Лекция 3. Расчет цилиндрических обечаек, нагруженных наружным давлением. Конструкции и расчет днищ химических аппаратов

П од наружным давлением находятся вакуумные аппараты, корпуса аппаратов с рубашками. Тонкостенные обечайки под действием наружного давления могут потерять первоначальную форму (устойчивость) с образованием нескольких волн смятия (рис.2.2.). Давление, при котором оболочка начнет деформироваться называется критическим.

Толщину стенки обечайки, нагруженной наружным давлением, приближенно определяют по формуле

.

Полученное значение толщины стенки следует проверить на допускаемое наружное давление (ГОСТ 14249-80)

,

где – допускаемое давление из условия прочности определяется по формуле

а – допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости – по формуле

(3)

где – коэффициент запаса устойчивости при расчете элементов аппарата на устойчивость в пределах упругости принимается: для рабочих условий ; для условий испытаний и монтажа . Е – модуль упругости материала; l_R – расчетная длина обечайки, зависит от ее конфигурации.

Конструкции и расчет днищ химических аппаратов

Наибольшее распространение в химическом машиностроении получили эллиптические, конические, сферические и плоские днища (рис.2.3). Днища ограничивают цилиндрические корпусы горизонтальных, так и вертикальных аппаратов с обеих сторон. Они могут быть приварные или отъемные. Форма днищ зависит от назначения аппарата и свойств перерабатываемого материала.

Сферические днища изготавливают из отдельных штампованных элементов, сваренных между собой. Их применяют для аппаратов диаметром мм.

Сферическое днище представляет собой полусферу с , следовательно, расчетные формулы для него будут иметь вид (см. формулу 3):

(4)

Н аиболее распространенной формой днищ в сварных химических аппаратах является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр. Стальные днища диаметром до 1600 мм изготавливают штампованными из цельного листа. При больших размерах их выполняют из нескольких частей, сваренных между собой встык. Эллиптические днища стандартизованы, и все их типоразмеры имеют отношение полуосей . Радиус кривизны эллиптического днища . Следовательно, и с учетом формулы (4) для расчета толщины стенки эллиптического днища, получим

Конические днища обычно используют для выгрузки из аппарата сыпучих или вязких продуктов. Наиболее распространены днища с углом у вершины 2, равным 60⁰ и 90⁰ , и реже с углом – 120⁰ или 140⁰. Конические днища изготавливают вальцовкой плоских разверток, состоящих из одной или нескольких частей, сваренных встык. Днища, как правило, отбортованные, что существенно снижает местные напряжения.

Толщина стенки конической части днища рассчитывается по формуле (получена из уравнения Лапласа):

где расчетный диаметр определяют из уравнения

где – радиус закругления зависит от диаметра аппарата.

П лоские днища (рис.2.4.) представляют собой круглые пластины, присоединяемые к корпусу. Для их изготовления не требуется специального прессового оборудования.

Однако при больших диаметрах и значительных давлениях толщина стенки плоского днища получается большой, поэтому их применение ограничено.

Для круглой пластины, нагруженной равномерно распределенной по всей площади нагрузкой напряжение

,

где – коэффициент, зависящий от способа крепления днища (пластины) к корпусу. Расчет толщины стенки плоского днища проводится по формуле: