7 Расчет укреплений отверстий

Цель работы: изучить основные сведения для расчета укреплений отверстий, рассчитать на примере решения задачи своего варианта.

7.1 Основные сведения

Приведенные ниже методы расчета применимы для определения размеров укрепляющих элементов, а также допускаемых давлений цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и конических днищ с круглыми и овальными отверстиями. Пределы применения расчетных формул и номограмм ограничиваются условиями, приведенными в таблице 7.1.1.

Таблица 7.1.1 – Условия применения формул для расчета укрепления отверстий

Наименование параметров	Условия применения формул для расчета укрепления отверстий
	в цилиндрических обечайках	в конических обечайках, переходах или днищах	в эллиптических днищах	в сферических и торосферических днищах
Отношение диаметров
Отношение толщины стенки обечайки или днища к диаметру

При значениях отношений, превышающих пределы, установленные в таблице 7.1.1, рекомендуется использовать специальные методы расчета на прочность укреплений отверстий, не охватываемые настоящим стандартом.

При установке наклонных штуцеров с круговым поперечным сечением настоящий метод применим, если угол  (рисунок 7.1.1 б) не превышает 45°, а отношение осей овального отверстия d₁ и d₂ (рисунок 7.1.1 а) удовлетворяет условию

.

Эти ограничения не распространяются на тангенциальные штуцера (рисунок 7.1.1 в), на наклонные штуцера, ось которых лежит в плоскости поперечного сечения обечайки (рисунок 7.1.1 г).

Рисунок 7.1.1 – Наклонные штуцера в обечайке

7.2 Условия методики укрепления одиночных отверстий

Изложенная ниже методика укрепления одиночных отверстий в стенах аппаратов из пластичных материалов, работающих при статических нагрузках, применяется при следующих условиях:

- для круглых отверстий в стенках цилиндрических обечаек и сферических и эллиптических днищ

- для круглых отверстий в стенках конических обечаек и днищ

где - половина угла при вершине конуса; остальные параметры на рисунке 7.2.1;

- для овальных отверстий

где - длины меньшей и большей осей овального отверстия. При расчете укрепления овальных отверстий используют параметрd – длину большей оси овального отверстия, т.е. .

Отверстие считается одиночным, если ближайшее к нему отверстие не оказывает на него влияние, что возможно, когда расстояние между центральными осями соответствующих штуцеров удовлетворяет условию

где А_Д – расстояние между осями штуцеров, м;

d₁,d₂ – внутренние диаметры первого и второго штуцеров, м;

S_ш1 ,S_ш2 – толщина стенки первого и второго штуцеров, м.

Рисунок 7.2.1 – Расчетные схемы для различных конструкций укрепления отверстии в стенках аппаратов, работающих при статических нагрузках: а — укрепление односторонним штуцером; б— двусторонним штуцером; в - одно­сторонним штуцером и накладкой; г — двусторонним штуцером и двумя накладка­ми; д - отбортовкой и штуцером; е – бобышкой

Если расстояние А между двумя смежными отверстиями будет меньше А_д то расчет укреплений можно производить так же, как для одиночного отверстия с условным диаметром

где С – конструктивная прибавка, м.

Наибольший допустимый диаметр d_д ,м, одиночного отверстия в стенке, не требующего дополнительного укрепления, определяется по формуле

где S^/ - номинальная расчетная толщина стенки корпуса аппарата без конструктивной прибавки и при

- коэффициент прочности сварного шва.

Если диаметр отверстия , то укрепления отверстия (и соответственно дальнейшего расчета) не требуется. Если, то необходимо выбрать тип укрепления и для него выполнить изложенные ниже условия.

7.3 Условия укрепления отверстия штуцером

В случае приварки штуцера или трубы к стенке аппарата по схеме а) и б) на рисунке 7.1.3 (наиболее часто встречающийся случай при конструировании) укрепление отверстия этим штуцером является достаточным, если соблюдаются условия:

при одностороннем штуцере (схема а)

при двустороннем штуцере (схема б)

где - номинальная расчетная толщина стенки штуцера (без прибавок),м.

При несоблюдении этих условий в соединение необходимо вводить дополнительные укрепления в виде местного утолщения стенки штуцера, местного утолщения укрепляемой стенки или накладки. Толщину стенки штуцера, участвующей в укреплении, исходя из рациональной сварки, не рекомендуется увеличивать более чем до 2S/

При укреплении отверстия штуцером и накладкой первоначальная толщина стенки не увеличивается, а толщину укрепляющей накладки S_н принимают равной толщине стенкиS.

Укрепление в этом случае обеспечивается при условиях:

для схемы в (рисунок 6.1.2)

для схемы г

Если эти условия не будут выполнены, то необходимо увеличить толщину стенки штуцера S_ш (до S_ш), либо толщину накладки S_н (в тех же пределах), либо то и другое до соблюдения указанных условиях.

При приварке штуцера или трубы к отбортованной стенке по схеме д рисунок 7.1.2 укрепление отверстий отбортовкой и штуцером является достаточным, если соблюдено условие:

Следует иметь в виду, что толщина отбортовки S_б из технологических соображений может быть не более 0,8S, чем и ограничивается применение таких укреплений.

Ширина накладки b_н (или бобышки) рассчитывается по формуле

,м

7.4 Пример расчета укрепления отверстий

Исходные данные: Ректификационная колонна непрерывного действия работает при давлении Р=1,2 МПа, МПа. Конструктивную прибавку на коррозию принимать, где- коррозионная проницаемость,- амортизационный срок службы аппарата,

Выполнить расчет укрепления отверстия.

1. Определить номинальную расчетную толщину стенки корпуса аппарата без конструктивной прибавки и при

Округляем полученную толщину стенки до стандартного значения

2. Определить наибольший допустимый диаметр, не требующий дополнительного укрепления.

Условием укрепления отверстия является . Такое отверстие в нашей колоннеd_исп=360 мм.

3. Определить номинальную расчетную толщину стенки этого штуцера

Примем с учетом коррозии

4. Определить длину части штуцера, участвующей в укреплении отверстия.

примем .

5. Выполните проверку, достаточно ли данного штуцера для укрепления отверстия.

вычислим отдельно левую часть неравенства

и правую часть

Поскольку правая часть неравенства меньше левой, то укрепление не обеспечено

6. Укрепим отверстие накладным листом толщиной, равной толщине стенки корпуса, т.е. S_п =20 мм. Этот способ целесообразен, так как позволяет использовать отходы при изготовлении соответствующих по толщине обечаек и днищ.

7. Вычислим ширину укрепляющей накладки

примем равной .

8. Укрепление в этом случае будет обеспечено при условии:

Левая часть этого неравенства вычислена выше, найдем правую часть:

1-й член ее известен 0,225

2-й член

Сумма обоих членов условие

9. Укрепление обеспечено.

7.5 Задание для самостоятельного расчета укрепления отверстий

Ректификационная колонна непрерывного действия работает при давлении Р=1,2 МПа, МПа. Конструктивную прибавку на коррозию принимать, где- коррозионная проницаемость,- амортизационный срок службы аппарата,

Выполнить расчет укрепления отверстия.

Таблица 7.5.1 – Исходные данные для расчета укрепления отверстий

№ Варианта	D, Dв ; м	dш, dу ;м
1	3,2	0,36
2	4,2	0,48
3	5,6	0,60
4	1,8	0,22
5	2,0	0,24
6	2,5	0,29
7	8,0	0,84
8	6,3	0,67
9	4,6	0,50
10	2,8	0,32