Эллиптические днища

СФЕРИЧЕСКИЕ НЕОТБОРТОВАННЫЕ ДНИЩА

Сферические неотбортованные днища (в виде сферического сегмента) применяются главным образом в аппаратах, работающих под наливом или при избыточном давления не более 0,07 МПа, а также в виде составных частей отъемных крышек в аппаратах, работающих под избыточным давлением до 1,6 МПа.

Сферические не отбортованные днища нормализованы и применяются: в аппаратах диаметром 3,6 – 12 м и толщиной стенки 10 – 36 мм.

Сферические не отбортованные днища малых диаметров изготавливаются штамповкой из листа, а при больших диаметрах – составными сварными по принципу полусферических.

Некоторые конструкции соеденения неотбортованных сферических днищ с цилиндрической обечайкой на рисунке:

Расчет толщины стенки производится методом последовательных приближений по ГОСТ 25221 – 82 с последующим округлением до стандартной толщины листа. Предварительно толщину стенок определяют по формуле:

а затем по формуле:

где - допускаемое напряжение для материала сферического сегмента при расчетной температуре, МПа;

- коэффициент прочности кальцевого сварного шва на краю для сферических днищ;

– коэффициент, который определяется по специальной формуле см. ГОСТ 25221 – 82.

В качестве расчетной толщины днища или крышки принимают больше из двух значений.

Исполнительная толщина стенки:

Допускаемое внутреннее избыточное давление:

где – допускаемое избыточное давления из условия прочности центральной зоны:

– допускаемое избыточное давления из условия прочности краевой зоны:

Условие прочности [Р] ≥ Р. Если условие прочности не выполняются, то необходимо увеличить толщину стенки днища до выполнения условия.

Наиболее распространённой формой днищ в сварных технологических аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору, является эллиптическая форма днищ с отбортовкой на цилиндр (рис. 2.1 а). Для технологического оборудования применяют днища, изготовляемые по ГОСТ 6533-78 – днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов; ГОСТ 11372-74 – днища эллиптические отбортованные латунные и алюминиевые.

Рациональная форма эллиптических днищ в цилиндрических аппаратах, с точки зрения восприятия давления, и объясняет их широкое применение в аппаратостроении. Прочностные преимущества объясняются тем, что распределение напряжений в них более равномерное, вследствие постепенного и непрерывного изменения радиусов кривизны от центра к краю.

Чаще всего эллиптические днища изготавливаются горячей штамповкой, отбортованные на цилиндр по соответствующим стандартам и нормалям, и, кроме того, вытяжкой на прессах без утонения стенки. Такие днища рекомендуются использовать в сварных и паянных цилиндрических аппаратах горизонтального исполнения независимо от давления, в вертикальных колонных аппаратах под вакуумом или наружным избыточном давлении более 0,07 МПа.

Таким образом, широкое приминение в химическом аппаратостроении штампованных из листового проката эллиптических днищ объясняется их прочностными премуществами вследствии рациональной формой и равномерным распределением напряжений.

При расчете на прочность эллиптических выпуклых днищ, работающие под внутренним или наружным давлением, следует пользоваться методикой по ГОСТ 14249 – 89, согласно которой толщина эллиптического днища, работающего под внутренним давлением, определяется по формулам:

;

где - расчетная толщина стенки эллиптического днища;

Р – расчётное давление;

R – внутренний радиус в вершине днища;

– исполнительная толщина;

С – суммарная конструктивная прибавка.

Допускаемое внутренное избыточное давление следует рассчитывать по формуле:

Радиус кривизны в вершине днища равен:

где R = Д - для стандартных эллиптических днищ H = 0,25Д.

H – высота выпуклой части днища, без учета цилиндрической части.

Условие прочности [Р] ≥ Р. Если условие прочности не выполняются, то необходимо увеличить толщину стенки днища до выполнения условия.

Расчетные формулы применимы при условии:

0,002 ≤ 0,1; 0,2 ≤ 0,5.

5.5 КОНИЧЕСКИЕ ДНИЩА.

Конические днища применяются в основном в вертикальных аппаратах снизу, в которых требуется полное удаление жидкого, сыпучего или кускового продукта, а также конические переходы применяют для равномерного распределения газа или жидкости в сечении аппарата и уменьшения гидравлических сопротивлений при изменении скоростей потока. Конические днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без отбортовки (рис.)

Угол - называется углом полураствора конуса. В большинстве случаев конические днища имеют угол раствора конуса 60˚, 90˚, 150˚. Угол раствора конуса равный 60˚ и менее приминяется для работы с вязкими жидкостями и суспензиями материалами.

Неотбортованные конические днища, а также отбортованные при вершине 2 > 60, приминяются большей частью в аппаратах, работающих под избыточным давлением до 0,07 МПа и под наливом.

Гладкие конические обечайки, нагруженные внутренним избыточным давлением, рассчитывается следущим образом.

Рассчётная и исполнительная толщина стенки определяетя по формуле:

Допускаемое внутреннее избыточное давление следует рассчитывать по формуле:

φ_р – коэффициент прочности продольного сварного шва;

D_К - рассчетный диаметр конуса, котрый определяется по следующей формуле:

• для конической обечайки без тороидального перехода (рис.Б, Д)

• для конической обечайки с тороидальным переходом (рис.а, в, г)

где R_б - внутренний радиус отбортовки, принимается равным

а₁ - расчетная длина переходной части обечайки, которая отделяется по следущей формуле:

• для конической отбортованной обечайки (рис. а, г)

- С), _Т - С);

• для конической неотбортованной обечайки (рис. в, г)

- С), ₂ – С).

Расчетные формулы применимы при соотношении между толщиной стенки наружной обечайки и диамером в пределах

0,001 ≤ 0,05.

Выполнения этого условия не требуется, если α > 70°. Исполнительная толщина стенки цилиндрического элемента вместе соединения двух обечаек должна быть не менее минимальной толщины стенки, определяемой по формулам [см. ГОСТ 14249-89 или пособие по РИК], но из условии прочности и устойчивости в пределах упругости.

Коэффициент запаса устойчивости n_у при расчете на наружное (см. ГОСТ 142490 – 89) давление, cостовляет: n_у =2,4 – для рабочих условий; n_у = 1,8 – для условий испытаний и монтажа.