Укрепление одиночных отверстий

Теоретические предпосылки укрепления отверстий

Разберемся, когда и какое отверстие можно не укреплять, а какие необходимо укреплять. В сосудах, работающих при малых перепадах давлений, такая необходимость как укрепление отверстий может не возникнуть. В сосудах под давлением небольшие отверстия (под резьбу, под патрубки и т.д.) тоже.

Укрепление отверстий обычно осуществляется втулками, накладками и бобышками. Основные размеры укрепляющих элементов определяется, исходя из условия равенства сечения материала укрепляемой стенки, удаляемого при образовании отверстия и сумме сечений добавляемых укрепляющих элементов.

Например:

Площадь сечения удаленного метала:

Тогда условие прочности состоит в следующем:

где.- расчетная площадь поперечного сечения стенки удаленного металла вырезом;

- расчетная толщина стенки;

- площадь сечения избыточного над расчетным;

- - площадь сечения патрубка;

- площадь сечения укрепляющего кольца и направляемого металла;

Укрепляющим считается лишь тот металл, который лежит внутри зоны укрепления АБВГ.

А₁ – избыточное сечение металла стенок сосуда;

А₂ – избыточное сечение металла стенок штуцера;

А₃ – площадь сечения накладок и напрвляемого металла.

Наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления определяется по формуле:

,

где s- исполнительная толщина стенки обечайки;

s_R - расчетная толщина стенки обечайки;

D_R - расчетный внутренний диаметр укрепляемого элемента (цилиндра, днищ и др.).

Если расчетный диаметр одиночного отверстия удовлетворяет условию:

d_R < d₀ ,

то укрепление отверстия не требуется,

где d_R - расчётный диаметр укрепляющего отверстия в стенки рассматриваемого элемента (определяется по специальным формулам).

Расчетный диаметр укрепляющего отверстия принимают следующим образом.

- для отверстий в цилиндрических обечайках d_R = D (D – внутренний диаметр цилиндрической обечайки);

- для сферических днищ,а также торосферических днищ вне зоны отбортовки d_R = 2R, где R – радиус сферической части днища;

- для эллиптического днища; где - радиус кривизны в какой либо точки эллипса; Х - расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллептического днища;

- для конического днища, где D – диаметр конической обечайки на оси отверстия.

Условие укрепления отверстия:

= - избыточная площадь сечения металла штуцера;

l_2RS₂X₂ - избыточная площадь сечения металла укрепляющего кольца;

l_3R (S₃ - 2C_K)X₃ - избыточная площадь сечения металла внутреннего штуцера;

l_R(S – S_R - C) - избыточная площадь сечения металла стенки укрепления.;

0,5(d_R – d_ОR)S_R - площадь сечения удалённого металла стенки укрепления;

d_OR = 0.4 = F - расчётный диаметр отверстия, не требующего укрепления при отсутствии избыточной толщины стенки укрепления.

Расчётные длины зон участвующие в укреплении - l_R; l_1R; l_2R; l_3R - определяются по формулам см. ГОСТ 14249-89.

Располагать отверстия эллиптические, прямоугольные или другие вытянутой формулы цилиндрических, конических и др. обечайках рекомендуется так, чтобы меньший размер отверстия был бы направлен вдоль образующей.

Укрепляющее накладное кольцо изготавливается из того же материала, что и стенка сосуда и должно работать вместе со стенкой. Поэтому швы должны глубоко проплавленные и иметь достаточное сечение и правильную форму.

Укрепляющее кольцо обычно ставится снаружи аппарата. В этом случаи оно не подвергается коррозии и его удобнее приваривать.

Каждая укрепляющее кольцо снабжено специальным сигнальным отверстием с резьбой М10. Его располагают в нижнем части кольца. Во время эксплуатации оно должно быть открыто. Оно позволяет обнаружить нарушения герметичности основного сварного шва, прикрепляющего патрубок к корпусу аппарата. Кроме того, при помощи сжатого воздуха и мыльной пены можно проверить плотность всех сварных швов соединение патрубка и укрепляющего кольца до испытаний аппарата в целом.