lucko_a_n_telepnev_m_d_marculevich_n_a_i_dr_prikladnaya_meha

где s – исполнительная толщина стенки оболочки (табл. 10), мм;

ℓp – см. формулу (33);

sр1 – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки (16, 17, 18). Расчетные длины внешней ℓ1p и внутренней ℓ3p части штуцера (в

случае расчѐта сливного штуцера принимают ℓ3p= 0), мм:

где sш – исполнительная толщина стенки штуцера или люка (см. таблицы соответствующих штуцеров и люков), мм.

Площади продольного сечения соответственно наружной и внутренней частей штуцера или люка, участвующие в укреплении, мм2:

где sшр – расчетная толщина стенки штуцера или люка (вычисляется по

формуле (16) при D = dш + 2с и = 1), мм.

Условие укрепления отверстия за счет стенки штуцера и оболочки выполняется если

в) При невыполнении условия (42), отверстие в корпусе необходимо дополнительно укрепить приварным накладным кольцом (рис. 6,

б).

Требуемая площадь сечения кольца, мм2:

3.1.7 Расчет фланцевых соединений корпуса и люка

Герметичность фланцевого соединения обеспечивается правильным подбором материала прокладки и учетом действующих усилий.

Элементы фланцевого соединения проверяются на прочность (в курсовом проекте проверяется прочность болтов и прокладок).

Фланцевые соединения отъемной крышки корпуса, люка и других штуцеров (заглушек) комплектуются прокладками, материал которых выбирается в зависимости от коррозионной стойкости и термостойкости (табл. Б.8), причем, следует отдавать предпочтение материалам с низкой величиной коэффициента Кп (табл. 14).

Ширина прокладок b принимается в зависимости от типа и раз-

меров фланцев (рис. Г.1, Г.2, Г.3, Г.4, Г.5; В.13, В.14, В.15 и табл. Г.1, Г.2; В.15, В.16).

Толщина прокладок sп зависит от марки материала (табл. 14). Материал фланцев с учетом коррозионной стойкости, как прави-

ло, принимается таким же, как и материал корпуса аппарата, соприкасающийся с рабочей средой (табл. 1). В случае применения двухслойной стали для корпуса, то следует выбирать фланцы из углеродистой стали (например, сталь 20) с коррозионной облицовкой (рис. Г.3; Г.5). Материал болтов (шпилек) выбирается по ГОСТ 28759.5-90 в зависимости от материала элементов корпуса аппарата по табл. Б.7.

Расчет фланцевого соединения аппарата или люка проводится на основе ГОСТ Р 52857.4-2007.

Так как фланцевые соединения (рис. 7) относятся к статическинеопределимым системам [11], для расчета усилий, действующих на болты (шпильки) и на прокладку, предварительно необходимо опреде-

лить податливость болтов и прокладки (податливость – величина обратная жесткости, равна отношению деформации к вызывающей ее силе). Поскольку жесткость фланцев, как правило, значительно больше жесткости эластичных и асбометаллических прокладок, податливостью фланцев можно пренебречь.

Податливость болтов соединения, м / Н:

где ℓб = hф +0,28dб – приведенная длина для болтов, м;

ℓб = hф + 0,56dб – приведенная длина для шпилек, (рис. Г.1) м;

hф 2h + sп – общая высота дисков фланцевого соединения (уточненное значение дано на рисунке Г.1), м;

h – высота диска фланца (рис. Г.2, Г.3, Г.4, Г.5 и табл. Г.1, Г.2), м;

52

Таблица 14 – Характеристики материалов прокладок

* Меньшее значение толщины прокладки для оболочки диаметром D < 1400 мм

53

Еб 20 – модуль упругости материала болта при 20 С (табл. Б.4), Па; dб – наружный диаметр резьбы болта (табл. Г.1, Г.2), м;

zб – число болтов (шпилек) в соединении (табл. Г.1, Г.2); Аб – минимальная площадь сечения болта (табл. 15), м2.

Податливость прокладки, м / Н:

где Ко – коэффициент обжатия (табл. 14); sп – толщина прокладки (табл. 14), м;

b – ширина прокладки (рис. Г.1 и табл. Г.1 и Г.2), м; = (Dп – b) – средний диаметр прокладки, м;

Dп – наружный диаметр прокладки (табл. Г.1 и Г.2), м;

Еп 20 – условный модуль сжатия материала прокладки при 20 С

(табл. 14), Па.

Коэффициент внешней нагрузки , т.е. доля усилия от давления рабочей среды, передаваемая на болты соединения, рассчитывается с учетом податливости болтов и прокладки:

54

При расчете фланцевых соединений рассматривают два режима: 1 – монтаж – аппарат без давления с начальной температурой tо = 20 С; 2 – эксплуатация под давлением рабочей среды с температурой tр.

В условиях монтажа усилия затяжки болтов Fб1 и усилия сжатия прокладки Fп1 равны, т.е. Fб1 = Fп1. Усилие затяга контролируется при помощи специального динамометрического ключа. Эти предварительные усилия должны быть такими, чтобы сохранялась герметичность и в условиях эксплуатации, поскольку внутреннее давление, действуя на крышку и растягивая болты, снижает усилия на прокладку (рис. 8), которое может стать меньше усилия, обеспе-

чивающего герметизацию.

Усилие от давления рабочей среды, Н:

to = 20 C – начальная температура;

ф, б – коэффициенты линейного расширения материалов фланцев и болтов (табл. Б.5), 1/град;

Еб 20, Еб – модуль упругости материалов болтов при 20 С и при рабочей температуре (табл. Б.4), Па.

55

Усилие (расчетное), которое должно быть приложено к прокладке, чтобы обеспечивалась герметичность в рабочих условиях (рис. 7, б), Н:

Рисунок 8. График зависимости усилий на болтах Fб и прокладке Fп от давления рр.в и температуры tp рабочей среды

где Кп – коэффициент материала прокладки (табл. 14);

bo – эффективная ширина прокладки (bo = b при b 0,015 м,

bo = 0,1225 b при b 0,015 м), м;

Усилие затяжки Fб1, действующее как на болты, так и на прокладку при монтаже, принимается из двух значений наибольшее, Н:

где qmin – минимальная удельная нагрузка на контактной поверхности прокладки, необходимая для заполнения неровностей уплотнительных поверхностей фланцев (табл. 14);

Ft – температурное усилие в формуле (51б) учитывается только в том случае, если оно меньше нуля (линейное расширение болтов больше, чем фланцев, что может привести к разгерметизации), тем самым в условиях повышенной температуры фланцевого соединения предусматривается компенсация снижения усилия на прокладку путем увеличения

где Ft – температурное усилие в формуле (52а) учитывается только в том случае, если оно больше нуля (линейное расширение болтов меньше, чем у фланцев, что приводит к увеличению нагрузки на болты в рабочих условиях).

Из рисунка 8 следует, что усилие Fд от действия рабочей среды распределяется между болтами и прокладкой, при этом фактическое усилие Fп ф, которое испытывает прокладка в рабочих условиях, меньше чем при монтаже соединения Fп1, но не менее Fп2.

где [nг] = 1,2 – нормативный запас герметичности.

Если условие (53) не выполняется, увеличивают Fб1, исходя из решения неравенства (53), и повторяют расчет с формулы (52).

По результатам определения всех нагрузок во фланцевом соединении следует построить в масштабе график сил, как показано на рисунке 8.

Проверка прочности болтов в условиях монтажа:

где коэффициент 1,3 учитывает крутящий момент, возникающий при затяжке болта из-за трения в резьбовом соединении;

[б]20 – допускаемое напряжение в материале болтов при 20 С

(табл. Б.3), Па.

Проверка прочности болтов фланцевого соединения в рабочих условиях:

57

где [ б] – допускаемое напряжение в материале болтов при рабочей температуре (табл. Б.3), Па.

Проверка прочности материала прокладки:

где [q] – допускаемая удельная нагрузка на прокладку (табл. 14), Па. Если условия (54 56) не выполняются, то следует применить

более прочные материалы болтов (шпилек) и прокладки.

3.1.8 Расчет монтажных цапф корпуса и опор аппарата

Опоры-лапы или опоры-стойки аппарата испытывают нагрузку от общего веса аппарата в рабочих условиях, а цапфы только от веса корпуса аппарата при монтаже (без привода и жидкости). Максимальный вес аппарата Gmax рассчитывается с учетом веса всех составных частей аппарата и максимального веса среды. Вес каждой из составных частей может быть определен точно путем вычисления или по таблицам приложения, содержащим информацию о массе типовых элементов, либо вычислены приближенно. Точный учѐт массы необходим, в частности, при расчѐте стоимости аппарата.

При приближенном вычислении веса корпуса Gк (Н), реальная оболочка заменяется цилиндром того же диаметра D (м), но с плоскими крышкой и днищем, в который можно «вписать» корпус аппарата высотой Н (рис. В.1 – В.8); толщина стенки принимается равной максимальной исполнительной толщине smax (см. результаты вычислений занесенные в табл. 10):

где 1,1 – коэффициент, приблизительно учитывающий вес теплоизоляции (устанавливается при рабочих температурах выше 60С);

ст = 7850 кг/м3 – плотность стали; g 10 м с2;

mк – масса (приблизительная) корпуса аппарата, кг; mл – масса люка (табл. В.16), кг;

58

mф – масса фланцев отъѐмной крышки корпуса (табл. Г.3), кг.

При наличии теплообменной рубашки ее масса (mруб), соответственно и вес, вычисляется как для закрытой плоским днищем цилиндрической оболочки с толщиной стенки sруб s, диаметром Dруб = D1,

высотой Нруб 0,7Н (рис. В.2, В.4, В.6, В.8):

где mi – масса мотор-редуктора (или двигателя с редуктором) со стойкой для опор вала мешалки (табл. Ж.4, Ж.9, Ж.15), масса мешалки (табл. Е.1 – Е.4), масса муфты (табл. Ж.19 – Ж.21), масса уплотнения (табл. Ж.22 и Ж.23), масса вала мешалки:

mв = 0,25πd2ℓρст,

где d, ℓ – диаметр и полная длина вала (принимаются по эскизу компоновки аппарата рис. 4), м.

При расчете максимального веса рабочей среды предполагается, что аппарат с номинальным объемом V заполнен полностью наиболее тяжелой жидкостью (рабочей средой или водой при проведении гидравлических испытаний):

где ж = max{с; в}, с – плотность рабочей среды и в – плотность воды, кг/м3.

Максимальный вес полностью заполненного жидкостью аппара-

та, Н:

59

Масса пустого аппарата (указывается в основной надписи чертежа общего вида) рассчитывается по формуле (61), принимая Gс = 0.

Максимальная масса аппарата заполненного рабочей средой (указывается в перечне технических характеристик на чертеже общего вида) рассчитывается с использованием формул (60, 61), но в формуле (60) вместо номинального объема аппарата V подставляется значение рабочего объема аппарата Vр. Рабочий объем аппарата с уровнем заполнения Нс (см. техническое задание), м3:

где Vц, Vд, Vк – соответственно объемы заполнения цилиндрической части корпуса, эллиптической или конической части днища и эллиптической части крышки (табл. 16), м3.

Таблица 16 – Формулы для расчета объемов заполнения элементов корпуса при уровне жидкости в корпусе – Нс

В таблице обозначено: H, D, h, r – геометрические параметры корпуса (табл. В.1 – В.8 и В.10); Hс – уровень жидкости в корпусе; hc – высота заполнения жидкостью эллиптической части крышки (табл. В.9)

Проверочный расчет опор-лап (рис. Д.1), опор-стоек (рис. Д.2) и цапф (табл. В.14) выполняется по следующей методике:

а) Выбранный типоразмер опоры и цапфы проверяется на грузоподъемность по условиям:

60