Лекція №1 розрахунок тонкостінних посудин та апаратів загального призначення
1. Основні параметри, що характеризують корпус апарата.
2. Визначення добавок до розрахункових елементів.
3. Розрахунок циліндричних, конічних та сферичних обичайок, навантажених внутрішнім тиском.
4. Розрахунок днищ та кришок апаратів, навантажених внутрішнім тиском.
1. Основні параметри, що характеризують корпус апарата
До основних питань проектування апаратів у харчовій промисловості відноситься виявлення оптимальної конструктивної форми та розмірів прийнятої конструкції. Апарати, що застосовуються в переробній промисловості, прийнято вважати тонкостінними, якщо товщина їх стінки не перевищує 10% внутрішнього діаметра. Основним вузлом апарата є корпус, який визначає його форму, розміри, об’єм, продуктивність, вартість. Найбільш розповсюдженою формою корпусів апаратів є циліндрична та прямокутна. Днища апаратів виконують плоскими, конічними, сферичними та еліпсоїдальними в залежності від їх призначення та технічних умов. Кришки виконують тієї ж форми, що і днища.
Вибір розмірів корпусів апаратів приводять з врахуванням використання металу меншої маси при заданому об’ємі і робочому тиску. При конструюванні корпусів апаратів необхідно зосереджувати увагу на забезпеченні функціонування апарату, міцності та жорсткості його елементів, стійкості та здатності зберігати свою форму під час експлуатації, недопущенні втрат продукту, теплової та електричної енергії, на питаннях корозії робочих поверхонь.
Корпуса працюють в умовах статичного навантаження під внутрішнім надлишковим тиском, вакуумом чи зовнішнім надлишковим тиском, а також при дії осьових чи поперечних зусиль чи згинальних моментів.
Робочий
тиск
– максимальний внутрішній надлишковий
чи зовнішній тиск, що виникає під час
нормального перебігу робочого процесу,
без врахування гідростатичного тиску
середовища та без врахування допустимого
короткочасного підвищення тиску під
час дії запобіжного пристрою.
Розрахунковий тиск визначається за формулою:
,
(1.1)
де
– гідростатичний тиск середовища, МПа.
Якщо
,
то
.
Випробувальний
тиск
– максимальний надлишковий тиск, що
створюється під час гідравлічних
(пневматичних) випробувань. Його величина
визначається згідно табл.1.1. Якщо елементи
конструкції працюють при мінусовій
температурі, тоді
приймають таким самим, як при +20ºС. Якщо
температура в межах від +200 до +400ºС, тоді
не має перевищувати
більш ніж в 1,5 рази, а при температурі
вище +400ºС – більш ніж в 2 рази.
Таблиця 1.1
Умови проведення гідравлічних випробувань
Апарати |
Робочий тиск , МПа |
Випробувальний тиск , МПа |
Усі, крім литих |
|
|
|
|
|
Литі |
Незалежно від тиску |
|
Примітка:
|
||
,
– допустиме напруження для матеріалу
апаратів чи їх елементів відповідно
при температурі +20ºС та робочій
температурі.
Розрахункова
температура
визначається на основі теплових
розрахунків чи результатів випробувань.
Якщо неможливо провести випробування
чи розрахунки, тоді: при додатних
температурах
,
де
– температура середовища, ºС; за від’ємних
температур
+20ºС.
Допустиме напруження під час статичних одноразових навантаженнях:
-
для робочого стану
,
де
– нормативне допустиме напруження при
розрахунковій температурі, МПа;
– поправочний коефіцієнт, що враховує
вид заготовки;
-
під час випробувань: гідравлічних –
;
пневматичних –
,
де
– мінімальне значення межі текучості
при температурі +20ºС, МПа.