Тема 4.2 Функциональные допуски в аппаратостроении

Допуски на смещение кромок

Несущая способность аппарата определяется остаточной толщиной стенки (см.рис.69). Поэтому в аппаратостроении толщина стенки S входит в функциональную зависимость для определения поля допуска:

_апп = f (s).

Только таким образом представляется возможным обеспечить механическую надежность листовых конструкций, когда прочность ее зависит от рабочего сечения стенки.

Смещение кромок листов в стыковых соединениях, определяющих прочность сосудов и аппаратов, не должна превышать 10% от номинальной толщины более тонкого листа, но не более 3 мм:

h  0,1S, но не более 3 мм.

К швам, определяющим прочность сосуда, относятся наиболее напряженные швы. В цилиндрических, конических оболочках это продольные швы.

Смещение кромок в кольцевых швах не должно превышать величин, приведенных в таблице:

Толщина свариваемых листов	Максимально допустимое смещение кромок
до 20 мм	0,1S + 1мм
20-50 мм	0,15S, но не более 5 мм
51-100 мм	0,04S + 3,5 мм
свыше 100 мм	0,025S + 5 мм, но не более 10 мм

Увод (угловатость) кромок лимитируется величинами, приведенными в таблице:

обечаек	конических днищ
независимо от диаметра - 5 мм	D  2000 мм - 5 мм D > 2000 мм - 7 мм

Допускаемые отклонения периметра (диаметра) взаимостыкуемых обечаек

Смещение кромок в кольцевых сопряжениях (см.рис.70) зависит от степени отклонения диаметров сопрягаемых элементов от номинального, т.е. формируется за счет погрешности диаметров. Наибольшая величина смещения кромок hmax равна сумме верхнего 1 и нижнего 2 предельного отклонения диаметров:

h_max =  = ₂ + ₁.

При симметричном расположении поля допуска ₁ = ₂ = D, где

D = h_max/2.

Согласно требованиям ОСТ 26-291-94, отклонения в длине развертки (по диаметру) взаимостыкуемых обечаек должны обеспечивать выполнение установленных норм на смещение кромок в кольцевых швах - h, т.е. h_max  h, тогда D =  h/2.

Допускаемые отклонения периметра обечаек составят:

L = h/2.

Длина периметра будет L= (D_в + S)  L.

Допуски на диаметры аппаратов

Отклонение внутреннего (наружного) диаметра корпуса сосудов, за исключением теплообменных аппаратов, допускается не более  1% номинального диаметра:

D =  0,01 D_ном.

Рис. 4.2.1 – Схема образования отклонений в кольцевых швах

Допуски на овальность

Овальность представляет собой отношение разности наибольшего и наименьшего диаметров к среднему диаметру, оценивается в процентах:

а = 2(D_max - D_min)/(D_max + D_min) х 100%.

Овальность корпусов цилиндрических сосудов и аппаратов, полушаровых и эллиптических днищ должна быть не более 1%: а  1%.

Допустимая овальность корпусов колонных аппаратов, сосудов и аппаратов, работающих под вакуумом или под действием наружного давления, не должна превышать 0,5%: а  0,5 %.

Допуски на основные размеры горячештампованных эллиптических днищ

В аппаратах и сосудах основное применение находят стандартные эллиптические днища с отбортовкой.

Смещение кромок свариваемых заготовок не должно превышать 10% толщины листа, но не более 3 мм.

Отклонение внутреннего (наружного) диаметра в цилиндрической части отбортованных днищ и полусферического днища допускается не более  1% номинального диаметра.

Относительная овальность допускается не более 1%.

Отклонения размеров и формы днищ (см.рис.4.2.2) не должны превышать значений, указанных в таблицах:

1. Допуски высоты цилиндрической части и высоты выпуклости (вогнутости) на эллипсоидной части днища

диаметр днища D, мм	предельное отклонение высоты цилиндрической части  h, мм	предельная высота отдельной вогнутости или выпуклости на эллипсоидной частиТ,мм
до 720	+5	2
от 800 до 1300	+5	3
от 1320 и более	+5	4

Рис. 4.2.2 – Отклонения размеров и формы эллиптического днища

2. Допуски наклона цилиндрической части

толщина днища S, мм	допуски наклона m, мм
до 20	4
от 22 до 25	5
от 28 до 34	6
от 36 и более	8

Для днищ, изготавливаемых штамповкой, допускается утонение в зоне отбортовки до 15% от исходной толщины заготовки.

Предельные отклонения размеров базовых деталей

После сборки и сварки обечаек корпус (без днищ) должен удовлетворять следующим требованиям:

а) отклонение по длине не более  0,3% от номинальной длины, но не более 75 мм;

б) отклонение от прямолинейности не более 2 мм на длине 1 м, но не более 20 мм при длине корпуса до 10 м и не более 30 мм при длине корпуса свыше 10 м.

При этом местная непрямолинейность не учитывается:

- в местах сварных швов;

- в зоне вварки штуцеров и люков в корпус.

4.2.1 Типовые соединения

Конструкции сосудов, аппаратов и других листовых сварных изделий состоят из двух групп типовых соединений:

1) Стандартные, разъемные соединения общемашиностроительного применения. К ним относятся гладкие цилиндрические, конические, резьбовые, шпоночные, шлицевые соединения и зубчатые передачи.

2) Неразъемные соединения, свойственные сварным узлам аппаратов. В сварных конструктивных элементах аппаратов находят применение все виды типовых соединений свариваемых элементов: стыковые соединения (см.рис.4.2.1); соединения, состоящие из охватывающей и охватываемой цилиндрических поверхностей (см.рис.4.2.3); нахлесточные; тавровые и угловые (см.рис.4.2.1).

а - стыковое, б - угловое, в - нахлесточное, г – тавровое

Рис. 4.2.1 – Сварные соединения

а – стыковые, б – угловые

Рис. 4.2.2 – Сварные швы

Рис. 4.2.3 – Примеры соединений типа цилиндрических охватывающих и охватываемых деталей

Стыковые соединения

Стыковые соединения получили наибольшее распространение при изготовлении базовых деталей сварных аппаратов.

В стыковых сопряжениях сварное соединение образуется из двух элементов, расположенных в одной плоскости или на одной поверхности (см.рис.4.2.4). В соединениях встык свариваемые элементы сопрягаются между собой торцевыми поверхностями, продолжая друг друга. Стыковое соединение является характерным только для неразъемных соединений, получаемых сваркой.

а – продольные швы, б – кольцевые швы

Рис. 4.2.4 – Стыковые соединения в базовых деталях аппаратов

В базовых деталях аппаратов стыковые соединения находят широкое применение для сварки продольных (меридиональных) и кольцевых (поперечных) швов. Продольные швы применяются при изготовлении отдельных деталей аппаратов, например, продольные швы обечаек, швы в штампосварных эллиптических и полушаровых днищах, шов конических днищ.

Специфическим параметром стыковых сопряжений является смещение кромок h (см.рис.4.2.5).

Рис. 4.2.5 – Стыковые соединения со смещенными кромками

Под смещением кромок понимают несовпадение серединных поверхностей или осевых линий стыкуемых элементов.

В сопряжениях, имеющих одинаковую толщину стенки S₁=S₂ будут равны между собой превышения кромок b₁ и b₂ и величина смещения кромок h:

h = b₁=b₂ при S₁=S₂.

В случае разнотолщинности сопрягаемых листов:

h = b₂ - (S₂-S₁)/2 при S₂>S₁; b₂>b₁.

Если в разнотолщинных сопряжениях превышения кромок равны между собой, то смещение кромок отсутствует:

b₁=b₂=(S₁-S₂)/2, h=0.

При перемещении стыкуемых кромок по линии а-а происходит уменьшение рабочего сечения стыка. На рис остаточная толщина стенки обозначена линией сd, которая меньше проектной толщины листа S₁.

Смещение кромок представляет собой опасный технологический дефект, от величины которого зависят свойства соединения и нормальное функционирование аппарата в процессе эксплуатации, его прочностная надежность. Поэтому его величина должна регламентироваться допусками.

Наибольшее смещение кромок происходит в кольцевых швах, так как при этом на образование смещения кромок влияют множество отклонений размерных параметров, возникающие при выполнении каждой технологической операции.

Допускаемые значения смещения кромок предусмотрены в отраслевом стандарте "ОСТ 26 291-94. Сосуды и аппараты сварные стальные. Технические требования".

Контрольные вопросы

1  Группы типовых соединений.

2  Характеристика стыковых соединений.

1  Величина смещения кромок листов в стыковых соединениях, определяющих прочность сосудов?

2  Каким требования должен удовлетворять корпус сосуда после сборки и сварки?

3  Какие сварные швы корпусов сосудов и аппаратов испытывают наибольшие напряжения при работе под давлением?

4  Величина относительной овальности для сосудов, работающих под давлением?

5  Отклонение по высоте штуцеров при их установке?

6  Увод кромок в стыковых сварных соединениях?

Лекция № 14