2 Практична частина

2.1 Вихідні дані

Розрахувати на міцність сталевий зварний апарат з оболонкою, який має конічне днище і випуклу кришку. Тиск в апараті – р = 0,2[МПа], температура t=120 [⁰С]; тиск в оболонці р₀ =0,4 [МПа], температура t₀ =150 [⁰С].

Розміри апарату: D=1600 мм, L=1550 мм, Н_д= 1440 мм, L₀=14000 мм, Н₀= 1315 мм, D₀=1700 мм,

Висота відбортування конічного днища = 50 мм.

Радіус округлення між циліндричним відбортуванням і конічною частиною днища r =200 мм.

Діаметр отвору для штуцера, розташованого у вершині конуса днища D_отв=100 мм.

Діаметр отвору у вершині конуса оболонки D_отв⁰=170 мм

Матеріал апарата – сталь ВСтЗ, кут при вершині конуса днища 2α=90⁰; кришка сферична не відбортована (Нк=0,134D).

2.1.1 Додаткові данні, прийняті в розрахунках

Допустима напруга для сталі ВСт3:

при температурі 120⁰С [σ]₁₃₀ =132 МПа [5, с.394];

при температурі 150⁰С [σ]₁₅₀ =130,5 МПа [5, с.394].

Модуль пружності для вуглецевої сталі:

при температурі 120⁰С Е₁₃₀ =1,89·10⁵ МПа [5, с.395];

при температурі 150⁰С Е₁₅₀ =1,86·10⁵МПа [5, с.395].

Коефіцієнт запасу стійкості n_с=2,4.

Приймаємо зварювання двобічне напівавтоматичне. При цьому коефіцієнт міцності зварного шва – φ = 0,9.

Приймаємо додачу на корозію с=2 мм.

2.1Розрахунок обичайки апарата

Товщина стінки обичайки, навантаженої внутрішнім надмірним тиском:

(1)

де s- товщина обичайки корпусу, мм;

р - тиск в апараті, МПа;

D – діаметр апарату, мм

φ - коефіцієнт міцності зварного шва;

с - додача на корозію, мм.

Товщина стінки обичайки, навантаженої зовнішнім надмірним тиском:

(2)

де р_об - тиск в оболонці, МПа;

К₂ – коефіцієнт.

Коефіцієнт К₂ визначаємо за номограмою для розрахунку на стійкість циліндричних обичайок, що працюють під зовнішнім тиском К₂=f(К₁ ,К₃).

(3)

де n_с - коефіцієнт запасу стійкості;

Е - модуль пружності для вуглецевої сталі.

Розрахункова довжина (висота) обичайки

(4)

де L – довжина циліндричної обичайки;

Н_д – довжина конічного днища;

h_ц - висота відбортування конічного днища.

Визначаємо коефіцієнт К₃:

(5)

За номограмою [5, с.396] визначаємо коефіцієнт К₂=0,4

Тоді

Приймаємо найбільшу стандартну товщину стінки S=10 мм.

Перевіряємо допустимий зовнішній тиск.

Допустимий тиск за умов міцності:

(6)

Допустимий тиск за умов стійкості:

(7)

де В₁ – коефіцієнт.

(8)

Отже

Допустимий зовнішній тиск

(9)

р_об=0,4>[р]=0,11, що не допустимо.

Отже, приймаємо s=12мм і виконуємо перевірку на допустимий зовнішній тиск.

Допустимий тиск за умов міцності:

Допустимий тиск за умов стійкості:

Допустимий зовнішній тиск

р_об=0,4>[р]=0,2, що не допустимо.

Отже, приймаємо s=14мм і виконуємо перевірку на допустимий зовнішній тиск.

Допустимий тиск за умов міцності:

Допустимий тиск за умов стійкості:

Допустимий зовнішній тиск

р_об=0,4>[р]=0,34, що не допустимо.

Отже, приймаємо s=16мм і виконуємо перевірку на допустимий зовнішній тиск.

Допустимий тиск за умов міцності:

Допустимий зовнішній тиск

Що допустимо оскільки р_об=0,4<[р]=0,52.

2.3 Розрахунок днища апарата

Товщина стінки днища корпусу, навантаженої внутрішнім надмірним тиском:

(10)

де D_K - розрахунковий діаметр конічного днища, D_K=0,8·D;

D – діаметр відбортовки або основи конуса

α – половина кута при вершині конуса.

Приймаємо s_K =4мм

Товщина стінки днища корпусу, навантаженої зовнішнім надмірним тиском:

(11)

де D_Е – еквівалентний діаметр

(12)

де D_ОТ –діаметр отвору для штуцера або патрубка.

Коефіцієнт К₁=2,15. Визначаємо коефіцієнт К₃:

(13)

де l_Е – ефективна довжина конічного днища.

(14)

За номограмою [5, с. 396] визначаємо коефіцієнт К₂=0,5.

Приймаємо S_K =8мм

Допустимий тиск за умов міцності:

(15)

Допустимий тиск за умов стійкості:

(16)

де В₁ – коефіцієнт.

(17)

Отже

Допустимий зовнішній тиск

(18)

оскільки р_об=0.4>[р]=0,13 ,що не допустимо.

Отже, приймаємо S_K=10мм і виконуємо перевірку на допустимий зовнішній тиск.

Допустимий тиск за умов міцності:

Допустимий тиск за умов стійкості:

.

що допустимо, оскільки р_об=0.4<[р]=0,51.