книги из ГПНТБ / Зиновьев, Владимир Андреевич. Детали машин учебник для немеханических специальностей высших технических учебных заведений

нести значительные габариты, усложняющие и удорожающие опор­ ные конструкции и затрудняющие применение этих компенсаторов

втесных местах; сравнительно значительное сопротивление, ока­

зываемое компенсаторами течению среды; перекос во фланцах ком­ пенсатора и присоединяемых к нему труб при сжимании и разжи­ мании компенсатора; возникновение со временем явлений усталости

вматериале компенсатора.

Вместе с тем гнутые компенсаторы обладают следующими пре­ имуществами: значительной компенсирующей способностью (до 400 мм); незначительной величиной осевых усилий, нагружающих мертвые опоры; легкостью изготовления на месте монтажа (это не относится к волнистым компенсаторам); нетребовательностью в от­

Пластмассы как материал трубопроводов обладают электро­ изоляционными и теплоизоляционными свойствами, значительно большей стойкостью против действия агрессивных сред и меньшим удельным весом, чем металл.

Но при проектировании трубопроводов из пластмасс необхо­ димо принимать во внимание:

значительно меньшую прочность их по сравнению с металличе­ скими трубами, резко уменьшающуюся с повышением температуры

и с течением времени эксплуатации;

ухудшение механических свойств вследствие впитывания жидко­ стей стенками труб;

более высокий, чем у металлических труб, коэффициент терми­

концентрации напряжений.

Трубы. В настоящее время получили применение следующие

виды труб из пластмасс.

Трубы из винипласта (ТУ МХМ 4251-54) бесшовные, с гладкими

концами диаметрами 8—150 жж и длиной 1,5—3 м.

Материалом для нормализованных труб служит винипласт с пре­

делом прочности при растяжении 400—600 кГ/см? при температуре

40° С. Такие трубы можно применять при давлениях до 6 кГ/см?, но при температурах от 60° С и выше их необходимо заключать в сталь­ ные кожухи (фиг. 142). Трубы диаметрами больше 150 мм изгото­ вляют из листов путем сварки при кратковременном нагревании до 200—220® С. При такой температуре винипласт размягчается и приобретает способность склеиваться. Сварные соединения вини­ пласта легко и быстро выполнимы, однако прочность их невысока,

вследствие чего сварные трубы при давлениях выше 1 кПсм2 не применяются.

Трубы из фаолита (ТУ МХП 321-45) бесшовные, диаметрами

32—200 мм и длиной 1—2 м предназначены для транспортирования химически агрессивных жидкостей (кислот, щелочей и пр.). При

и длиной 1,5—2 м предназначены для транспортирования хими­ чески агрессивных веществ при давлениях до 3 кГ/см2 и температу­ рах до 100° С. С течением времени в трубопроводах из текстолито­ вых труб происходят коробление и усадка величиной до 2%, вслед­

ствие чего во избежание разрывов на линиях устанавливают свин­

цовые или резиновые компенсаторы.

Ограниченное применение вследствие высокой стоимости по­ лучили также трубы из нейлона и политетрафторэтилена.

Соединения пластмассовых труб, так же как и стальных, могут быть неразъемными и разъемными.

Неразъемное соединение вииипластовых труб получается свар­ кой встык при указанной выше температуре, однако прочность ви­

нипластовых сварных швов получается невысокой.

Другим видом неразъемного соединения является раструбное соединение — значительно более надежное, чем сварное (фиг. 143). Раструбное соединение выполняется па клею и требует длительной выдержки до полного высыхания клея.

Неразъемным соединением является также муфтовое (фиг. 144), при выполнении которого на концы труб с горячей посадкой на

клею надевается муфта.

Наиболее распространенными разъемными соединениями пласт­ массовых труб являются фланцевые. На фиг. 145 показаны основ­

Арматура. Наиболее распространенными материалами для изго­ товления арматуры являются фаолит и винипласт. Из фаолита изготовляются краны (фиг. 146) и вентили (фиг. 147). Фаолитовые краны и вентили хорошо противостоят химически агрессивным жидкостям и применяются при температурах до 120—130° С. Изго­ товляются они по нормам химической промышленности для услов­ ных диаметров 50 и 100 мм, на давления до 5 кПсм2.

Краны из винипласта не получили распространения вследствие трудности притирки винипластовых поверхностей и большого тре­ ния. Винипласт широко применяется лишь для изготовления вен­

тилей из отрезков винипластовых труб или путем футеровки чу­ гунных вентилей листовым винипластом, плотно облегающим внутреннюю поверхность вентиля.

ГЛАВА V

ДЕТАЛИ АППАРАТУРЫ, РАБОТАЮЩЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

§23. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Кдеталям аппаратуры, работающей под давлением, относятся

сосуды и их составные части. Обычно эти сосуды имеют форму тел

вращения, чаще цилиндрическую, иногда коническую или сфериче­ скую. При цилиндрической форме сосудов имеет место меньший

удобства при изготовлении и эксплуатации по сравнению с сосудами других форм.

Материал для изготовления аппаратуры, работающей под давле­ нием, выбирается в зависимости от величины и характера усилий,

воздействию которых подвергаются детали, от температурных ус­ ловий и химической стойкости. Чаще всего для изготовления ап­ паратуры применяются углеродистые и легированные стали, а при небольших давлениях и сложных конфигурациях деталей — чугун,

применяемый благодаря своей жаростойкости и химической стой­ кости при низких давлениях в агрессивных средах. Используются также цветные металлы и их сплавы.

Рассмотрим, из каких основных деталей состоит аппарат, ра­ ботающий под небольшим давлением (до 16 ати), на примере авто­ клава с мешалкой и паровой рубашкой (фиг. 148).

Автоклав состоит из цилиндрической части 1, называемой обе­ чайкой, к которой приваривается выпуклое штампованное днище 2, имеющее неправильную сферическую форму. Сосуд закрывается крышкой 3, которая может иметь такую же форму, что и днище. Крышка соединяется с сосудом при помощи приваренных к сосуду и крышке фланцев 4= и 5 и фланцевых болтов 6.

Для обеспечения герметичности между фланцами помещается мягкая прокладка 7. В крышке имеется центральное отверстие с обеспечивающим герметичность сальником 8, через которое внутрь аппарата вводится вал 9; на валу укрепляется мешалка для разме­

шивания обрабатываемых в аппарате материалов. Кроме этого, на крышке имеется отверстие 10 большого диаметра в виде люка или

лаза для загрузки твердых материалов и еще ряд небольших от-

верстий 11, необходимых для обслуживания аппарата (для термо­ метра, манометра, разгрузочной трубы, подачи в аппарат жидких материалов и пр.). Все отверстия оформляются в виде штуцеров или так называемых бобышек. Для обогрева сосуда к нему прива­

ривается паровая рубаш­ ка 12, в которую через штуцер 13 вводится пар, а через штуцер 14, располо­

женный в днище 15 ру­ башки, отводится конден­

сат. Для установки сосуда к рубашке привариваются

лапы 16. Все перечислен­ ные выше основные де­ тали аппаратуры, рабо­ тающей под давлением,

стандартизованы или из­ готовляются по ведомст­

венным нормалям.

§ 24. ПРАВИЛА ГОСГОРТЕХНАДЗОРА

В связи с большой опасностью, которую пред­ ставляют собой сосуды,

работающие под давлением в случае их разрушения, надзор за изготовлением,

установкой и эксплуата­

цией этих сосудов возло­ жен в Советском Союзе на Государственные Комите­ ты по надзору за безопас­

ным ведением работ в промышленности и Горному надзору при Со­ ветах Министров союзных республик (Госгортехнадзор), которые разрабатывают обязательные для всех ведомств правила и осу­ ществляют контроль исполнения этих правил через специальных

инспекторов на местах.

Сосуды, работающие под давлением, должны отвечать правилам

Госгортехнадзора в отношении:

1)качества основного материала;

2)качества сварки;

3)технологии изготовления;

4)запасов прочности.

Правилам Госгортехнадзора должны отвечать все сосуды, ра­ ботающие под давлением свыше 0,7 ати. Исключение составляют

224 Детали аппаратуры, работающей под давлением

В соответствии с правилами Госгортехнадзора все сосуды в за­ висимости от допускаемого давления и допускаемой температуры делятся на пять категорий. К 1-й категории относятся сосуды с до­ пускаемым давлением до 850 ати и температурой до 750° С, к 5-й —

а также указания по определению допускаемых напряжений в за­ висимости от категории сосуда. Для сосудов 1-й категории допу­ скаются к применению только легированные стали, для сосудов 5-й категории — стали углеродистые обыкновенного качества ма­ рок Ст. 2, Ст. 3 и Ст. 4.

Чугун марок не ниже СЧ 15-32 допускается в качестве материала для сосудов, работающих под давлением при температуре стенки,

не превышающей 250° С и внутренних давлениях р < 6 ати при D

< 1 -м; р < 3 ати при D = 1—2 м.

§25. ОСНОВНЫЕ РАЗМЕРЫ СОСУДОВ

Косновным размерам сосудов цилиндрической формы относятся

их высота Н, диаметр D и толщина стенки. $.

Диаметр и высота сосуда

При проектировании сосуда конструктор исходит из заданного строительного объема

V = л Л2 ГТ

Если сосуд проектируется для определенного места и назначе­ ния, то всегда бывает возможным задаться наиболее целесообраз­ ной высотой Н сосуда или его диаметром D. При проектировании со­ суда для неопределенных потребителей приходится задаваться гео­ метрической формой сосуда, принимая для расчета его основных размеров отношение а высоты к диаметру. Обыкновенно принимают

это отношение в пределах а = — 1,1 4-1,5.

Обозначая через V4 и Уш объемы цилиндрической и шаровой ча­ стей сосуда и через Нц и Нш высоты цилиндрической и шаровой частей (фиг. 149), получаем

Н

= — получается несколько отличным от положенного в основу рас­

чета.

Толщина цилиндрической стенки

Напряжения в стенке сосуда, работающего под давлением, рас­ пределяются по толщине стенки неравномерно. При расчете тонкой стенки, т. е. такой, толщина которой является незначительной по сравнению с диаметром со­ суда, неравномерности рас­ пределения напряжений по толщине (не допуская имею­ щей практическое значение

неточности), можно не учи­ тывать, что значительно упрощает расчетные форму­ лы.

Тонкая стенка под внут­ ренним давлением. В соот­ ветствии с нормами Госгор­ технадзора тонкими считают­

ся цилиндрические стенки Фиг. 150. сосудов, у которых отно­

шение ^^1,5. Ниже бу-

Ив

дет обоснован другой признак, по которому тонкую стенку можно отличать от толстой.

Разрезав мысленно цилиндрическую стенку, находящуюся под внутренним давлением р, диаметральной плоскостью на две части (фиг. 150), условие равновесия каждой половины можно выразить

следующим образом:

pDeL = Ор 26 L,

где 6 — толщина стенки; L — длина стенки;

Ор — напряжение при растяжении в стенке, принимаемое одина­ ковым по ее толщине.

Равнодействующая элементарных сил, стремящаяся сместить половину стенки, принята равной давлению р, умноженному на

площадь диаметрального сечения DeL. В правильности этого легко убедиться, представив себе изображенную на фиг. 150 половину

228 Детали аппаратуры, работающей под давлением

В данном случае Щ о2 = ; о3 — 0.

Можно показать, что объем не изменяется при р. — 0,5. Сделав подстановки,

получаем приведенную выше зависимость для ар.

Исходя из этой зависимости, практическую расчетную формулу можно получить следующим образом:

вместо напряжения ор подставить допускаемое напряжение

[о ]р;

учитывая возможное уменьшение толщины стенки вследствие коррозии, подставить вместо 6 s = 6 + с, где с — поправка на коррозию, эмпирическая величина, принимаемая в пределах 1—3 мм; вместо внутреннего диаметра De подставить средний диаметр:

D = De ф- 6 = De + s — с;

учесть ослабление продольного сечения коэффициентом проч­ ности сварного шва ср, умножив на этот коэффициент (меньший еди­

pDe

230 [а]р <р — р

где s. с, De — в мм;

[о]р — в кГ/см2 р — в кПсм2.

По нормам Госгортехнадзора допускаемое напряжение при рас­ чете толщип стенок обогреваемых сосудов 5-й категории должно приниматься равным 41 предела прочности при растяжении для сварных сосудов ’/5—V6 предела прочности для сосудов из стального литья.

Коэффициент прочности сварного шва должен приниматься в зависимости от вида сварки (ручная или автоматическая) и вида шва. При ручной сварке с одной стороны коэффициент прочности продольного шва ср по нормам Госгортехнадзора должен прини­ маться равным 0,7. Полученную из расчета толщину стенки следует округлять до четного числа миллиметров, так как днища изгото­ вляются только таких толщин, а приваривать днище к обечайке удобнее при одинаковых толщинах их стенок.