Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчёт и проектирование технологического оборудования. Учебное пособие.pdf
Реакцию прокладки в рабочих условиях определяют по формуле
(
)
γ
=
γ
{
α
(
+α−+=
(
)
()(
[
=
,
2π=
mpbDR
1ср.пп
где m – коэффициент, принимаемый по работе [1]
Усилие, которое возникает вследствие температурных деформаций для
приварных фланцев, изготовленных из одного материала, рассчитывают по выражению
где
фланца и болта, 1/°С;
личина справочная), м
,
α – коэффициенты линейного расширения материала соответственно
α
б
ф
f – площадь поперечного сечения болта (шпильки) (ве-
б
2
;
t ,
t – расчётные температуры фланца и болта соот-
ф
б
ветственно (величина справочная), °С;
единений с приварными фланцами
, (3.28)
ttEfzQ α−αγ=
ббффббб1
– безразмерный коэффициент для со-
Аy
.
б
Болтовую нагрузку в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления)
определяют по формуле
20
[]
где
σ – допускаемое напряжение для материала болта (шпильки) при темпе-
б
ратуре 20 °С, MПa;
q – минимальное удельное давление сжатия прокладки,
определяемое по работе [1], МПа;
1ср.пп11б
20
[]
4,0;;max fzqbDRQP σπ+α= , (3.29)
}
бб
б
– коэффициент жёсткости фланцевого
соединения, определяемый по формуле (3.25).
Третий член в формуле (3.29) учитывается только при расчётном давлении
р ≤ 0,6 МПа.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях равна
причём величина
Q учитывается только при 0ftQ .
б
)
1 , (3.30)
QQpp
t
д1б2б
Приведённые изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца определяется по зависимости
5,0 DDpM −=
t
За расчётное значение момента принимают );max(
Условие прочности болтов (шпилек) записывается в виде
()
бб1б
20
[]
σ≤fzp ;
б
;
ср.пб1б01
)
]
sDDQDDpM σσ−−+−= (3.31)
2ср.пср.пб2б02
()
[]
fzp
σ≤ . (3.32)
бб2б
20
[] []
t
MMM
t
б
.5,0
.
02010
В случае несоблюдения любого из условий прочности следует увеличить
число крепёжных элементов с учётом рекомендаций [1], но так, чтобы оно оставалось кратным четырём.
51
Условие прочности неметаллических прокладок определяется выражением
(
)
=
≤
ψ
ψ
σψ=
σ
(
[
ψλ+ω−
()(
=
σ
[]
где
q – максимальное удельное давление на прокладку, определяемое по ра-
[]
, (3.33)
qbDp ≤π
пср.п1б
боте [1].
При несоблюдении условия прочности необходимо увеличить ширину
прокладки в пределах значений, приведённых в работе [1].
Максимальное напряжение в сечении
с плоскостью фланца рассчитывается по уравнению
=σ
1
s фланца в месте соединения втулки
1
ω
0
,
2
*
()
csDTM−
где Т – безразмерный параметр, определяемый по работе [1];
20sD f );
1
=
(параметр
3
*
1
sDD += (при
1
определяется по работе [1]). Значение коэффициента K для
3
20sD
) и
1
плоских приварных и приварных встык фланцев
∗
/1 sDD +=ψ
f (при
=
13
.
DDK /
ф
Максимальное напряжение в сечении фланца в месте соединения втулки с
обечайкой или днищем равно
.
130
Напряжение в кольце фланца от действия изгибающего момента определяется по уравнению
]
M
=σ
к
Dh
)
9,011
20
.
2
Для плоского фланца, сваренного из нескольких частей, в знаменатель
вводится коэффициент прочности сварного шва.
Тангенциальное и меридиональное напряжения во втулке фланца от внутреннего давления определяются по уравнениям:
pD
=σ
x
()
2
0
;
cs
−
pD
=σ
y
()
−
4
0
.
cs
Условия прочности фланца записывается в виде:
– в сечении
– в сечении
s
1
s
2
2
к
1
0
2
1
2
[]
σ≤σσ−σ+σ ; (3.34)
к1
1
)
0
[]
σϕ≤σσσ−σ+σσ
xyxy
. (3.35)
0
Допускаемы напряжения для приварных фланцев: для сечения
[]
σ=σ−s ; для сечения 0s при числе циклов нагружения N ≤ 2000 и давлении
1
р ≤ 4,0 МПа –
т
1
E003,0][0=σ ; при давлении р ≥ 4,0 МПа – E002,0][
0
*
.
DD
(при
20sD ≥ ) и
1
52
В случае несоблюдения любого из условий прочности необходимо увели-
(
)
[
=
θ
=
=
θ
{
+−=
(
)
()(
чить толщину фланца
Угол поворота фланца рассчитывается по уравнению
h .
[]
.
θ≤σ=θ hED
фк
Из условий герметичности фланцевого соединения допускаемое значение
угла поворота фланца: для плоских приварных фланцев –
приварных встык –
[]
009,0
θ при D ≤ 2000 мм и
[]
В случае изменения в процессе расчёта величин
]
013,0
013,0
при D ≥ 2000 мм.
,, hhz необходимо
пб
; для фланцев
учесть эти изменения при определении значений других величин и параметров
и откорректировать расчёт в целом.
Расчёт фланцевого соединения с плоскими приварными и сварными встык
фланцами, работающего под действием внешнего давления, отличается от приведённого выше порядка расчёта только определением болтовой нагрузки и
изгибающих моментов.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до по
выбирается по зависимости
Болтовая нагрузка в рабочих условиях равна
1ср.п1б
дачи наружного давления)
20
[]
4,0;max fzqbDp σπ= .
.
QQpp
1д1б2б
}
бб
б
Приведённые изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца
определяются по уравнениям:
5,0 sDDQDDpM .
5,0 DDpM −=
;
ср.пб1б01
20
[] []
)
0ср.пдср.пб2б02
σσ−−−−=
б
В качестве расчётного изгибающего момента принимается большее значение.
3.5. ОПОРЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ СТРОПОВКИ
Установка технологических аппаратов на фундаменты или специальные
несущие конструкции осуществляется с помощью опор. Непосредственно на
фундаменты устанавливают лишь аппараты, имеющие плоские днища и предназначенные для работы под наливом.
В зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для горизонтальных и вертикальных аппаратов.
Опоры для горизонтальных аппаратов. Горизонтальные аппараты уста-
навливают на седловых опорах (рис. 3.31).
Седловая опора состоит из сваренных между собой опорной плиты
1, двух
2, стойки 3 и опорного
листа
4. Число седловых опор, располагаемых вдоль аппарата, определяется
расчётом в зависимости от длины и массы аппарата и может быть равно двум
или более.
53
Рис. 3.31. Конструкции седловых опор:
1 – опорная плита; 2 – рёбра; 3 – стойка; 4 – опорный лист
При этом одна опора выполняется неподвижной, остальные – подвижные.
Отверстия под фундаментные болты у подвижных опор выполняются овальной
формы, что обеспечивает свободную температурную деформацию корпуса аппарата; при этом температурные удлинения между двумя смежными опорами не
должны превышать 35 мм. Скольжение опоры от температурных удлинений
аппарата, устанавливаемого на бетонном фундаменте, должно происходить по
оп
орному листу, а для аппарата, устанавливаемого на металлоконструкции, – по
листу, предусматриваемому в самой металлоконструкции. Для обеспечения
свободного перемещения опоры фундаментные болты подвижных опор должны
быть снабжены контргайками, которые обеспечивают зазор между основной
гайкой и плитой, равный 1...2 мм
Регулировочные болты, предусмотренные в опорах, после выверки аппара-
та на фундаменте и затвердевания бето
нной подливки удаляются.
Опоры изготавливаются обычно из стали Ст3 или, при установке аппарата
в районах с низкими зимними температурами из низколегированных сталей
16ГС, 09Г2С. Опора должна обеспечивать угол охвата аппарата не менее 120°.
Опорный лист приваривается к аппарату прерывистым угловым швом с ка-
тетом, равным меньшему из значения толщины к
орпуса и опорного листа. Если
корпус аппарата подлежит термообработке, приварка опорного листа осуществляется до термообработки, а опора к корпусу приваривается после неё. Сварка
деталей седловых опор между собой выполняется сплошными односторонними
угловыми или тавровыми швами, а опоры и опорного листа прерывистым двухсторонним угловым швом.
Различают три типа седловых опор: ти
ружным диаметром
D
= 159...630 мм и нагрузкой на одну опору Q = 10...80 кН;
н
тип 2 – для аппаратов с внутренним диаметром
п 1 предназначен для аппаратов с на-
D = 800…2000 мм и
Q = 80...450 кН: тип 3 – для аппаратов с D = 2200…4000 мм и Q = 250...1400 кН.
Расчёт горизонтальных аппаратов в месте установки седловых опор.
Рассмотрим аппарат, установленный на двух симметрично расположенных опорах. В качестве расчётной схемы для определения опорных усилий, моментов и
поперечных усилий принимают балку кольцевого сечения, шарнирно опёртую
в местах расположения опор (рис. 3.32). Цилиндрическая обечайка без колец
жёсткости показана на рис. 3.33.
54
р
H
=
ψ
Рис. 3.32. Расчётная схема аппарата,
ающегося на две седловые опоры
опи
Рис. 3.33. Цилиндрическая обечайка,
не подкреплённая элементами жёсткости
Нагрузки балки рассчитывают по зависимостям:
2
G
q
=
G – вес аппарата в условиях эксплуатации или испытания (монтажа), МН;
где
;
4
HL
+
3
D
qM =
0
, (3.36)
16
L – длина цилиндрической части аппарата, включая длину цилиндрической
отбортовки днища, м;
Опорное усилие определяется по формуле
где коэффициент 1
Изгибающие моменты в сечении над опорой рассчитываются по зависимости
Максимальный момент в сечении между опорами определяется по формуле
– высота выпуклой части днища, м.
G
F ψ=
,
n
при числе опор п = 2.
⎛
⎜
MM −
012
⎝
==
21
L
⎛
−+= H
a
FMM
⎜
⎝
2
2
⎞
+
Haq
⎟
3
⎠
2
Lq
⎛
⎞
⎜
⎟
222
⎝
⎠
. (3.37)
M
0
4
⎞
+−
⎟
3
⎠
2
.
Величина поперечного усилия в сечении обечайки над опорами равна
2+−
aL
=
Q
.
F
4
HL
3
Проверка несущей способности обечайки в сечении между опорами. Для
сосудов, которые работают под внутренним избыточным давлением, условие
прочности рассчитывается по формуле
pd
()
−
cs
4
где
K – коэффициент, определяемый по работе [1].
9
4
+
KM
912
2
()
−π
csD
[]
,
σϕ≤
55
Условие устойчивости определяется выражением
[
{
≤
[
[
[
M
M
[]
0,112≤
.
Для сосудов, работающих под наружным давлением, условие устойчивости
записывается в виде
M
где
p
p
[] []
[]
p и
[]
M рассчитывают по формулам, приведённым в разделе 3.2.
M
0,112≤+
,
Проверка несущей способности обечайки в области опорного узла. Несу-
щую способность проверяют в нижних точках 2 и 3 (рис. 3.33). Для цилиндрической обечайки без подкладных листов условие прочности записывается в виде
Допускаемое опорное усилие от нагружения в осевом направлении
допускаемое опорное усилие от нагружения в окружном направлении
считываются по формулам:
[]
F
=
2
[]
F
=
3
[]
σ и
2
[]
σ – предельные напряжения изгиба в месте крепления опор (опре-
3
где
деляются по ГОСТ Р 52857.5), МПа;
ширины пояса опоры;
охвата;
K – коэффициент, учитывающий влияние ширины пояса опоры (коэффици-
17
K – коэффициент, учитывающий влияние расстояния до днища;
16
K , 14K – коэффициенты, учитывающие влияние угла
12
][]
[]
7,0
2
]
9,0
3
K – коэффициент, учитывающий влияние
10
}
;min FFF
()()
KK
()()
. (3.38)
32
cscsD
−−σ
; (3.39)
1210
cscsD
−−σ
KKK
171614
, (3.40)
]
F рас-
]
F и
2
3
енты – справочные величины, определяются по номограмме работы [1]).
Параметры, необходимые для определения коэффициентов, равны
a
=γ 83,2
D
cs
−
;
D
=β 91,0
.
()
csDb−
Осевое мембранное напряжение изгиба, которое действует в зоне опорного
узла, рассчитывается по зависимости
4
1
=σ
1
2
.
()
csDM−π
56
Проверку устойчивости обечайки следует проводить по формуле
[
[
[
[
{
≤
[
[
M
p
[] [][] []
M
p
F
e
1
+++
F
2
Q
⎛
⎞
⎜
⎟
Q
⎝
⎠
, (3.41)
0,1
≤
где 0=p – для аппаратов, которые работают под внутренним избыточным дав-
лением. Значения допускаемых величин
]
p ,
[]
M ,
F и
]
]
Q определяются по
соответствующим формулам, представленным в разделе 3.1.
Эффективное осевое усилие от местных мембранных напряжений, действующих в
области опоры, определяют по зависимости
FF
=
e
D
π
()
4
−
,
KK
cs
1513
где K13, K15 – коэффициенты, определяемые по номограмме работы [1].
Для цилиндрической обечайки с подкладными листами при выполнении
условия
190
Значение величин
а значение коэффициента
bDKb 5,1
+≥ прочность обечайки проверяется по формуле
]
F и
F , определяются по формулам (3.39) и (3.40),
2
K – по номограмме работы [1].
19
][]
]
3
}
;min5,1 FFF
.
32
Если вышеуказанное условие не выполняется, то прочность проверяют
по формуле (3.38). При этом подкладной лист рассматривают как седловую
опору шириной
принимать
b с углом обхвата δ
2
b , а вместо δ
2
1
; в расчётных формулах вместо b следует
2
– δ2, при этом толщина подкладного листа не учиты-
вается.
Подкладной лист рассматривается в качестве усиления стенки аппарата,
а во всех формулах вместо толщины стенки обечайки следует использовать расчётное значение
2
s
⎛
⎞
()
R
css
2
+−=
1
⎜
⎝
.
⎟
−
cs
⎠
Проверка устойчивости обечайки проводится по выражению (3.41).
Рассмотренная методика расчёта применяется при соблюдении условий
°≤δ≤° 18060
1
;
05,0/)(≤− Dcs
, а при наличии подкладных листов – ss f
2
Расчёт аппаратов, имеющих три или более опор, опирающихся на две опоры
несимметрично, а также аппаратов, укреплённых в зоне опорного узла кольцами
жёсткости, приведён в ГОСТ Р 52857.5.
Опоры для вертикальных аппаратов. Вертикальные аппараты с отношени-
ем высоты к диаметру
площадках на фундаментах, в качестве опорных устройств снабжаются
(рис. 3.34, а). Стойка состоит из двух вертикальных косынок 1 и прива-
ками
ренного к ним снизу основания
с регулировочным винтом
Н/ D < 5, устанавливаемые в помещениях и на открытых
стой-
2. К основанию приварен подкладной лист 3
4. Число стоек определяется расчётом и конструк-
тивными соображениями и должно быть не менее трёх (обычно три-четыре).
.
57
Стойки привариваются к эллиптическому или коническому днищу аппарата.
Расчёт днищ аппаратов в месте установки опорных стоек изложен в ГОСТ Р
52857.5.
Аппараты, устанавливаемые на междуэтажных перекрытиях, специальных
металлических конструкциях, в качестве опорных устройств снабжаются
лапами (рис. 3.34, б). Лапа представляет собой две вертикальные косынки 1 и
приваренное к ним снизу основание
с регулировочным винтом
4.
2, к которому приварен подкладной лист 3
После выверки аппарата на фундаменте регулировочные болты удаляются.
Число лап определяется расчётом и конструктивными соображениями и обычно
составляет 2…4. Лапы привариваются или непосредственно к боковым стенкам
аппарата или к накладному листу. Конструкционный материал для изготовления опор выбирают по условиям эксплуатации. При больших нагрузках между
лапой и корпусом аппарата в целях увеличения жёсткости к
орпуса в местах
установки опор применяют прямоугольный накладной лист, привариваемый
к корпусу аппарата сплошным швом. Если опоры изготовлены из углеродистой
стали, а аппарат – из коррозионно-стойкой, то накладные листы следует изготавливать из стали той же марки, что и корпус аппарата.
58
а)
б)
Рис. 3.34. Опоры для вертикальных аппаратов:
а – стойки; б – лапы; 1 – косынка; 2 – основание;
3 – подкладной лист; 4 – регулировочный винт
Расчёт корпуса вертикального аппарата в месте установки опорных лап.
[
При проверке прочности места крепления опорных лап к цилиндрическим или
коническим обечайкам принимают, что направление действия усилия от опоры
параллельно оси обечайки. Геометрические характеристики опорных лап, необходимые для расчётов, приведены на рис. 3.35.
Усилие, которое действует на опорную лапу, рассчитывается по выражению
⎧
+
⎪
⎪
⎪
=
F
⎨
22
+
⎪
⎪
+
⎪
⎩
24
MG
()
++⋅+
sseD
21
MG
()
[]
2886,03
MG
()
++⋅+⋅
sseD
21
=
++⋅+
sseD
21
n
==
;4;2при
nn
(3.42)
=
;3при
n
4при
и равномерной нагрузке на все опорные лапы (точный монтаж, установка прокладок, подливка бетона и т.п.).
При отсутствии подкладного листа подставляют
неизвестна, то её принимают равной
5
6
le =
. При наличии момента М допуска-
11
s
= 0. Если величина е1
2
ется устанавливать аппарат на две опорные лапы при условии, что момент будет
действовать в плоскости опор.
Проверка несущей способности обечайки в месте приварки опорной лапы
без подкладного листа проверяется по зависимости
[]
где
[]
σ – предельное напряжение изгиба (определяется по ГОСТ Р 52857.5),
МПа;
K – коэффициент, определяемый по номограмме работы [1].
7
При
5,0 hg+ .
1
5,01<hg значение
[]
FF
=≤
]
F необходимо умножить на величину
2
()
csh
−σ
1
,
eK
17
Рис. 3.35. Геометрические характеристики опорных лап
59
Несущая способность обечайки в месте приварки опорной лапы с подклад-
[
+
ным листом проверяется по зависимости
[]
где
K – коэффициент, определяемый по номограмме работы [1].
8
При
6,032<bb значение
F следует умножать на 324,0 bb
[]
FF
=≤
()
]
2
()
csb
−σ
3
,
seK
+
218
. Изложен-
ную методику расчёта следует использовать при выполнении условия
()
05,0≤− Dcs , а при наличии подкладного листа –
5,1 hb ≤ ; ss ≥
13
.
2
2,0 hg ≥ ;
1
6,0 bb ≥ ;
32
Опоры колонных аппаратов. Вертикальные аппараты с соотношением вы-
соты к диаметру
5≥HD , которые размещаются на открытых площадках, мон-
тируют на юбочных (цилиндрических или конических) опорах. Для аппаратов
диаметром
D = 400…6300 мм в соответствии с «АТК 24.200.04 Опоры цилинд-
рические и конические вертикальных аппаратов. Типы и основные размеры»
изготавливают пять типов опор: тип 1 – цилиндрические с местными косынками
(рис. 3.36,
(рис. 3.36,
тип 4 – конические с кольцевым опорным поясом (рис. 3.36,
а); тип 2 – цилиндрические с наружными стойками под болты
б); тип 3 – цилиндрические с кольцевым опорным поясом (рис. 3.36, в),
г).
Юбочная опора состоит (рис. 3.36) из цилиндрической либо конической
обечайки (юбки)
нок)
3, стоек 4 или опорного пояса 5. Опору приваривают верхней частью к ап-
1, фундаментного кольца 2 и укрепляющих элементов (косы-
парату, а нижней с помощью анкерных болтов крепят к фундаменту. Косынки
представляют собой вертикальные рёбра, привариваемые к опорной обечайке и
опорному кольцу для придания большей жёсткости. Стойка
4 представляет собой
3
а) б) в) г)
Рис. 3.36. Конструкции опор для колонных аппаратов:
с наружными стойками под болты; в – цилиндрические с кольцевым опорным поясом;
60
а – цилиндрические с местными косынками; б – цилиндрические
г – конические с кольцевым опорным поясом:
1 – юбка; 2 – фундаментное кольцо; 3 – косынка; 4 – опорная стойка;
5 – опорный пояс; 6 – лаз; 7 – окно; 8 – вентиляционные отверстия