сечение.
8. Для выбранного момента сопротивления в проверочном расчете проверяется
максимальное изгибающее напряжение.
При параллельном измерении ребер упрощенно рассматривается большее по
длине ребро как балка, свободно опертая по концам и нагруженная
равномерным давлением при половинной нагрузке. Исходя из вышесказанного,
определяем максимальный изгибающий момент. Затем определяем
предварительный расчетный момент сопротивления ребра. По расчетному
моменту сопротивления выбираем профиль и размеры ребра. В проверочном
расчете определяется максимальный изгибающий момент и сравнивается с
величиной равной 1,1 s доп..
4.6. ОСЕВЫЕ МОМЕНТЫ ИНЕРЦИИ И МОМЕНТЫ
СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЛЯ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ
ПРОФИЛЕЙ
1. Швеллер /корытообразное сечение/.
F = bh1 + 2b1h,
yC =
bh12 + 2b1h(2h1 + h)
,
2(bh1 + 2b1h)
b3 (h - h1 ) - h(b - 2b1 )3
,
12
bh 3 + 2b1h3
h
h
IZ = 1
+ bh1 ( уС - 1 )2 + 2b1h( + h1 - yC )2 ,
12
2
2
IZ
WZ =
,
h + h1 - yC
Iy =
Wy =
(h + h1 )b2 - h(b - 2b1 )2
.
6b
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Равнобокий уголок.
F = t ( H + h),
H 2 + ht
,
yc =
2( H + h)
I Z = I y = 1 [t ( H - yc )3 + Hyc 3 - h( yc - t )3 ],
3
4
H - h4
,
IU (max) =
2
7 H 4 - 5h 4
IU (min) =
- 2 H 2 yc ( H + yc ) + 2h 2 ( H - yc )( H + yc - h) - 4 Hyc h 2 .
12
3. Кольцо.
p (D2 - d 2 )
,
4
p (D4 - d 4 )
= 0, 05 D 4 (1 - c 4 ),
IZ = I y =
64
d
c= ,
D
p D3
WZ = Wy =
(1 - c 3 ) = 0,1D 3 (1 - c 3 ),
32
l Z = l y = 1 D2 - d 2 .
4
F=
F,- площадь поперечного сечения;
yц..т. - ордината центра тяжести сечения;
Iин. – момент инерции сечения;
Wсопр., - момент сопротивления сечения;
l - радиусы инерции
4. Прямоугольник.
F = bh;
bh3
hb3
; Iy =
;
12
12
bh 2
hb 2
WZ =
;Wy =
6
6
h
l
lz =
= 0, 289h; l у =
= 0, 289в.
12
12
IZ =
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Тавр.
F = Bh + bh; ус =
Bh12 + Bh (2 h1 + h )
2( Bh1 + bh )
Bh13 + bh 3
h
h
+ Bh1 ( yc - 1 ) 2 + bh ( + h1 - yc ) 2
12
2
2
3
3
hb + h1 B
Iy =
;
12
IZ =
IZ
для верхних волокон,
h + h1 - y c
I
= Z для нижних волокон,
yc
WZ 1 =
WZ 2
Wy =
6. Симметричный двутавр.
hb 3 + h1B 3
, lZ =
6B
IZ
, ly =
F
h1B 3 + hb 3
.
12(Bh1 + bh )
F = 2 Bh1 + bh,
BH 3 - 2( B - b)h3
IZ =
,
12
hb3 + 2h1 B 3
Iy =
,
12
BH 3 - 2( B - b)h3
WZ =
,
6H
h b3 + 2h1 B 3
,
Wy = 1
6B
lZ =
IZ
;l y =
F
Iy
F
.
Вопросы для самопроверки
1. Плоские днища и крышки, области их применения. Укрепление плоских
днищ и крышек.
2. Как рассчитываются плоские днища и крышки?
3. Как учитывается ослабление днищ и крышек отверстиями?
4. Какие конструкции предохранительных мембран применяются в сосудах и
аппаратах?
5. Как рассчитывается толщина предохранительной мембраны?
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.7.
РАСЧЕТ УКРЕПЛЕНИЯ ОТВЕРСТИЙ В ОБЕЧАЙКАХ И
ДНИЩАХ [1,2,5,9,10,12]
Вблизи края отверстия возникает значительная концентрация
напряжений, которые носят местный характер и быстро уменьшаются по
мере удаления от края отверстия. Применяются следующие способы
укрепления отверстий в обечайках и днищах: установка укрепляющих
элементов (штуцера, кольца и отбортовки), полное или частичное
увеличение толщины стенки по сравнению с расчетной.
Разделы, подлежащие изучению
Наибольший допускаемый диаметр неукрепленного отверстия.
Теоретические основы укрепления отверстий. Определение размеров
укрепляющих элементов. Расчет взаимного влияния отверстий.
Расчет укрепления отверстий выполняют по методике, разработанной в
соответствии с ОСТ 26-771-73 «Сосуды и аппараты. Методы расчета
укрепления отверстий в обечайках, переходах и днищах».
При проектировании аппаратов не все отверстия подлежат укреплению.
Наибольший допустимый диаметр выреза dо в аппарате, не требующего
дополнительного укрепления, определяют по формуле
éæ S - C
ù
ö
d o = 2 êç
- 0,875 ÷ Dp (S - C) - Cú ,
÷
êëçè S p
úû
ø
(4.19)
где S – исполнительная толщина стенки обечайки, днища, перехода, м; С –
прибавка на коррозию, м; Sp – расчетная толщина стенки обечайки, днища,
перехода, определяемая по соответствующим формулам; Dp – расчетный
внутренний диаметр аппарата.
Для цилиндрических обечаек Dp = D; для конических днищ или
переходов Dp = Dk/cos a , где Dk – внутренний диаметр конического перехода
или днища по центру укрепляемого отверстия; для эллиптических днищ
D* = D2/2H; для сферических днищ Dp = 2R.
Для аппаратов, работающих под внутренним давлением, условие
укрепления выреза утолщением стенки аппарата, штуцером, накладным
кольцом или комбинированием этих способов имеет вид:
Fотв = å fi укр.эл.
(4.20)
или
é( l1 p + S 2 p + S - S p - C )( S1 - S1 p - C ) + l2 p ( S1 - 2C ) ù c1 + D p ( S 2 p + S - C ) x
ë
û
æd
ö
x ( c 2 S 2 p + S - 0,875S p - C ) ³³ ç + C ÷ S p .
è2
ø
Для аппаратов, работающих под наружным давлением или под вакуумом,
условием укрепления отверстий является выражение:
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
é( l1 p + S 2 p + S - S p - C )( S1 - S1 p - C ) + l2 p ( S1 - 2C ) ù c1 +
ë
û
æd
ö
+ Dp ( S2 p + S - C ) ( c 2 S2 p + S - S p - C ) ³ ç + C ÷ .
è2
ø
(4.21)
В этих формулах S1, S1p – исполнительная и расчетная толщина патрубка
штуцера; l1 p , l2 p - расчетные длины внешней и внутренней частей штуцера, м; d
– внутренний диаметр штуцера, м; S2p – расчетная длина накладного листа, м;
c1 ,c 2 - отношения допускаемых напряжений.
c1 =
s доп1
,
s доп
c2 =
s доп 2
,
s доп
(4.22)
где s доп , s доп1 , s доп 2 - допускаемые напряжения для материала соответственно
корпуса аппарата, штуцера, накладного листа.
Значения l1 p , l2 р определяют как меньшее из двух значений:
для внешней части штуцера:
l1 p = l1 или l1 p = 1, 25 ( d + 2C )( S1 - C ) ;
(4.23)
для внутренней части штуцера
l2 p = l2 или l2 p = 0,5 ( d + 2C )( S1 - C ) ,
(4.24)
где l1 , l2 - длина внешней и внутренней частей штуцера, м (принимают по
нормалям на штуцера).
Расчетная толщина накладного листа
S2p = S2
при L ³ D p (S 2 + S - C ) ;
S2p = nS2 при L < D p (S 2 + S - C ) ,
(4.25)
здесь S2, L принимают по нормали на накладные кольца в зависимости от Dу
штуцера (как правило) S2 £ S; n – коэффициент, значение которого выбирают
по графику.
При укреплении выреза без накладного листа или без штуцера формула
(4.20) упрощается.
Условие прочности при укреплении выреза внешней отбортовкой стенки
аппарата имеет вид
2 ( l3 p + S - S p - C )( S3 - S1 p - C ) ³ ( d э - d ) S p ,
(4.26)
здесь dэ – эквивалентный диаметр отверстия, определяемый приближенно из
условия равенства площадей f1 и f2 (или dэ = d + 2S3);
S3 – исполнительная толщина отбортованной стенки, м;
l3 p - расчетная длина отбортовки и штуцера, м, определяемая как меньшее из
двух значений.
l3 p = l3 или l3 p = 1, 25 ( d + 2C )( S3 - C ) .
(4.27)
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вопросы для самопроверки
1. Какие способы укрепления отверстий Вы знаете?
2. Как определяются напряжения на краю отверстия?
3. Напишите формулы для определения наибольшего допустимого
диаметра отверстия.
4. Напишите основное условие укрепления отверстий.
5. Нарисуйте расчетную схему укрепления отверстия одновременно
кольцом, двухсторонним штуцером и частичным увеличением толщины
стенки обечайки.
6. Напишите формулу для определения допустимого расстояния между
центрами двух соседних отверстий.
7. Конструктивные меры снижения локальных напряжений при установке
люка, смотрового окна и технологического штуцера.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 5
МОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ РАСЧЕТА ТОНКОСТЕННЫХ СОСУДОВ
И КОРПУСОВ [1, 2, 5, 7, 9, 10]
При различной жесткости соединяемых частей, сопряжении оболочек в
стыковом сечении под углом и внезапном изменении по меридиану какогонибудь силового или физического параметра возникают краевые силы и
моменты. Возникающие при этом напряжения носят затухающий характер и
оказывают влияние в точках, весьма близких к наружному краю.
Разделы, подлежащие изучению
Расчетная схема одного из перечисленных случаев возникновения
моментной задачи. Распорные силы. Уравнения совместности линейных и
угловых деформаций. Учет краевых сил и моментов. Методика расчета
тонкостенных обечаек по моментной теории. Способы снижения влияния
краевых моментов и сил.
5.1. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Рис.5.1
Моментная теория применяется в
случае нагружения сосудов краевыми
силами и моментами. Причинами
возникновения последних могут быть:
1) разная
жесткость
соединяемых
частей оболочки (рис.5.1 а, б),
заделка края оболочки (например,
соединение ее с трубной доской или
массивным фланцем), насаживание
на обечайку бандажа и т.д.;
2) сопряжение оболочек в стыковом
сечении под углом (рис.5.1 в);
3) внезапное изменение по меридиану
какого-нибудь
силового
или
физического параметра (рис.5.1 г, д):
давления, температуры, прочностных
характеристик
конструкционного
материала
(соединение
обечаек,
изготовленных из разных материалов).
Возникающие при этом напряжения имеют затухающий характер и
оказывают влияние лишь в точках, весьма близких к нагруженному краю:
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вызывают, как говорят, местный эффект. Характер затухания напряжений (рис.
5.2) имеет следующий вид:
y = Ae-kx(Sin kx ± Cos kx),
где k – функция произведения R·S, характеризующая скорость затухания
напряжения;
х –расстояние от края исследуемого сечения. По данным З.Б.Канторовича,
на расстоянии х = 2,5√RS можно пренебречь напряжениями от действия
краевых сил и моментов. Длина волны λ = 2π/k всегда весьма мала по
сравнению с радиусом оболочки.
Рис.5.2. Затухание краевых напряжений
Влияние краевого эффекта на несущую способность оболочки
При изгибном характере местных напряжений величина их после
достижения предела текучести материала до вступления в стадию
самоупрочнения перестает нарастать. В зоне возникновения краевого эффекта
появляется в кольцевом сечении шарнир пластичности и оболочка начинает
работать по измененной расчетной схеме в упругопластической стадии с
соответствующим
смягчением
угла
пересечения
оболочек
и
перераспределением напряжений. Появление шарнира не превращает оболочку
в изменяемую систему, следовательно, это не означает, что несущая
способность оболочки исчерпана и достигла предельного состояния.
В узлах оболочек, в местах возникновения краевого эффекта материал
должен обеспечивать достаточную надежность узла при появлении шарнира
пластичности. Если остаточные или значительные деформации недопустимы,
то в зоне краевого эффекта толщина оболочки должна быть соответственно
увеличена или схема ее принята такой, чтобы переход от одной формы
оболочки к другой был плавным. Плавные изменения формы оболочек и
минимальный перепад толщин, а также правильный выбор размеров и
размещения
колец
жесткости
являются
наиболее
эффективными
конструктивными мероприятиями, снижающими влияние краевого эффекта.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 5.3
Рис.5.4
Рассмотрим сосуд, в котором сопряжение оболочек в стыковом сечении
осуществлено под углом (рис. 5.3) Цилиндр и коническое днище испытывают
линейные и угловые деформации.
2-m
uц = 0 ;
Dц =
- PR 2 ;
(5.1)
(5.2)
2 SE
PR 2
Dк =
(2 - m ) ;
2SE cos a
uk = -
(5.3)
3 PRtga
.
2 2 SE cos a
(5.4)
Так как линейные и угловые деформации стенок не равны, на стыке
появляются распорные усилия (Ро) и моменты (Мо).
При этом в оболочках возникают следующие краевые силы и моменты
(рис.5.4): меридиональная сила U, кольцевая сила Т, поперечная срезывающая
сила N, меридиональный изгибающий момент М и кольцевой изгибающий
момент К.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. а) Если край цилиндрической оболочки нагружен равномерно
распределенными распорными силами Ро (рис.5.5а),то краевые силы и
моменты определяются по следующим выражениям:
U = 0;
N = Po l - kx ( - sin kx + cos kx) ; (5.5)
(5.6)
T = 2kRPo l - kx cos kx ;
(5.7)
1
M = Po l - kx sin kx ;
(5.8)
k
К = mM ;
m = 0,3 ;
(5.9)
k=
4
3(1 - m ) 2
RS
=
1,285
;
RS
(5.10)
2kR 2
Do = Po ;
SE
2k 2 R 2
Po .
u=
SE
(5.11)
(5.12)
Ро
Мо
б)
а)
Рис. 5.5
б) Если край цилиндра нагружен равномерно распределенными
моментами (рис.5.5 б), то краевые силы и моменты определяются по
следующим выражениям:
N = 2kM o l - kx sin kx ;
(5.13)
U = 0;
T = 2k 2 RM o l - kx (cos kx - sin kx) ;
(5.14)
M = M o × l - kx (cos kx + sin kx ) ;
(5.15)
К = mM ;
2k 2 R 2
D=Mo ;
SE
(5.16)
69
(5.17)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4k 5 R 2
u=
Mo .
SE
(5.18)
При одновременном нагружении края оболочки Ро и Мо соответствующие
величины краевых сил складываются.
2. а) Если на край сферического сегмента (днище или крышка)
действуют равномерно распределенные распорные силы Ро (рис.5.6 а),
то краевые силы и моменты определяются по следующим
выражениям:
Значения Dcp = f (P) ;
ucp = f (P) ;
N o = - Po sin j ; N w = - Po sin j × l - kx (cos kw - sin kw) ;
1
U w = - N w × ctgj ; M w = - Po R sin j l - kw sin kw ;
k
- kw
T = -2kPo sin j × l cos kw ;
(5.20)
(5.21)
D
ES 3
K = mM o - u wctgj ; D =
;
R
12(1 - m 2 )
2k
D=
Po R sin 2 j ;
SE
2k 2
u=
Po sin j × l - kw (cjskw + sin kw) ;
ES
k = 4 3 - (1 - m 2 )
R
; (5.25)
S
m = 0,3; k = 1,285
(5.19)
(5.22)
(5.23)
(5.24)
R
.
S
(5.26)
Рис.5.6
б) Если край сферического сегмента нагружен равномерно распределенными
моментами М0 (рис.5.6 б), то краевые силы и моменты определяются по
следующим выражениям:
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Nw =
2k
M ol - kw sin kw ;
R
U w = - N w × ctgj ;
(5.27)
2k 2
Tw
M ol - kw (cos kw - sin kw) ;
R
M w = M o × l - kw × (cos kw + sin kw) ;
u
К = m M w - D w ctgj ;
R
(5.28)
(5.29)
(5.30)
(5.31)
2k 2
D=M o sin j ;
SE
4k 3
uw = M ol - kw cos kw .
(5.32)
(5.33)
SER
Приводимые приближенные значения можно применять для φ≥250, т.е.
для большинства сферических днищ и крышек.
3. а) Если край длинного конического днища нагружен равномерно
распределенными распорными силами Ро (рис.5.7 а), то краевые силы
и моменты определяются следующими выражениями:
N=
l
x
4
l
Po cos a l - kx (cos k1 x - sin k1 x) ;
x
(5.34)
U = - Ntga ;
T =M =
4
D=k1 =
(5.35)
2 4 3(1 - m 2 )
xS
l tga
4
3(1 - m )
2
× l × tga 4
l S
Po cos a l - k1 sin k1 ;
x x
24 3(1 - m 2 )
SE lStga
2 4 3(1 - m 2 )
S × tga
l
Po cos a l - k1x × cos k1 x ;
x
(5.37)
24 3(1 - m 2 )
u=
RPo ;
S 2E
2
R Po ; (5.38)
(5.36)
( l - x) .
(5.39)
(5.40)
Рис. 5.7
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) Если край конического днища нагружен равномерно распределенными
моментами Мо (рис.5.7 б), то краевые силы и моменты определяются по
следующим выражениям:
N=
2 4 3(1 - m 2 )
4
x tga
l
x
l
M ol - k1 sin k1 ;
x
(5.41)
U = - Ntga ;
(5.42)
2 4 3(1 - m 2 )
T=
S
4
К = m × Mo ;
[
4 3(1 - m 2 )
u=
S 2E
l
x
l
M o l - k1 (cos k1 - sin k1 ) ;
x
(5.44)
]
3
2
2 3(1 - m 2 )
D=RM ;
ES 2
ltga
Mo .
S
(5.43)
(5.45)
(5.46)
5.2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТОНКОСТЕННЫХ ОБЕЧАЕК
ПО МОМЕНТНОЙ ТЕОРИИ
1. Составляются уравнения совместности линейных и угловых деформаций
взаимосвязанных оболочек:
¢ + D ¢¢ро + D ¢мо
¢ ,
D ¢внеш + D ¢ро + D ¢мо = D ¢внеш
(5.47)
¢ + n ¢ро + n ¢мо = n внеш
¢¢ + n ¢ро
¢ + n ¢мо
¢ .
n внеш
(5.48)
При этом Ро – распорная сила – положительна, если увеличивает радиус
оболочки; М0 – момент – положителен, если поворачивает край оболочки
наружу; D - линейная деформация – положительна, если происходит
увеличение радиуса оболочки;n - угловая деформация – положительна, если
край оболочки поворачивается наружу.
2. Подставляем в уравнения (5.47) и (5.48) выражения из слагаемых и
определяем Ро и Мо.
3. По уравнениям безмоментной теории определяем толщину стенки.
4. Рассчитываем значения К (К1 – для конуса) или КХ.
5. Определяем величины краевых сил и моментов для края оболочки при
КХ = 0.
- kх
l - кх соskХ = 1 ;
l sin kХ = 0;
p
p
kХ = = 0, 785;
kХ = = 1,52;
4
2
1
1
sin kХ
=
= 0, 208;
= 0,324 .
p /2
l
4,8
l kх
6. Определяем меридиональные напряжения от действий U и М.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
U
;
S ×1
M
6M
6M
=± 2 ;
sm = ±
=±
2
W
1× S
S
s 1кр = s u + s м .
su =
(5.49)
7. Определяем кольцевые напряжения от действия Т и К:
sT =
T
6К
; s к = ± 2 ; s 2 кр = s к + s Т .
S ×1
S
8. Определяем касательные напряжения от действия N:
t=
N
.
S ×1
9. Определяем полные меридиональные и кольцевые напряжения, равные
соответствующим суммам мембранных и краевых напряжений:
s 1 = s 1 мем + s 1кр ;
(5.50)
s 2 = s 2 мем + s 2 кр .
(5.51)
10. Определяем приведенные напряжения по соответствующей теории
прочности, например, по 4 (энергетической) теории прочности:
2
2
s пр. мем = s 1 + s 2 - s 1s 2 £ s доп .
(5.52)
Краевые напряжения, как мы видели раньше, действуют только на краю
оболочки, поэтому для пластичных материалов даже при достижении предела
текучести они не столь опасны. Для хрупких же материалов эти напряжения
очень опасны.
5.3. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ
СНИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЫКОВЫХ СЕЧЕНИЯХ
1. Плавный переход в стыковых сечениях.
2. Разделка кромок обечаек и элементов их укрепления перед сваркой.
3. Обеспечение оптимальной толщины стыкуемых обечаек и элементов их
укрепления.
4. Стыковка обечаек из конструкционного материала одинакового
химического состава.
5. Правильный подбор сварочных электродов и режимов сварки.
6. Термообработка сварных швов, подогрев свариваемых деталей перед
сваркой, проковка сварных швов.
7. Снижение температуры стенок и перепада температур по толщине
стенки или в стыковом сечении горячего аппарата за счет
конструктивных решений /охлаждение стенки, внутренняя изоляция или
футеровка и др./.
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вопросы для самопроверки
1. Какова физическая картина возникновения краевых сил и моментов?
2. Изобразите распределение всех сил и моментов, действующих на
единичный элемент обечайки.
3. Запишите уравнения совместности линейных и угловых деформаций.
4. Как учитываются дополнительные напряжения, возникшие в стенке
обечайки от действия краевых сил и моментов?
5. Какие конструктивные мероприятия снижают влияния краевых сил и
моментов?
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 6
ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. РАСЧЕТ ПЛОСКИХ КРУГЛЫХ
ФЛАНЦЕВ ИЗ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
С помощью фланцев присоединяются к аппаратам всевозможные
крышки, трубы, арматура, соединяются отдельные части и составные
корпуса аппаратов, трубопроводы и т. д. Следует иметь ввиду, что имеются
стандартные фланцы для арматуры, соединительных частей и
трубопроводов на Dу до 800 мм и для аппаратов на Dу от 400 мм и выше (до
4000мм).
Разделы, подлежащие изучению
Основные типы фланцев, ГОСТы и нормали для них. Расчетные давления.
Расчетные схемы фланцевых соединений. Определение приведенных
нагрузок на фланец. Определение геометрических размеров фланцевого
соединения. Типы прокладок и области их применения. Конструктивный и
проверочный расчеты фланцевого соединения.
6.1. ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ [1,2,4, 5- 7,9-13,18,19,24,32-37,41]
Из всех разъемных неподвижных соединений, применяемых в
химическом и пищевом аппаратостроении, наибольшее распространение имеют
фланцевые соединения. С помощью фланцев присоединяются к аппаратам
всевозможные крышки, трубы, арматура, соединяются между собой составные
корпуса и отдельные части аппаратов, трубопроводы и т.п.
Герметичность фланцевого соединения обеспечивается за счет
прокладки, изготовленной из более мягкого материала, чем материал фланцев.
Прокладки выбирают в зависимости от давления, температуры и свойств
уплотняемой среды.
По конструкции – способу соединения со штуцером или корпусом
аппарата – различают следующие типы фланцев:
1.
Плоские приварные фланцы (ГОСТ 12815-89, ГОСТ 128-80,
ГОСТ 28759.2-90, ГОСТ 12821-80).
2.
Фланцы приварные с шейкой – до 20 МПа и Т >3500С - (ГОСТ
28759.3-90, ГОСТ 28759.4-90, ГОСТ 22512-77) и цельнокованые
(приварные или заодно с корпусом) – до 100 МПа и Т< 3500С –
(ГОСТ 28759.4-90).
3.
Фланцы с шейкой, составляющие одно целое с аппаратом (литые:
из серого чугуна – до 2,5 МПа и Т< 3500С – (ГОСТ 1235-54),
стальные – до 6,4 МПа и Т< 3500С – (ГОСТ 1240-54), для сосудов
и аппаратов с эмалевым покрытием (МН 4053-62, МН 4054-62,
МН 4965-62, МН 4077-62, МН 4084-62).
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.
5.
6.
Фланцы свободные накидные на отбортовке (медные МХ 34-55 и
алюминиевые МХ 40-55) – до 0,6 МПа, и стальные – до 20 МПа.
Фланцы свободные на бурте: стальные – до 2,5 МПа и Т >3000С –
(ГОСТ 12816-80, ГОСТ 12817-80, ГОСТ 12822-80, ГОСТ 1282080, ГОСТ 14637-89, ГОСТ 5520-79), стальные для медных
аппаратов (данные Тамбовского завода «Комсомолец») – до
1МПа и Т< 2500С, стальные на бурте из алюминия МХ 41-55 – до
1 МПа, а также для аппаратов из пластмасс и стекла.
Фланцы резьбовые (ГОСТ 9399-81). Фланцы по резьбе ГОСТ
9399-63 применяются только для аппаратов и трубопроводов
высокого давления – до 100 МПа и Т< 5100С.
Промышленностью выпускаются фланцы арматурные (ГОСТ 12817-80,
ГОСТ 12816-80) и фланцы для сосудов и аппаратов (ГОСТ 28795.1-90, ГОСТ
28759.4-90, ГОСТ 28795.5-90) следующих исполнений:
1) с соединительным выступом;
2) с выступом;
3) с впадиной;
4) с шипом;
5) с пазом;
6) под линзовую прокладку;
7) под прокладку овального сечения;
8) с шипом под фторопластовую прокладку;
9) с пазом под фторопластовую прокладку.
Исполнение фланцев по ГОСТ 12815-80:1-9 соответствует нормалям:
по DIN 2512, 2513, 2514, 2695:C, D, E, F, N, V, R, L, M;
по ASME B 16.5: RF, LM, SM, SF, LT, LG, ST, SG, RTJ;
по EN: A, B, C, D, E, F, G, H.
Для обеспечения необходимой герметичности фланцевых соединений
аппаратов и трубопроводов, работающих под вакуумом или низким давлением,
фланцы рассчитывают на давление 0,25 МПа. Фланцы аппаратов с ядовитыми,
огне- и взрывоопасными веществами рассчитывают на давление не менее 1 –
1,6 МПа, даже если давление в аппарате низкое.
Фланцы, как и все детали массового изготовления, выбирают по
соответствующим ГОСТам.
В ряде случаев (при четырех болтах на фланце) для Dу ≤ 100 мм
целесообразно применять квадратные фланцы, взаимозаменяемые с круглыми.
Конструкция и размеры стальных плоских приварных фланцев для Р ≤ 2,5 МПа
и Dу ≤ 100 мм установлены ГОСТом 9938-82.
Следует иметь ввиду, что имеются отдельно фланцы для арматуры,
соединительных частей трубопроводов на Dу ≤ 800 мм и для аппаратов на Dу от
400 мм и выше. Причем фланцы для арматуры при одних и тех же параметрах
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
P, Dу и tс, изготовленных из одинакового материала, имеют большие габариты
и металлоемкость.
Разработку нового фланцевого соединения начинают с выбора типа
обтюрации (ГОСТ 15180-86, ГОСТ 28759.6-90, ГОСТ 28759.7-90, ГОСТ
28759.8-90, ОСТ 26-373-78) и определения его размеров. Затем определяют
последовательно: диаметр болтов (шпилек), их количество и, наконец, размеры
элементов фланцев.
Материал цельных фланцев обычно соответствует материалу
соединяемых частей.
В соединениях, работающих при высокой, низкой или переменной в
процессе эксплуатации температуре, коэффициент линейного расширения
материала фланцев и болтов (шпилек) должен быть одинаковым.
Расчетная температура цельных фланцев принимается равной
температуре среды в аппарате.
6.2. РАСЧЕТ КРУГЛЫХ НАРУЖНЫХ ПЛОСКИХ ФЛАНЦЕВ ИЗ
ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Расчет фланцевых соединений производят по ОСТ 26-373-71 «Сосуды и
аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Фланцевые соединения».
Расчетные формулы применяются при
Dн
£ 1, 4 . При работе в условиях
D
нескольких расчетных режимов по температуре и давлению, расчет производят
по наибольшим значениям температуры и давления.
Пример расчетной схемы для фланца приварного встык с плоской
уплотнительной поверхностью показан на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Фланец с конической втулкой и плоской уплотнительной
прокладкой
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Конструктивный
расчет
производится
в
следующей
последовательности:
1. В зависимости от свойств среды и характера технологического
процесса определяют рабочее (расчетное) давление Ррасч
и
температуру Трасч.
а) Ррасч =0,25 МПа, если Рраб <0,2 МПа (вакуум или низкое давление);
б) Ррасч = 1 – 1,6 МПа, если Рраб < 1 МПа (среда ядовитая, огневзрывоопасная);
в)
для углеводородов, аммиака, SO2 и CO2 расчетное давление
выбирается по нормам Технадзора РФ.
Значение поправочного коэффициента η, учитывающего взрывоопасность
или токсичность среды, определяется в соответствии с ГОСТ 14249-89.
1.
Выбирают тип фланцевого соединения и форму уплотнительной
поверхности.
2.
Определяют конструктивные размеры фланцевого соединения
(тип обтюрации, ее размеры, тип прокладки, ее толщину и
ширину).
3.
Определяют расчетное давление сжатия и прокладочный
коэффициент.
S0 – толщина втулки, м;
S ≤ S0 ≤ 1,3S, но во всех случаях S0 – S ≤ 0,005 м.
S – толщина обечайки, к которой приваривается фланец.
S1 =βS0.
Коэффициент β принимается в зависимости от Ру и D/S0 [2, 6, 9] и равен
2,5 – 1,5 для фланцев с конической втулкой. Для плоских приварных фланцев
β=1.
Высота втулки l > i(S-S0), где i = (2,5; 3; 5), iср = 3.
Диаметр болтовой окружности определяется по формулам:
Dб = e1 × D 0,933 ,
(6.1)
Dб = D + 2 ( S + d б + u ) ,
где u = 0,006 м для плоских приварных фланцев, u = 0,008 м для
свободных и приварных встык фланцев.
Безразмерный параметр ε1 принимается в зависимости от Ру (при Р ≤ 1,6
МПа ε1=1,11; при 1,6 < Р < 2,5 ε1 = 1,125; при 2,5 < Р < 4 ε1 = 1,17; при 4 < Р <
6,4 ε1 = 1,21).
Для промышленных аппаратов диаметр болтов принимают в зависимости
от D и Р, но не менее М20.
В остальных случаях величины u и dб определяются по [2, 6, 9].
Наружный диаметр фланца, м:
Dн ³ Dб + a ,
(6.2)
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где a зависит от диаметра болтов (ГОСТ 7798-70, ГОСТ 7805-70, ГОСТ
15589-70) и от размера «под ключ», который принимается по [2, 6, 9].
Например, крепежные изделия и их элементы выбираются также по ГОСТ 39778, ГОСТ 1137-78, ГОСТ 3032-76, ГОСТ 1427-93, ГОСТ 11074-93, ГОСТ 1060294, ГОСТ 24379.1-80, ГОСТ 8878-93, ГОСТ 11075-93, ГОСТ 28964-91, ГОСТ
5415-70, ГОСТ 5981-73, ГОСТ 22034-76, ГОСТ 10494-80, ГОСТ 5932-73, ГОСТ
5916-70, ГОСТ 11860-85, ГОСТ 11871-88, ГОСТ 6959-78, имеющими
соответствие со стандартами DIN(125, 931, 933, 934 и 9021) и ISC.
В зависимости от исполнения уплотнительных поверхностей фланцев
плоские неметаллические прокладки изготавливаются 4-х исполнений: А
«гладкие» - для фланцев типа 1 (соединительный выступ), Б «выступ-впадина»
- для фланцев типа 2 и 3, В «шип-паз» - для фланцев типа 4 и 5, Г 2 шип-паз» для фланцев типа 8 и 9. Для спирально-набивных прокладок (СНП) типа А
используются типы фланцев исполнения 4-5, 5-1 и 8-9; типа Б – исполнения 23; типа В – исполнения 2-3, 3-1, 8-9; типа Г – 1-1; типа Д – 1-1. Прокладки
овального сечения устанавливаются в пазах овальной формы с уплотнительной
поверхностью исполнения 7 (ГОСТ 15180-86, 28759-90).
Наружный диаметр прокладки, м, определяется по формуле:
D2 = Dб - lmin ,
(6.3)
где вспомогательная величина lmin определяется по [2, 6, 9], например lmin
= 36 мм при М20 и lmin = 65 мм при М52.
Средний диаметр прокладки, м:
Dср .п. = D2 - b .
(6.4)
Ширина прокладки b определяется в зависимости от диаметра аппарата
D: при D < 1000 мм b = 12 – 15 мм; при 1000 ≤ D ≤ 2000 b = 10 – 25 мм; при D >
2000 мм b = 25 мм.
Число болтов определяется по формуле:
p Dб
n=
; tб = f Pу ,
(6.5)
tб
при Р ≤ 0,3 МПа tб =(4,2 – 5)dб; при Р = 6,4 – 10 МПа tб =(2,1 – 2,8)dб.
Число болтов принимают с округлением в большую сторону до
величины, кратной 4.
Ориентировочная толщина фланца h, м:
h = a1 D × S э , S э = c S0 , χ = 1 – 2,2 при β = 1,5 – 2,2; α1 = f (тип фланца, Р).
α1 = 0,38 – 0,54 (плоские приварные фланцы); α1 = 0,26 – 0,5 (приварные
встык).
Величины α1 и Sэ определяются по [2, 6, 9].
( )
Проверочный прочностной расчет производят в следующей
последовательности:
1. Определяют усилия, действующие во фланцевом соединении:
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а) равнодействующую от внутреннего давления, (МН):
Qg = 0, 785Dср2 .п. × P ;
(6.6)
б) реакцию прокладки в рабочих условиях, (МН):
Rп = 2p × Dср.п. × b0 m × P .
(6.7)
Прокладочный коэффициент m определяется по [2, 6, 9] в зависимости от
материала и конструкции прокладки.
m = 0,5 – 1,0 (уплотняющий материал – резина);
m = 2,5 (асбест, картон, паронит, фторопласт);
m = 4,0 (алюминий);
m = 6,5 (сталь 08Х18Н10Т).
Расчетная ширина прокладки b0 ,мм, определяется по формулам:
b0 = 0, 6 b при b > 15 мм;
b0 = 0, 5b при b ≤ 15 мм;
b0 = 0,125b для прокладок восьмиугольного сечения.
2. Определяют болтовую нагрузку:
а) в условиях монтажа:
Pб1 = max {a Qg + Rп ; p Dср.п.b0 q; 0, 4[s ]б 20 zб f б } ,
(6.8)
где α – коэффициент жесткости фланцевого соединения.
α = 0,8 (уплотнительный материал – резина);
α = 1,1 (овальные и восьмиугольные прокладки);
α = 1,45 (неметаллические в металлической оболочке).
В общем случае:
a = A[ yб + 0, 25( B1 + B2 )( Dб - Dср.п. )], где
A = [ yп + yб + 0, 25( yф1 + yф 2 )( Dб - Dср.п. ) 2 ]-1 ;
(6.9)
B1 = yф1 ( Dб - D1 - S Е 2 ); B2 = yф 2 ( Dб - D2 - S Е 2 ).
При стыковке одинаковых фланцев: yф1 = yф2; B1 = B2.
Угловая податливость фланца определяется по формуле:
é1 - w (1 + 0,9l ) ùûy 2
yф = ë
,
(6.10)
h3 Eф
где Еф – модуль продольной упругости материала фланца.
Линейная податливость прокладки определяется по формуле:
yп = S п /(p Dср.п.bп Eп ) ,
(6.11)
где Еп – модуль продольной упругости материала прокладки. Для
металлической прокладки yп = 0.
Линейная податливость болтов (шпилек):
yб = lб /( Eб f б zб ) ,
(6.12)
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
где fб - расчетная площадь поперечного сечения болта (шпильки) по
внутреннему диаметру резьбы; Eб - модуль продольной упругости
материала болтов (шпилек), zб – число болтов (шпилек).
Расчетная длина болта: lб = lб 0 + 0, 28d ,
расчетная длина шпильки: lб = lб 0 + 0,56d , где lб 0 - длина болта (шпильки)
между двумя опорными поверхностями.
Безразмерные коэффициенты ψ, λ, ω определяются по [2, 6, 9].
б) болтовая нагрузка в рабочих условиях:
4M
Pб 2 = Pб1 + (1 - a )Qg + Qt +
.
(6.13)
Dср.п.
Здесь Qt - усилие, возникающее от разности температур фланца и болтов
в период эксплуатации, (МН).
Qt = g zб f б Eб (a ф tф - a б tб ) ,
(6.14)
где g = Ayб , величины f б , a ф , tф , a б , tб определяются по [2, 6, 9].
3. Проверяется условие прочности болтов (шпилек):
а) в условиях монтажа
P
20
s б1 = б1 £ [s ] ;
(6.15)
zб f б
б) в рабочих условиях
P
t
s б 2 = б 2 £ [s ] .
(6.16)
zб f б
4. Проверяется условие прочности прокладки (для неметаллических
прокладок):
Pб1
q=
£ [q] .
(6.17)
p Dср.пb0
5. Рассчитываются приведенные изгибающие моменты в диаметральном
сечении фланца.
M 01 = 0,5Pб1 ( Dб - Dср.п. );
[s ]
M 02 = 0,5 éë Pб 2 ( Dб - Dср.п. ) + Qt ( Dср.п. - D - S Е ) ùû
t
[s ]
20
.
(6.18)
За расчетное значение принимается максимальный момент.
6. Максимальное меридиональное напряжение во втулке фланца:
TM 0w
;
(6.20)
а) в сечении S1: s 1 = *
D ( S1 - c) 2
б) в сечении S0: s 0 = y 3s 1 .
(6.21)
7. Окружное напряжение в кольце фланца:
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
sк =
M 0 éë1 - w (1 + 0,9l ) ùûy 2
Dh 2
.
(6.22)
7. Проверяется условие прочности фланца:
а) в сечении S1:
s 1 + s к2 + s 1s к £ [s 1 ] .
(6.23)
б) в сечении S0:
(s
+ s у ) + s х2 - (s 0 + s у ) s х £ j [s 0 ] ,
2
0
sx =
PD
;
2( S0 - c)
sy =
PD
.
4( S0 - c)
где
8. Проверяется условие герметичности:
s D
q = к £ [q ] ,
Eф h
где θ – угол поворота фланца.
[θ] = 0,013 при D > 2000 мм, [θ] = 0,009 при D ≤ 2000 мм
(6.24)
(6.25)
Вопросы для самопроверки
1. Какие типы фланцевых соединений Вы знаете?
2. Области применения фланцевых соединений.
3. Какие расчетные давления рекомендованы для обеспечения необходимой
герметичности фланцевых соединений аппаратов, работающих под
вакуумом и с ядовитыми, огне- и взрывоопасными веществами?
4. Дайте расчетную схему одного из фланцевых соединений с
последовательным приведением к PIпр и МQпр.
5. Запишите формулы для определения расчетного усилия в болтах и
рассчитайте диаметр и число болтов.
6. Запишите формулы для расчета толщины фланца.
7. Какие различия имеются в методиках расчета плоских приварных,
свободных и фланцев с конической втулкой.
8. Сущность конструктивного и проверочного расчетов.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.3.
АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
Примерный алгоритм расчета фланца с конической втулкой (рис. 6.2)
приведен на рис. 6.3.
Рис. 6.2. Расчетная схема фланцевого соединения типа «выступ –
впадина» для фланцев с конической втулкой
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
Начало
2
↓
Ввод
D , S , Pр , j , c , D ф , D б , d б , z б , h , t ф , t б , e , f б , E ф , E б , E п , l ,
[q ] , m , q , [ q ] , b п , S п , a ф , a б , [s ]ф , [s ]ф , [s ]б , [s ]б
20
3
t
20
t
↓
S 0 = S + 0, 0 0 2
↓
4
16
D / S0
5
↓
b = f ( D / S0 ) по
17
w = 1/[1 + 0,9l (1 +y 1 j 2 )]
графику
6
↓
↓
y 2 = f ( Dф / D)по
S1 = b S0
7
18
графику
↓
↓
[1 - w (1 + 0,9l )]
h3 Eф
19
1/ 2
yф =
l = 3( S 1 - S 0 )
8
↓
↓
yп =
Dп = Dб - e
9
↓
10
21
lб 0 = 2(h + Sп )
↓
↓
22
lб = lб 0 + 0, 28d б
bп £ 0, 015
Да
Sп
p Dп.ср bп Eп
↓
Dп.ср = Dп - bп
20
Нет
↓
23
l
yб = б
Eб f б z б
11
12
bЕ = 0,5bп
13
↓
bЕ = 0, 5 bп
↓
a=
yб + 0,5 yф ( Dб - D - S Е )( Dб - Dп.ср )
↓
↓
↓
↓
K = Dф / D
Qt =
↓
y 1 = f ( Dф / D)по
графику
26
Rп = p Dп.ср bЕ mPR
j = h / SЕ
16
25
Qд = 0, 785 Dп2.ср РR
↓
15
yп + yб + 0,5 yф ( Dб - Dп.ср ) 2
↓
l
SЕ = S0 [1 + (b + 1)
]
l + 0, 25(b + 1) b S0
14
24
yб zб f б Eб (a фtф - a б tб )
yп + yб + 0,5 yф ( Dб - Dп.ср ) 2
↓
17
84
28
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
42
27
28
↓
↓
29
Pб
p D п . ср b п
A3 =
Pб,1 = a Qд + Rп
↓
44
↓
45
A3 £ [ q ]
Pб"1 = p Dп.ср bЕ q
Нет
30
↓
Pб,1 f Pб"1
Да
Да
46
bп = bп + 0,002
Нет
↓
↓
31
32
Pб1 = P
33
47
9
Pб1 = P
,
б1
"
б1
↓
T = f ( Dф / D) по графику
↓
↓
48
↓
↓
49
M 01 = 0, 5 Pб1 ( Dб - Dп.ср )
x=l/
Pб 2 = Pб1 + (1 + a )Qд + Qt
34
35
s1 =
↓
36
↓
↓
↓
↓ Нет
38
M 0 = M 01
51
s 0 = y 3s 1
Да ↓
37
sк =
M 0 = M 02
↓
↓
52
M 0y 2
[1 - w (1 + 0, 9l )]
Dh 2
↓
A1 = Pб1 / zб f б
40
50
y 3 = f ( b , x ) по графику
M 01 f M 02
39
DS0
↓
[s ] é Pб 2 ( Dб - Dп.ср ) + ù
= 0,5
ê
ú
[s ]t êë +Qд ( Dп.ср - D - S Е ) úû
20
M 02
TM 0w
D( S1 - C ) 2
53
s x = PR D / 2( S 0 - C )
↓
↓
54
Нет
A1 £ [s ]б20
s y = PR D / 4( S 0 - C )
0
Да
41
↓
43
A2 = Pб 2 / zб f б
42
↓
z б = zб + 4
55
[ s ]1 = [ s ]
↓
A2 £ [s ]tб
23
Нет
Да
44
85
56
t
ф
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
55
56
A4 = s 12 + s k2 + s 1s k
57
↓
A4 £ [s ]1
Нет
Да
58
↓
A5 = (s0 +s y )2 +sx2 - (s0 +s y )sx
59
↓
[s 0 ] = 0, 003Eф
60
↓
63
A5 £ j [s 0 ]
Нет
h = h + 0, 001
Да
61
↓
q=
62
sкD
Eф h
19
↓
Нет
q £ [q ]
Да
64
D п , D п .с р , b п , h , z б
65
Конец
Рис. 6.3. Алгоритм расчета фланцевого соединения
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ГЛАВА 7
7.1. ТЕСТ ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ ПО КУРСУ
1. Какое из перечисленных требований не является обязательным при
проектировании нового оборудования:
· оптимальный выбор конструкционных материалов;
· применение стандартных элементов конструкции;
· обеспечение простоты сборки-разборки оборудования;
· учет освещенности рабочего места.
2. Что означает учет «антропологического фактора» при проектировании
оборудования:
· обеспечение требуемой квалификации обслуживающего персонала;
· обеспечение доступности внутренних и наружных узлов оборудования
для обслуживающего персонала;
· обеспечение требуемых эстетических показателей нового оборудования;
· соблюдение патентно-правовых показателей.
3. Какие узлы аппарата являются наружными:
· пакетная насадка;
· распределительные тарелки;
· теплообменные рубашки;
· фланцевые соединения.
4. Какая из форм обечаек не является стандартной:
· коническая;
· сферическая;
· призматическая;
· цилиндрическая.
5. Какие из перечисленных узлов не относятся к внутренним узлам:
· предохранительные клапаны;
· массообменные тарелки;
· перемешивающие устройства;
· площадки обслуживания.
6. Что можно отнести к стандартному металлическому профилю:
· неравнобокий уголок;
· оси;
· валы;
· диски.
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Какое из перечисленных значений не относится к стандартному ряду
диаметров обечаек:
· 550;
· 900;
· 1350;
· 2000.
8. Какое из перечисленных значений является стандартным углом при вершине
конической обечайки:
· 100;
· 150;
· 120;
· 130.
9. Укажите лишнее в предлагаемом перечне обозначения типа сварных швов:
· С2;
· М4;
· КТ1;
· У8.
10. Что из перечисленного не является контрольным испытанием для
оборудования:
· доводочные испытания;
· приемо-сдаточные;
· гидравлические;
· исследовательские.
11. Периодичность гидроиспытаний для аппаратов, работающих
некоррозионными, нетоксичными, не взрыво-пожароопасными средами:
· 1 раз в 2 года;
· 1 раз в 3 года;
· 1 раз в 5 лет;
· 1 раз в 8 лет.
с
12. Периодичность гидроиспытаний для аппаратов, работающих с взрывопожароопасными средами:
· 1 раз в год;
· 1 раз в 2 года;
· 1 раз в 3 года;
· 1 раз в 4 года.
13. Объем контролируемых сварных швов для аппаратов, работающих с
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
неядовитыми, не взрыво-пожароопасными средами при Р<5 МПа:
· 25%;
· 50%;
· 75%;
· 100%.
14. Объем контролируемых сварных швов для аппаратов, работающих с
ядовитыми, взрыво-пожароопасными средами:
· 25%;
· 50%;
· 75%;
· 100%.
15. Гидроиспытания проводятся (зачеркнуть ненужное):
· после ремонта оборудования;
· по требованию инспектора Гостехнадзора;
· по требованию мастера цеха;
· после хранения на складе больше года.
16. Напишите формулу для определения давления гидроиспытаний при Рраб>0,5
МПа:
·
1,5Р[σ]20/[σ]t;
· [P]=2.3φ[σ] (S-C)/(D+(S-C));
· [P]=2φ[σ] (S-C)/(D+(S-C));
1,25Р[σ]20т/[σ]tт.
·
17. Напишите формулу для определения давления гидроиспытаний для
аппаратов высокого давления при Тст>4000С:
1,25Р[σ]20т/[σ]tт;
·
· [P]=2.3φ[σ] (S-C)/(D+(S-C));
· [P]=2φ[σ] (S-C)/(D+(S-C)).
18. Время выдержки аппарата Sст до 50 мм при гидроиспытаниях:
· 5 мин;
· 10 мин;
· 20 мин;
· 30 мин.
19. Время выдержки многослойного аппарата при гидроиспытаниях:
· 10 мин;
· 20 мин;
· 30 мин;
· 60 мин.
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
20. Укажите формулу для расчета давления гидроиспытаний аппаратов из
неметаллических материалов:
·
PГИ=1.3P[σ]20/[σ]t;
· PГИ=1.25K+α(1-K)P[σ]20/[σ]t ;
·
PГИ=1.25P[σ]20/[σ]t.
21. Выберите из предложенного перечня углеродистую сталь обычного
качества:
· Сталь20;
· Сталь 20К;
· Ст4сп3;
· Сталь09Г2С.
22. Выберите из предложенного перечня качественную конструкционную
углеродистую сталь:
· Сталь 22К;
· Ст3сп;
· Сталь 17ГС;
· Сталь 12МХ.
23. Выберите требуемый предел коррозионной проницаемости для
конструкционных материалов, применяемых в пищевой промышленности:
· - П=0.001÷ 0.005 мм/год;
· - П=0.01÷ 0.05 мм/год;
· - П=0.1÷ 0.5 мм/год;
· - П=1÷ 5 мм/год.
24. Выберите из предложенного перечня низколегированную сталь:
· 09ХГ2СЮЧ;
· Сталь 18К;
· Сталь 08Х22Н6Т;
· Сталь 10Х17Н13М3Т.
25. Выберите из предложенного перечня высоколегированную сталь:
· Сталь 15ХСНД;
· Сталь 12Х2МФА;
· Сталь 06ХН28МДТ;
· Сталь 16ГМЮЧ.
26. Укажите значение коэффициента Пуассона для сталей:
· 0,1;
· 0,3;
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
· 0,5;
· 0,7.
27. Укажите пределы изменения для «среднего давления»:
· 0.07 – 1.0 МПа;
· 1.0– 6.4 МПа;
· 10 – 500 МПа;
· 500 – 10000 МПа.
28. Приведите формулу расчета допускаемого напряжения [σ]:
· [σ] =max{σв/nв; σт/nт};
· σ≤[σ];
· σ≤[σ]Т/1.1.
29. Какая из перечисленных формул применяется для расчета тонкостенных
цилиндрических обечаек:
· S=PD/(4φ[σ] –P);
· S=PD/(2φ[σ] –0.5P);
· S=PD/(2φ[σ] –P);
· S=PD/(4zφ[σ] –P)*D/2H.
30. Укажите формулу для определения допускаемого давления тонкостенной
полушаровой обечайки:
· [P]=2.3φ[σ] (S-C)/(D+(S-C));
· [P]=2φ[σ] (S-C)/(D+(S-C));
· [P]=4φ[σ] (S-C)/(D+(S-C));
· [P]=2cosαφ[σ] (S-C)/(D+2cosα(S-C)).
31. Какое из перечисленных выражений не относится к «условию прочности»:
· σ≤[σ];
· [P]≥PГИ;
· σ≤[σ]Т/1.1;
· P/[P] ≤1.
32. При расчете тонкостенных обечаек по безмоментной теории (выбрать
правильный вариант):
· учитываются приращения действующих сил;
· учитывается изменение давления во времени;
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
· учитывается изменение давления по высоте (длине) обечайки;
· не учитываются радиальные напряжения в стенке обечайки.
33. «Краевая задача» не применяется при расчете:
· гладких цилиндрических обечаек вне зоны сварных швов;
· толщины стенок в зоне перехода обечаек различной формы;
· соединения обечаек из различных материалов;
· толщины обечайки, изменяющейся по высоте (длине).
34. Укажите лишнее понятие при решении «краевой задачи»:
· линейная деформация;
· угловая деформация;
· характеристика сварных швов;
· уравнение совместности перемещений.
35. Какое из перечисленных понятий не относится к тонкостенным обечайкам,
нагруженным наружным давлением:
· длинные обечайки;
· совмещенные обечайки;
· обечайки средней длины;
· короткие обечайки.
36. Определите, какое геометрическое условие характерно для «коротких»
обечаек:
· l/D>7.68√(E· 10-5/P);
· l/D<0.05√(E· 10-5/P);
· 0.0052√(P/E· 10-5)≤l/D≤7.68√(E· 10-5/P);
· l/D = 2.48 √(P/E· 10-5).
37. Критическое наружное давление определяется по формуле:
· Лапласа;
· Мизеса;
· Верещагина;
· Пуассона.
38. Число полуволн для «длинных» обечаек равно:
· 8;
· 10;
· 2;
· 4.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
39. Выберите правильное выражение для проверки прочностного условия при
действии наружного давления:
· l/D>√ (D/2(S-C));
· 1.5 √(2(S-C)/D)≤l/D≤√ (D/2(S-C));
· [P]=2E(S-C)ζ/D;
· P=(n2-1)n3 E/(12(1-μ2)R3).
40. Какое из перечисленных
устойчивости»:
· P/[P]≤ 1;
· P/[P]+F/[F]≤ 1;
· P/[P]+F/[F]+M/[M]≤ 1;
· PГИ/[P]≤ 1.
выражений
не
относится
к
«условию
41. Кольца жесткости не могут быть:
· наружными;
· внутренними;
· продольными;
· изготовленными из стандартного профиля.
42. Укажите формулу для расчета условия укрепления аппарата кольцами
жесткости:
· I=ht3/12;
· z=Fк l/(Fк+Fоб);
Iх-х ≥Iтреб;
·
· I=l(S-C)3/(12(1-μ2)).
43. Укажите лишнее в классификации стальных фланцевых соединений по
способу присоединения к аппарату:
•резьбовые;
• клееные;
• приварные;
•свободные.
44. Укажите лишнее в классификации стальных фланцевых соединений по
конструкции уплотнительной поверхности:
· гладкие;
· шип-паз;
· выступ-впадина;
· с конической втулкой.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
45. Укажите область применения накидных фланцев:
· Р = 0.6 – 2.5 МПа;
· Р= 2.5 – 6.4 МПа;
· Р= 6.4 – 10 МПа;
· Р= 10 – 70 МПа.
46.
Укажите
материал,
высокотемпературных сред:
· резина;
· фторопласт;
· асбестовый картон;
· паронит.
который
применяют
для
уплотнения
47. В предлагаемом перечне методов расчета фланцевых соединений укажите
лишний:
· проверочный;
· конструктивный;
· предварительный;
· с учетом краевых нагрузок.
48. В предлагаемом перечне формул для расчета числа болтов во фланцевом
соединении укажите лишнюю:
· z=πD/t;
· z=P/(F[σ]);
· z= 0.065D3P/(W[σ]).
49. Какая из перечисленных формул применяется для определения усилия
болтовой затяжки:
· Q= πD2P/4;
· P=αQ+R;
· R=2πDbmP;
· R=2πDbq.
50. В приведенной расчетной схеме фланцевого соединения
действующие нагрузки:
· Qв ;
· Rпр ;
· Pб;
· М;
· F;
· N.
94
укажите
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
51. Укажите условие прочности для уплотнительной прокладки:
· σ=P/(F[σ])≤[σ];
· q=P/(πDb)≤[q];
· θ=σD/(Eh)≤[θ];
· σ=√(σ21+σ2к+σ1 σк) ≤[σ].
52. Укажите лишнее в перечне способов укрепления плоских коробчатых
обечаек ребрами жесткости (способ расположения ребер):
· вафельное;
· диагональное;
· продольное;
· поперечное.
53. Укажите наиболее выгодный (с точки зрения прочности) вариант крепления
ребер жесткости:
· упругая заделка;
· приварные ребра;
· свободное опирание;
· жесткая заделка.
54. Выберите формулу для расчета момента сопротивления ребра жесткости
кольцевого сечения:
· W=Sh2/6;
· W=0.1D3;
· W=L2BP/(2k[σ]);
· W= π(D3-d3)/32.
55. Укажите лишнее в перечне способов укрепления плоской круглой крышки
(днища) ребрами жесткости:
· - продольное размещение ребер;
· - по концентрическим окружностям;
· - вафельное;
· - радиальное.
56. Условие прочности для продольного расположения ребер жесткости
круглого днища (крышки):
· σ=0.065D3P/(zW)≤ [σ];
· σ=0.045 D3P/(zW)≤ [σ];
· σ= B2lP/(4kW)≤ [σ];
· σ= L2BP/(4kW)≤ [σ].
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
57. Приведите формулу для расчета толщины плоской прямоугольной стенки:
· S=b√(P/(φ[σ]));
· S=kk0D√(P/(φ[σ]));
· S = max {(S-C)√(3(D-d)/D); 0.5 DP/[σ]}.
58. Укажите формулу для расчета толщины плоской приварной круглой крышки
(днища):
· S=b√(P/(φ[σ]));
· S = max {(S-C)√(3(D-d)/D); 0.5 DP/[σ]};
· S=kk0D√(P/(φ[σ])).
59. Укажите значение коэффициента ослабления плоской круглой крышки при
отсутствии в ней отверстий:
· 0,8;
· 0,5;
· 1,0;
· 10.
60. Укажите лишнее в перечне способов неразъемного крепления плоской
крышки к аппарату:
· приварная в тавр;
· приварная с отбортовкой;
· фланцевая;
· литая (штампованная).
61. Укажите лишнее в перечне стандартных опор для горизонтальных
аппаратов:
· седловые;
· хомутовые;
· опорные стойки;
· цилиндрические (юбочные).
62. Укажите лишнее в перечне способов укрепления выреза отверстия в
сплошной стенке:
· отбортовкой;
· накладным кольцом;
· кольцом жесткости;
· приварным штуцером.
63. Выберите из предлагаемого ряда оптимальный (экономичный) материал
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
уплотнительной прокладки при Р=0,5 МПа и Т= 150С:
· паронит;
· асбестовый картон;
· резина;
· нержавеющая сталь.
64. Выберите из предлагаемого ряда оптимальный (экономичный) материал
уплотнительной прокладки при Р=3 МПа и Т= 4500С:
· медь М1;
· асбестовый картон;
· резина;
· нержавеющая сталь.
65. Выберите оптимальные (экономичный) типы сальниковой набивки при
Р=0,6 МПа и Т= 500С:
· ФУМ;
· шнур асбестовый;
· шнур пеньковый;
· шнур прорезиненный.
66. Укажите, какие параметры не учитываются при расчете вертикальных
аппаратов с рубашками:
· Rоп;
· Qпер;
· Mизг;
· Р.
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7.2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ. ВАРИАНТЫ I и II
I ВАРИАНТ: Прочностной расчет реактора с мешалкой.
II ВАРИАНТ: Прочностной расчет роторно-пленочного испарителя.
7.2.1. ВАРИАНТ I
Провести прочностной расчет реактора с наружной греющей рубашкой
Расчету подлежат:
1. Цилиндрические обечайки, днища, крышки на прочность
устойчивость.
2. Фланцевое соединение реактора.
3. Укрепление выреза технологического отверстия штуцером.
и
Проверочный расчет: Pдоп ³ PГИ .
Определение максимального веса аппарата (в рабочих условиях или в
условиях гидроиспытаний) и подбор опорных устройств.
По результатам расчета представить эскиз реактора с проставлением
необходимых (заданных и расчетных) размеров.
Исходные данные для расчета представлены в таблице 7.1.
7.2.2. ВАРИАНТ II
Подобрать рубашку и кольца жесткости и произвести прочностной
расчет роторно-пленочного испарителя
Расчету подлежат:
1. Цилиндрические обечайки, конические днища на прочность и
устойчивость.
2. Фланцевые соединения испарителя, являющиеся кольцами жесткости,
или внутренние кольца жесткости (в зависимости от исполнения).
3. Укрепление выреза технологического отверстия штуцером.
Проверочный расчет.
По результатам расчета представить эскиз испарителя с проставлением
необходимых (заданных и расчетных) размеров.
Исходные данные для расчета представлены в таблице 7.2.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 7.1
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ АППАРАТА С РУБАШКОЙ
99
№
варианта
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
Dа, мм
Форма днища
аппарата
Pа, МПа
Tа, оС
Внутренняя среда
Pр, Мпа
Tр, оС
Теплоноситель
Срок службы аппарата,
лет
2
2000
1800
2200
1200
1600
2400
2800
3000
600
800
1200
1600
2000
2200
2400
2600
2800
3000
1400
600
800
1200
1600
2000
2200
3
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
эллиптическая
4
1,6
0,6
0,005
1,0
0,8
2,5
0,25
0,3
1,6
0,6
0,002
1,0
0,8
2,5
0,25
0,3
1,6
0,6
0,008
1,0
0,8
2,5
0,25
0,3
1,6
5
180
150
100
120
80
100
50
130
150
180
150
100
120
80
100
50
130
150
180
150
100
120
80
100
50
6
NaCl
BaCl2
H2SO3
уксусная кислота
NH4OH
KCl
CaSO4
C6H5OH
HNO3
йодоформ
формалин
NaCl
BaCl2
H2SO3
уксусная кислота
NH4OH
KCl
CaSO4
C6H5OH
HNO3
йодоформ
формалин
NH4OH
KCl
CaSO4
7
1,6
1,0
0,5
0,6
1,6
0,3
0,5
0,6
2,5
1,0
1,6
1,6
2,5
6,0
0,32
0,5
0,6
1,5
1,0
0,8
1,6
0,6
0,5
0,2
0,3
8
200
200
150
150
110
120
80
150
180
220
200
130
130
100
120
100
150
200
250
200
140
150
100
125
85
9
ВОТ
ВОТ
Вод. Пар
Вод. Пар
Вод. Пар
Вод. Пар
вода
Вод. Пар
Вод. Пар
ВОТ
ВОТ
Вод. Пар
Вод. Пар
вода
Вод. Пар
вода
Вод. Пар
ВОТ
ВОТ
ВОТ
Вод. Пар
Вод. Пар
вода
Вод. Пар
вода
10
8
10
12
15
8
10
12
15
8
10
12
15
8
10
12
15
8
10
12
15
8
10
12
15
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание табл. 7.1
1
26
27
28
29
30
2
2400
2600
2800
3000
1400
3
коническая
сферическая
эллиптическая
коническая
сферическая
4
0,6
0,001
1,0
0,8
2,5
5
130
150
120
80
140
6
C6H5OH
HNO3
NaCl
BaCl2
H2SO3
7
1,0
0,8
0,6
0,5
0,8
8
155
180
140
100
170
9
Вод. Пар
Вод. Пар
Вод. Пар
вода
Вод. Пар
10
10
12
15
8
10
Рис. 7.1. Схематичное изображение
аппарата с греющей рубашкой
100
1 – крышка;
2 – греющая (охлаждающая) рубашка;
3 – внутренний корпус аппарата;
4 – днище аппарата;
5 – опорные лапы.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 7.2
РАСЧЕТ РОТОРНО-ПЛЕНОЧНОГО ИСПАРИТЕЛЯ (УКРЕПЛЕНИЕ КОЛЬЦАМИ ЖЕСТКОСТИ)
101
№ п.п.
Dап , мм
1
2
Pап,
МПа
3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
600
800
900
1000
1200
1400
1600
600
800
900
1000
1200
1400
1600
600
800
900
1000
1200
1400
1600
600
800
0,05
0,05
0,005
0,005
0,025
0,025
0,05
0,05
0,005
0,005
0,025
0,025
0,05
0,05
0,005
0,005
0,025
0,025
0,05
0,05
0,005
0,005
0,025
Tап, 0С
Внутренняя среда
4
5
Корпус аппарата
100
C6H6
120
CCl4
130
Лимонная кислота
140
C6H6
150
Фенол
160
Бензол
170
Глицерин
180
Олеиновая кислота
100
Яблочная кислота
80
Гексан
130
Молочная кислота
170
Уксусная кислота
170
C6H5Cl
60
Гексан
170
Бензол
180
Фенол
100
Уксусная кислота
80
Ацетон
70
Уксусная кислота
140
Олеиновая кислота
150
Фенол
60
Гексан
170
Бензол
Hап мм
hсекц, мм
6
7
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
3000
3500
4000
4500
5000
600
700
800
900
1000
1500
600
700
800
900
1000
1500
600
700
800
900
1000
1500
600
700
800
900
1000
Pруб,
Tруб, 0С
Теплоноситель
МПа
8
9
10
Корпус рубашки
0,2
120
Вод.пар
0,3
140
Вод.пар
0,6
160
Вод.пар
1,0
180
Вод.пар
1,0
200
Вод.пар
0,1
220
ВОТ
0,1
240
ВОТ
0,1
260
ВОТ
0,3
120
Вод.пар
0,4
140
Вод.пар
0,6
160
Вод.пар
0,9
180
Вод.пар
1,0
200
Вод.пар
1,2
220
Вод.пар
1,4
240
Вод.пар
1,6
260
Вод.пар
0,25
120
Вод.пар
0,4
140
Вод.пар
0,6
160
Вод.пар
1,0
180
Вод.пар
1,4
200
Вод.пар
1,6
220
Ароматиз. масло
0,1
240
Ароматиз. масло
τ, лет
11
8
10
12
15
20
8
10
12
15
20
8
10
12
15
20
8
10
12
15
20
8
10
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Окончание табл. 7.2
1
24
25
26
27
28
29
30
2
900
1000
1200
1400
1600
600
1400
3
0,025
0,05
0,05
0,005
0,005
0,025
0,025
4
180
60
80
130
140
150
180
5
Хлорбензол
Ацетон
СН3СООН
Лимонная кислота
С6Н6
Молочная кислота
Хлорбензол
6
5500
6000
6500
7000
4000
4500
5000
7
1500
600
700
800
900
1000
1000
8
0,1
0,2
0,4
0,6
1,0
1,4
0,6
9
260
120
140
160
180
200
160
10
Ароматиз. масло
Вод.пар
Вод.пар
Вод.пар
Вод.пар
Вод.пар
Вод.пар
Рис. 7.2. Схематичное изображение роторнопленочного аппарата
102
1 – корпус аппарата;
2 – греющая рубашка;
3 – перемешивающее устройство;
4 – брызгоотделитель;
5 - днище
11
15
20
8
10
12
15
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ,
принятые в тексте
[σ], σдоп, σ* - нормативное допускаемое напряжение, МПа;
σв, σт, σдл, σп - соответственно, пределы временной прочности, текучести,
длительной прочности и ползучести, МПа;
S - расчетная толщина стенки, м;
C - прибавка на компенсацию коррозии, м;
P, Pдоп, Pр, PГИ, Pпр, Pу - соответственно, рабочее давление, допускаемое,
расчетное, гидроиспытаний, пробное, условное, МПа;
l, lэф - расчетная и эффективная длина цилиндрической обечайки, м;
Е - модуль продольной упругости, МПа;
D - диаметр аппарата, м;
H, Hц, Hдн- расчетная высота аппарата, высота цилиндрической части и
днища, м;
J, (Jx, Jтр) - моменты инерции (геометрический и требуемый), м4;
М, [М], Мдоп - изгибающий момент (расчетный и допускаемый), МН·м;
N, [N], Nдоп - осевая сжимающая сила (расчетная и допускаемая), МН;
nв, nт, nдл - соответственно, коэффициенты запаса по пределам временной
прочности, текучести и длительной прочности;
σсж, σизг - соответственно, напряжения сжатия и изгиба, МПа;
Рн, Рн
доп
- соответственно, наружное давление и наружное допускаемое
давление, МПа;
d, d0 - диаметр отверстия, м;
R - радиус аппарата, м;
Dб, Dсп - соответственно, диаметр болтовой окружности и средний диаметр
прокладки, м;
S1, S1p- толщины стенок (исполнительная и расчетная), м;
Δ, ΔP0, ΔM0 - соответственно, линейные деформации от внутреннего давления,
распорной силы и изгибающего момента, м;
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
υ, υP0, υM0 - соответственно, угловые деформации от внутреннего давления,
распорной силы и изгибающего момента, рад;
σu, σk - соответственно, меридиональные и кольцевые напряжения, МПа;
U, N, T - силы, соответственно, меридиональная, перерезывающая и
кольцевая, МН;
K, M - изгибающие моменты, соответственно, кольцевой и меридиональный,
МН·м;
φc, φt - коэффициенты уменьшения допускаемых напряжений от силы сжатия
и изгибающего момента;
σэ, σz, σr, σt - эквивалентное, осевое, радиальное и кольцевое напряжения,
МПа;
r1, r2 - внутренний и наружный радиусы аппарата, м;
Δt, ΔT - разность температур по толщине стенки, 0С;
Pб1, Pб2, Qб- усилие болтовой затяжки, МН;
S0, S1 - наибольшая и наименьшая толщина втулки фланца, м;
bп, b0, bэ - ширина прокладки: реальная, расчетная и эффективная, м;
S2, S0 - общая толщина крышки и толщина под затвор, м;
q - величина нормативного скоростного напора;
βi, β - динамический коэффициент увеличения скоростного ветрового напора;
Kc - коэффициент сейсмичности;
Gi - сила тяжести i-го участка, МН;
xi - высота расположения i-го участка от основания аппарата, м;
yф, yкр - соответственно, угловая податливость фланца и плоской фланцевой
крышки, 1/(МН·м);
уп - линейная податливость уплотнительной прокладки, м/МН;
Qд, Qt, Rп - усилия от внутреннего давления, температурных деформаций,
реакции прокладки, МН.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Поникаров И.И., Гайнуллин М.Г. Машины и аппараты химических
производств и нефтегазопереработки: учебник.- Изд. 2-е; перераб. и
доп. М.:Альфа – М, 2006.-608 с.
2. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета технологического и
природоохранного оборудования: справочник, Калуга: Изд-во Н.
Бочкаревой, 2001. – Т.1 – 756 с.
3. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета технологического и
природоохранного оборудования: справочник, Калуга: Изд-во Н.
Бочкаревой, 2002. – Т.2 - 988 с.
4. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих
пол давлением. ПБ 03–576-03. – М.: ГУП «НТЦ по безопасности в
промышленности ГосГортехнадхзора России», 2003. – 192 с.
5. Сосуды и трубопроводы высокого давления: справочник Е.Р.
Хисматуллин и др. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.
6. Лащинский А.А., Толчинский Н.В. Основы конструирования и расчета
химической аппаратуры: справочник. – Л.: Машиностроение, 1970.
7. Конструирование и расчет машин химических производств: учебник
для машиностроительных вузов по специальности «Химическое
машино- и аппаратостроение» /Ю.И. Гусев и др. - М.:
Машиностроение, 1985. – 408 с.
8. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали:
справочник. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. –
480 с.
9. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов. –
Л.: Машиностроение, 1981. – 382 с.
10. ГОСТ 25859-83. Сосуды и аппараты стальные. Нормы и методы
расчета на прочность при малоцикловых нагрузках. – М.:
Госкомстандарт, 1983. – 30 с.
11. Расчет аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических
воздействий: методические указания для выполнения курсовой работы
по курсу «Расчет и конструирование машин и аппаратов химических
производств» для студентов специальности 170500. / Иван. хим.технол. ин-т. - Иваново, 1992.–52 с.
12. Миронов В.П., Фрякин Н.В., Постникова И.В. Лабораторный
практикум по курсу «Конструирование и расчет элементов
оборудования» для студентов специальностей 170500 и 170600 / Иван.
гос. хим.-технол. ун-т. - Иваново, 2005, - 100 с.
13. ГОСТ 14249-89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. М.: Изд-во Стандартов, 1989.
14. Румянцев О.В. Оборудование цехов синтеза высокого давления в
азотной промышленности. -М.: Химия, 1970.
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
15. Миронов В.П., Фрякин Н.В. Расчет и конструирование химических
реакторов: учеб. пособие / Иван. хим.-технол. ин-т. - Иваново, 1979. –
70 с.
16. ГОСТ 2.101.68 – ГОСТ 2.109.68. Единая система конструкторской
документации. Основные положения.
17. Рудицын М.Н., Артемов П.Я., Любовинец М.И. Справочное пособие по
сопротивлению материалов. - Минск: Высш. шк., 1970. - 630 с.
18. Михалев М.Ф. и др. Расчет и конструирование машин и аппаратов
химических производств. Примеры и задачи. Учебное пособие /Под
ред. Михалева М.Ф. - Л.: Машиностроение, 1984, 301 с.
19. Миронов В.П., Фрякин Н.В. Расчет сосудов. /Практич. занятия/.
Учебное пособие, г. Иваново, ИХТИ, 1981. – 95 с.
20. Миронов В.П., Фрякин Н.В. Расчет сосудов. /Учебное пособие/, г.
Иваново, ИХТИ, 1980. – 88 с.
21. Прочность при малоцикловом нагружении. Основы методов расчета и
испытаний. С.В. Серенсен и др.; под ред. С.В. Серенсена – М.: Наука,
1975. – 285 с.
22. Правила устройства и безопасной эксплуатации технологических
трубопроводов /ПБ 03-585-03/. – М.: ГУП «НТЦ по безопасности в
промышленности ГосГортехнадзора России», 2004. – 152 с.
23. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и
горячей воды /ПБ10-573-03/. – М.: ГУП «НТЦ по безопасности в
промышленности ГосГортехнадзора России», 2004. – 128 с.
24. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. - М.:
Машгиз, 1960. – 743 с.
25. ОСТ 26-373-78. Нормы и методы расчета на прочность фланцевых
соединений сосудов и аппаратов.
26. Супрунчук В.К., Островский Э.В. Конструкционные материалы и
покрытия в продовольственном машиностроении: справочник. – М.:
Машиностроение, 1984. – 328 с.
27. Харламов С.В. Практикум по расчету и конструированию машин и
аппаратов пищевых производств. – Л.: Агропромиздат. Ленингр.
отделение, 1991. – 256 с.
28. Обухов А.С. Расчет на прочность конструкций из стеклопластиков и
пластмасс в нефтеперерабатывающей и химической промышленности.
- М.: Машиностроение, 1978, -142 с.
29. ГОСТ 24755-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность укрепления отверстий. М.: Изд-во Стандартов, 1989.
30. Миронов В.П., Фрякин Н.В. Расчет и конструирование аппаратов
химических производств. Колонная аппаратура: учеб. пособие. / Иван.
хим.-технол. ин-т. - Иваново, 1975.
31. ГОСТ 24756-81, 51273-99, 51274-99 Сосуды и аппараты. Нормы и
методы расчета на прочность. Определение расчетных усилий для
аппаратов колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических
воздействий.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
32. Нормы расчета на прочность элементов реакторов, парогенераторов,
сосудов и трубопроводов атомных электростанций, опытных и
исследовательских ядерных реакторов и установок. - М.: Металлургия,
1973.
33. ОСТ 26-425-79, 26-426-79, 26-427-79, ГОСТ 28759.1-90, 28759.8-90.
Фланцы сосудов и аппаратов. Типы и параметры (для аппаратов).
34. ОСТ 26-429-79. Фланцы сосудов и аппаратов. Технические требования
(для аппаратов).
35. ГОСТ 25867-83 Сосуды и аппараты. Сосуды с рубашками. Нормы и
методы расчета на прочность.
36. Миронов В.П., Фрякин Н.В. Расчет и конструирование сосудов и
аппаратов высокого давления: учеб. пособие./ Иван. хим.-технол. ин-т.
- Иваново, 1982. -90 с.
37. Емельянов И.Я. и др. Конструирование ядерных реакторов. Учебное
пособие для вузов. /Под общей ред. Долежаля М.А. - М.: Энергоиздат,
1982, - 400 с.
38. Куркин С.А. и др. Технология, механизация и автоматизация
производства сварных конструкций. Атлас. /Учебное пособие для
студентов машиностроительных специальностей вузов. - М.:
Машиностроение, 1989. -328 с.
39. Методические указания по расчету и конструированию аппаратов
высокого давления / сост.: В.П. Миронов, Н.В. Фрякин. / Иван. хим.технол. ин-т. - Иваново, 1982. -32 с.
40. ГОСТ 12820-80, 12821-80, 12822-80, 12831-67, 12832-67. Фланцы для
труб, трубопроводной арматуры.
41. ГОСТ 26202-84. Нормативный метод расчета на прочность обечаек и
днищ от воздействия опорных нагрузок.
42. ОСТ 26-291-94 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие
технические условия. М.: НПО ОТБ, 1996.-335с.
43. Методические указания к расчетным занятиям по курсу «Расчет и
конструирование машин и аппаратов» / сост.: П.П. Ермаков, А.И.
Маневич. – Днепропетровск: ДХТИ, 1987. – 32 с.
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Миронов Виктор Павлович
Постникова Ирина Викторовна
Расчет сосудов и аппаратов
Часть I
Расчет основных конструктивных элементов
Учебное пособие
Редактор В.Л. Родичева
Подписано в печать 15.12.2009. Формат 60х84 1/16.
Бумага писчая. Усл. печ. л.: 6,28. Уч. – изд. л. 6,97.
Тираж 300 экз., Заказ____________
ГОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический
университет
Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и
финансов ГОУ ВПО «ИГХТУ».
153000, г. Иваново, пр. Ф.Энгельса, 7
108
Документ
Категория
ГОСТ Р
Просмотров
1 277
Размер файла
3 432 Кб
Теги
2700, сосудов, часть, расчет, аппаратов
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа