книги из ГПНТБ / Зиновьев, Владимир Андреевич. Детали машин учебник для немеханических специальностей высших технических учебных заведений
.pdf$ 26. Отверстия в стенках аппаратуры |
239 |
Разгрузка аппарата может производиться или снизу через днище, |
|
или через трубу, опущенную внутрь аппарата через крышку. |
В по |
следнем случае содержимое аппарата выдавливается через эту трубу сжатым газом или при помощи вакуума, создаваемого в сосуде, в ко торый производится разгрузка.
Для подачи в аппарат жидких материалов, для установки термо метра, манометра, предохранительного клапана и пр. предусматри ваются отверстия небольшого диаметра. В рубашке также должны быть отверстия для впуска пара и отвода конденсата. Такие отвер стия оформляются обычно в виде штуцеров с фланцами (фиг. 160) или бобышек (фиг. 161).
В сварных аппаратах штуцер с фланцем представляют собой отрезок бесшовной трубы с фланцем, приваренный к шаровой или
цилиндрической стенке. Бобыш
ки в таких |
аппаратах |
также |
|
||
привариваются |
к |
стенкам. |
|
||
В литых аппаратах |
штуцеры |
|
|||
(фиг. 162, а) |
и бобышки |
(фиг. |
|
||
162, б) отливаются за |
одно це |
|
|||
лое со стенками. |
Для восста- |
Фиг. 161. |
|||
повления прочности стенки ап |
укрепляют. Укрепление стенок |
||||
парата, ослабленной |
вырезом, ее |
||||
практикуется для отверстий диаметром 50 мм и выше с помощью усиливающих элементов — подкладок, колец. Сечение таких элемен тов должно быть равновеликим по площади сечения выреза
Сила, возникающая от внутреннего давления р в сосуде и раз рывающая его цилиндр по образующим, Р = pDL, где D — диа
метр сосуда; L — длина сосуда.
Площадь поперечного сечения стенок, сопротивляющихся раз рывающей силе Р, равна F = 2 6L. При ослаблении аппарата отвер стием d площадь поперечного сечения стенок уменьшается на вели
чину произведения db.
Таким образом, ослабление стенки аппарата в наиболее опасном
продольном направлении зависит от величины диаметра выреза:
чем больше диаметр, тем больше ослабление степки.
При подсчете компенсируемой площади сечения выреза из тол щины степки вычитаются прибавка на коррозию с и прибавка $, связанная с конструктивными и производственными соображениями и с округлением расчетного размера.
Подлежащая компенсации площадь сечепия вырезанной стенки будет равна (фиг. 163)
F = (d -|- 2с) (S — с — s).
Площадь усиливающего кольца равна
F9 = [D - (d + 2с)] (h + 5).
240 Детали аппаратуры, работающей под давлением
Для компенсации ослабления от выреза необходимо, чтобы эти площади были равны между собой, тогда
(d + 2с) (б — с - s) = [Р - {d + 2с)] (Л + s),
откуда
D = (^2^0-c-s) + {d + 2с)_
Фиг. 162.
Если конструктивных прибавок и прибавок на коррозию не учи тывать, т. е. при s = 0 и с =0, получаем
n d & I ,7 |
(160) |
D = -h+d- |
Для решения этого уравнения нужно задаться толщиной кольца h и определить его наружный диаметр D или, наоборот, задаться наружным диаметром кольца D и определить его толщину h. Тол
|
|
щину |
усиливающего |
кольца |
h |
|||
|
|
обычно принимают не менее 5 мм |
||||||
|
|
при б <^ 5 мм и |
не |
менее 20 мм |
||||
|
|
при б = 28 -4- 50 мм. |
Максималь |
|||||
|
|
ная толщина усиливающего коль |
||||||
|
|
ца не должна быть больше |
2,5 б, |
|||||
|
|
(где |
б — толщина |
стенки |
сосуда |
|||
|
|
без прибавки на коррозию). Макси |
||||||
|
|
мальный наружный диаметр уси |
||||||
|
|
ливающего кольца D |
2( d + 2с). |
|||||
Фиг. |
163. |
В приведенной |
формуле, |
оп |
||||
ределяющей диаметр усиливающего |
||||||||
|
|
|||||||
кольца, не принято во внимание усиливающее действие части па трубка, выходящей за внешнюю поверхность этого кольца, а также части патрубка, которая может выступать внутрь аппарата, так как такое допущение при средних толщинах патрубков мало влияет на размеры усиливающего кольца. Если вырез будет небольшого диа
метра, а патрубок будет толстостенным, то тогда часть патрубка мо жет заменить собой усиливающее кольцо. При этом проверка доста
точности укрепления выреза производится по |
тем же формулам, |
по только вместо h подставляется величина 2,5 |
б—с, даже если па |
трубок имеет гораздо большую высоту. |
|
$ 27. Конструктивные формы и расчет фланцев |
241 |
§ 27. КОНСТРУКТИВНЫЕ ФОРМЫ И РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВ
Фланец представляет собой кольцевую пластинку с отверстиями
для болтов, которой заканчивается обечайка, днище или труба. С помощью фланцев осуществляется разъемное соединение (на бол
тах) сосуда и крышки, отдельных участков трубопровода и других деталей.
Фланцевые соединения делятся на беспрокладочные и прокла
дочные. В беспрокладочных фланцевых соединениях герметичность достигается тщательной обработкой уплотнительных поверхностей и большим удельным давлением их сжатия. Фланцевые прокладочные соединения выполняются с разной формой уплотнительных поверх ностей в зависимости от конфигурации прокладок. Прокладки мо-
Фиг. 164.
гут быть плоскими гладкими (паронит, картон, листовая резина при небольших давлениях и алюминиевый, медный или стальной лист при высоких давлениях), волнистыми асбометаллическими (асбест с кожухом из листового алюминия или нержавеющей стали) при вы
соких давлениях и температурах.
Конструктивное оформление фланцевых соединений весьма разно образно и зависит главным образом от давления, температуры, ма териала и агрессивности среды.
Конструкции и размеры фланцев стандартизованы. Кроме этого, в некоторых отраслях промышленности (химической, нефтяной) применяются и ведомственные нормали.
На фиг. |
164, а изображен |
плоский приварной |
фланец, а на |
|
фиг. 164, б — уголковый приварной встык |
фланец |
по нормалям |
||
химической |
промышленности. |
из расчета |
на прочность — задача |
|
Получить |
размеры фланца |
|||
чрезвычайно сложная, поэтому до настоящего времени нет единой окончательно принятой методики расчета фланцев. При проектиро вании аппаратуры фланцы подбираются на основании имеющихся ГОСТов и нормалей, по диаметру сосуда или трубы и условному давлению. Таким образом, выбрав фланец, мы определяем его кон
струкцию и размеры: внутренний и наружный диаметры, диамвтр
16 Заказ 45.
242 Детали аппаратуры, работающей под давлением
окружности центров болтовых отверстий, число и диаметр болтов,
размер поверхности под прокладку и т. д.
После подбора фланца можно произвести проверку прочности его на изгиб, представляя с грубым приближением фланец как кон сольную балку (на самом деле, фланец это — кольцо, жестко укре пленное по внутреннему контуру, нагруженное сосредоточенными силами по окружности центров болтовых отверстий). Подобный рас
чет носит, разумеется, условный характер и является тем надежнее,
чем правильнее выбрано допу скаемое напряжение.
Фиг. 165. |
Фиг. 166. |
Поверочный расчет уголкового фланца (фиг. 165) сводится к опре делению напряжений в переходном утолщении фланца (сечение БВ)
и в теле диска (сечение АБ).
Напряжение в переходном утолщении (сечение БВ) определится следующим образом.
Изгибающий момент в сечении БВ равен
= 0,4
где <2-5 — нагрузка на фланцевые болты;
Zi — плечо изгиба; |
h = 0,5 (Бб — Dnep + $г); |
|
0,4 — эмпирический |
коэффициент, |
учитывающий жесткость |
фланца. |
|
|
Момент сопротивления |
переходного |
утолщения |
где Бср — средний диаметр переходящего утолщения.
Тогда напряжение изгиба в переходном утолщении (сечение БВ) будет
п — Ми_ 0,4Q6^i < г 1
2
Напряжение в теле диска (сечение А В) определится следующим образом.
|
$ 27. |
Конструктивные формы и |
расчет фланцев |
243 |
|||
|
Изгибающий |
момент |
в |
сечении АБ |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ми — Q6l, |
|
|
где |
I — плечо изгиба; |
I |
— 0,5 (Бб — Бпер). |
|
|||
|
Момент сопротивления |
диска |
|
|
|||
|
|
|
|
|
PJZ = nDneph2 |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
Напряжение от изгиба во фланце (сечение АВ) будет равно |
|
|||||
|
|
Ои |
|
|
Ми _ QgZ6 |
|
|
|
|
|
|
W ~ л Dneph2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поверочный расчет плоского приварного фланца. Для плоского |
||||||
приварного фланца (фиг. |
166) проверка на изгиб проводится по се |
||||||
чению приварки фланца |
к корпусу. Изгибающий момент в этом |
||||||
сечении определяется по |
формуле |
|
|
||||
|
|
|
|
|
Ми = Q6l, |
|
|
где |
Qe — общая нагрузка |
на болты; |
|
|
|||
|
I — плечо изгиба. |
|
|
|
|
|
|
|
Момент сопротивления |
фланца условно принимают равным |
|
||||
|
|
|
|
|
п1)нкг |
|
|
|
|
|
|
|
W = ~6~~ |
|
|
|
Напряжение изгиба |
во |
фланце |
|
|
||
|
|
сти |
|
Q6l |
< [О]. |
|
|
|
|
|
|
|
лВн№ |
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
Для плоских приварных фланцев рекомендуется проводить про верку прочности сварных швов. Эта проверка по приближенному методу, предложенному Центральным котлотурбинным институтом им. Ползунова, проводится следующим образом. Момент сопро тивления сварных швов условно принимают равным (обозначения см. на фиг. 166)
w _ лВн(Н»-Ь>)
1 — |
6Н |
тогда напряжение от изгиба в сварном шве
_ Ми__ |
QelQH |
°и~~ |
' |
16*
244 |
Цетали аппаратуры, работающей под давлением |
||||
|
Нормальные напряжения в бисекторном сечении сварного шва, |
||||
где происходит его срез, |
условно можно принять равными |
||||
где |
к — катет сварного |
шва. |
14л DHk ’ |
|
|
|
|
|
|||
|
Проверку проводят по условному приведенному напряжению |
||||
|
&ПТР = |
°и Н- О |
4^ |
|
|
где |
[сг]эл — допускаемое |
напряжение |
материала электросварного |
||
|
шва. |
|
|
|
|
|
При проверке фланцев для допускаемых напряжений рекомен |
||||
дуется принимать следующие |
значения: |
|
|||
|
для фланцев |
|
|
|
|
для сварных швов |
[а]эл = 0,8 [о], |
|
|||
|
|
|
|||
где |
авр — предел прочности материала фланца при |
растяжении. |
|||
Для расчета толщины фланца было предложено |
много других |
||||
эмпирических формул. Весьма распространенной является формула
2У1ХХ +см' <1М)
где h — толщина фланца в опасном сечении в см;
а = 0,60, если прокладка не доходит до болтов и, следовательно, если фланец изгибается при затягивании болтов;
а — 0,43, если болты проходят через отверстия в прокладке;
Di — диаметр окружности |
центров |
болтовых отверстий в см; |
|
D — внутренний |
диаметр |
фланца в |
см; |
t — шаг болтов |
в см; |
|
|
d — диаметр болтов в см; |
|
|
|
(о]и — допускаемое |
напряжение при изгибе в кГ/см2. |
||
§ 28. ПРИМЕНЕНИЕ ПЛАСТИЧЕСКИХ МАСС ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОСУДОВ
В настоящее время нет теоретически и экспериментально обосно ванных методов расчета на прочность деталей аппаратуры из раз ных пластических масс. Достаточно надежный материал имеется для расчета деталей аппаратуры только из винипласта.
По данным НИИХИММАШа (Всесоюзный научно-исследователь ский и конструкторский институт химического машиностроения) расчет цилиндрических стенок сосудов и днищ из винипласта, под верженных внутреннему и наружному давлению, можно произво дить по таким же (приведенным выше) формулам, как и стальных
$ 28. Применение пластических масс для изготовления сосудов |
245 |
деталей. При этом для винипласта рекомендуется принимать сле
дующие допускаемые напряжения при растяжении:
[а]р = ЮО кГ/см2 |
при |
температуре |
—20° С; |
|
[а]р = 60 |
кГ/см? |
при |
температуре |
-|-40о С; |
[о]р = 25 |
кГ/см2 |
при |
температуре |
—60° С. |
Другие виды допускаемых напря |
|
|||||||||
жений могут |
быть |
определены |
путем |
|
||||||
умножения |
допускаемого |
напряжения |
|
|||||||
при растяжении: |
при |
сжатии |
|
на 1,2, |
|
|||||
при кручении |
на |
|
1,85, |
при срезе на |
|
|||||
0,75 и при изгибе на 1,9. |
|
сварного |
|
|||||||
Коэффициент |
прочности |
|
||||||||
шва принимается равным <р |
= 0,75; |
|
||||||||
модуль упругости |
|
Е = 10 000 |
кГ/см2--, |
|
||||||
коэффициент |
Пуассона |
р, |
= 0,354. |
|
||||||
Область |
применения |
цельновини |
|
|||||||
пластовых аппаратов ограничена, так |
|
|||||||||
как их не разрешается применять при |
|
|||||||||
условиях, |
подпадающих |
под |
действие |
|
||||||
правил Госгортехнадзора, т. е. при дав |
|
|||||||||
лениях, превышающих 0,7 кГ/см2. |
|
|||||||||
Однако для использования большой |
|
|||||||||
стойкости винипласта против действия |
|
|||||||||
агрессивных веществ изготовляются ви- |
|
|||||||||
нипластовые |
аппараты, |
армированные |
|
|||||||
цельнометаллическим |
кожухом, с за |
|
||||||||
полнением зазора между ними расплав |
|
|||||||||
ленной серой или кислотоупорным це |
|
|||||||||
ментом (фиг. 167). Такие аппараты мо |
|
|||||||||
гут быть использованы при давлениях |
|
|||||||||
до 6 кГ/см2 и температуре до 60° С. |
|
|||||||||
Другие |
пластмассовые материалы в |
|
||||||||
настоящее |
время |
еще |
не |
получили |
I |
|||||
применения для изготовления |
серийной |
|||||||||
Фиг. 167. |
||||||||||
промышленной аппаратуры. В |
основном |
|||||||||
|
||||||||||
они применяются для футеровки цельно металлических аппаратов и изготовления небольших сосудов для
лабораторных нужд. Однако в связи с чрезвычайно ценными свой ствами и многочисленными работами по созданию прочных, стойких и дешевых пластмассовых материалов следует ожидать в ближайшем будущем их внедрения в качестве самостоятельных конструкцион ных материалов для изготовления промышленной аппаратуры, ра
ботающей под давлением. i
ГЛАВА VI
ПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА
§ 29. ОСНОВНЫЕ ГРУППЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
Грузоподъемной машиной называется устройство, посредством которого производится подъем груза, удержание его на заданной высоте в течение заданного времени и опускание до заданного уровня после некоторого перемещения или без такового.
Ниже будут рассматриваться грузоподъемные машины для штуч ных грузов, характеризующихся габаритными размерами, формой и весом.
Существующие типы грузоподъемных машин удобно распределить по группам в зависимости от следа или поля перемещения груза на горизонтальной плоскости (груз принимается сосредоточенным в центре тяжести).
Группа 1. След перемещения груза — точка. Движение одно — подъем (например, канатные полиспасты, тали, домкраты, лебедки).
Группа 2. След перемещения — прямая линия. Движений два — подъем и горизонтальное перемещение (например, тележки, кошки, тельферы).
Группа 3. След перемещения — окружность или ее часть. Движений два — подъем и поворот (например, стационарные
поворотные краны с постоянным вылетом).
Группа 4. После перемещения — кольцевая площадь пли часть ее. Движений три — подъем, поворот и радиальное перемеще ние (например, кран с переменным вылетом).
Группа 5. Поле перемещения — площадь прямоугольника. Движений три — подъем и два взаимно-перпендикулярных гори зонтальных перемещения (например, нормальный мостовой кран).
Группа 6. Поле перемещения — площадь замкнутого кон тура, образованного из прямоугольника путем замены углов ли ниями окружностей в пределах 90°. Движений четыре — подъем, поворот и два взаимно-перпендикулярных горизонтальных переме щения (например, мостовой кран с поворотными стрелами).
Кроме этих основных групп, имеется ряд грузоподъемных машин, поле перемещения которых имеет неопределенный характер, на
$ 30. Тяговые устройства |
247 |
пример плавучие крапы, краны на автомобилях, железнодорожные
краны и т. п.
В состав большинства грузоподъемных машин входят тяговые устройства, блоки, барабаны, захватные устройства, рукоятки и тя говые колеса (в ручных передачах), остановы и тормоза.
§30. ТЯГОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Ктяговым устройствам относятся стальные канаты, сварные
цепи, пластинчатые цепи и пеньковые канаты.
Стальные канаты (тросы) получили наибольшее распростране ние. Они легче цепей, бесшумны в работе, лучше воспринимают
толчки и не обрываются внезапно, как цепи, а сигнализируют о наступ
лении опасности появлением на поверхности каната лопнувших
проволок.
Канаты (фиг. 168, а и б) изготовля
ются из тонких стальных проволок диаметром 6 = 0,3 4- 3,5 мм с пре
делом |
прочности |
<гвр = 140 4- |
4-190 |
кГ/мм2. |
Проволоки сви |
Фиг. |
168. |
Фиг. |
169. |
ваются в канат |
группами в виде |
предварительно |
свитых пря |
дей.
Для уменьшения жесткости каната и трения между проволоками и прядями, проявляющихся при огибании барабанов и блоков,
всередину каната помещается пропитанный смазкой пеньковый или асбестовый сердечник.
По конструкции (числу и диаметру проволок, расположению их
впрядях, направлению свивки и т. п.) канаты весьма разнообразны.
Проволоки в канате испытывают напряжения скручивания, из гиба и контактные напряжения смятия.
Напряжения от изгиба можно уменьшить увеличением диамет ров барабанов и блоков, а контактные напряжения — увеличением
248 Подъемные устройства
поверхности контакта проволок. Для увеличения поверхности кон такта в канате, изображенном на фиг. 168, б, более толстая прово
лока приведена в соприкосновение с тремя тонкими.
Подбор канатов производится по требуемому разрывному уси лию:
S = Qzn, |
(162) |
где Qz — наибольшее натяжение ветви каната без учета |
инерцион |
ных нагрузок;
п— коэффициент запаса прочности (определяется по рекомен дациям Госгортехнадзора).
Фиг. 170. Фиг. 171.
Для прикрепления каната к другим деталям чаще всего исполь
зуют канатный коуш (фиг. 169, а) — стальную желобочную скобу,
закладываемую в петлю каната (фиг. 169, б). Конец каната 'удер живается силами трения, создаваемыми специальным зажимом, (фиг. 169, в). Часто пользуются также клиновой подвеской (фиг. 170), конструкция которой не требует пояснений.
Сварные цепи. Звено |
сварной цепи (фиг. 171, а) |
выполняется |
из мягкой круглой стали |
(б = 2 -у 48 мм; авр = 37 |
4-40 кГ/мм2) |
контактной электрической сваркой. При огибании барабанов и бло ков со специальными гнездами требуемая точность размеров звеньев
достигается дополнительной их калибровкой (штамповкой) после сварки. Для гладких барабанов применяются некалибровапные цепи.
Соединение концевых звеньев и прикрепление цепи к другим дета лям производится соединительными звеньями (фиг. 171, б).
Сварные цепи имеют большую гибкость во всех направлениях и
дают возможность применять барабаны и блоки небольшого диа метра. Однако они имеют большой вес, скорее изнашиваются, чув
ствительны к толчкам и непригодны к работе с большими скоро стями.
Грузовые пластинчатые цепи (фиг. 172) применяются для подня
тия больших грузов и потому делаются многорядными. На фиг. 172 показаны две формы пластин. Пластины «восьмеркой» несколько легче по весу, по технологически сложнее. Прикрепление цепи к дру гим деталям осуществляется с помощью концевого звена (фиг. 173),
через которые пропускается специальный болт па распорной трубке.