14 Вопрос.

Сосуд − это изделие (устройство), имеющее внутреннюю полость, предназначенную для проведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортирования газообразных, жидких и других веществ.

Аппарат − сосуд, оборудованный внутренними устройствами, предназначенный для проведения химико-технологических процессов.

Основным узлом любого сосуда или аппарата составляет его корпус. Корпус определяет размеры аппарата, его форму и объем, изолирует содержимое аппарата от внешней среды (обеспечивает его герметичность), служит для подвода и отвода тепла, обеспечивает прочность всего аппарата, воспринимая внутренние и наружные нагрузки. Следовательно, надежность работы аппарата во многом зависит от надежности его корпуса.

Корпуса сосудов и аппаратов состоят из пластинок и оболочек различной конфигурации, соединенных друг с другом как неразъемными (сварными, паяными), так и разъемными (фланцевыми и др.) соединениями. Корпуса работают чаще всего в условиях статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным избыточным давлением, а также при действии осевых или поперечных усилий и изгибающих моментов.

Корпуса аппаратов можно классифицировать:

1) по форме − на цилиндрические, сферические, конические, торовые, прямоугольные и комбинированные;

2) по схеме нагрузки − на работающие под действием внутреннего или внешнего давления;

3) по расположению в пространстве − на вертикальные, горизонтальные и наклонные;

4) по толщине стенки — на тонкостенные (у которых толщина стенки не превышает 10% внутреннего диаметра, т. е.

, при  МПа (3.1) или (3.2)

где − рабочее давление в аппарате,   наружный диаметр аппарата,   внутренний диаметр аппарата) и толстостенные;

5) по температуре стенки − на необогреваемые, обогреваемые и охлаждаемые;

6) по конструктивному материалу − на стальные, чугунные, медные, алюминиевые и т. д.;

7) по способу изготовления − на сварные, литые, клепаные, паяные и т. п.;

8) по способу сборки − на разъемные или неразъемные.

На химических предприятиях наибольшее распространение получили цилиндрические вертикальные аппараты, т. к. по сравнению с горизонтальными цилиндрическими аппаратами в них исключены дополнительные напряжения при изгибе, возникающие в корпусе при действии силы тяжести аппарата и находящейся в нем среды.

Аппараты со сферическим корпусом в виде шара обладает наименьшей материалоемкостью, наибольшей равномерностью распределения напряжений и наименьшей поверхностью на единицу объема. Недостатки: изготавливать сферические оболочки сложно и дорою, трудно размещать внутри них рабочие устройства.

Прямоугольные аппараты − это аппараты, рабочий объем которых ограничен плоскими стенками. Они могут работать только при небольших давлениях. В противном случае стенки необходимо: усиливать ребрами жесткости и т.п. Их металлоемкость повышенная, отлить их трудно, а при изготовлении сваркой их стенки ведет и коробит.

Как было показано на предыдущей лекции (см. рис. 2.1), корпус любого аппарата может состоять из обечайки, перехода, крышки и днища различных форм и размеров. В настоящее время, в зависимости от методики расчета, принята следующая классификация конструктивных элементов корпуса аппарата по виду геометрической формы:

• оболочка − это геометрическое тело, ограниченное в пространстве двумя параллельными криволинейными поверхностями, расстояние между которыми (толщина оболочки) мало по сравнению с размерами самих поверхностей.

Геометрическое место точек равнорасположенных от обеих поверхностей оболочки называется срединной поверхностью. Если тело образовано вращением срединной поверхности вокруг центральной оси, то такое тело называется оболочкой вращения.

Криволинейный или прямолинейный отрезок, образованный пересечением срединной поверхности с какой-либо плоскостью проекций, проходящей через ось вращения оболочки, называется образующей или меридианом. Любая оболочка вращения может быть получена путем вращения образующей или меридианы вокруг неподвижной оси. Радиус кривизны меридиана называется первым главным радиусом ( ). Радиус кривизны перпендикулярный меридиану называется вторым главным радиусом ( ).

По форме срединной поверхности (меридианы) различают оболочки вращения: цилиндрические (образующая в виде прямолинейного отрезка параллельна центральной оси и вращается вокруг нее), конические (образующая в виде прямолинейного отрезка пересекается с центральной осью и вращается вокруг нее), сферические (образующая в виде полукруга пересекает центральную ось в двух конечных точках и вращается вокруг нее), эллиптические и др.

• пластина − это плоское геометрическое тело, ограниченное в пространстве двумя поверхностями, расстояние между которыми (толщина пластины) мало по сравнению с размерами самих поверхностей. Срединная поверхность пластины представляет собой плоскость. Этим пластины отличаются от оболочек, у которых срединная поверхность не плоская. Примеры пластин: плоские днища и крышки сосудов и аппаратов, фланцы труб, днища роторов центрифуг и т.п.

• стержень − это геометрическое тело произвольного профиля, длина которого более чем в 5-6 раз превосходит его наибольший поперечный размер.

Таким образом, корпус любого сосуда или аппарата может состоять из пластин и элементарных оболочек вращения различной конфигурации (рис. 3.1).

Н а рисунке 3.1: 1  сферическая (полусферическая), шаровая (полушаровая), эллиптическая оболочка вращения. Для шара ;

2  цилиндрическая оболочка вращения , ;

3  коническая оболочка вращения , ;

4  торовая оболочка вращения;

5  пластины (фланцы).

Для эллиптической оболочки вращения: ,

В настоящее время наиболее распространенной формой корпусов является цилиндрическая. Днища аппаратов выполняют плоскими, коническими, сферическими, эллипсоидальными и торовидными. Крышки выполнит той же формы, что и днища. Такие корпуса имеют подавляющее большинство сосудов и аппаратов, эксплуатируемых на химических предприятиях.