5.Расчет и конструирование днищ и крышек аппаратов.
5.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Наиболее распространённой формой днищ в сварных технологических аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору, является эллиптическая форма днищ с отбортовкой на цилиндр (рис. 2.1 а). Для технологического оборудования применяют днища, изготовляемые по ГОСТ 6533-78 – днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов; ГОСТ 11372-74 – днища эллиптические отбортованные латунные и алюминиевые.
Рациональная форма днищ в цилиндрических аппаратах, с точки зрения восприятия давления, и объясняет их широкое применение в аппаратостроении. Прочностные преимущества объясняются тем, что распределение напряжений в них более равномерное, вследствие постоянного и непрерывного изменения радиусов кривизны от центра к краю.
Чаще всего эллиптические днища изготавливаются горячей штамповкой, отбортованные на цилиндр по соответствующим стандартам и нормалям, и, кроме того, вытяжкой на прессах без утонения стенки. Такие днища рекомендуются использовать в сварных и паянных цилиндрических аппаратах горизонтального исполнения независимо от давления, в вертикальных аппаратах под наружным давлением или при вакууме и под внутренним избыточном давлении более 0,07 МПа. Расчёт эллиптических днищ .
Полусферические днища (полушаровые), выполненные в виде полусферы, наиболее выгодны в отношении использования материала. Они изготавливаются из нескольких частей сварными (из центрального сферического сегмента и шарового пояса, составленного из нескольких кусков выполненных в виде штампованных лепестков). Диаметр сегмента и части шарового пояса выбираются из рационального раскроя листа. Полусферические днища, согласно мембранной теории, хотя и получаются по расчёту более тонкими, чем стенки цилиндрической обечайки, но трудоёмки в изготовлении, обходятся дороже штампованных днищ и, кроме того, увеличивают длину (высоту) аппарата.
Составными элементами корпусов химических аппаратов является днища, которые, как правило, органически связаны с обечайкой и изготавливаются из того же материала.
В сварной и паянной аппаратуре днища обычно привариваются или припаиваются к обечайке;
в кованной и литой аппаратуре из пластичных материалов они либо представляют собой одно целое с обечайкой, либо также сваривается с ней; в литой аппаратуре из хрупких материалов днище всегда выполняется заодно с обечайкой.Форма днища определяется сопрягаемой с ним формой обечайки, а также химико – технологическими требованиями, предъявляемыми к аппаратуре, далением среды в нем, конструктивными соображениями.
Днищем будем называть деталь аппарата, которая ограничивает корпус снизу, сверху, или с боков и неразъемно соеденена с обечайкой или анологичный элемент корпуса, составляэщий с ним одно целое.
В зависимости от форы различают: эллиптические, полусферические, конические и плоские днища.
5.2.ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЕ ДНИЩА.
Сферические днища выполняются в виде полусферы.Они изготавливаются сварными из нескольких частей: сферического сегмента и шарового пояса, составленного из нескольких кусков. Диаметр сегмента и части шарового пояса выбираются исходя из рационального раскроя листа. Сферические днища, согласно мембранной теории, хотя и получаются более тонкими, чем цилиндрическая обечайка, но трудоемки в изготовлении, обходится дороже выкованных днищ и, кроме того, увеличивают длину аппарата. Сферические днища имеют смысл применять в аппаратах большого диаметра (свыше 4м), работающих под давлением.
Расчет полусферического днища производят исходя из уравнения равновесия элемента (уравнение Лапласа, БТТО):
Для оболочки, нагруженным газовым давлением Р имеем:
-Z= P
и для сферы имеем :
.
Выразим уравнение Лапласа через напряжения (см. БТТО):
но для сферы: σT = σS = σ получим :
где R– серединный радиус сферы;
δ1 - толщина стенки сферы .
Перейдем к внутреннему радиусу сферы RB :
Выражая условие прочности [σ] ≥ σ или точнее [σ]φ ≥ σ и подставляя значеня R, получим:
Найдем толщину стенки:
В ГОСТе 14249 – 89 расчетная толщина полусферического днища представлена в таком виде:
где S1p - расчётная толщина стенки полусферического днища;
Р – расчётное давление ;
φ – коэффициент прочности продольного сварного шва.
Исполнительная толщина полусферического днища равна:
Допускаемое внутренне избыточное давление для полусферического днища следует расcчитывать по формуле:
Если исполнительная толщина стенки полусферического днища принята меньшей, чем для цилендрической части аппарата, то соединение днища с корпусом выполняется согласно рисунка:
Расчетные формулы применимы при условви:
0,002≤
и
Согласно МН 4704 – 63 стальные полусферические днища изготавливаются D = (3,6 - 12) м, с толщиной стенок 10 – 36мм.