Общие положения и выбор способа укрепления

Тема 6 Ослабление стенок сосудов, вызываемое отверстиями его учет и компенсация.

ПЛОСКИЕ ДНИЩА

Неотбортованные и отбортованные днища приминяются премущественно при малых перепадах давлений, например, в резервуарах под наливом, в аппаратуре работающей под малым давлением (до 0,07 МПа) или атмосферным давлением.

Плоские неотбортованные днища просты в изготовлении, дешевы, но при значительных перепадах давления получается, тяжелыми и громозкими.

Плоские отбортованные днища более дорогие, зато обеспечивают более благоприятные условия работы сварного шва, чем неотбортованные. Они приминяются в тех случаях, когда необходима чистка аппарата от осадка, или если к сварке предъявляются повышенные требования, как, например, при изготовлении аппаратов из высоколегированных сталей.

Существует два подхода к расчёту и проектированию плоских днищ:

- расчет их как пластинок по теоретическим уравнениям;

- расчет по полуэмпирическим формулам, многие из которых нормализованы.

Так если рассмотреть днища как круглую пластинку, защепленную по краю и нагруженная давлением Р, то напряжение в центре будет равно:

а у края:

μ - коэффициент Пуассона.

У контура пластины от внутреннего давления нижние наружные волокна пластины сжаты.

Расчет толщины стенки плоского днища производится обычно по ГОСТ 14249 – 89.

Толщину плоских круглых днищ и крышек аппаратов, работающих под внутренним избыточным или наружным давлением, следует рассчитать по формулам:

где Д_R - расчетный диаметр днища или крышки;

К – коэфициент зависит от конструкции сварного соединения круглых днищ с обечайкой;

К_О - коэфициент ослабления плоских днищ и крышек отверстиями, следует определять по формуле, если одно отверстие диаметром d:

если несколько отверстий:

Допускаемое давление на плоское днище или крышку, следует определять по формуле:

Формулы для расчета плоских днищ и крышек применимы при условии:

Допускается проводить расчёт при: > 0,11, но значение допускаемого давления, рассчитанного по выше стоящей формуле, следует умножить на поправочный коэффициент К_Р (см. ГОСТ 14249-89).

П р и м е ч а н и е: Коэффициент Пуассона – является одной из основныых механических характеристик.При растяжении стержня, кроме продольного удленения, наблюдается поперечное сужение.Отношение относительного поперечного сужения к относительному продольному удленению, взятое по абсолютной величине, называется коэффициент Пуассона. Для большинства материалов коэффициент Пуассона имеет величину равную 1/4 до 1/3.

В корпусе и днищах цилиндрических аппаратов для установки штуцеров, трубопроводов, люков и т.п. вырезают отверстия. При наличии в стенках и днищах сосуда отверстий сопротивляемость стенок значительно снижается. Поэтому возникает необходимость каким – либо образом компенсировать ослабления.

Отверстия по линии А-А ослабляет стенки в особенности если вырезы больших диаметров, поэтому их необходимо укреплять.

До сих пор мы предпологали, что изучаемые оболочки на поверхности не имели отверстий и только говоря о днищах, слегка коснулись вопроса о влиянии отверстий на прчность стенки. В действительности во всех аппаратах имеются технолигические и монтажные отверстия.

Известно, что наличие отверстия в растягивающем листе не только механически его ослабляет уменьшая площадь поперечного сечения листа, но и вызывает концентрацию напряжений.

Как видно из рисунка, максимальное напряжение на крае отверстия в 3 раза превышает напряжение в других сечениях листа. Концентрация напряжений имеет явно выраженный характер и распространяется на часть листа, расположенную в непосредственной близости к отверстию.

Концентрация напряжений возле отверстия в тонкостенном цилиндре, подверженного действию внутреннего давления, может достигнуть гораздо больших значений. В этом случаи коэфициент концентрации напряжений будет равен:

где d – диаметр отверстия;

S – толщина стенки.

Максимальное напряжение вблизи отверстия равно:

σ_max = α·σ,

где - обычное напряжение от растяжения.

Ослабление корпуса цилиндрических аппаратов можно компенсировать двумя спосабами:

- по первому способу утолщают стенку по всей ее поверхности, чтобы максимальные напряжения не превышали допускаемых;

- по второму – компенсация производится путем усиления оболочки в некоторой зоне, расположенной вблизи отверстия.

В связи с тем, что увеличение напряжений от наличия отверстия в корпусе аппарата имеет местный характер, то первый способ нерационален, так как он вызовет напрсную трату конструкционного материала. Более правильно для компенсации ослабления, вызванного отверстием, укрепить край отверстия, утолщая его и распологая добавочный материал в том месте, где возможно возникновение максимальных напряжений.