теор / Теплообменное оборудование предприятий
.pdfТолщина плоского круглого днища или крышки определяется по формуле:
|
K Dв |
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
P |
|
C . |
(8.10) |
|
|
доп |
||||||
1 |
Ko |
|
|
|
|||
|
|
|
|
Для днищ с отбортованными краями (рис. 8.8, е, ж, з, и) вместо Dв в формулу (8.10) подставляется величина Dв rв . Во всех случаях
толщина стенки днища или крышки S1 |
должна приниматься не менее |
||||||||||
толщины стенки цилиндрической части S, рассчитанной в соответст- |
|||||||||||
вии с п. 8.2 при 1,0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Величина коэффициента К для днищ и крышек, изображённых |
|||||||||||
на рис. 8.8, а, б, в, рассчитывается по формуле: |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
S |
|
|
|||
|
|
K 0,41 |
|
|
|
|
(8.11) |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1 0,23 |
|
|
|
, |
|||||
|
|
|
|
|
S1 |
|
|||||
но не менее K 0,31; для днищ и крышек, изображённых на рис. 8.8, |
|||||||||||
г, д, е, ж, з, и K 0,41. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Коэффициент Ko принимается равным следующим значениям: |
|||||||||||
для днищ и крышек без отверстия |
Ko 1,0 ; |
|
|||||||||
для днищ и крышек с отверстием |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Ko 1 0,43 |
d |
|
при |
d |
0,35 ; |
(8.12) |
|||||
|
|
|
|||||||||
|
Dв |
|
Dв |
|
|
|
|
||||
Ko 0,85 |
при 0,35 |
|
d |
0,75 . |
(8.13) |
||||||
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dв |
|
|
Толщина плоского днища или крышки с двумя отверстиями оп- |
|||||||||||
ределяется также по формуле (8.10). При этом коэффициент |
Ko |
принимается в соответствии с (8.12) или (8.13), где в качестве расчётного диаметра d служит эквивалентный диаметр:
d d2 |
d2 |
, |
(8.14) |
1 |
2 |
|
|
где d1 и d2 – диаметры отверстий.
151
Толщина плоской заглушки, зажатой между двумя фланцами, приведенной на рис. 8.8, к, а также плоского днища или крышки, закреплённых болтовым соединением (рис. 8.8, л), определяется по формуле
S1 0,41 Dв |
|
Р |
|
С . |
(8.15) |
|
|
|
|
||||
доп |
||||||
|
|
|
|
|||
Допускаемое напряжение доп |
|
принимается в соответствии c |
||||
выражением (8.2) при следующих значениях коэффициента : |
|
для днищ и крышек, изображённых на рис. 8.8, а, при условии, что расстояние до оси сварного шва, соединяющего днище или крышку с цилиндрическим элементом, будет удовлетворять требованию
l |
Dв S S , |
0,85; |
для днищ и крышек указанной выше конструкции (рис. 8.8, а) при расстоянии до сварного шва l Dв S S , а также для днищ и
крышек, показанных на рис. 8.8, б
0,75 ;
для днищ и крышек, приведенных на рис. 8.8, в, г, д,
0,6 ;
для днищ и крышек с отбортованными краями (рис.8.8, е, ж, з, к)
для плоских заглушек, зажатых между двумя фланцами (рис. 8.8, к), и крышек и днищ, закреплённых болтовым соединением
(рис. 8.8, л)
1,0 .
Вслучае, если днище или крышка и цилиндрический элемент, к которому они присоединяются, изготавливаются из стали разных марок, расчёт производится для стали с меньшим номинальным допускаемым напряжением.
152
8.6. Расчёт прямоугольных камер
Расчетные схемы для прямоугольных камер представлены на рис. 8.9.
Рис. 8.9. Прямоугольная камера:
а – с круглыми отверстиями; б – с овальными отверстиями
Принятые обозначения на рис. 8.9:
2 m – ширина (в свету) рассчитываемой стороны камеры, см; 2 l – ширина (в свету) стороны камеры, перпендикулярной к
рассчитываемой стороне, см;
d – диаметр отверстий в камере или размер некруглых отверстий в направлении оси камеры, см;
d' – размер некруглого отверстия в направлении, перпендикулярном оси камеры, см;
в – расстояние от оси ослабления (оси отверстия или оси сварного шва) до середины рассчитываемой стороны камеры, см;
r – радиус закругления угла камеры, см.
Номинальная толщина стенки гладкой прямоугольной камеры принимается не менее наибольшего значения из определённых с помощью следующих формул:
по напряжениям, возникающим в углу камеры:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
P |
|
|
||
S m K |
|
K |
|
|
|
|
; |
(8.16) |
|||
|
2 |
|
|
||||||||
|
1 |
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
доп |
|
|
|
доп |
|
по напряжению в наиболее слабом сечении стенки (по осевой линии отверстий, по сварному шву, посередине наибольшей стороны):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
|
P |
|
|
||
S m K |
|
|
K |
|
|
|
|
|
. |
(8.17) |
||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
3 |
доп |
4 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
доп |
|
|||||
|
|
|
153 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если m l и в меньшей стороне не имеется ослаблений, то расчёт выполняется только для наибольшей стороны 2 m. Если меньшая сторона ослаблена отверстиями или сварным швом, то должен быть выполнен также расчёт для меньшей стороны с соответствующими значениями коэффициентов K1, K2 и т.д. и окончательно выбрано наибольшее значение толщины стенки.
Значения вспомогательных коэффициентов K1, K2 , K3 и K4 определяются по следующим формулам:
K 0,5 |
1 |
l 2 |
|
; |
|
||||
1 |
|
m2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
K2 1,16 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
; |
|
|
|
|
|||||||
m |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|||
K3 |
1 |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
K4 0,82 |
|
1 3 |
|
в2 |
|
2 |
|
l |
|
l |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
. |
|||||||||||
|
|
m2 |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
m |
(8.18)
(8.19)
(8.20)
(8.21)
При расположении отверстий в шахматном порядке (рис. 8.10) вместо коэффициента K4 принимается коэффициент K5 :
|
1 2 |
l |
|
|
|
|
l |
|
|
|
|||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||
m |
m |
|
|
|
|||||||||
K5 0,82 |
|
|
|
|
|
|
|
, |
(8.22) |
||||
1 16 |
в2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
t2 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где t – шаг между центрами отверстий в продольном направлении.
154
Рис. 8.10. Шахматное расположение отверстий в камере
Допускаемое напряжение доп принимается в соответствии с формулой (8.2) при значении коэффициента 1,0 для необогреваемых камер и 0,9 – для обогреваемых.
Коэффициенты прочности камеры, ослабленной отверстиями, вычисляются по формулам:
|
t d |
|
; |
|
|
(8.23) |
|
t |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
' |
при |
|
d' 0,6 ; |
(8.24) |
|||
|
|
|
|
|
m |
|
|
' 1 0,6 m |
при |
|
d' |
0,6 . |
(8.25) |
||
t |
|
|
|
|
m |
|
|
Для круглых отверстий |
d' d . |
|
|
|
|
Коэффициент прочности камеры, имеющей продольный сварной шов, принимается следующим:
' св ,
где св – коэффициент прочности сварного шва, принимаемый
в соответствии с п. 8.2.
При наличии в камере ослаблений разных видов толщина стенки камеры принимается равной наибольшей из величин, вычисленных для каждого вида ослабления.
155
8.7. Расчёт болтов и шпилек фланцевого соединения
Фланцевые соединения должны обеспечивать плотность и прочность сопрягаемых частей, удобство их сборки и разборки. Для создания плотности соединения между фланцами устанавливают прокладки из паранита, асбеста, пеньки, картона, резины и т.п.
Целью расчёта фланцевых соединений является определение усилий, диаметра болтов или шпилек, толщины фланца. Расчётная схема для цельного фланца приведена на рис. 8.11 [33].
Рис. 8.11. К расчёту фланцевого соединения:
S - толщина стенки крышки; Dв – внутренний диаметр крышки; Dб – диаметр делительной окружности по болтам; во – действительная ширина прокладки; Dпр - наружный диаметр прокладки; Dф – наружный диаметр фланца; h - тол-
щина фланца; dб - диаметр болта (шпильки); l1 - расстояние от прокладки до оси болта (шпильки); l2 - расстояние от середины толщины крышки до оси болта (шпильки); Dср– средний диаметр прокладки
Усилие, необходимое для первоначального сжатия прокладки при затяжке, определяется по формуле:
P' |
в D |
ср |
q |
o |
, |
(8.26) |
пр |
|
|
|
|
где в – эффективная ширина прокладки, см; Dср – средний диаметр прокладки, см; qo – удельное давление на рабочую поверхность прокладки, кг/см2.
156
В рабочем состоянии прокладки затянуты неравномерно по сечению и по окружности фланца. В качестве расчётной принимают
эффективную ширину прокладки, равную: |
||||
в во |
при |
во 1 см; |
||
в |
во |
|
при |
во 1 см, |
где во – действительная ширина прокладки, см. |
||||
Удельное давление |
qo |
зависит от толщины, формы и материа- |
ла прокладки. Для паранитовых и асбестовых прокладок значение qo |
|||||||
в зависимости от толщины прокладки |
составляет: |
|
|
||||
, мм |
0,4 |
0,8 |
1,2 |
1,6 |
2,0 |
2,4 |
2,8 |
qo , кг/см2 |
400 |
200 |
160 |
130 |
120 |
110 |
105 |
Чем меньше толщина прокладки, тем надёжнее плотность соединения. В теплообменных аппаратах обычно применяют паранитовые прокладки толщиной 1,5 – 2,5 мм.
Плотность во фланце при рабочем избыточном давлении в сосуде обеспечивается при приложении усилия
P" |
в D |
ср |
q |
, |
(8.27) |
пр |
|
|
|
|
|
где q m p – минимальное удельное давление |
на рабочую по- |
верхность прокладки, кг/см2; p – рабочее избыточное давление сре-
ды, кг/см2; m– коэффициент, принимаемый для плоских прокладок фланцев, крышек и днищ – 1,2 , фланцев трубопроводов – 1,5.
Усилие, создаваемое внутренним давлением в аппарате, можно
выразить: |
|
|
|
|
|
|
P |
|
D2 |
p |
, |
(8.28) |
|
вн |
|
4 |
пр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Dпр – наружный диаметр прокладки, см.
Расчётное усилие pб , передаваемое на болты, принимают равным наибольшей из величин
P |
P" |
P |
; |
(8.29) |
б |
пр |
вн |
|
|
P |
P' |
0,01 P . |
(8.30) |
|
б |
пр |
|
вн |
|
|
157 |
|
|
|
Внутренний диаметр резьбы болтов или шпилек фланцевого соединения определяется по формуле
dб 1,13 |
|
Pб |
|
, |
(8.31) |
|
Z доп |
||||||
|
|
|
|
|
где Z – число болтов, кратное четырём;
доп kб доп' – допускаемое напряжение материала болтов.
Значение поправочного коэффициента kб принимают в зависимости от диаметра болтов (шпилек):
dб , мм |
12 |
14 |
16 |
18 |
20 |
22 |
24 |
kб |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
Значения допускаемых напряжений для материала болтов приведены в приложении П–15. Расчётную температуру материала болтов (шпилек) и фланца принимают равной расчётной температуре среды.
Нормальный шаг между осями болтов или шпилек составляет Sб (3,5 4) dб ; из соображений плотности соединения максимальный шаг не должен превышать 5 dб .
Толщина цельного фланца определяется по формуле
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
l |
Z 0,7 |
p |
Dпр |
2 |
|
||||||
h |
0,61 d |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
, см , (8.32) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
б |
|
|
K |
|
|
l |
|
|
d |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
ф |
|
|
ф |
2 |
|
|
б |
|
б |
|
|
|||
где б |
и ф – соответственно допускаемое напряжение материала |
|||||||||||||||||||
болтов (шпилек) и фланца; |
Kф и – поправочные коэффициенты. |
Значение Kф для плоского круглого фланца без шейки определяется по формуле
|
D |
в |
Dф |
|
|
|
l |
2 |
|
|
S2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Kф 1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
1 . |
(8.33) |
|||
|
l2 |
1 |
|
|
|
h2 |
|||||||||
|
2 |
Dв |
|
|
|
Dб |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
158
Величина определяется по формуле |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
l1 |
|
|
Dб 2 |
l2 |
|
|
|
l1 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
. |
(8.34) |
||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
||||||
|
|
|
l2 |
|
|
|
Dпр |
|
|
|
|
|
l2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Приведенный расчёт фланцевого соединения производится в следующей последовательности:
- составляется эскиз фланца в соответствии с рис. 8.11 и при известных S (см. п.8.2-8.3) и Dв (диаметр трубной доски из конструк-
тивного расчёта) принимаются величины l1 , l2 , Dб , во , Dпр , Dф ;
- предварительно задаётся диаметр болтов (шпилек) dб и определяется их число Z путём деления длины окружности на шаг
Z Dб , где Dб Dпр 2l1 ; Sб
-уточняется диаметр болтов (см. форм. 8.31.);
-предварительно задаётся толщина фланца h (2 3) S, опре-
деляются коэффициенты Kф и (см. форм. 8.33 и 8.34);
- по формуле 8.32 определяется действительная толщена флан-
ца.
Если расчётная толщина фланца отличается от предварительно принятой более чем на 5 %, то расчёт повторяется, при этом коэффициенты Kф и определяются уже в соответствии с расчетной
толщенной фланца.
8.8.Расчет толщины трубной доски в аппаратах нежёсткой конструкции
В аппаратах нежёсткой конструкции (рис. 8.12) толщина трубной доски определяется по формуле
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
S |
Dб |
|
|
p |
|
C , см, |
(8.35) |
|||
2 |
|
из |
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Dб – диаметр по осям болтового соединения;
p – максимальное рабочее давление в трубном или межтрубном пространстве (при разных давлениях в трубах и межтрубном пространстве расчёт производится на большее давление), кг/см2;
159
– коэффициент закрепления трубной доски, принимаемый 0,5–0,6;
из – допускаемое напряжение на изгиб материала трубной доски,
кг/см2; С – поправка на коррозию, принимаемая 0,2–0,3 см; – коэффициент прочности трубной доски.
|
Рис. 8.13. К расчёту трубной |
Рис. 8.12. К расчёту трубной |
доски на изгиб ромбическо- |
доски |
го участка |
Коэффициент прочности определяется из выражения |
|
|||
|
Dб do |
, |
(8.36) |
|
Dб |
||||
|
|
|
||
где do 1,015 dн – диаметр отверстия для труб в трубной доске; |
do в do – сумма диаметров отверстий в трубной доске по диа-
метру трубной доски; |
в – количество труб (число отверстий) по диа- |
||||||||||||||
метру трубной доски, определяемое как Dтр |
|
t . |
|
|
|||||||||||
Рассчитанная по формуле (8.35) толщина трубной доски |
S про- |
||||||||||||||
веряется на изгиб ромбического участка (рис. 8.13) по выражению |
|||||||||||||||
|
из |
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(8.37) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
d |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
3,6 1 0,7 |
|
|
н |
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
ср |
|
|
|
||||||
|
|
t sin |
|
cos |
|
|
|
||||||||
где |
tср |
t 1 |
|
|
|
. |
(8.38) |
||||||||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160