книги из ГПНТБ / Слюсарь, И. П. Тонкостенные аппараты, нагруженные внутренним давлением
.pdf- 100 -
РИС.'55
Эти силовые факторы для каждой оболочки можно рассматривать как внеш ние факторы. Значение внутренних реактивных сил и моментов от дей ства
внешних факторов Р „и ^ |
для цилиндрической оболочки было рассмотре |
но выше. В данном случае |
силовые факторы подлежат определению. |
Прежде чем перейти |
к их определению,еыясним, какие причины еы- |
вывают появление краевых |
сил 9 и моментов т . |
Такими причинами являются: разная жесткость соединяемых оболо чек, заделка края оболочки (например, соединения цилиндрической обе чайки с трубной доской в теплообменных аппаратах, оболочки с массив
ным фланцем, насаживание на оболочку кольца жесткости и т . д , ) , вне запное изменение вдоль меридиана какого-нибудь силового или физичес кого параметра (давления, температуры, механических и физических ха
рактеристик конструкционного |
материала и т . д . ) ; сопряжение оболочек |
|
в стыковом |
сечении под углом. |
Краевые силы, вызываемы^. последней |
причиной, |
называются распорными силами, величина распорных/шл равна |
|
- IOI -
произведение проекции меридиональных сил от внутреннего давления на
плоскость, проходящую через стыковое сечение. Направления действия
распорных сил и проекций меридиональных сил на указанную плоскость -
противоположны. |
|
|
|
|
Например, для |
сферического |
неотбортованного днища (р и с.43) |
||
Q? = - |
a es &0 ^ |
|
||
для конического днища |
(р и с.54) |
|
||
Op - - NfSind- • |
|
|||
В простейших случаях для восприятия сжимающих распорных сил |
||||
устанавливают укрепляющие кольца |
(р и с.5 6 ), площадь поперечного сече |
|||
ния которых |
|
^ |
0 |
|
Р |
- |
ц у |
* |
|
~в'^ еп
где |
Я - радиус срединной поверхности кольца. |
Однако установка таких колец^в овою очередь,стесняет деформа цию стыкуемых оболочек и вызывает появление дополнительных сил и мо ментов. Кроме этого , каждое такое кольцо необходимо проверять на ус тойчивость, так как на него действуют радиальные сжимающие силы.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- JTO2 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Воакольку направления действия распорных |
сил |
Gp |
и краевых |
|||||||||||||||
сил & совпадают, то деформации, вызываемые ими, |
можно учитывать |
сра |
||||||||||||||||||
зу , приняв в расчет алгебраическую |
сумму |
этих |
сил |
9 - |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
Тогда уравнения |
совместности деформаций |
(6 5 ) |
можно |
записать в |
||||||||||||||
виде: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/> |
?-а - |
|
|
= И 4 |
+W K |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
W¥ +w v |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
te e ) |
|
где |
|
, „ Р |
fi , |
?-#г |
WK |
P - 6 * |
ИУ','7*/ |
\МК |
|
|
|
|
- |
линейные деформа |
||||||
|
Wp, |
|
/ |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ции цилиндра и конуса соответственно от внутреннего давления |
Р, |
крае |
||||||||||||||||||
вых и распорных |
сил 9-Q p , |
а |
также |
от |
краевых моментов / т?. |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
У£./’7, |
|
|
|
~ угловые деформации цилиндра в ко |
|||||||||||
нуоа |
соответственно от силовых факторов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
Подставляя в |
уравнения |
(6 5 ) |
значения деформаций W и |
V*7 |
, |
|||||||||||||
определяем неизвестные силовые факторы ? |
i |
|
|
Значение деформаций |
||||||||||||||||
W и |
Р o r |
д е й ст в и я ^ |
и |
т |
для цилиндрической оболочки данб выше |
|||||||||||||||
( 2 9 ) ,( 3 0 ) ,( 3 1 ) , |
для конической и оболочек других форм эти |
значения мож |
||||||||||||||||||
но позаимствовать в литературных источниках /4, |
|
6J , |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
Зная /77 |
и 9 |
для |
цилиндрической оболочка |
но формулам |
(2 9 ,3 0 , |
|||||||||||||
|
М { при |
= о, т . е . |
в |
месте |
стыка |
оболочек и |
при |
§ |
=— ^ — , |
|||||||||||
|
|
Тогда полные,напряжения в |
окрестности |
стыка |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
(Гу |
F * |
|
|
|
|
А/х |
, |
6 |
м * |
) |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
S |
- ± |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
2 |
S |
|
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<Ь |
Р ъ ... . |
Ж . . + |
|
S M i |
. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
S |
|
* |
J |
|
|
|
S |
г |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где |
/V*, U f, |
Мр |
и M t |
|
- |
внутренние силы и моменты, вызванные |
д й ю т - |
|||||||||||||
вием внешних силовых факторов |
& |
и т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
- 103
Пример. Определить меридиональные и тангенциальные напряжения в скрестности стыка цилиндрического корпуоа теплообменника о трубно!
доской (р и с,57)^ воли дано:
избыточное давление |
в межтрубном пространстве р- - 2 ,5 |
мн/м2 |
|
|||
(2 5 к г / с * £ ), |
внутреннвй диаметр корпуса теплообменника |
« 1 м , |
тол |
|||
щина стенки |
корпуоа |
S |
*= 0 ,0 1 м , материал корпуоа сталь |
с т .З , ГОСТ |
||
З Ш -60, JS |
« 0 ,3 ; |
S |
=2 |
ЮП н/м2 . |
|
|
В сравнении с |
жесткостью корпуса трубную доску можно считать |
абсо |
||||
лютно жесткой, т . е . : |
|
|
|
|
||
|
W j = |
0 ; |
|
Ч>3 = 0 . |
|
|
РИС.56,
-104 -
Тогда, принимая во внимание расчетную схему, показанную на р и с.5 8
уравнения совместности деформаций корпуса и трубной доски будут иметь вид:
W P + W 9 |
+ W * *» 0 , |
|
+ V* |
♦ |
= 0 |
Приняв во внимание формулы |
(3 9 ), |
(2 9 ) и (3 0 ) , систему уравнений |
I?) представим в развернутом виде:
Решение этой системы уравнений относительно т ъ |
Ф |
в |
разверну |
||
том ви де, |
как правило, |
связано с большими трудностями. |
Поэтому целесо |
||
образнее |
предварительно |
вычислить значения f i , $ ) |
, |
ф |
( 5 ) и |
упростить систему. В данном случае система просто решается в общем
виде методом подстановки. |
|
|
|
|
|
||||
При |
% = 0 : |
<*>,(*)-- |
О |
Фг ( * ) * /У |
Ф з ( * ) |
' / |
|||
J i |
= |
1 .285 |
|
L .2 B 5 — |
1 8 ,2 |
I |
|
||
|
|
f T |
T |
lAO.5-6.OI |
|
м |
|
||
# |
- |
|
£S* |
. - 2 -IO ^ -O .Q I3 |
|
1 ,8 3 |
I 0 4 н/м; |
||
1 2 (1 - |
|
) |
12(1-0,3?) |
|
|||||
|
|
|
|
||||||
5 1 = |
|
|
|
|
|
2 - 2 .5 - 0 .5 2 - I ,8 3 - IU~2 - 1 8 .2 3(2 - 0 .3 ) _ |
|||
|
|
£ S |
|
|
2 - I 0 5 - 0 ,0 I |
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||
= |
0 ,1 1 9 мн/м |
|
|
|
|
|
|
||
т = |
_ £ |
|
9 - ^ - — = |
3 ,2 8 10“ 3 |
ми м/м |
|
|||
2А |
|
|
|||||||
|
|
|
2 - 1 8 ,2 |
|
|
|
|
|
|
- 105 -
у
Усилия и моменты, в м есте стыка трубной доски и корпуоа ( 1% - 0 )
*> |
т * 3 ,2 8 '1 0 8 мн м/м |
Л/г - |
J * M * - 0 ,3 '3 ,2 8 '1 0 “ 3= 0 ,9 8 4 -Ю " 8 мн м/м |
2 - О . б ' И . ^ З . г в ' Д Г 8- 2 0 ,5 - 1 8 ,2 .
• 0 ,1 1 9 = - 1 ,0 4 мн/м
Суммарные напряжения в месте стыка оболочек
%■
2 .5 - 0 .5 |
Н |
6 ‘ 3 .2 8 - I D " 8 |
1 |
1 + ‘ |
|
2 ; 0 ,0 Д |
О 0 ъ |
|
|
1 |
|
< ? ' . |
№ г |
€ М ъ |
- |
P t |
|
+ - |
~ |
— + |
J T ~ |
£ |
|
8.5:0.,5 . |
|
1 .0 4 |
, 0 .9 8 4 - Ю -з |
||
0 ,0 1 |
|
6 ,0 1 |
" 0 .0 I 2 |
|
|
мн/м2
, Mr |
6 M e |
+ — - j — |
|
+ 3 0 ,8 4
мн/м2
+ 1 1 ,1 6
Верхнее значение соответствует напряжениям на внутренней по
верхности корпуса |
теплообменника, нижнее |
на внешней. |
Как видно |
из решения задачи, в месте стыка возникает недо |
|
пустимые меридиональные напряжения, которые вызываются преимуществен
но меридиональными моментами Ux. |
|
|
|
„ |
I |
Определим напряжения в корпусе теплообменника при § |
» |
|
т |
— = 0 ,0 4 3 4 м от |
^ |
- 0 ,7 8 5 , т . е . на расстоянии х = — — = |
меота |
|
^4-18,2
стыка: |
|
* |
4 j( 0 ,7 8 5 ) a |
Q - 0 .7 8 5 |
% ) в 0 ,6 4 6 |
Ч^О.Твб) = |
в *° ,7В5 |
) = о |
* 3 (0 ,7 о 5 ) = ^ ( 0 ,7 8 5 ) = в Ч ),7 8 5 « « т |
- 0 .3 2 3 |
106 -
|
MX = /77 Ф |
( |
J |
) + |
|
« ,( |
§ |
)*’« |
3 ,2 8 - К Г 0- 0 ,6 4 6 - |
0,323-- |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
®4 |
|
|
|
|
|
18,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
0 ,1 |
В Т 3 мн м/м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Mr |
'‘ J'M t = 0,3-0,1 *10”“ а |
0,03- Ю "3 мн м/м |
|
|
|
|||||||||
/Кг = 2 г / - ^ 0! ( 5 ) в - 2 - 0 ,5 - 1 8 ,2 - 0 ,1 1 9 - 0 ,3 2 3 = - 0 ,6 4 5 |
||||||||||||||
f f |
= _Z l_ + 6 |
М * |
2,5-0,6 |
+ _6i0AI :I 0 :3 = |
+ |
6 8 ,5 |
н/м2 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,5 |
“ |
|
^ |
2 -0,01 |
|
|
“ |
0 , 012 |
+ |
5 6 ,5 |
I |
|
GL _ |
А |
* |
|
. |
6 ЛЛ- |
_ |
2 , 5 - 0 . 5 |
0 ,6 4 5 |
^ |
6 - 0 ,03-Ю ~ э |
||||
|
|
Sс ” |
|
|
|
J - |
- |
|
0 > 0 1 " |
0,01 |
|
0 , 0 Г |
||
|
+ |
6 2 ,3 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
+ |
5 8 ,7 |
МН[/, м2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Как видно из результатов найденных значений |
|
и |
Gy , на |
|||||||||
расстоянии |
4 3 ,4 |
мм от |
места стыка корпуса с трубной доской напряже |
|||||||||||
ния от |
краелых |
сил и моментов |
|
резко |
убывают. |
|
|
|
||||||
- 107 -
Л И Т Е Р А Т У Р А
1 . Бабицкий И.Ф..Вихман Г .Л ., Вольфеон С.И» Расчет и конструирова
ние аппаратуры нефтеперерабатывающих эаводов. Ы .."Н едра",1 9 6 5 .
2 . Воробьева Г .Я . Коррозионная стойкость материалов."Химия",*1967.
3 . |
Генкин А .Э . Оборудование химических заводов."Высшая ш кола",1970 . |
|
4 . |
Домашнев А.Д, Конструирование и расчет химических аппаратов. |
|
Машгиз, |
1961 . |
|
5 . |
Клинов И .Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионно-стойкие |
|
материалы. Машгиз, 1967. |
||
6 . |
Канторович Б .Б . |
Основы расчета химических машин и аппаратов. |
Машгиз, |
I9 6 0 . |
|
7 . |
Лащинский А .А ., |
Толчинский А .Р . Основы конструирования и расче |
та химической аппаратуры. Справочник, Машгиз, 1970 .
8 . |
Металловедение |
и термическая обработка.Справочник.Металлургий*, |
||
1956 . |
|
|
|
* |
9 . |
Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работаю |
|||
щих под давлением."Металлургия", |
1971, |
|||
1 0 . |
Работсков |
Ю.Н. |
Ползучесть |
элементов конструкций."Н аука",1966 . |
11 . |
Розенберг |
В.М. |
Ползучесть и длительная прочность металлов.М е- |
|
таллургия", 1967. |
|
|
н |
|
|
|
|
||
1 2 . |
РШ 4 2 -6 2 . |
Сосуды и аппараты.Нормы и методы расчета на црочнооть |
||
узлов |
и деталей , |
выпуск I , 1964 . |
|
|
1 3 . |
Соколов В .И . Основы расчета и конструирования деталей и узлов |
|||
пищевого оборудования.Машгиз,1970. |
||||
1 4 . |
Сосуды и аппараты.Нормы и методы расчета на прочность.ГОСТ 14249- |
|||
6 9 ."Стандарты", 1971, |
|
|
||
1 5 . |
Справочник по котлонадзору.(И зд.третье, переработанное и допол |
|||
ненное) .Государственое |
Энергетическое издательство, 1961 . |
|||
/
-108 -
16 . Топтуневко Е.Т.Основы конструирования и раочета химических аппаратов и машин. Иэд,Харьковского университета, 1968 .
17 . Федосьев В .И . Сопротивление материалов, Изд.Физико-математи
ческой литературы,1963 .
|
|
|
О Г Л А В Л Е Н И Е |
|
|
|
|
|
|
Стр. |
|
ВВЕДЕНИЕ |
|
|
|
|
^ |
ГЛАВА I , |
Теоретические основы расчета тонкостенных |
|
|||
|
оболочек вращ ения................................................. |
|
|
||
|
§ |
I . |
Основные параметры оболочек вращения . . . . . . . . |
4 |
|
|
§ 2 , Моментная теория .......................................................... |
|
6 |
||
|
§ 3 . Безмомвнтная (мембранная) теория................................. |
40 |
|||
ГЛАВА П. |
Инженерные методы расчета аппаратов, |
рабо |
|
||
|
тающих под внутренним д авл ен и ем ............................................ |
|
56 |
||
|
§ |
I . |
Замечания о расчете аппаратов на |
|
|
|
прочность .................................. |
|
56 |
||
|
§ |
2 . |
Расчет цилиндрических оболочек |
( о б е ч а е к ) .,... |
59 |
|
§ 3 . Выбор допускаемого напряжения........................... |
|
62 |
||
|
§ |
4 . |
Днища и крышки аппаратов . . |
|
8 3 |
|
§ |
5 . |
Учет 1фаевых сил и моментов |
|
|
Л итература........................................................................