8 Расчет аппаратов с рубашкой

Цель работы: ознакомиться с основными видами рубашек в технологических аппаратах, методикой подбора толщины рубашек.

8.1 Основные сведения

Рубашки в технологических аппаратах предназначаются для нагревания или охлаждения обрабатываемых или хранящихся в аппарате главным образом жидких продуктов. Они могут устанавливаться на цилиндрических вертикальных и горизонтальных аппаратах. Наибольшее применение имеют рубашки на вертикальных аппаратах.

Рисунок 8.1.1 – Конструкции неразъемных рубашек для вертикальных стальных сварных аппаратов а – тип 1, с эллиптическим днищем и верхним (исполнение 1) и нижним (исполнение 2) выпуском продукта; б – тип 2, с коническим днищем и углом при вершине конуса и тип 3, с коническим днищем с углом при вершине конуса;в – тип 3, рубашки из полутруб; г – тип 5, рубашки с вмятинами.

По конструкции рубашки бывают неразъемные (приварные к корпусу аппарата) и отъемные..

На рисунке 8.1.1 приведены конструкции стандартных неразъемных рубашек для вертикальных стальных сварных аппаратов. С коническими и эллиптическими днищами рубашки применяются при МПа и°С; приМПа и°С; рубашки из полутруб при МПа и °С; при МПа и°С; рубашки с вмятинами приМПа и°С.

8.2 Расчет аппаратов в рубашкой

Рубашки цилиндрические с эллиптическими и коническими днищами. В этом случае расчет толщины стенок цилиндрических обечаек ведут по следующим формулам.

Толщину тонкостенных цилиндрических рубашек, работающих под внутренним давлением, рассчитывают по формуле, м:

,

где – внутренний диаметр рубашки, м;

– внутреннее давление в рубашке, МПа;

– коэффициент прочности сварного шва;

– допустимое напряжение для материала обечайки, МПа;

– конструктивная прибавка на коррозию, эрозию, учет минусового допуска.

Расчетная толщина стенки рубашки, нагруженной внешним давлением, исходя из условий устойчивости ее в пределах упругости (при запасе на устойчивость ), определяется по формуле, м:

,

где – базовый диаметр рубашки, м;

– наружное давление, действующее на рубашку, МПа;

– модуль упругости (модуль Юнга) для материала рубашки, МПа;

– расчетная длина обечайки, м.

Толщина эллиптического днища рубашки, нагруженного внутренним избыточным давлением, рассчитывается по формуле, м:

,

где – радиус кривизны в вершине днища, м;

– высота днища без отбортовки, м;

– внутренний диаметр днища, м.

Расчет толщины стенки гладких конических днищ рубашки, нагруженных внутренним давлением определяется по формуле, м:

,

где – половина угла при вершине конуса;

– наружный диаметр основания конуса, м.

Рубашки из полутруб требуют расчета:

Толщина стенки полутруб, м:

,

где – расчетное давление в рубашке, МПа;

– внутренний радиус трубы, м;

Толщина стенки обечайки аппарата при внутреннем избыточном давлении в аппарате и рубашке с учетом напряжений изгиба, м:

, (1)

где – расчетное давление в аппарате, МПа.

Толщина стенки корпуса аппарата исходя из устойчивости, м:

, (2)

где комплексы ,исоответственно определяются по формулам:

, (3)

, (4)

, (5)

где – коэффициент запаса устойчивости к пределу текучести, принимается равным 1,6;

– коэффициент, учитывающий некруглость трубы;

– наружный размер поперечного сечения полутрубы в месте присоединения ее к корпусу аппарата, м, причеммм для полутруб из трубмм;мм для полутруб из трубмм.

За толщину стенки аппарата принимают большее из значений определенных по формулам (1), (2).

Рубашки с вмятинами требуют расчета:

Толщины стенки обечайки и днищ аппарата, м:

,

где – шаг между вмятинами, м.

Толщины стенок обечайки и днища рубашки, м:

,

где – конструктивная прибавка к толщине стенки рубашки, м.

8.3 Пример расчета аппаратов с рубашкой

Произвести расчет на прочность основных элементов реактора-котла с рубашкой.

Исходные данные: Внутренний диаметр котла мм, рубашки -мм, расчетная длинна цилиндрической обечайки корпуса аппаратамм, давление в корпусе аппарата избыточное 0,6 МПа, вакуумметрическое до 0,08 МПа; температура в корпусе аппарата 160 °С, в рубашке – 160 °С; давление в рубашке 0,6 МПа.

Принимаем расчетное наружное давление для обечайки корпуса аппарата равным сумме внутреннего избыточного давления в рубашке и вакуумметрического давления в корпусе аппарат, т.е., МПа:

.

Полагая, что в корпусе аппарата и рубашке среды не коррозионно-активные, в качестве материала реактора выбираем ВСт3сп.

Толщину стенки цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним давлением, определяем по (1), м:

.

Принимаем м.

Тогда, допускаемое избыточное давление:

,

.

Так как МПа <МПа, условие прочности выполняется.

Толщину стенки корпуса аппарата из условия прочности от внутреннего давления определим по (2), предварительно определив коэффициенты по формулам (3) – (5):

,

,

,

.

Тогда, допускаемое избыточное давление:

,

.

Так как МПа <МПа, условие прочности выполняется.

Принимаем конечную толщину стенки аппарата мм.

8.4 Задание для самостоятельного расчета аппаратов с рубашкой

Выполнить расчет на прочность основных элементов реактора-котла с рубашкой. Варианты задания представлены в таблице 8.4.1.

Таблица 8.4.1 – Исходные данные для расчета аппаратов с рубашкой

Вариант	, мм	D1, мм	l, мм	PR, МПа	P, МПа
1	450	500	900	2,5	0,18
2	500	550	650	2,5	0,18
3	550	600	700	2,5	0,16
4	600	650	750	2,5	0,16
5	650	700	850	1,6	0,16
6	700	800	900	1,6	0,14
7	750	850	600	1,6	0,14
10	800	900	650	1	0,12
11	850	950	700	0,6	0,12
12	900	1000	750	0,8	0,10
13	950	1050	800	0,6	0,10
14	1000	1100	850	0,3	0,08
15	1100	1200	900	0,3	0,08