2.3 Контрольні запитання

1. Що таке епюра напружень.

2. Напруження для сферичної посудини. Рівняння Лапласа .

3. Колові напруження посудини.

4. Меридіальні напруження посудини.

5. Як визначається товщина стінки посудини.

6. Добавки на корозію та технологічні допуски.

3. Розрахунок укріплення отворів

У стінках технологічних апаратів та посудин, днищах або кришках по умовам технології виробництва або експлуатаційним вимогам необхідно мати різні отвори – для лазів, люків, штуцерів, завантажувальних та вивантажувальних пристроїв, трубопроводів і т. п.

Видалення матеріалу стінки посудини отвором є аналогом видалення якихось зв’язків в системі а для збереження стану рівноваги необхідна їх компенсація. Практично така компенсація відбувається за рахунок розміщення в зоні вирізів додаткового матеріалу, який сприймає напруження, які виникають в зоні вирізу.

При виконанні отворів в апараті необхідно приймати рішення по способам укріплення отворів та уміти розраховувати розміри укріплюючих елементів, проектувати взаємне розміщення близько виконуваних отворів.

Для правильного виконання розрахунків рекомендується користуватись ГОСТ 24755-89 (СТСЭВ 1639-88) «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий».

Даний стандарт встановлює норми розрахунку на міцність укріплення отворів в обичайках, переходах і випуклих днищах посудин і апаратів, що використовуються в харчовій хімічній, нафтопереробній і інших галузях промисловості, що працюють під внутрішнім та зовнішнім тиском.

Норми стандарту застосовуються для знаходження розмірів укріплюючих елементів а також допустимих тисків циліндричних і конічних обичайок, випуклих і конічних днищ з круглими та овальними отворами при умові, що відхилення від геометричної форми і неточність виготовлення не перевищує допусків, що встановлені нормативно-технічною документацією.

Виконання розрахункової роботи по укріпленню отворів передбачає придбання знань з:

• теоретичних передумовах необхідності укріплення отворів;

• конструкції укріплюючих елементів;

• визначення діаметрів отворів, які можна не укріплювати;

• виділення зони укріплення;

• вибір раціональної конструкції укріплення за умов експлуатації апарату;

• складання умови укріплення отворів за допомогою різних укріплюючих елементів;

• знаходження розмірів укріплюючого кільця;

• практичного знаходження розмірів укріплюючого кільця;

• визначення взаємного розміщення отворів.

3. 1. Загальні відомості

Отвори послаблюють обичайку або днище, викликають концентрацію напружень в зоні вирізів.

Для циліндричних оболонок концентрація напруг в області вирізів збільшується зі: збільшенням діаметру отвору,- збільшенням відношення радіусу вирізу до радіусу обичайки, зменшенням відношення товщини стінки обичайки до радіусу обичайки.

Для прикладу: практичне визначення напруг в апараті і отвором показали, що при розрахунковій кільцевій напрузі в стінці апарата 26 МПа , біля краю отвору напруга становила 265 МПа. Тобто напруга біля краю отвору в 10 разів більша розрахункової, а вже на відстані 200мм від краю отвору знову дорівнює розрахунковій.

Суть укріплення отворів полягає в наступному. Для зменшення концентрації напружень біля отворів там додатково розміщується метал для компенсації його послаблення. При цьому напруга в оболонці вирівнюється і її концентрація знижується.

Укріплення отворів виконується по двом напрямам:

• перший з них оснований на тому, що корпус апарату з вирізом повинен бути таким же міцним, як і апарат без вирізу. Це можливо тоді, коли площа матеріалу, яка видаляється при виконанні отвору та вимірюється в головній площині отвору, менша або дорівнює площі матеріалу, що додатково використовується при укріпленні отвору;

• другий напрям укріплення отворів оснований на розрахунках напруг в зоні вирізу з врахуванням коефіцієнта концентрації напруг (відношенням найбільшої місцевої напруги до номінальної). Номінальна напруга розраховується з допущенням про те, що концентратори напруг відсутні.

Практика експлуатації апаратів з отворами підтвердила надійність їх експлуатації, якщо укріплювати отвори згідно першого напряму. При цьому зникає потреба визначення дійсних напруг по краям отворів за рівняннями моментної теорії оболонок. Задача укріплення отворів зводиться до геометричного підрахунку площ матеріалу, що попали в головну площину перетину отвору: з однієї сторони площі матеріалу, яка видалена отвором, з другої сторони площі матеріалу, який приймає участь в укріпленні отвору.

Самий розповсюджений спосіб укріплення – приварювання укріплюючи кілець (рис. 3). Вони виготовляються з того ж матеріалу, тієї ж товщини, що і обичайка і приварюються так, щоб вони працювали разом з обичайкою. З’єднувальні шви повинні бути глибоко проварені і забезпечувати однорідність і гомогенність зварного з’єднання.

При укріпленні отворів накладним кільцем його товщину рекомендується приймати рівною товщині матеріалу обичайки. Кільця можливо розміщувати як всередині, так і ззовні посудини (рис. 3 а, б).

У випадку, коли по розрахунку товщина накладного кільця більша, ніж подвоєна товщина стінки обичайки рекомендується встановлювати накладні кільця зовні та зсередини апарату (рис. 3 в), причому, товщина зовнішнього кільця приймається рівною половині товщини розрахункової товщини накладного кільця, а внутрішнього - половині товщини розрахункової товщини накладного кільця з врахуванням добавки на корозію.

Для перевірки герметичності зварних швів в кільцях роблять отвори з різьбою М8…12 для підводу стиснутого повітря, шви обмазують мильним розчином. При подачі стисненого повітря його прорив через місця з’єднання не допускається. Під час експлуатації отвір повинен бути відкритим.

а) б) в)

Рис. 3 Варіанти виконання укріплюючих кілець.