Федеральное агентство по образованию
Воронежская государственная технологическая академия
Кафедра машин и аппаратов пищевых производств
Пояснительная записка
к расчетно-практической работе №4
На тему: расчет укрепления отверстий в аппарате
По курсу: расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств
По специальности: 260601 МАПП
Выполнил: _____________________________________ Баранов А.Ю. гр. М-021
Дата, подпись.
Проверил: ______________________________________ доц. Прибытков А.В.
Дата, подпись.
Воронеж, 2005г.
Цель работы: приобретение практических навыков расчета укреплений отверстий в аппаратах, работающий под внутренним или под наружным избыточным давлением.
Задание: рассчитать укрепления отверстия, если заданы: внутренний диаметр оболочки D, мм; расчетное давление Р, МПа; расчетная температура t, ˚С; длина неукрепленной части оболочки l, мм; диаметр отверстия d, мм; расстояние от центра укрепления отверстия до оси оболочки r, мм; длина внешней части штуцера l1, мм; длина внутренней части штуцера l2, мм; внутренний радиус отбортовки r0, мм; прибавка к расчетной толщине стенки С, мм; тип оболочки; марка стали, из которой изготовлены оболочки, штуцер, укрепляющий элемент; вид нагружения (внутреннее или наружное давление); тип укрепления отверстия; коэффициент прочности сварных швов φ=1,0.
Вариант 2.
Тип оболочки – цилиндрическая.
Марка стали – 12Х18Н12Т.
Вид нагружения – внутреннее давление.
Тип укрепления отверстия – утолщение стенки.
Внутренний диаметр оболочки D=2500 мм.
Расчетное давление Р=0,65 МПа.
Расчетная температура t=150 ˚С.
Диаметр отверстия d=250 мм.
Длина внешней части штуцера l1=250 мм.
Длина внутренней части штуцера l2=15 мм.
Прибавка к расчетной толщине стенки С=1,0 мм.
Расчетная часть
Определение основных размеров.
Расчетные диаметры, мм, укрепляемых элементов определяют по формуле:
Расчетный диаметр круглого отверстия штуцера:
где Сш – прибавка к расчетной толщине штуцера (в расчетах примем, что Сш=С).
Исполнительную S и расчетную Sр толщину укрепляемой оболочки определяем по формуле
.
где σ=146 мПа – допускаемое напряжение для стали при расчетной температуре.
Расчетную Sшр и исполнительную Sш толщину штуцера определяют по формулам:
Расчетная длинна внешней l1р и внутренней l2р частей штуцера, участвующих в укреплении отверстия,
где l1 и l2 – фактическая длина соответственно внешней и внутренней частей штуцера, мм.
Ширина зоны укрепления
Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при отсутствующей избыточной толщине стенки укрепляемой оболочки
Так как d>dор, то отверстие необходимо укреплять.
Укрепление отверстий внешней отбортовкой стенки аппарата
Исполнительная толщина принимается по конструктивным соображениям:
Принимаем Sy=3 мм, соблюдая условие Sy<S.
Коэффициент
и
- соответственно отношения допускаемого
напряжения штуцера и усиливающего
элемента к допускаемому напряжению
материала укрепляемой оболочки; так
как все элементы выполнены из одного
материала, то χ1=χ2=1.
Тогда
Следовательно условие укрепления отверстия отбортовки стенки аппарата выполняется.
Допускаемое внутреннее давление определяется по формуле
где,
- для цилиндрических обечаек
где ν – определяется по формуле
Тогда
Контрольные вопросы
1. Какие существуют способы компенсации ослабления оболочки отверстиями различного назначения?
Повышение напряжения в области отверстий снимают двумя способами:
1. увеличением толщины стенки всей оболочки исходя из максимальных напряжений у края отверстия – нерационален, так как область повышенных напряжений незначительна и ограничивается диаметром
где d – диаметр отверстия; Dp – расчетный диаметр оболочки; S – толщина стенки; С – конструктивная прибавка к толщине на коррозию.
2. укреплением края отверстия добавочным материалом, применением специальных колец, привариваемых к стенке аппарата или усилением патрубка.
2. В чем состоит сущность геометрического критерия укрепления отверстий в оболочках?
Геометрический критерий предусматривает компенсацию площади продольного сечения выреза с помощью дополнительных укрепляющих элементов, расположенных в зоне укрепления.
Зоной укрепления отверстия считают прямоугольник BCDE со сторонами:
где l1p и l2p – соответственно расчетная длина внешней и внутренней частей штуцера; d – диаметр отверстия штуцера; Sш – толщина стенки штуцера; Sy.p – расчетная толщина усиливающего обечайку элемента; L0 – расчетная длина образующей оболочки в зоне укрепления.
Условие укрепления имеет вид
где А – площадь продольного сечения
выреза, подлежащая компенсации; А0
– площадь продольного сечения оболочки,
участвующая в укреплении; А2
– площадь продольного сечения,
усиливающего обечайку элемента в зоне
укрепления; А1Н и А1В
– площади продольного сечения
соответственно наружной и внутренней
частей штуцера, участвующие в укреплении;
и
- соответственно отношения допускаемого
напряжения штуцера и усиливающего
элемента к допускаемому напряжению
материала укрепляемой оболочки.
3. Как определить расчетный и наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления?
Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при отсутствующей избыточной толщине стенки укрепляемой оболочки определяется по формуле
где DR – расчетный диаметр оболочки; S – толщина стенки; С – конструктивная прибавка к толщине на коррозию.
Наибольший диаметр отверстия, не требующего дополнительного укрепления,
4. В чем заключается условие укрепления взаимовлияющих отверстий?
Условия укрепления отверстия утолщением стенки аппарата, штуцером, накладным кольцом имеет вид
торообразной вставкой
5. Как определить величину допускаемого внутреннего и наружного давления при расчете укрепления отверстий в аппаратах?
Допускаемое наружное давление определяется по формуле
где [Рн]шσ – допустимое наружное давление в пределах пластичности, определяемое по формуле; [Рн]Е – допускаемое наружное давление в пределах упругости для соответствующих оболочек.
Допускаемое внутреннее избыточное давление в оболочке можно определить по формуле
