конспект РиКМА

В том случае, если y > 1,5 фундаментные болты устанавливаются; если

y < 1,5 , то фундаментные болты не рассчитываются, но устанавливаются без расчета 4-8 болтов не менее М36.

15.2. Расчет опорной обечайки

Максимальное напряжение определяется по условию (8) (рис. 15.4).

Рис. 15.4

D1 = DВ (1 − 0,65K 0 ) ,

где K0 – зависит от диаметра:

Цель расчета: определить толщину опорного кольца (рис. 15.5).

Рис. 15.5

Расчет ведется по методике расчета на изгиб консольной балки от действия удельных нагрузок, возникающих от напряжений в бетоне.

Нагрузка на полоску шириной в 1см и длиной b:

qк = σ maxb

За максимальное принимается напряжение сжатия бетона (≈8МПа). Момент, изгибающий консольную балку:

где ϕизг – коэффициент изгиба.

Если толщина кольца получается больше, чем толщина опорной обечайки, опору укрепляют ребрами жесткости (рис. 15.6).

1 – опорное кольцо; 2 – ребро жесткости; 3 – металлическое кольцо; 4 – шайба; 5 – фундаментный болт

В промежутках все интерполируется. Высота ребер жесткости: h ≤ 0,01H + 50 ,

Где H – общая высота аппарата.

l1 = 4dболта + 20 ≤ 160

Где σ min – берется из эпюры напряжений при пустом аппарате.

При расчете принимаем, если диаметр аппарата D < 1400мм первоначально принимают 4 болта М24.

Если 1400 < D < 2200 первоначально принимают 6 болтов М30.

Если D > 2200 первоначально принимают 8 болтов М36. Конструктивные добавки ∑ c = 3мм .

Напряжение в сварном шве:

где Qmax – максимальная нагрузка при наполнении водой от верхнего до нижнего штуцера.

Площадь сварного шва:

fсв.шв. = πDна 0,7δ оп

Момент сопротивления:

Wсв.шв. = 0,8 0,7Dна2 δ оп

Опорная обечайка проверяется на устойчивость формы от действия веса аппарата (рис. 15.7).

Устойчивость опорной обечайки проверяется из условия:

G + M В < 1 ,

Gдоп Мдоп

где Gдоп – допускаемая осевая сжимающая сила.

Gдоп = πDна (δ − с)ϕс[σ ] ,

где ϕc – коэффициент ослабления сварным швом.

15.3. Расчет на сейсмические нагрузки

Рис. 15.8

Момент сейсмичности:

∑ K M

Si = Kc βQi ∑ c i ,

Kc2 M i

где β – коэффициент динамичности, зависит от периода колебаний (при

T = 0,4 2,0 - β = 1 4 ).

Коэффициент сейсмичности:

§16. Аппараты высокого давления

Внекоторых производствах технологический процесс происходит при давлениях до 30 МПа и температурах до 600ºС.

К оборудованию в таких производствах применяются повышенные требования: необходимо обеспечить неутечку среды за весь расчетный период работы

.

Для того, чтобы обеспечить неутечку среды из аппарата эти аппараты вы-

полняются малых диаметров и большой длины. Обычно соотношение H = 10 15 .

D 1 1

По давлению все сосуды условно делятся на:

-низкого давления (до 0,6 МПа);

-среднего давления (0,6÷2,5 МПа);

-повышенного давления (2,5÷10 МПа);

-высокого давления (10÷100 МПа);

-сверхвысокого давления (более 100 МПа).

Кматериалам АВД предъявляются повышенные требования. При таких условиях в основном металле появляется явление ползучести.

Ползучесть – самопроизвольное изменение напряжений при неизменных деформациях.

При таких условиях углерод металла вступает в реакцию с технологической средой, образуя метан. Поэтому внутренние слои изготавливают из безуглеродистой стали типа Х3МН. Также по причине ползучести в корпусах аппаратов не допускаются отверстия. Все вводы и выводы выполняются в днищах и крышках.

Если металл испытывает ползучесть, то считается, что он работает на усталость. Это означает, что незначительные трещины в корпусе ведут к значительным разрушениям. Поэтому АВД не подлежат ремонту и при образовании трещины в цилиндрическом корпусе они выбрасываются.

Все сосуды высокого давления делятся на:

– холодные <425°С;

– горячие >425°С.

По конструкции АВД делятся на: однослойные и многослойные.

16.1. Однослойные АВД

Бывают: литые, кованные. Различаются по методу изготовления (см. рис. 16.1-16.3).

тип ДГ (днище-горловина)

Рис. 16.1

тип Д (днище)

Рис. 16.2

тип Ц (цилиндр)

Рис. 16.3

Недостаток таких АВД: т.к. толщина стенки АВД достигает 35-55см, на их изготовление тратится большое количество дорогостоящего материала. Кроме того изготовление методом протяга (тип Ц) требует много энергии. Поэтому в промышленности в основном используются многослойные АВД.

16.2. Многослойные АВД

Бывают:

1)Витые;

2)Оплёточные;

3)Изготовленные методом автофретажа.

Витые. Берется гильза толщиной 12 мм из материала стойкого в данной технологической среде. К ней прикладываются 2 полуобечайки с углом обхва-

та170 - 190º (рис. 16.4).

Рис. 16.4

Полуобечайки натягиваются с давлением 150 ат одна к другой. После натяга они привариваются к предыдущей обечайке и между собой. После закрепления полуобечаек к ним прихватываются последующие слои до обеспечения расчетной толщины стенки. К такому же типу сосудов относятся и сосуды изготовленные натягом. Внутренний диаметр наружной обечайки больше наружного диаметра внутренней обечайки на 2-3 мм. Одна обечайка запрессовывается в другую горя-

чим или холодным способом.

Оплёточные. Берется гильза толщиной 12 мм и оплетается проволокой горячим или холодным натягом или лентой (усилие натяга 150 атм) (рис. 16.5).

Профиль ленты

Рис. 16.5

Преимущества: только внутренний слой можно изготавливать из дорогостоящих легированных сталей; по сравнению с однослойными резко уменьшаются отходы; при натяге происходит перераспределение напряжений, поэтому они более надежны в работе.

Автофретаж. Изготавливается сосуд с предварительно рассчитанной толщиной стенки. В него подается давление в сотни раз превышающее рабочее. Давление подается кратковременно (10-15 мин). Происходит перераспределение напряжений по слоям (рис. 16.6).

Рис. 16.6

По безмоментной теории максимальным является кольцевое напряжение, которое всегда напряжение растяжения. Оно меняется по толщине стенки: максимальное на внутренней стороне и минимальное на наружной.

При подаче давления автофретажа внутренние слои основного металла начинают растягиваться. Т.к. наружные слои находятся в прежнем напряженном состоянии, они мешают растяжению внутренних слоев, поэтому при общей деформации растяжения внутренние слои будут в сжатом напряженном состоянии.

Следовательно, преимущество многослойных сосудов:при изготовлении ви-

тых, оплеточных и сосудов с натягом происходит перераспределение напря- жений по толщине стенки, она становится равномерно нагруженной.

К толстостенным относятся все сосуды с соотношением Dн ≥ 1,2 . Здесь

Dвн

β=1,2 – коэффициент толстостенности.

Материалы в различных точках толстостенного сосуда нагружены неравномерно. В любой точке стенки толстостенного сосуда на текущем радиусе

Максимальное напряжение соответствующее максимальному давлению Р на внутренней поверхности называется несущей способностью АВД.

Допускаемое давление [Р] соответствующее несущей способности будет при появлении напряжений соответствующих текучести

Таким образом несущая способность зависит от соотношения внутренних и наружных диаметров, т. е. зависит от β, и когда β достигает напряжения текучести наступает работа металла на разрушение. Поэтому помимо прочности все АВД рассчитываются на давления разрушения. В соответствии с этим установлены 3 характеристических давления:

Первое – предел упругого сопротивления

Второе – предел пластичного сопротивления

P = σ T ln β 2 ;

3

Третье – давление разрушения

PP = σ B ln β .

Появление пластических деформаций на внутренней поверхности металла стенок не говорит о том, что аппарат разрушается.

При первом давлении появляются трещины. Второе характеристическое давление соответствует дальнейшему распространению текучести по стенкам сосуда, но металл течет недостигая предела прочности. При дальнейшем распространении деформации трещины достигают наружного слоя и металл разрушается (рассыпается). Как только в АВД трещина образовалась на наружной поверхности аппарата он выбрасывается.

16.3. Обогрев АВД

На рис. 16.7 представлены схемы напряженного состояния сосудов при раз-

Рис. 16.7

Под действием температуры внутренние слои начинают течь, наружные препятствуют текучести. Поэтому внутренние слои при деформации растяжения находятся в сжатом напряженном состоянии. Наружные слои – в растянутом. Таким образом при внутреннем обогреве материал стенок АВД находится в равномернораспределенном напряженном состоянии.

При обогреве снаружи наружные слои начинают течь, внутренние слои препятствуют их деформации. Наружные слои - в прежнем растянутом состоянии. Из эпюры видно (рис. 16. 7), что температурные напряжения на внутренней поверхности резко возрастают при наружном обогреве.

Поэтому АВД никогда не обогреваются снаружи. Все нагревательные элементы монтируются на крышках или помещаются внутрь сосуда.

16.4. Расчет АВД

Цель: найти кольцевые, меридиональные и радиальные напряжения, по одной из теорий прочности определить эквивалентные напряжения, сравнить их с допускаемыми и оценить прочность по трем характеристическим давлениям.

На стенки аппарата действует равномерно распределенное внутреннее давление (рис. 16.8).

Рис. 16.8

Сила от действия внутреннего давления должна уравновешиваться силой от действия меридионального напряжения согласно уравнению равновесия.

Картина напряженного состояния представлена на рис. 16.9.

Рис. 16.9

Из (1) видно, что σm постоянно по толщине стенки и всегда напряжение растяжения. Кольцевые напряжения аналогично безмоментной теории прочно-