Питомий тиск на робочу поверхню прокладки

Конструкції днищ і кришок апаратів. Умови їх міцності. Припустимий тиск і товщина стінки еліптичного, сферичного, плоского, конічного днища. Конструювання отворів в апараті і методи їх кріплення.

Конструювання фланцевих з’єднань.

Днища та кришки є складовими частинами корпусу апарату і у залежності від форми можуть бути еліптичними, півкульовими, сферичними, конічними або плоскими.

З точки зору сприйняття тиску еліптичні кришки та днища є найбільш раціональними. У таких елементах напруження розподіляються найбільш рівномірно завдяки поступовому та безперервному зменшенню радіусу кривизни у напрямку від центра до краю елемента. Штамповані еліптичні кришки та днища використовують у горизонтальних циліндричних апаратах незалежно від тиску, у вертикальних апаратах, що працюють під тиском більш, ніж 70 кПа.

Півкульові днища та кришки застосовують у апаратах великого діаметру (D > 3,5м) горизонтального виконання незалежно від тиску і у вертикальних апаратах, що працюють під надлишковим внутрішнім тиском. Сферичні кришки та днища використовують у циліндричній апаратурі, що працює під наливом, а також під тиском не більше, як 70 кПа. Конічні елементи проектують переважно для вертикальних циліндричних апаратів. Плоскі днища та кришки використовують, якщо немає потреби конструювати інші види цього елементу, а також для апаратів із внутрішнім діаметром корпусу D < 0,4м, що працюють під внутрішнім надлишковим тиском.

Отримаємо формули для розрахунку еліптичних, сферичних та півкульових кришок або днищ з умови міцності тонкостінної сферичної оболонки:

s_u = s_t = £ [s].

Визначимо середній радіус оболонки R через внутрішній радіус R_в та товщину стінки S з урахуванням додатку на корозію, ерозію та мінусовий припуск С:

R = R_в + (S – C)/2.

Тоді з урахуванням послаблення кришки або днища зварювальними швами або отворами умова міцності цього елементу та формула для визначення припустимої товщини стінки отримує вигляд:

;

З останнього виразу можна отримати формулу для розрахунку припустимого внутрішнього надлишкового тиску:

.

Внутрішній радіус кривизни еліптичної кришки або днища є змінним, тому його розрахункове значення отримують за виразом:

,

де Н – висота елементу (рис. 16).

Умова міцності конічного днища або кришки (рис. 17) має вигляд:

s_t = £ [s].

Величина кільцевого напруження s_t є змінною від поточного радіусу кривизни конічної кришки (днища) r_t, який змінюється від 0 у вершині конусу до максимального значення R_t у місці стикання з корпусом. Розрахунок на міцність треба виконувати за найгірших умов, тобто за співвідношенням:

s_t = £ [s].

Визначимо максимальний радіус кривизни конічного елемента через внутрішній діаметр апарату D та товщину його стінки S з урахуванням додатку на корозію, ерозію і мінусовий припуск С, а також врахуємо можливе послаблення конструкції зварювальними швами або отворами уведенням коефіцієнту j. Тоді умова міцності буде мати вигляд:

R_B

S

D

H

Рис. 16. Кріплення еліптичної кришки

R_t

R_K

r_t

D

S

a

Рис. 17. Розрахункова схема конічної кришки

,

де a - кут напіврозчинну конічної кришки (днища); стандартні конічні кришки та днища випускають з кутом при вершині 2a = 60; 90; 120; 140⁰.

З цього співвідношення знайдемо формули для розрахунку товщини днища та припустимого надлишкового тиску у апараті:

;.

Товщину плоских колових днищ та кришок апаратів визначають за формулою:

,

де К – коефіцієнт конструкції, що змінюється у межах 0,4 ¸ 0,53;

К₀ – коефіцієнт послаблення днища або кришки отворами, що визначають за формулою:

,

де d_i – діаметр і – того отвору;

n – кількість отворів.

При відсутності отворів К₀ = 1; при наявності одного отвору діаметром d:

К₀ =.

У всіх випадках приєднання до корпусу плоского колового днища або кришки його мінімальна товщина повинна дорівнювати товщині корпусу або бути більшою за неї. Припустимий тиск на плоске днище або кришку можна знайти за формулою:

.

При конструюванні отворів в апараті треба враховувати, що корпус зварюється лише стиковим з^/єднанням і таким же чином зварюють кришки та днища. Для запобігання перегрівання та зниження якості зварювальних швів їх розташовують на відстані більш, ніж 100 мм один від одного. З’єднувати декілька деталей одним швом або припиняти шов отворами або штуцерами неприпустимо. Рекомендована відстань від шву до отвору в ³ 0,9d, де d – діаметр отвору. Відстань між осями отворів діаметром d₁ і d₂ повинна бути не меншою, ніж 0,7(d₁ + d₂); відстань між краями отворів в еліптичному днищі повинна бути не меншою, ніж діаметр найменшого з отворів.

Отвори послаблюють міцність апарату і найбільший діаметр їх, який можна проектувати в апараті без укріплень визначають за наступними формулами:

-при > 0,5;

-при £ 0,5,

де S – товщина стінки;

Р – надлишковий тиск;

С – додаток на корозію та відхилення по товщині листа;

D – внутрішній діаметр апарату;

[s] – припустиме напруження.

При необхідності конструювання більшого отвору його треба укріплювати за допомогою штуцера або накладок (рис. 18).

В теплообмінниках отвори звичайно укріплюють при внутрішньому діаметрі патрубка більш, ніж 50 мм. Укріплюючи накладки можуть бути як зовнішніми, так і внутрішніми. Основний принцип полягає у тому, щоб сумарна площа перерізу елементів у зоні укріплення була не меншою, ніж площа вирізаного перерізу. Діаметр накладки не повинен перевищувати двох діаметрів отвору, оскільки на більшій відстані концентрація напружень різко знижується і укріплюючи дія накладки стає непотрібною.

Фланцеві з’єднання повинні забезпечувати щільність та міцність з’єднуваних частин апарату, зручність та швидкість зборки і розбори, бути простими та дешевим у виготовленні. Для створення щільності з’єднання між фланцями закладають прокладки з параниту, азбесту, гуми та інших матеріалів. При затягуванні болтів плоска прокладка стискається, заповнює шорсткості поверхнею деталей та створює необхідну щільність з’єднання. Метою розрахунку фланцевих з’єднань є визначення зусиль затягування болтів, розмірів болтів, прокладок та фланців.

S₁

d

h £ 2,5S₁; h £ S

B

d

B £ 2d

Рис. 18. Укріплення отвору штуцером та накладками

Зусилля, що є необхідним для початкового стиску прокладки, визначають за формулою:

Р^/_ПР = p в Dq₀,

де в – ефективна ширина прокладки, що враховує неоднорідність зусиль у прокладці по перерізу та колу фланця у робочому стані; при фактичній ширині прокладки в ₀ £ 10 мм приймають в = в ₀; при в ₀ > 10 мм;

D – середній діаметр кільця прокладки;

q₀ – питомий тиск на робочу поверхню прокладки, що залежить від її товщини, форми та матеріалу; для найбільш розповсюджених прокладок з параниту та азбесту залежність q₀ від товщини прокладки S наведена у табл. 2.

Таблиця 2.

S, мм	0,4	0,8	1,2	1,6	2,0	2,4	2,8
q0, МПа	40,0	20,0	16,0	13,0	12,0	11,0	10,5

Чим меншою є товщина прокладки при добре оброблених фланцях, тим надійнішим буде щільність з’єднання. Наприклад, у теплообмінниках ставлять паранитові прокладки товщиною 1,5 ¸ 2,5 мм.

Щільність з’єднання при робочому тиску р у апараті забезпечується при зусиллі:

Р^//_ПР = p в Dq,

де q = mр – мінімальний питомий тиск на робочу поверхню прокладки;

m – коефіцієнт, що приймають для плоских прокладок фланців апаратів, кришок та днищ 1,2; для фланців трубопроводів 1,5.

Зусилля, що створює внутрішній тиск р у апараті:

Р = pD²_ПРр/4,

де D_ПР – зовнішній діаметр прокладки.

Зусилля Р^/_б, що передається болтам, приймають як найбільше зі значень:

Р^/_ПР

Р^/_б = Р^//_ПР + 0,9Р

У свою чергу, розрахункове зусилля у болтах Р_б приймають як найбільше зі значень:

Р^//_ПР + Р

Р_б = Р^/_б + 0,01Р

Внутрішній діаметр різьби болтів або шпильок фланцевого з’єднання визначають за формулою:

,

де Z – кількість болтів;

[s] = К_бs_б – припустиме напруження матеріалу болтів на розтяг.

Значення коефіцієнту К_б приймають у залежності від зовнішнього діаметру болтів d_б (табл. 3).

Таблиця 3.

Дата добавления: 2014-01-15