113

Тема 7. МЕХАНИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для обеспечения сочетания прочности и надежности тепломассообменного оборудования с его экономичностью и малой материалоемкостью на стадии проектирования необходимо провести подробный механический (прочностной) расчет каждого узла и детали вновь создаваемого оборудования. При этом могут быть выполнены два вида механических расчетов:

−проектировочный (конструктивный);

−поверочный.

Вслучае конструктивного расчета основные размеры разрабатываемого элемента конструкции рассчитывают исходя из характера действующих на него нагрузок, температуры эксплуатации, материала т необходимого запаса прочности.

Вслучае поверочного расчета, когда размеры элемента конструкции обусловлены какими-либо иными соображениями, например требованиями технологии, расчет сводится к определению напряжений, действующих в материале рассчитываемого элемента и их сравнение с допустимыми напряжениями.

К выполнению механического расчета основных элементов аппарата приступают после того, как закончены тепловой и гидродинамический расчеты и определены основные конструктивные размеры аппарата (диаметры корпуса, трубных решеток, патрубков, трубок, длина трубок и т.д.).

7.1 Понятия и определения, используемые в механических расчетах тепломассообменного оборудования

1.Расчетную температуру определяют на основании тепловых расчетов или опытных данных. При положительных температурах за расчетную принимают наибольшую температуру стенки (или среды). При любых отрицательных температурах за расчетную принимается 20 оС. Расчетную температуру

114

используют для определения физико-механических характеристик материалов и допускаемых напряжений.

2.Под рабочим давлением понимают максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления при срабатывании предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

3.Под условным (номинальным) давлением понимают наибольшее избыточное давление при расчетной температуре 20 оС, при котором обеспечивается длительная работа аппарата или сосуда при той же температуре. Ряд условных давлений нормализован (ГОСТ 9493-80) в пределах от 0,1 до 100 МПа:

0,10; 0,16; 0,25; 0,30; 0,40; 0,60; 0,80; 1,00; 1,25; 1,60; 2,0; 2,50; 3,20; 4,0; 5,0; 6,30; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 32,0; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0; 100.

4.Под расчетным понимают давление, для которого проводят расчет элементов аппаратуры на прочность. Его принимают, как правило, равным рабочему давлению или выше последнего. При расчете элементов, разделяющих пространства с разными давлениями, за расчетное принимают давление, требующее большей толщины стенки рассчитываемого элемента. Если на элемент действует гидростатическое давление, составляющее 5 % или более от рабочего, то расчетное давление следует увеличить на это же значение.

5.Под пробным понимают давление, при котором проводят испытание сосуда или аппарата.

6.Допускаемое напряжение для выбранного материала приближенно можно определить по формуле

115

Таблица 7.1 – Допускаемые напряжения для сталей

7.Значения модуля продольной упругости (Е) в зависимости от выбранного материала при расчетной температуре можно определить из таблицы 7.2.

Таблица 7.2 – Модуль продольной упругости для сталей

116

8.Коэффициент прочности сварных швов φ характеризует прочность свар-

ного шва по сравнению с прочностью основного материала. Значение φ зависит от методы сварки и типа сварного соединения (таблица 7.3). Для бесшовных элементов сосудов и аппаратов φ = 1.

Таблица 7.3 – Коэффициент прочности сварных швов (φ)

9.При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать прибавку к рас-

четным толщинам элементов (С).

Исполнительную толщину стенки элемента определяют по формуле:

Прибавка С2 (для компенсации минусового допуска) и С3 (для компенса-

ции утонения в процессе изготовления аппаратуры), как правило, невелики и учитываются технологами по обработке металлов.

С1 - прибавка для компенсации коррозии и (или) эрозии элементов аппара-