Некоторые требования к изготовлению цилиндров

ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ТОНКОСТЕННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК.

ТЕМА № Пропущенно БТТО см.метод. лаб. Раб.

4.1. Порядок прочностного расчета стенок аппарата.

Определение прочностных размеров аппаратов с помощью уравнений, основанных на мембранной теории, рекомендуется производить в следущей последовательности:

- определяют габаритные (параметрические) размеры аппарата и выбирается форма всех его частей;

- составляют эскиз аппарата;

- выбирается конструкционный материал и способ изготовления частей аппарата и их сеединения;

- определяется величина расчетного давления с учетом гидростатического давления столба жидкости во время испытания и устанавливают­ся величины и схемы приложения всех возможных дополнительных нагрузок;

- расчетом определяется рабочая температура стенок аппарата;

- устанавливаются допускаемые напряжения, причем они для разных мест аппарата, даже изготовленного из одного и тогоже материала, могут быть различными;

- выбираются коэфициенты прочности швов в зависимости от конст­рукции;

- определяется величина прибавки на коррозию;

- подсчитываются все вспомагательные величины;

- определяется прочностная величина стенок для всех составных частей оболочки - аппарата;

- проверяется величина максимально допускаемых испытательных напряжений;

В особо ответственных случаях, а также для аппаратов, изготовленных из хрупких материалов или нагруженных знакопеременной нагрузкой, учитывается еще и влияние краевых моментов и сил.

Цилиндрические обечайки являются одним из основных элементов химических аппаратов. Из одной или нескольких обечаек образуется цилиндрический корпус аппарата (колонны, вращающиеся цементные печи и др.). Обечайки, как правило, изготавливаются вальцовкой из листо­вого проката, иногда используют сварные трубы большого диаметра. Вальцованные обечайки должны иметь как можно меньше сварных швов, особенно продольных. Поэтому листы для изготовления обечаек выбирают больших размеров с рациональным раскроем. Итак, обечайки до 1000 мм должны изготовляться не более чем с двумя продольными шва­ми, а более 1000 мм - из максимальновозможных листов по размерам.

Продольные швы в листах смежных обечаек должны быть смещены по отношению друг к другу на значение не менее - 3-х - кратной толщи стенки обечайки, но не менее, чем на 100 мм между осями швов.

Неперпендикулярность торцов обечайки к ее образующей допускается в пределах 1 мм на 1 м диаметра, но не более ±3 мм при диаметре до 3м.

Корпус аппаратов сварeные из отдельных обечаек, должны удовлетворять следующим требованиям:

- отклонение по длине (высоте) допускается в пределах ± 0,3% от номинальной длины (высоты) корпуса, но не более75 мм;

- непрямолинейность образующей допускается в пределах 2 мм на 1 м длины (высоты), на всей длине корпуса: 20 мм на 10 м и 30 мм – свыше 30м.

- отклонение наружного диаметра корпуса (овальность) определяется значением, %:

,

где - D_max, D_min - наибольший и наименьший диаметры корпуса соответственно.

Значение " а " допускается в следующих пределах:

а ≤ 0,5% - для корпусов колонных аппаратов и аппаратов, работающх

под наружным давлением;

а ≤ 1,0% - для корпусов аппаратов, работающих под внутренним избыточным давлением;

а ≤ 2,0% - для корпусов аппаратов, работающих без избыточного давления и под наливом.

4.4.1. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ АППАРАТА ПО МЕТОДУ ЦКТИ.

Конструкционные углеродистые и легированные стали являются материалами эластичными и подчиняются закону Гука. сложно напряженное состояние этих материалов как до предела текучести, так и за ним наиболее хорошо учитывается четвертой энергетической теорией прочности Губерга – Мизиса – Генки. Согласно этой теории условие прочности выражается следущим образом:

≤ ²,

где,, – кольцевые, меридиональные и радиальные напряжения соответственно;

- допускаемое напряжение.

Для плоского напряженного состояния =0, а мы рассматриваем плоскую задачу, тогда условие прочности примет вид:

.

Произведём простейшие математические преобразования, получим:

.

Согласно мембранной теории, и подставим в последнее уравнение, получим:

Находим:

.

Введем в формулу коэффициент прочности сварного шва и конструктивные прибавки С (учёт эрозии, коррозии, минусового допуска на толщину листа и т.д.), получим:

,

где D – серединный диаметр поверхности оболочки.

При стыковке оболочек присоединительным размером является преимущественно внутрений диаметр. При переходе от D_ср к D_вн цилиндрической оболочки формула примет такой вид:

.

В таком виде формула приведена в нормативных документах ЦКТИ.Этой формулой можно пользоваться при расчете аппаратов или сосудов, для которых отношение аппаратов

.

Во время проведения расчета необходимо установить величины,,.

4.4.2.РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ ПО МЕТОДУ НИХИММАША.

Работа химических аппаратов происходит в условиях более тяжелых, чем работа котельных агрегатов. Это и в отношении нагрузок, коррозии и возможных отклонений режима от нормального. Поэтому НИХИММАШ при участии представителей ЦКТИ разроботал метод расчета толщины стенки аппарата, учитывая специфику работы химической аппаратуры.

При составлении расчетных формул за основу взята третья теория прочности – теория наибольших касательных напряжений. Эта теория удовлетворительно описывает поведение материала значительно большего числа конструкционных материалов, чем энергетическая.

Условие прочности по теории наибольших касательных напряжений следущим образом:

_.

Для плосконапряженного состояния, т.е. для нашего случая, так как мы рассматриваем плоскую задачу:

;,

вследствии чего условие прочности примет вид

_{, но},

тогда

где D – серединный диаметр поверхности оболочки.

Для перехода к диаметру внутреннему с учетом кэффициента прочности сварного шва, и заменим на s_р имеем:

,

где - рассчётная толщина стенки оболочки или корпуса цилиндрического аппарата.

Исполнительная толщина стенки аппарата (как и в ГОСТ 14249-89) определяется по формуле:

,

где С – коэффициент конструктивной прибавки, м.

Данная расчетная формула применима при отношении толщины стенки к диаметру:

для обечаек и труб при D ≥200мм;

для труб при D <200мм.

Допускаемое внутрение избыточное давление следует рассчитывть по:

.

При изготовлении обечайки из листов разной толщины, соединяются продольными швами, расчет толщины обечайки проводят только для каждого листа с учетом имеющихся в них ослаблений.