
книги из ГПНТБ / Слюсарь, И. П. Тонкостенные аппараты, нагруженные внутренним давлением
.pdf70 -
пожароопасные продукты^коэффициент |
/ |
принимается ранным 0 ,9 . |
|
||||||
Для воех других сосудов и аппаратов |
коэффициент z' |
принишют рав |
|||||||
ным 1 ,0 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормативное допускаемое напряжение б * |
для материалов,не |
|
|||||||
приведенных в |
табл.2 и 3, |
выбирается меньшим из двух значений: |
|
||||||
г- '' **■ |
<г, |
|
* |
Gv |
/гв * л ,6 , |
h r - <5 |
|
||
, |
■ /-* |
О |
|
||||||
Ь = 7 ц |
v |
" Лт- |
|
|
|
|
|
||
Последние формулы справедливы, |
если расчетная |
температура |
не |
||||||
превышает: для углеродистых сталей 380°С, низколегированна 420, |
|
||||||||
аустенитных 525°С. |
|
|
|
|
|
|
|
||
Если расчетная температура превышав* указанные величины, |
за |
нормативное-допускаемое напряжение принимают меньшее из двух значе ний:
я |
"S |
& = -% ■ |
|
При отсутствии данных по пределу длительной прочности или в |
|
соответствии с технически обоснованными |
требованиями заказчика за |
нормативное допускаемое напряжение принимается меньшее из двух зна
чений .
. % G't
где - предел ползучести.
Для обечаек аппаратов, изготовленных из стальных отливок,
подвергающихся индивидуальному контролю, значения нормативного допус
каемого |
напряжения должны быть уменьшены в 1 ,25 раза, для остальных |
||
отливок - |
в 1 ,4 раза. |
||
|
|
Б . |
Определение допускаемых напряжений по нормам ПКТИ |
|
|
Допускаемое напряжение по нормам ЦКГИ |
|
( |
^ |
- |
нормативное допускаемое напряжение, которое определяется |
да |
табл.2 |
и 3 ) . |
- 71 -
При отсутствии справочных данных по нормативному допускаемоцу напряжению, значение последнего берется равным наименьшей из трех .
следующих величин-
Расчет по пределу длительной прочности следует производить,
если рабочая температура стенки не превышает указанных значений в
нормах НИИММАША. Величины коэффициентов запасов Прочности следую
щие: |
|
f7g = 3 ,0 ; А = |
1 ,6 5 ; |
^ = 1,65 - 2 ,0 , |
|
Расчетные величины |
‘А -, |
принимаются равными минимальным |
|
значениям этих величин, полученных экспериментально, |
||||
} |
- |
коэффициент, учитывающий особенности конструкции и влияние |
||
температуры; |
|
|
||
У' |
- |
коэффициент, учитывающий особенности конструкционного мате |
||
риала и условия протекания цроцесса в аппарате. |
||||
|
Значения этих коэффициентов приводятся в учебнике А.Д.Домаш- |
|||
нева [ 4 ] . |
|
|
||
|
В |
заключение следует |
отметить, |
что правильный выбор величины |
допускаемого напряжения требует от конструктора большого опыта и большой интуиции. В особо тяжелых олучаях работы аппаратов, когда
расчетная температура стенки не может быть точно определена, в обо лочках аппаратов кроме напряжений раотяжения воз|икают еще изгибине напряжения, имеют место знакопеременные нагрузки и т .д ., допускаемые напряжения должны быть уменьшены. Коэффициент запаса прочности в етю олучаях может быть значительно увеличен и это увеличение, конечно,
должно быть логически обосновано.
Как видно из вышеуказанного, допускаемое напряжение не может быть точно определено ни теоретически, ни экспериментально, поэтому допускаемое напряжение правильнее было бы назвать так называемым до пускаемым напряжением.
- 72 -
Для установления нормативного* допускаемого напряжения необходи
мо знать температуру |
стенки аппарата. Температура стенки, найденная |
|
экспериментально или |
на основании тепловых расчетов и используемая |
|
в прочностных расчетах*называется расчетной |
температурой. Если про |
|
ведение тепловых расчетов или испытаний для |
определения расчетной |
температуры невозможно, то в соответствии с Г0СДа14249-69, за расчет ную температуру стенки аппарата принимают температуру среды, сопри касающейся со стенкой. При обогревании стенки аппарата открытым пла менем, горячими газами с температурой 250° и выше или открытыми электронагревателями, расчетную температуру принимают равной темпе ратуре среды, соприкасающейся со стенкой, увеличенной на 50°С, но не менее 250°С , В случае защиты аппарата внутренней футеровкой расчет ную температуру стенки принимают равной температуре поверхности фу теровки, соприкасающейся со стенкой.
В . Определение коэффициента прочности сварного шва Отношение црочнооти сварного шва к прочности свариваемого мате
риала называется коэффициентом прочности сварного шва. Этот коэффи циент зависит от конструкции шва и способа сварки.
Благодаря достижениям науки и производства,- за последние 20-30
лет резко повысилась производительность сварочных работ и в значи тельной степени улучшено качество сварки. Большой вклад в совершен ствование технологии сварки, в разработку сварочной аппаратуры внес институт сварки км.Е.О.Патона.
Все это привело к значительному повышению коэффициента прочнос ти сварного шва, у 7 .
Наибольшее значение коэффициента прочности сварных швов прини мают в соответствии с правилами Госгортехнадзора.
|
|
- 73 - |
|
Так, при расчете на прочность сварных соединений принимаются |
|||
следующие наибольшие |
значения коэффициента У7 |
; |
|
1 . |
Для стыковых швов с двухсторонним проваром, выполняемых |
||
автоматической дуговой электросваркой•под слоем флюса, а также для |
|||
соединения ,втавр |
с обеспечением двухстороннего |
сплошного провара, |
|
^ = 1, |
при любом виде натрузки. |
|
|
2 . |
Для соединений втавр, выполняемых вручную с обеспечением |
двухстороннего сплошного провара, а также для всех видов стыковых швов,
выполняемых вручную и подвариваемых со стороны вершины шва, - |
У7 |
= 0 ,9 5 . |
||||
|
3 . |
Для стыковых швов, выполняемых вручную, доступных к сварке |
||||
только |
с одной стороны и имеющих в |
процесое старки подкладку |
со |
сторо |
||
ны шва, |
прилегающую к основному металлу пОвоей длине |
шва, |
У7 |
= 0 ,9 , |
||
|
4 . |
Для соединений йтавр', |
, в которых не обеспечивается |
сплош |
||
ной провар соединяемых элементов, а также для соединений внахлестку |
||||||
при наличии швов с двух сторон, у 1 = 0 ,8 . |
|
|
|
|||
|
5 . |
Для стыковых швов, свариваемых тольно о одной отороны авто |
||||
матической |
сваркой под слоем флюоа, |
V7 = 0 ,8 , |
|
|
|
|
|
6 . |
Для стыковых швов, доотупных к оварке только о одной отороны |
||||
hi выполняемых вручную, У = 0 ,7 , |
|
|
|
|
||
|
7 . |
Для соединений, паянных твердыми припояш, |
У = 0 ,7 . |
|
||
|
Коэффициент прочности сварных швов для цветных металлов нес |
|||||
колько ниже, чем для стали, |
|
|
|
|
||
|
В обечайках химических аппаратов часто делаются отверстия для |
технологических целей, КИП и автоматики. Если отверстия имеют одинаковый диаметр и расположены вдоль оси обечайки? например обечайка ротора цент рифуги, то ее ослабление, вызванное отверстиями, учитывается коэффяциен-
|
|
|
- 74 - |
где |
i |
- |
шаг между отверстиями,*м; |
|
о ( |
- |
диаметр отверстия, м. |
|
Если |
обечайка имеет замыкающий сварной шов и отверотия, рас |
положенные вдоль оси, то в формулы (55) и (56) подставляется мень шее из значений ф или
Г . Огтелеление конструктивной прибавки С
При расчете на прочность оболочек и других элементов конструк ции химических машин и аппаратов к расчётным размерам дается прибавка С. Прибавка С состоит В8 суммы прибавок:
|
|
0 “ С1 + °2 ' |
где C j |
- |
прибавка на коррозию; |
Cg |
- |
прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям |
проектирующих организаций и заводов-изготовителей с обоснованием ее в технической документации (например, на утоныпеняе стенки оболочки при глубокой штамповку, учет допусков при механической обработке и т . д . ) .
Величина прибавки на коррозию, со временем утоньчающей стен
ку , зависит от скорости проникновения корровии |
(X и срока службы |
изделия Т |
|
С, 3 V ? : |
(57) |
Для большинства химической аппаратура срок службы назначает ся в пределах 10-12 лет.
Интенсивность коррозионного износа зависит от стойкости кон струкционного материала, агрессивности среды, режима работы аппарата
(температуры, давления, окорости движения среды и т . д . ) , особенностей конструктивных форм и конфигураций отдельных узлов и сборочных еди
ниц, составляющих аппарат.
Скорость коррозионного износа определяется весовым или объем
ным способом. Для оценки стойкости металлов по потере маосы применя
ется пятибалльная шкала, по. глубинному показателю - десятибалльная
шкала (ГОСТ 5 2 7 2 -5 0 ). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5 |
|
Классификация |
стойкости металлов по пяти- и десятибалльной |
||||
|
|
шкалам |
|
|
|
Пятибалльная |
шкала_______’ |
! Балл |
1 Десятибалльная шкала_______ |
||
Группа стойкости{потери массы |
! |
Iгруппа {скорость коррозии, |
|||
|
|
|
! |
|стойкости{ |
мм/год____________ |
|
I г/ьгч_______1 |
||||
|
|
|
|||
Весьма стойкий |
|
0 ,1 0 |
I |
Совершенно |
0,001 |
|
|
|
|
стойкий |
|
Стойкий |
0 ,1 0 -1 ,0 |
2 |
Весьма стой |
0 ,0 0 1 -0 ,0 0 5 |
|
|
|
|
|
кий |
|
Сравнительно |
|
|
|
|
|
отойкий |
I , 0 - 3 ,0 |
3 |
|
0 ,0 0 5 -0 ,0 1 |
|
Малостойкий |
3 ,0 -1 0 ,0 |
4 |
Стойкий |
0 ,0 1 -0 ,0 5 |
|
Нестойкий |
|
10 |
5 |
|
0 ,0 5 -0 ,1 0 |
|
|
|
6 |
Пониженно |
0 ,1 0 -0 ,5 0 |
|
|
|
7 |
Стойкий |
0 ,5 0 - 1 ,0 |
|
|
|
8 |
Малоотойкий |
I , 0 - 5 ,0 |
|
|
|
9 |
|
5 ,0 -1 0 ,0 |
|
|
|
10 |
Нестойкий |
1 0,0 |
Зная конкретные условия работы аппарата, в специальной литерату |
|||||
ре по коррозии [ 2 , 5 |
модно найти для выбранного |
конструкционного |
материала и данной среды скорость проникновения коррозии гг , или
по заданному сроку службы аппарата) выбрать конструкционный материал.
Для изготовления химического оборудования применяют обычно мате
риалы, скорость коррозии которых не превышает 0 ,1 - 0 ,5 мм/год. Для аппа
ратов, изготовленных из углеродистых сталей и работающих в условиях
атмосферной коррозии, прибавку C j берут в пределах 1 -3 мм.
- 76 -
Следует всегда учитывать возможность неравномерного разъедания и
межкриоталлитной коррозии, не вызывающей видимого утокьшения листа.
Нужно конструировать хишческую аппаратуру таким образом, чтобы избе жать действия эррозии-механического воздействия среды на ответствен ные элементы конструкции, предусматривая для этой цели экранировку.
Необходимо избегать застойных зон, щелей, местных смываний стенок разъедающими жидкостями. Особое внимание следует обращать на конструк
тивные меры по защите от коррозии сильно нагруженных |
элементов аппара |
|
т о в . Подробно |
этот вопрос изложен в работе [ 5 ] . |
|
Назначая |
величину C j, всегда следует учитывать |
возможность двух |
стороннего действия агрессивных сред на конструкционный материал. |
Если внутренние элементы конструкции со всех сторон омываются агрес сивной средой, то величина C j удваивается. Если изнутри материал кон струкции испытывает коррозионное воздействие среды, а снаружи подвер гается атмосферной коррозии, то для уменьшения величины Cj наружную поверхность аппаратов окрашивают лакаш или красками.
Вода в литературе по коррозии отсутствуют данные по коррозионной стойкости выбранного коннструкционного материала в заданной рабочей среде, то необходимо проводить коррозионные испытания этого материала в условиях аналогичных или максимально приближенных к условиям работы проектируемого аппарата.
Е. Расчетное и рабочее давление
Вформулах (55) и (56) осталась невыясненной величина расчетного давления Р . В соответствии с ГОСТом 14269-69, расчетное давление принимают равным рабочему давлению.
Под рабочим давлением в сосуде или аппарате понимают максималь ное избыточное давление без учета допустимого кратковременного повы шения давления во время действия предохранительного кАаланс^или дру
-77 -
гих предохранительних устройств.
При повышешш давления в сосуде или аппарате во время действия
предохранительного клапана^более чем на 10% от рабочего, аппарат дол
жен рассчитываться на деление, равное 90$ от давления при полном от
крытии клапана. Литые сосуды, работающие при давлении менее |
0 ,2 мн/м2 |
||||
(2 кг/см2 ) , рассчитывают |
на давление 0 ,2 мн/м2 . |
|
|
||
Гидростатическое давление при определении расчетного давления |
|||||
учитывается в случаях, когда его величина составляет более |
2 ,5 $ от |
||||
избыточного газового. |
|
|
|
|
|
При назначении величины испытательного давления должен соблю |
|||||
даться не менее чем 1 ,1 |
- кратный запас прочности к |
пределу |
текучес |
||
ти при температуре 20°С. |
|
|
|
|
|
Если необходимо определить допускаемое давление Рд для данной |
|||||
обечайки, то необходимо |
решить уравнение (53) |
относительно |
Р: |
||
р = ? |
С |
С) _________ |
н/м2 |
(57) |
9Ябн * $ - с
§4 . Днища и крышки аппаратов
Днища и крышки являются составными элементами корпусов хими ческих аппаратов, которые соединены с обечайкой разъемными или ьеразъец ними соединениями. Изготавливаются они, как правило, из того же мате риала, что и обечайки. Форш крышек и днищ аппаратов зависит от их назначения, нагрузки и снособа изготовления.
В химическом аадаратостроении широко применяются сферичес кие, эллиптические, конические и плоские днища и крышки, Рассмотрим конструкцию и инженерные методы расчета днищ и крышек, представляющих собой оболочки вращения.
Сферические днища. Форма таких днищ бывает полушаровой, сфе-
- т а -
рщчвской без отбортовка i сферической с отбортовкой. Полушаровые
днища наиболее выгодны в отношены экономного использования конструк ционного материала, так как напряжения в полусфере распределяются равномерно и по расчету они получаются более тонкими чем другие ти пы днищ. Однако полушаровые днища, сложны в изготовлении, трудоемки обходятся дороже штампованных днищ. Аппараты, снабженные полушаровы днищами, имеют большую длину, чем аппараты о эллиптичеокими и плоок
ш днищами и крышками, |
|
|
|
Полушаровые днища |
(ри с.38) изготовляются |
сварными из |
несколь |
ких штампованных частей - |
сферического сегмента |
I и сварного |
сфери- |
'вского пояса 2 . |
|
|
|
РИС.38.
Так как соединение долушарового днища о цилиндрической час тью аппарата происходит без резкого изменения кривизны меридиана, то краевыми силами и моментами при расчете этих днищ можно пренебречь.
Следовательно^расчет этих днищ можно проводить по формулам безмомент-
иой теории.
Расчетная формула для определения толщины стенки полушаро-
вых следующая:
С - |
. + с . |
(58) |
5 4&J», / - />
- |
79 - |
|
|
|
\ |
|
|
|
|
Дрн проверочных расчетах допускаемое давление |
|
|||
Дц = 4 6 j * f V t e - с ) |
|
(59) |
||
|
СJ |
|
|
|
Для удобства соединения с цилиндрической обечайкой толщину по- |
||||
лушарового днища часто принимают равной толщине обечайки. |
|
|||
Полушаровые днища рекомендуется гришнять для аппаратов больших |
||||
диаметров (более 4000 мм) независимо |
от давления в них. |
|
||
Сферические днища о отбортовкой (коробовые днища) представля |
||||
ют собой часть сферы, края которой отбортованы на цилиндр. Таким |
||||
образом, меридиональная кривая образуется двумя радиусами - |
сферы |
|||
Л? и торового перехода t |
(рис.3 9 ) . |
7 |
коробовых днищ обязательно |
|
имеется цилиндрическая аасть длиной |
h |
не менее 50 мм. Это делается |
||
для того, чтобы вынеотн оварнйй шов за пределы зоны перехода |
сопря |
|||
жения кривых различных радиусов. |
|
|
|
В зоне перехода, как известно, возникают напряжения изгиба,
Л
величина которых тем больше, чем меньше отношение -—у » . Оче-