Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчёт и проектирование технологического оборудования. Учебное пособие.pdf
В случае необходимости большие плоские днища укрепляют с помощью
{
элементов жёсткости (рёбер). Рёбра приваривают на днище по радиусу от центрально расположенного кольца или параллельно диаметру. Отклонение от плоскостности для плоских днищ не должно превышать требований по отклонению
от плоскостности на стальной лист.
Толщину плоских круглых днищ, работающих под внутренним избыто
чным
или наружным давлением, рассчитывают по выражениям:
p
где
=
– расчётный диаметр днища, м.
D
p
[]
ϕσ
,
DKKs
р0p1
, (3.17)
css+≥
p11
Коэффициент K, зависящий от конструкции днища и способа его крепления
к обечайке, является справочной величиной. Коэффициент ослабления днища
отверстиями
K для днищ с одним отверстием определяют по зависимости
0
2
⎞
⎛
d
0
D
d
1
K
⎟
⎜
++=
⎜
⎝
,
⎟
D
рр
⎠
а для днищ имеющих несколько отверстий, по формуле
3
⎛
⎞
d
i
⎜
∑
⎟
⎜
⎟
D
р
⎝
⎠
⎛
⎜
⎜
⎝
.
⎞
d
i
⎟
⎟
D
р
⎠
Коэффициент
−
1
∑
=
K
0
−
1
K рассчитывают для наиболее ослабленного сечения.
0
Максимальная сумма длин хорд отверстий в наиболее ослабленном диаметральном
сечении днища определяется по формуле
∑
i
{
(рис. 3.10). Для днищ без отверстий значение коэффициента
K принимают
0
}
bbddd
++=
)2121
равным 1,0.
Величину допускаемого давления на плоское днище определяют по выражению
2
[]
p
=
⎛
()
⎜
⎜
⎝
⎞
cs
−
1
⎟
[]
ϕσ
. (3.18)
⎟
DKK
р0
⎠
Область применения предложенных формул определяется условием
11,0/)(
≤− Dcs . В противном случае
р1
величину допускаемого давления, рассчитанного по формуле (3.18), умножают на поправочный коэффициент
=
K
p
2,2
⎛
1
⎜
611
++
⎜
D
⎝
.
2
⎞
cs
−
⎟
⎟
p
⎠
Рис. 3.10. Пример расположения
отверстий в плоских днищах
;();(max
31
Конические днища состоят из усечённых конических обечаек, соединённых
α
+
−
=
α
+
расширенной частью с цилиндрической частью корпуса сваркой. Днища вальцуют из заготовок, состоящих из цельного или составного листа, и затем сваривают.
Конические днища обычно применяют в вертикальных сосудах и аппаратах, из нижней части которых осуществляется выгрузка сыпучих материалов
или вязких сред. С помощью ко
нических переходов соединяют обечайки,
имеющие разные диаметры.
Различают конические днища неотбортованные и отбортованные с тороидальным переходом (рис 3.11). Днища с тороидальным переходом характеризуются малой концентрацией напряжений в переходной зоне. Вследствие этого
в аппаратах, которые работают под давлением более 0,07 МПа, рекомендуется
использовать только отбортованные конические днища с тороидальным переходом. Стандар
тные конические днища имеют угол при вершине
2
= 60, 90,
1
120 и 140°.
Толщину стенки конических днищ, нагруженных внутренним избыточным
давлением, рассчитывают по зависимостям:
R
Здесь
D – расчётный диаметр гладкой конической обечайки. Для днищ
к
[]
2
p
pD
=
s
к
без тороидального перехода его определяют по формуле
1
к
p
cos
, css
α−σϕ
≥
. (3.19)
к.pк
sin4,1 α
аDD ,
11к
а для днищ с тороидальным переходом – по зависимости
()
[]
α−−= arDD . Расчётную длину переходных частей для
конической части рассчитывают по выражению
цилиндрической части без перехода – по зависимости
наличии тороидального перехода – по формуле
sin7,0cos12
11`1к
()
12
)(5,0
csDa −= .
22
cos7,0 α−= csDa , для
111
)(7,0
csDa −= , а при
а) б)
а – неотбортованные; б – с тороидальным переходом
32
Рис. 3.11. Конические днища:
Величину допускаемого внутреннего избыточного давления рассчитывают
[
(
ϕ
σ
α
α
[
(
[
ασϕ−π
=
по формуле
[]
=
p
2
cos
]
D
к
α
)
−
cs
кp
. (3.20)
()
cs
−+
к
Данные расчётные зависимости справедливы при соотношении толщины
s
cos
стенки обечайки к её диаметру в интервале
001,0
≤
Проверять данное условие для пологого конического днища (
11
≤
D
.
050,0
> 70°)
1
не следует. Исполнительная длина переходных частей обечаек должны быть
не менее расчётных длин
а и 2а . Данные формулы не рекомендуется приме-
1
нять при расчёте на прочность конических переходов в местах соединения
рубашки с корпусом.
Допускаемое наружное давление для конических днищ, нагруженных
наружным давлением, определяют по формуле (3.5). При этом допускаемое
давление из условия прочности
каемое давление находят из условия устойчивости в пределах упругости:
[]
p
=
E
где
B
1
⎧
⎨
⎩
D
E
45,9;0,1min
l
100
E
]
p определяют по зависимости (3.20), а допус-
p
−
6
D
E
108,20
⋅
Bn
D
E
()
−=cs
к
E
l
1y
⎫
.
⎬
⎭
()
100
⎡
к
⎢
D
⎣
EE
5,2
cs
−
⎤
,
⎥
⎦
Эффективная длина и эффективный диаметр конического днища рассчитываются по зависимостям:
−=DD
sin2 α
0
1
l
E
;
=
D
max
E
⎧
+
⎨
cos2
⎩
+
DDD
0
0
;
αα
cos
1
1
()
+−
DD
0
DD
−
к
⎫
0
α
tg31,0
.
⎬
1
cs
⎭
Толщина стенки гладкого конического днища, нагруженного осевой растя-
гивающей силой, определяется по формулам:
s
R
к
F
1
т
а допускаемая растягивающая сила по уравнению
[]
cos1ασϕπ=D
csDF .
;
1
]
)
cos
,
css +≥
к.рк
1тк1
При нагружении гладкого конического днища осевой сжимающей силой её
допускаемое значение рассчитывают по формуле
⎧
⎪
[]
⎪
F
[]
F
⎪
=
min F
⎨
⎪
⎪
⎪
⎩
p
[]
F
⎛
⎜
+
1
⎜
[]
F
⎝
D
;
2
D
⎞
p
⎟
⎟
⎠
E
1
[]
F
⎫
⎪
⎪
⎪
,
⎬
p
⎪
⎪
⎪
⎭
33
где допускаемая осевая сила из условия прочности определяется по выражению
(
α+=
[
[][
=
[
[
≤
[
≤
[]
р
[]
()
kF
cos ασ−π= csDF
, (3.21)
1
а допускаемая осевая сила из условия устойчивости в пределах упругости рассчитывается по зависимости
5
−
100,31
F . (3.22)
[]
E
⋅
=
n
y
Эффективный диаметр конической обечайки при осевом сжатии
()
100
E
()
D
cos
F
⎡
2
α
1
⎢
D
⎣
5,2
cs
−
⎤
к
⎥
⎦
F
D рас-
F
считывают по формуле
)
cos1,09,0
F
DDD
. (3.23)
10
Допускаемый изгибающий момент для конических днищ, нагруженных
изгибающим моментом, из условия прочности определяют по зависимости
[] []
[] []
где
Значения
, а из условия устойчивости – по формуле
4/pFDMF=
FDMF=
pp
D ,
F
;
4
[]
F
p
][
M
F
E
]
и
F определяют по зависимостям (3.21) – (3.23).
E
]
M
p
=
[]
M
⎛
⎜
1
+
⎜
[]
M
⎝
]
5,3
FDM
.
E
,
2
⎞
p
⎟
⎟
⎠
E
Условие устойчивости гладких конических днищ, нагруженных внешним
давлением, осевой силой и изгибающим моментом, проверяется по формуле
p
[] [] []
p
[]
где
p ,
[]
F ,
[]
M – соответственно значения допускаемого наружного давле-
M
F
F
M
1≤+−−
,
ния, осевого сжимающего усилия и изгибающего момента для гладких конических днищ.
Кроме того, необходимо выполнить проверку устойчивости от отдельных
нагрузок
[]
pp ≤ ,
]
,
FF
]
.
MM
Штуцера предназначены для присоединения к аппарату технологических
трубопроводов для отвода и подвода различных жидких и газообразных продуктов, установки датчиков контрольно-измерительной аппаратуры. По условиям ремонтопригодности чаще применяют разъёмные соединения (фланцевые
штуцера). Неразъёмные сварные соединения применяются при блочной компоновке аппаратов в кожухе, который заполнен тепловой изоляцией. При этом
длительное время не требуе
Стальные фланцевые штуцера стандартизированы и представляют собой
патрубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованные вместе
с фланцами (рис. 3.12).
3.3. ШТУЦЕРА, ЛЮКИ, КРЫШКИ ОТЪЁМНЫЕ
тся осмотр соединений.
34
а) б) в) г) д)
Рис. 3.12. Конструкции приварных фланцевых штуцеров:
а – с приварным плоским фланцем; б – с приварным фланцем встык;
в – литой; г, д – кованый
а) б) в)
Рис. 3.13. Способы приварки патрубка штуцера к корпусу аппарата
Существует несколько способов приварки патрубка штуцера к корпусу
аппарата (рис. 3.13). Наиболее часто штуцер вваривают в корпус аппарата
(рис. 3.13, а). В случае если внутри аппарата не должно быть каких-либо выступающих частей, а также для удобства монтажа внутренних устройств, конец
патрубка штуцера выполняют в соответствии с профилем корпуса (рис. 13, б).
Приварка патрубка к отбортованному краю отверстия (рис. 13, в) обеспечивает минимальную концентрацию напряжений, позволяет осуществить сварку встык и с прочностной точки зрения является предпочтительной. Однако
данный способ весьма сложен и дорогостоящ, потому используется весьма редко, преимущественно в эмалированной и гуммированной аппаратуре.
Расстояние
H от привалочной поверхности фланца до корпуса или днища
1
называется вылетом штуцера. Вылет штуцера выбирается из условия удобства
монтажа и демонтажа фланцевого соединения. Для нормализованных штуцеров
вылет штуцера зависит от условного давления
и условного диаметра
p
у
и
d
у
должен составлять не менее 120 мм. При наличии у аппарата тепловой изоляции
вылет штуцера должен быть увеличен на соответствующую толщину. Фланцевые соединения на штуцерах, имеющих привалочные поверхности типа выступ–впадина и шип–паз, рекомендуется устанавливать так, чтобы фланцы
штуцера на аппарате имели впадину или паз. В этом случае присоединяемые
части (трубна
я арматура, трубы) должны иметь соответствующие фланцы с вы-
ступом и шипом.
35
ω
а) б)
Рис. 3.14. Конструкции бобышек
Расчёт штуцеров заключается в определении внутреннего диаметра патрубка при заданном расходе протекающей среды по формуле
4
πω
,
=Qd
где Q – объёмный расход среды, м3/с; ω – линейная скорость среды в патрубке, м/с.
Ориентировочные значения скорости
принимают по справочным дан-
ным работы [1].
После расчёта диаметра по нормалям выбирают в соответствии с условным
давлением штуцер с ближайшим значением условного диаметра из следующего
ряда d, мм: 20; 25; 32; 40; 50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 250; 300; 350; 400; 500;
600; 800.
Бобышки конструктивно представляют собой фланцы, приваренные непосредственно к стенке аппарата (рис. 3.14, а) или отлитые заодно с его корпусом
или крышкой (рис. 3.14, б).
Трубопроводы или другие элементы крепят к бобышкам шпильками, поэтому бобышки обычно имеют бóльшую толщину, чем
стандартные фланцы. Вследствие различной толщины стенки корпуса и бобышки в месте сварки возникают значительные термические напряжения. Кроме
того, при срыве резьбы или обломе шпильки извлечение шпильки связано
со значительными трудностями. Поэтому бобышки, как пр
авило, используют
в тех случаях, когда установка штуцеров невозможна или нецелесообразна.
Смотровые окна (смотровые лючки) служат для проведения визуального
контроля за протеканием технологического процесса в аппарате, а также для
контроля за состоянием внутренних поверхностей и устройств аппарата. Конструктивно смотровое окно (рис. 3.15) представляет собой бобышку, крышку и
смотровое стекло, зажат
бобышкой и крышкой.
ое через прокладки шпильками и гайками между
Рис. 3.15. Смотровое окно:
1 – бобышка; 2 – фланец; 3 – шпилька; 4 – прокладка; 5 – смотровое стекло
36
В соответствии с требованиями ПБ 03-584–03 сосуды и аппараты, работающие под давлением свыше 0,07 МПа, диаметром D < 800 мм должны иметь
смотровые окна диаметром не менее 80 мм. Смотровые окна могут иметь круглую или овальную форму, они должны располагаться в доступных для пользователя местах. В случае когда внутренняя поверхность смотрового стекла может
загрязнятьс
я средой, находящейся в аппарате, к ней проводят специальные пат-
рубки, через которые под давлением подают промывочную жидкость.
Люки предназначены для осуществления внутреннего осмотра, ремонта и
контроля сосуда или аппарата, а также монтажа, демонтажа, ремонта разборных
внутренних устройств, загрузки и выгрузки сырья и продукции. Аппараты, подведомственные Ростехнадзору, диаметром D > 800 мм должны пр
едусматривать
люки диаметром не менее 450 мм у аппаратов, устанавливаемых на открытом воздухе, и не менее 400 мм – устанавливаемых в помещении. Размер люков овальной
формы должен быть не менее 325×400 мм. Внутренний диаметр люка у аппаратов
без корпусных фланцевых разъёмов, которые будут подвергаться антикоррозионной защите неметаллическими материалами, должен быть не ме
нее 800 мм.
Допускается проектировать без люков аппараты любых размеров, в которых обращаются вещества первого и второго классов опасности, не вызывающие образование коррозии и накипи. При этом аппараты должны иметь достаточное количество смотровых окон.
Люки изготавливают в соответствии с требованием нормалей. Нормализованные люки изготавливают с плоскими, эллиптическими и сферическими нео
тбортованными крышками, которые крепятся с помощью фланцев, бигелей,
байонетов. На рисунке 3.16 представлены конструкции люков с плоской и полусферической крышкой и плоскими фланцами. В случае, если люком пользуются
достаточно часто (например, загрузочные люки), их выполняют конструктивно
с устройствами, облегчающими открывание и закрывание люка (рис. 3.17).
Люки должны располагаться в до
ступных и удобных для пользования местах. Крышки люков, имеющих массу более 20 кг, должны иметь приспособления, облегчающие их открывание и закрывание.
Отъёмные крышки на корпусе аппарата применяются при невозможности
изготовления его цельносварным с люком для осмотра.
а) б)
Рис. 3.16. Конструкции люков с крышками и плоскими фланцами:
а – с плоскими крышками; б – со сферическими крышками;
исполнение 1 – с уплотнением на соединительном выступе;
исполнение 2 – с уплотнением шип–паз
37
(
−
⋅
(
≤
−
а) б) в)
Рис. 3.17. Конструкции люков:
а – со скобой; б – с откидными болтами; в – с шарниром;
исполнение 1 – с уплотнением на соединительном выступе;
исполнение 2 – с уплотнением шип–паз
Крышки большей части присоединяются к корпусу аппарата с помощью
фланцев, которые обладают высокой металлоёмкостью, особенно при больших
давлениях и диаметрах аппарата, и поэтому являются нежелательными.
На рисунке 3.18 показаны типовые конструкции отъёмных выпуклых крышек, а на рис. 3.19 – типовые конструкции отъёмных плоских круглых крышек.
Эллиптические и сферические крышки представляют собой соответствующие
стандартные днища, которые сварк
ой крепятся со стандартными или специаль-
ными фланцами.
Толщина сферической крышки (рис 3.18, в, г) рассчитывается по формулам:
58,0
[]
σϕ
;
=pRs
р
,
css +≥
р
а величина допускаемого внутреннего избыточного давления – по зависимости
)
[]
=
p
73,1
[]
cs
ϕσ
R
.
Данные формулы можно применять при выполнении условий:
)
1,0
Rcs и DR≤≤95,0 .
а) б) в) г)
а – эллиптическая с плоским фланцем; б – эллиптическая с фланцем приварным встык;
38
Рис. 3.18. Конструкции отъёмных выпуклых крышек:
в – сферическая с угловым сварным соединением с фланцем;
г – сферическая со стыковым сварным соединением с фланцем
а) б) в) г)
Рис. 3.19. Конструкции отъёмных плоских круглых крышек:
а – с уплотнением по краю крышки; б – зажатая между фланцами; в – с уплотнением
на соединительном выступе; г – с уплотнением выступ–впадина или шип–паз
Толщина отъёмных крышек
s (рис. 3.20, в, г) рассчитывается по форму-
1
лам (3.17) (при значениях коэффициента K = 0,40 и K = 0,41 соответственно),
а крышки с дополнительным краевым моментом (рис. 3.20, а), нагруженные
внутренним избыточным давлением, по формулам:
p
=
DKKs
р60р1
[]
ϕσ
;
Коэффициент ослабления днища отверстиями
по формулам для плоских днищ, имеющих отверстия, без учёта
7,0 Ddi≤
∑
p
в расчёте отверстий для болтов. Значение коэффициента
.
css +≥
р11
K определяют при
0
K определяют по
6
формуле
D
⎞
б
131
−ψ+
⎟
D
⎠
cп
б
cп
,
.
R
п
где
+=ψ
1
или
P
д
В этих уравнениях:
крепления крышки, MН;
⎛
⎜
41,0
K
=
6
⎝
D
D
R
б
+=ψ
1
;
P
д
P
д
R – реакция прокладки, МП; бR – нагрузка на болты
п
– равнодействующая внутреннего давления, МН.
P
д
2
π
D
сп
=
P
4
Для крышки с пазом для перегородки (например, камер теплообменника)
величину коэффициента
определяют с учётом усилия от сжатия прокладки в пазе:
K для определения толщины в месте паза (рис. 3.20, б)
6
D
⎛
б
−ψ+
⎜
D
⎝
K
41,0
=
6
cп
D
D
D
⎞
+
⎟
⎠
б
cп
s
б
6,9131
4
D
D
cп
cп
.
39
а) б)
в) г)
Рис. 3.20. К расчёту отъёмных плоских круглых крышек
Толщина
зависимости
а для крышек с дополнительным краевым моментом в месте уплотнения –
по формулам
=
где
В этой формуле с помощью индексов р и м указывают на рабочее состояние (испытания) и состояние монтажа соответственно.
Величину коэффициента
Толщина края плоской круглой крышки с дополнительным краевым моментом вне зоны уплотнения s
s для типов соединения по рис. 3.20, в, г рассчитывается по
2
⎧
p
⎪
⎨
⎪
⎩
p
бр
;maxФ
[] []
σσ
р
бм
⎧
⎪
≥
⎫
⎪
⎬
⎪
м
⎭
Ds
⎨
⎪
⎩
⎧
≥ Ф
Ks +
⎨
⎩
K рассчитывают по формуле
7
K
7
(рис. 3.20, а) рассчитывают по формуле (3.24).
3
p
+
[]
σ
72
sc
2;5,0max
1р2
⎫
6,0
;Фmax
D
D
сп
⎬
D
⎭
сп
6
.
18,0
−=
⎫
−
DD
⎪
2р
,
⎬
D
⎪
р
⎭
, (3.24)
c
40