4. Примеры решения задач по теме «Укрепление отверстий в оболочках»

Пример 4.1.

Для цилиндрической оболочки горизонтального емкостного аппарата, работающего под внутренним давлением, определить наибольший диаметр одиночных отверстий, не требующих дополнительного укрепления, и минимальное расстояние между наружными поверхностями штуцеров, когда их можно считать одиночными.

Исходные данные:

Диаметр аппарата D = 3000 мм, исполнительная толщина обечайки s = 20 мм, расчетная толщина обечайки s_Р = 16,8 мм, прибавки к расчетной толщине стенки с = с_Ш = 1,5 мм.

Решение:

Считаем, что укрепляющих колец нет. Тогда минимальное расстояние между отверстиями, когда их еще можно считать одиночными

  2 L₀ =

 = 2 мм.

Наибольший допускаемый диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления

=

м.

Пример 4.2.

Рассчитать для конического днища патронного фильтра, работающего под внутренним давлением, укрепление нормального одиночного отверстия без использования накладного кольца.

Исходные данные:

Диаметр аппарата D = 1000 мм, внутренний диаметр днища по центру укрепляемого отверстия D_К = 750 мм, внутренний диаметр штуцера d = 50 мм, длина штуцера l₁= 125 мм, исполнительная толщина конической оболочки s = 4 мм, расчетная толщина конической оболочки s_Р = 2,5 мм, расчетная и исполнительная толщина штуцера s_Ш._Р = 0,87 мм, s_Ш. = 4 мм, материал конической оболочки и штуцера – сталь 12Х18Н12Т; угол при вершине конического днища 2 = 90⁰, прибавки к расчетной толщине стенки с = с_Ш = 1 мм.

Решение:

Наибольший допускаемый диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

= 0,043 м = 43 мм.

Поскольку внутренний диаметр штуцера d >d₀ (50 >43 мм), то отверстие необходимо укреплять.

Расчетная длина внешней части штуцера, участвующая в укреплении отверстия:

l_1P = min{l₁; 1,25} =

= min = 15,6 мм.

В случае укрепления отверстия только внешней частью штуцера должно выполняться условие:

,

где ₁ = []_Ш/[] = 1, s _У.Р = l _2Р = 0, d_0P – расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при отсутствии избыточной толщины стенки обечайки, d _P – расчетный диаметр круглого отверстия, D_Р – расчетный диаметр конического перехода.

D_P = D_K/cos = 1,061 м.

d_P = d + 2с_Ш = 0,052 м,

= 0,4(1,061(4-1)10^-3)^0,5 = 22,610^-3 м,

62,4410^-6 м² > 36,7510^-6 м² ,

т.е. условие укрепления выполняется.

Пример 4.3.

Для цилиндрической обечайки корпуса горизонтального кожухотрубчатого теплообменника, работающего под внутренним давлением, рассчитать укрепление отверстия штуцера торообразной вставкой.

Исходные данные:

Наружная поверхность штуцера отстоит от трубной решетки на расстоянии L_Н = 90 мм, внутренний диаметр аппарата D = 1,2 м, внутренний диаметр штуцера d = 0,35 м, длина штуцера l₁= 0,2 м, исполнительная толщина торообразной вставки L = 590 мм, исполнительная толщина стенки обечайки s = 12 мм, расчетная толщина стенки обечайки s_Р = 8,5 мм, расчетная и исполнительная толщина штуцера s_Ш._Р = 2,5 мм, s_Ш = 16 мм, материал корпуса и штуцера оболочки и штуцера – сталь ВСт3сп, прибавки к расчетной толщине стенки с = с_Ш = 1 мм, внутренний радиус торообразной вставки r₀ = 24мм.

Решение:

Определим, близко или далеко располагается штуцер от трубной решетки. Для этого проверяем условие

L_Н  L₀,

где L₀ – расчетная длина образующей оболочки в зоне укрепления:

L₀ = = 114,9 мм,

т.о. штуцер считается близко расположенным. Тогда условие укрепления торообразной вставкой имеет вид:

.

С учетом того, что ₁ = []_Ш/[] = 1,

= 0,4(1,2(12-1)10^-3)^0,5 = 0,046 м,

l_1P = min{l₁; 1,25} =

= min = 90,8 мм.

1641,2510^-6 м² > 1398,2510^-6 м² – условие укрепления выполняется,

Пример 4.4.

Для цилиндрической обечайки кожухотрубчатого конденсатора, работающего под вакуумом, рассчитать укрепление отверстия внешней отбортовкой стенки аппарата.

Исходные данные:

Внутренний диаметр аппарата D = 1 м, внутренний диаметр штуцера d = 0,3 м, длина штуцера l₁= 0,2 м, длина цилиндрической части аппарата L = 4 м, исполнительная толщина стенки обечайки s = 12 мм, расчетная толщина стенки обечайки s_Р = 6,3 мм, расчетная и исполнительная толщина штуцера s_Ш._Р = 0,92 мм, s_Ш. = 10 мм, материал корпуса и штуцера оболочки и штуцера – сталь ВСт3сп5, прибавки к расчетной толщине стенки с = с_Ш = 1,5 мм, внутренний радиус отбортовки r₀ = 10 мм.

Решение:

Условие укрепления отверстия отбортовкой имеет вид:

.

Здесь ₁ = []_Ш/[] = 1,

l_1P = min{l₁; 1,25} =

= min = 63,4 мм.

Расчетный диаметр отверстия штуцера (5.6):

d_P = d + 1,5(r₀ – s_P) + 2с_Ш =

= 0,3+1,5(10-6,3)10^-3+21,510^-3= 0,309 м,

Наибольший допускаемый диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления:

= 0,175 м ,

т.о.отверстие диаметром 300 мм необходимо укреплять.

Условие укрепления отверстия отбортовкой выполняется

94310^-6 м² > 84410^-6 м²