7 Расчетные параметры*. Выбор допускаемого напряжения
При расчетах сосудов и аппаратов, выполняемых по ГОСТ Р 52857. 2 – 2007, не зависимо от типа оболочек и прикладываемой нагрузки применяются одни и те же общие расчетные параметры.
К таким параметрам можно отнести рабочую и расчетную температуру, рабочее, расчетное и пробное давление, коэффициенты запаса прочности, допускаемые напряжения, модули продольной упругости и коэффициенты прочности сварных швов, прибавки к расчетной толщине.
В ГОСТ Р 52857. 2 – 2007 (приложение В) приводится описание данных параметров и методы определения. В данном разделе мы не будем приводить данные, изложенные в ГОСТе, поскольку они изучались ранее при подготовке бакалавров. Студентам необходимо самостоятельно систематизировать эти данные, поскольку они будут использоваться при выполнении практических и лабораторных занятий.
Здесь мы лишь приведем пояснения, касающиеся некоторых из указанных параметров, в частности, выбора допускаемого напряжения, определения коэффициента запаса прочности и группы аппарата.
7.1 Выбор допускаемого напряжения и определение коэффициентов запаса прочности*
Важнейшим вопросом конструирования является правильный выбор допускаемого напряжения, при котором обеспечивается безопасная работа аппарата и не происходит перерасхода конструкционного материала.
Величина допускаемого напряжения зависит от следующих факторов:
от механических свойств материала − его прочности и пластичности (или хрупкости)
2) от характера силовой нагрузки и постоянства ее во времени;
3) от температуры, поскольку она влияет на прочность и пластичность материала;
4) от метода расчета, принятой расчетной схемы и верности отражения в ней действительных условий работы и нагружения конструкции.
Далее более подробно этот раздел изложен в приложении Г.
7.2 Определение группы аппарата
В зависимости от параметров (расчетного давления и температуры стенки) и характера рабочей среды (пожароопасная или взрывоопасная, а также в зависимости от класса опасности, т.е. воздействия на организм человека) сосуды подразделяются на группы (ГОСТ Р52630-2012). Группы сосуда определяется согласно требованиям таблицы 1.1. Группы для сосудов с полостями, имеющими различные параметры и среды, допускается определить для каждой полости отдельно.
Сосуды, на которые Правила не распространяются, независимо от расчетного давления следует относить к группе 5а или 5б.
Таблица .11- Группы сосудов
8 Обеспечение прочности и экономичности корпусов тонкостенных аппаратов, находящихся под воздействием внутреннего давления
Для обеспечения прочности любой конструкции обычно выполняются механические расчеты.
Расчету на механическую прочность должны подвергаться все основные элементы аппарата, за исключением стандартных, выбранных на ближайшее большее условное давление для рабочей температуры. Если количество циклов нагружения не превышает 1000, то нагрузка в расчетах на прочность условно считается однократной. При определениичисла циклов нагружения не учитывается колебание нагрузки в пределах 15% от расчетной. В противном случае следует вести расчет на усталостную прочность.
Целью механического расчета химического и нефтехимического оборудования является определение размеров отдельных элементов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию машин и аппаратов за счет достаточной механической прочности, плотности разъемных соединений, устойчивости к сохранению формы и необходимой долговечности при минимальных затратах на их изготовление, транспортировку, монтаж и эксплуатацию.
Следует при этом учитывать, что в стоимости продукции, выпускаемой химическими заводами, доля амортизационных расходов составляет ничтожную величину, а стоимость самого аппарата в гораздо большей степени определяется стоимостью труда, затраченного на изготовление, чем стоимостью конструкционного материала. Конструктор обязан экономить материал и не допускать его напрасного расходования. Но нужно экономить разумно, так как слишком облегченная конструкция при изменении условий эксплуатации, как часто случается, может разрушиться, что приведет к катастрофическим последствиям.
Проектируя новые аппараты и сосуды, или решая вопрос о возможности использования существующих, конструктор должен определить тип, конструктивные размеры аппарата, подобрать нужный материал и определить толщину стенки, обеспечивающую достаточную прочность и устойчивость в первом, или рассчитать допустимые внутреннее и наружное давления во втором случае.
Основы конструирования и способы изготовления элементов сосудов изучались ранее при подготовке бакалавров и изложены в специальной технической литературе.
Сосуды и аппараты, применяемые в различных отраслях промышленности, в большинстве своем состоят из следующих элементов: цилиндрических и конических обечаек, выпуклых днищ и плоских крышек.
При действии внутреннего давления данные элементы рассчитываются по формулам, приведенным в ГОСТ Р 52857. 2 - 2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность.
Таким образом, конечной целью расчета по ГОСТу является:
- определение толщины стенки, обеспечивающей достаточную прочность при проектировании новых аппаратов и сосудов,
- или расчет допустимого внутреннего давления при решении вопроса о возможности использования существующих сосудов и аппаратов.
Формулы для определения данных величин получены на основе теории расчета тонких оболочек. В соответствии с данной теорией обычно определяется напряженное состояние материала тонких оболочек при воздействии внутреннего давления, и выводятся формулы для расчета напряжений.
Кроме этого, необходимо отметить, что в основу формул, приведенных в стандарте, при оценке прочности положен метод предельных нагрузок.
Далее коротко дадим представление о методе предельных нагрузок и систематизируем данные теории расчета оболочек вращения.