1. Примеры решения задач по теме «Расчет обечаек, днищ и крышек тонкостенных аппаратов, нагруженных внутренним давлением»

Пример 1.1

Рассчитать толщину стенки плоской крышки распределительной камеры горизонтального кожухотрубчатого конденсатора.

Исходные данные:

Внутренний диаметр кожуха D = 800 мм; давление среды в трубах р = 0,6 МПа; расчетная температура крышки t = 120 ⁰C; плотность среды _С = 1100 кг/м³; материал крышки – листовой прокат из стали ВСт3пс; прибавка к расчетной толщине стенки с = 1мм; диаметр болтовой окружности D_Б = 1040 мм; средний диаметр прокладки D_С.П. = 866 мм; отношение реакции прокладки к равнодействующей внутреннего давления R_П/F_Д = 1,1. Тип крышки 10.

Решение.

Формула для определения расчетной толщины плоской крышки имеет вид

,

где К – коэффициент, учитывающий тип закрепления;

К_О – коэффициент ослабления крышки отверстием;

D_P – расчетный диаметр, м;

p_P – расчетное давление, МПа;

 – коэффициент прочности сварного шва;

[] – допускаемое напряжение материала при рабочей температуре, МПа.

Из таблицы 2.1 [11] определяем, что

,

где

.

Крышка отверстиями не ослаблена: К₀ =1.

Гидростатическое давление среды:

р_г = _С gD,

р_г = 1100  9,81  0,8  10^–6 = 0,0086 МПа.

(р_г /р) 100 % = 0,0086 / 0,6 =1,43  5 %

т.о.

р_р = р = 0,6 МПа.

Допускаемое напряжение:

для рабочего состояния

[] = *,

де * – нормативное допускаемое напряжение при расчетной температуре;

 – поправочный коэффициент учитывающий вид заготовки, =1.

[] = 1 132,8 = 132,8 МПа.

Для гидравлических испытаний

[]_В = _т20/1,1,

[]_В = 210 /1,1 = 190,9 МПа.

Поскольку сварные швы отсутствуют, то = 1.

мм.

Если в крышке есть отверстия, например, по центру отверстие d = 60 мм, то

=1,036

Тогда

мм

Если отверстий несколько:

Например d₁ = 20 мм, d₃ = 30 мм = 50 мм.

=1,03

Тогда

мм.

Пример 1.2.

Определить допускаемое внутренне давление для цилиндрической обечайки кожуха вертикального кожухотрубного теплообменника с U-образными трубами.

Исходные данные:

Высота обечайки Н_ц = 9500 мм; внутренний диаметр D = 800 мм; толщина стенки s = 8 мм; в межтрубном пространстве находится дитолилметан с _С = 1200 кг/м³; температура среды t_С = 250 ⁰С; внутреннее давление р = 1,6 МПа; материал кожуха – листовой прокат из стали 16ГС; прибавка к расчетной толщине стенки с = 1,5 мм; швы – сварные с двусторонним сплошным проваром выполнены вручную  = 0,93.

Решение.

Допускаемое внутренне давление :

в рабочем состоянии

[p] = 2  [] (s – c) / (D + s – c),

при гидравлических испытаниях

[p]_B = 2  []_в (s – c) / (D + s – c).

Допускаемое напряжение для материала кожуха при температуре

[]_В = 280/1,1 = 254,5 МПа.

[p] = 2  0,93  145  (8 – 1,5)/(800 + 8 – 1,5) = 2,1 МПа.

[p]_B = 2  0,93  254,5  (8 – 1,5)/(800 + 8 – 1,5) = 3,81 МПа.

Давление при испытаниях

р_Р = max {1,25p [ ]₂₀ / [ ]; (p +0,3)}.

Расчетное давление

р_P = р + р_Г,

где гидростатическое давление

,

р_Г = 1200  9,81  9,5  10^–6 = 0,111 МПа.

0,111  100 / 1,6 = 6,875 % > 5 %,

р_P = 1,6 + 0,111 = 1,711 МПа

.

Пример 1.3.

Определить толщину стенки резервуара шарового типа.

Исходные данные:

Внутренний диаметр D_С = 10500 мм; рабочее давление среды р = 0,25 МПа; плотность среды _С = 1100 кг/м³; расчетная температура t = 40 ⁰C; материал резервуара – двухслойная сталь (ВСт3сп + 10ХГСН1Д); скорость коррозии планирующего слоя из стали 10ХГСН1Д П = 0,053 мм/год; срок службы  = 20 лет; коэффициент прочности сварных швов  = 0,9.

Решение.

Исполнительная толщина сферической оболочки:

+ с + с₀

Гидростатическое давление

,

р_Г = 1100  9,81  10,5  10^–6 = 0,113 МПа.

0,113  100 / 0,25 = 45,2 % > 5 %,

р_P = 0,25 + 0,113 = 0,363 МПа.

Поскольку Н_ж > 8 м, то

,

МПа.

Допускаемые напряжения для стали ВСт3сп при рабочей температуре

138,5 МПа, 140 МПа,190,9 МПа.

Плакирующий слой воспринимает воздействие коррозионной среды, толщина его составит

s_ПЛАК = П + с’,

s_ПЛАК = 0,053  20 + 0,94 = 2 мм.

Толщина основного конструктивного материала:

= 9 мм.

Общая толщина стенки

s_С + s_ПЛАК = 2 + 9 = 11мм.