конспект РиКМА

ния, на всю внутреннюю поверхность; и по толщине металла действуют усилия от меридиональных напряжений.

Рис. 7.4

Из формул (1) – (5) видно, что в оболочке вращения кольцевые напряжения являются наибольшими и в 2 раза превосходят меридиональные.

Отсюда основное требование ГОСТа: при сварке продольные швы выполняются в шахматном порядке с расстоянием между продольными швами 10 толщин, но не менее 100мм. Поперечные швы выполняются сплошными (рис. 7.5).

Рис. 7.5

§8. Теории прочности

1-ая теория прочности: Теория кольцевых напряжений. Условие прочности по этой теории:

δ = PR .

[σ ]

2-ая теория прочности: Теория max напряжений.

σmax − σ min ≤ [σ ] ;

σmax = σ k ; σ min = σ r = 0 .

Смысл в том, что по безмоментной теории прочности оболочка находится в двуосном напряженном состоянии

σk = [σ ] ;

δ= PR .

[σ ]

3-я теория прочности: Теория энергетическая. Предполагает наличие в металле оболочки допускаемых деформаций, а не напряжений. Т.к. допускаемые деформации для множества оборудования определить сложно, энергетической теорией

в расчетах не пользуются.

4-ая теория прочности: Теория эквивалентных напряжений:

σ экв = (σ m − σ к )2 + (σ m − σ r )2 + (σ к − σ r )2 ≤ [σ ] .

При переходе к диаметру по 1-ой и 2-ой теории прочности

δ I ,II = Pвн Dвн ;

2[σ ]

δ IV = Pвн Dвн .

2,3[σ ]

С учетом ослабления конструкции сварными швами и отверстиями окончательно толщина стенки:

где D – внутренний диаметр аппарата; [σ ] – допускаемое напряжение; ∑С – конструктивные добавки;

Pвн – расчетное давление. За расчетное давление принимается давление рабочее в сосуде при максимальном нагружении.

Если сосуд находится под действием гидростатического давления и действием газа над жидкостью, то за расчетное принимается давление газа и столба жидкости:

Если рабочая температура меняется от 125ºС до 400ºС, за расчетное прини-

Коэффициент запаса прочности n характеризует кратковременные резкоменяющиеся изменения нагрузок.

Коэффициент запаса прочности бывают: - по пределу временного сопротивления

- по пределу текучести n Т = 2 ,

- по пределу длительной прочности n Д = 1,1

-на всякий случай n = 10

ϕсв.шв. - коэффициент ослабления конструкции сварным швом. Выбирается в зави-

симости от типа сварного шва и способа сварки.

Самым прочным является стыковой шов с двухсторонним проваром:

При автоматической и ручной сварке ϕсв.шв. = 1 Недостаток: при малых диаметрах трудно выполнить внутренний шов.

При одностороннем проваре автоматической сваркой ϕсв.шв. = 0,95 , при ручной сварке ϕсв.шв. = 0,9 .

Иногда конструкцию укрепляют накладным листом и ϕсв.шв. = 0,95 при ручной и автоматической.

Шов внахлест

Сварка прочная, но при малых толщинах металла наступает прогар, поэтому не рекомендуется таким швом варить металл толщиной менее 6мм.

Стыковые (тавровые) швы – самые слабые. Рекомендуются для сварки соединений с плоскими днищами.

При автоматической: ϕсв.шв. = 0,85 При ручной: ϕсв.шв. = 0,8

По требованию ГОСТа, исходя из условий прочности, не рекомендуется сваривать металл толщиной менее 3мм.

Т.к. при повышенных температурах тонкий металл подвергается ползучести

ирелаксации и разрушается значительно раньше, чем основной металл.

ϕотв – ослабление конструкции отверстиями.

Вкаждом сосуде имеются отверстия под штуцера. Штуцера служат для подачи среды, выгрузке рабочей среды, подачи давления, измерения температуры, отбора проб, для выполнения ремонтных работ.

Если условный диаметр штуцера Dy ≤ 500мм – штуцер

Dy > 500мм – люк-лаз

Отверстия являются концентраторами напряжения, т.к. ослабляют сечение. Ослабление сечения характеризуется соотношением диаметра аппарата к диаметру отверстия. В соответствии с этим не укрепляются и не учитываются отверстия, установленные в цилиндрических корпусах. Отверстия ослабляют конструкцию в днищах и крышках, поэтому эпюра ослабления отверстием выглядит (рис. 8.2):

Рис. 8.2

Из-за ослабления металла отверстиями ГОСТами предусмотрены расположения отверстий под штуцера.

Если в аппарате нет мешалки, то отверстие в центре с максимальным диаметром.

Даны D1 = 500 , D2 = 250 , D3 = 50 , D4 = 100 , тогда

Расстояние в плане между двумя отверстиями должно быть больше наименьшего диаметра или 10 толщин. Расстояния от края отверстия до края днища или крышки в плане должно быть не менее 10 толщин (рис. 8.3).

Коэффициент ослабления конструкции отверстиями:

уотв = 1− ∑dотв

D

Все днища условно делятся на следующие формы:

1)выпуклые;

2)конические;

3)плоские.

Выпуклые днища образованы вращением кривой вокруг центральной оси.

Взависимости от формы кривой выпуклые днища подразделяются на:

-шаровые;

-полушаровые;

-тарельчатые;

-эллиптические.

Шаровые днища: меридиональная кривая образована вращением шарового радиуса идеальной формы. Не имеет резких перегибов, поэтому напряжения воспринимаются без изгиба. Основной металл работает только на растяжениесжа- тие. Из всех форм днищ толщина стенки у них самая маленькая, поэтому теоретически они могут использоваться при любых давлениях.

Изготавливают шаровые днища из двух частей: 1 – сферическая; 2 – лепестковая (рис. 9.1).

Рис. 9.1

Основной недостаток таких днищ – большой диаметр =› большая высота; в местах сопряжения с цилиндром возникают дополнительные перерезывающие дополнительные силы N, которые вызывают изгиб.

Толщина стенки таких днищ рассчитывается по безмоментной теории прочности с учетом того, что σ m = σ к :

2[σ ] ϕсв.шв. ϕотв. − Р

В опасной зане сопряжения днище-цилиндр от действия перерезывающих сил возникают дополнительные напряжения сжатия (рис. 9.2)

Рис. 9.2

Переход от растяжения к сжатию и от сжатия к растяжению в сопрягаемой зоне учитывается коэффициент формы у, который меняется от 1÷1,8. Т.к. размеры аппаратов при использовании шаровых днищ увеличиваются почти в двое, их рекомендуется применять в аппаратах малого диаметра, работающих при высоком и

сверхвысоком давлении. Имеются трудности изготовления, из-за чего чаще используют только верхнюю часть днища. Изготавливают сваркой из лепестков

(рис. 9.3)

Рис. 9.3

Такие днища называются тарельчатыми. Используются в аппаратах большого диаметра (цистерны). В аппаратах работающих под давлением практически не используется – сосуд работает под наливом

Чтобы избежать или уменьшить напряжение в переходной зоне используют торовый переход. Такие днища называются торосферические (рис. 9.4)

Зоны: 1 – шаровая; 2 – торовая;

3 – цилиндрическая.

Рис. 9.4

Т.к. изготовить сферические днища без погрешностей сложно, на практике используют меридианально образующую поверхность с радиусом сферы эллиптической формы. Днища называются эллиптические, они самые распространенные в промышленности. Законы распределения как и в шаровых днищах изготавливаются штамповкой или выкладкой, применяются в диапазонах радиуса до 3600мм; давление до 2,5 МПа (25 атм).

В зоне перехода цилиндра в днища возникают дополнительные перерезывающие сила, т.к. отсутствуют условия свободной деформации двух сопрягаемых деталей. Цилиндр деформируется легче; днище препятствует его деформации. По меридиану в днище возникают напряжения, меридиональные от днища и меридиональные от цилиндра по образующей цилиндра. В зоне сопряжения от действия этих напряжений возникает дополнительная суммарная перерезывающая сила N, которая в отличие от растяжения вызывает сжатие (рис. 9.5).

Для того чтоб уменьшить действие этой силы днище выполняется с торовым переходом (рис. 9.6).

Чтобы сварной шов вывести из зоны сопряжения выполняется отбортовка на цилиндр.

.Рис. 9.5

Рис. 9.6

.Т.о. на эллиптическом днище выделяются (рис. 9.7):

-высота днища ( H Д );

-высота отбортовки ( hотб );

-радиус торового перехода (r);

-высота выпуклой части ( H в ).

Рис. 9.7

В основном принимается радиус торового перехода:

r = 2H Д2 D

Высота отбортовки 50÷60 мм. Толщина стенки:

2[σ ] ϕсв.шв. ϕотв − 0,5Р

где Р – внутреннее давление;

ϕотв – коэффициент ослабления конструкции отверстиями;

ϕсв.шв. – коэффициент ослабления конструкции сварными швами;

D – расчетный диаметр.

Если H Д = 0,25D , то за расчетный диаметр берется радиус сопрягаемого ци-

линдра (R=D).

Если H Д = 0,5D , то за расчетный диаметр берется R=0,5D.

Недостаток: трудно расположить отверстие.

В случае использования выпуклых днищ большого диаметра, работающих под давлением, место сопряжения укрепляется рёбрами жесткости (рис. 9.8).

1 – диаметр; 2 – цилиндр; 3 – ребро жесткости

Рис. 9.8

В случае использования большого диаметра место сопряжения днище (1) с цилиндром (2) укрепляется ребром жесткости (3). Ребро рассчитывается из усло-

вия работы на сжатие.

Плоские днища.Толщина плоских днищ намного больше выпуклых. Поэтому с точки зрения расчета на прочность они относятся к пластинам.

Самая простая конструкция (рис. 9.9, а), пластина приваривается к цилиндру, т.к. толщина пластины намного больше толщины сопрягаемого цилиндра, в месте сопряжения необходимо обеспечить одинаковую жесткость ЕI. С цель выравнивая моментов инерции в конструкции (рис. 9.9, б) выполняется проточка.

Восновном днища такого типа выполняются в сосудах под наливом (Р<0,7МПа).

Всосудах, работающих под давлением в месте сопряжения выполняется торовый переход с отбортовкой на цилиндр (рис. 9.9, в). Т.к. толщина стенки днищ велика при работе они используются в основном в качестве днищ и устанавливаются на бетонный фундамент. Если днище используется в качестве крышки в сосудах,