Расчет оболочек. Расчет оболочек

• Название: Расчет оболочек
• Дата: 05.10.2022
• Размер: 0.59 Mb.
• Имя файла: Расчет оболочек.docx
• Тип: Документы; #715332
• страница: 5 из 14

a_z ^— а_е + т <[ст| где [z]= [z]t/пь .

Наибольшие суммарные напряжения от изгибающих моментов и темпера­турных нагрузок, кг/см²

(4.18)

12M_x

^тх ^— —2 < ⁰,6[^]я
h²

Напряжение изгиба в поперечном сечении распределяется по толщине стенки сосуда линейно, кг/см²

(4.17)

^{M(x) —} q ^{1 +} 9K0 ^- ^K1 ⁺ K2

где v- коэффициент Пуассона.

Изгибающий момент M(x) , кгсм, в опасном сечении определится как

(4.16)

^р——\ah

3( 1 - v² )

(4.15)

(4.14)
Параметр в, необходимый для определения этих коэффициентов, вы­числяется как

Пу = / ₂ 7 , (4.22)

^x_x ^{+ а}е ^{+ а}х^ае

а так как z_x и z_o -напряжения в рабочих условиях, то а _х кр = п_уа_х и а_е кр ⁼ ny^Q (при пропорциональном возрастании нагрузок).

Тогда условие пластической неустойчивости имеет вид

4° к кр ^{+ а}е кр ^{+ а}х кр^ае кр - ^ат (4.2³)

(в последнем соотношении учтено, что а_{х кр} и а_{е кр} имеют разные знаки а_е кп > 0 и а_х к, < 0).

кр х кр

5 Упрощенный расчет фланцевых соединений

1. 
   Типы фланцевых соединений
   

Основные виды фланцевых соединений показаны на рисунке 5.1.

Фланцевые соединения можно подразделить на два основных типа: с не контактирующими фланцами (рис. 5.1- а) и с контактирующими фланцами (рис. 5.1- б). Наиболее распространен первый тип соединения (трубопро­воды, сосуды, аппараты и т. п.). Соединения с контактирующими флан­цами часто применяют в конструкциях, не требующих полной герметиза­ции стыка (фланцы корпусов машин, редукторов и т. п.). Получили рас­пространение фланцевые соединения с контактирующими стыками и с са­моуплотняющимися прокладками, обеспечивающие герметичность. Такие соединения имеют меньшие габариты по сравнению с соединениями пер­вого типа, но более сложны при изготовлении и монтаже.

На рисунках 5.2- в и г показаны типы соединения фланца с патрубком (штуцером), на рисунке 5.1- д показаны типы фланцевых соединений не контактирующие фланцы с металлическим овальным уплотнением и мяг­кой прокладкой. Применяют свободные фланцы, а также фланцы, изготов­ленные вместе с трубой (корпусом) или присоединенные к трубе с помо­щью сварки, резьбы, развальцовки или заклепок. Некоторые виды фланце­вых соединений стандартизованы. Прокладки выполняют в виде плоского листа из паронита, картона, резины, фибры, фторопласта, меди и мягкой стали; применяют асбесто- металлические прокладки, металлические гоф­рированные и зубчатые, металлические линзовые прокладки и др.

Во фланцевых соединениях с контактирующими фланцами использу­ют самоуплотняющиеся прокладки в виде резиновых или металлических колец.


д

Рисунок 5.1 -Типы фланцев

2. 
   Упрощенный расчет фланца с не контактирующими поверхностя-
   ми
   

При проектировании аппаратов, рассчитанных на среднее и высокое давление, как правило, выбирают фланцевые соединения с не контактиру­ющими фланцами. Для предварительного выбора размеров деталей и про­верки прочности фланцевых соединений с не контактирующими фланцами проводят упрощенный расчет.

Основной расчетный случай

Считаем, что в данной конструкции предварительно затянутое флан­цевое соединение нагружено внешней продольной силой (рисунок 5.2) и фланцевые болты работают только на растяжение. Материал болта выби­рается в соответствии с рекомендациями приложения Б.

Диаметр болта (шпильки) по заданному усилию нагружения (внутрен­нему давлению в аппарате) выбирают, предварительно рассчитав по фор­муле (5.1) значение d1


d₁

(5.1)

где
q — рабочее давление, кгс/см²;

[z _р] — допускаемое напряжение материала болта при растяжении;

d1 — внутренний диаметр резьбы болта, см;

d_namp — внутренний диаметр патрубка, см;

z— число болтов.

Число болтов для обеспечения более равномерной затяжки стыка вы­бирают кратным четырем (z = 4, 8, 12, 16, 20, 24,....). Для того, чтобы ори­ентировочно определить минимально необходимое количество болтов, следует в соответствии с приложением В выполнить эскиз проектируемого фланца и по полученным размерам производить дальнейший расчет.

После предварительного расчета d1 по справочнику [1,2] выбираем d1 ближайшее большее к расчетному значению и определяем номинальный диаметр болтов фланцевого соединения.

Материал фланца выбираются в соответствии с рекомендациями при­ложения Б. Основные размеры фланца (см. приложение В) и размер про­кладки определяется после проектирования фланца для каждого патрубка.

Расчетное усилие Qc, действующее на болты (рис. 5.2), определяют по формуле

л!)²

Qc ⁼ к д q (5.2)

где D — средний диаметр прокладки, см;

q — рабочее давление среды, кг/см².

Коэффициент затяжки k определяется по таблице 5.1.

Условие прочности фланцевых болтов:

а = 4QL< 0,61»^ (5.3)

znd 1

где z — число болтов;

d1 — внутренний диаметр резьбы принятого по справочнику болта, см;

[ z] Т — предел текучести материала болта с учетом рабочей темпе­ратуры, кг/см².


Рисунок 5.2- К расчету фланцевых соединений с не контактирующими фланцами

Расстояние между осями болтов (шаг болтов) обычно принимают при малых давлениях (q < 10 кг/см²) - l= (5...7) d; при больших давлениях (q > 30 кг/см²)- l=(2,5...4 d. Опасным сечением при расчете на прочность фланца обычно является место перехода от фланца к трубе (сечение АВ на рис. 5.2). Предполагается, что h > s. Уклон конического участка принима­ется равным 1/3 (реже 1/4).

Изгибающий момент в этом сечении (на единицу длины), кг • см где Ц<1 — коэффициент, учитывающий, что часть момента воспринима­ется поворотной деформацией фланца;




(5.4)

Qci 1 aD1



11 — расстояние от центра сечения АВ до оси болта, см;

D1, — средний диаметр трубы в сечении АВ, см.

Таблица 5.1- Определение значения коэффициента затяжки k

Рабочее давление, МПа	Тип прокладки	Коэффициент затяжки, k
до 10 МПа	мягкие прокладки	1,5—2,5
от 10 до 50 МПа	мягкие прокладки в металлических обо­ лочках и металли­ческие фасонные про­кладки	2,5—3,5
более 50 МПа	плоские и овальные ме­таллические прокладки	3,0 — 4,5

Если коническая втулка (или труба) очень жесткая по отношению к

фланцу и сечение АВ не поворачивается, то п = 1. Значение п можно опре­делить по приближенной формуле:




sC^lgDH^

^rTP ^D

(5.5)
Если коническая втулка (или труба) очень жесткая по отношению к фланцу и сечение АВ не поворачивается, то п = 1. Значение п можно опре­делить по приближенной формуле:

(

1 + 0,82 —

s


где scp = ¹ (s 1

2
\ scp 7

- s) -средняя толщина трубы на коническом участке, см;

гтр — средний радиус трубы, см;

D_H и D — соответственно наружный и внутренний диаметры фланца, см.

2.1Определение основных геометрических параметров аппарата 12

2.2Определение значения коэффициента сварного шва 12

2.3Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки, люка и патрубков (штуцеров) 12

R 2[^] ф - q 12

3.1Полушаровые днища 15

3.2Днище коробовой формы 15

3.3Эллиптические днища 16

3.4 Конические днища и переходы 17

¹1 18

^S 1 - J^B ⁺ 18

4.1 Общие зависимости 19

4.2 Расчет оболочек сосудов под давлением на прочность от температурных напряжений 24

Q = D -^w + (1 + v) — 25

M_x = D &” + (1 + v) 25

NQ = Eh ^f - - aT₀ 25

°x=—-x- 6 <⁰ >⁶kL 25

<[т] 25

4.3 Расчет оболочек сосудов под давлением на прочность 27

®(x) = [1 + VK2 - WKз - Kо^{] (4.10)} 27

& =-W 27

Eh 27

4.3 Условие устойчивости сосуда при действии сжимающего напряжения и внутреннего давления 28

ст„ — ; ст и — — 28

^x_x ^{+ а}е ^{+ а}х^ае 29

5.1Типы фланцевых соединений 29

5.2Упрощенный расчет фланца с не контактирующими поверхностя- ми 30

Основной расчетный случай 31

s 34

\ scp 7 34

6.1Расчет укрепления вырезов в стенках сосудов и аппаратов 36

Расчет укрепления 37

L = DP_P(S - C) (6.3) 37

Расчетные характеристики 38

Геометрические характеристики 38

7.1Общий вид опорного элемента цилиндрического вертикального сосуда под давлением 41

7.1 Определение толщины стенки опорного элемента 43

N = Go + Gxf + G^p + G + G2 + G^h + Gq, (7.1) 43

F 44

|_ < ² 7J ² 44

T = 1,8 H 45

P, Ч 46

7 (D 4 - D1) 49

s 1 ^(D + s 1)s 1

где [ z]= Ze / пв

z_e — предел прочности материала фланца (при высокой температуре под z_e следует понимать предел длительной прочности), кг/см²;

п_в— коэффициент запаса прочности фланца, п_в =2,2.

Из формулы (5.6) следует, что для снижения напряжений во фланцах целесообразно:

1. 
   приближать оси болтов к трубе (уменьшать 11);
   
2. 
   увеличивать толщину трубы в месте перехода к фланцу (размер s1). Однако при большой конусности (1:2) упрочнение получается чисто мест­ным и максимум напряжений сдвигается к более тонкому сечению трубы.
   

6 Расчет укрепления вырезов в стенках сосудов и аппаратов и упрочнению штуцера

Расчеты по укреплению вырезов под патрубки в стенках сосудов и упрочнению штуцера следует выполнять:

• 
  при толщине стенки S < 50 мм по п. 6.1;
  
• 
  при толщине стенки S > 50мм по п. 6.2.
  

1. 
   Расчет укрепления вырезов в стенках сосудов и аппаратов
   

Отверстия в сосудах для установки штуцеров и люков ослабляют ме­ридиональное сечение цилиндрической стенки аппарата. Поэтому их укрепляют либо наваркой накладного укрепляющего кольца 2 диаметром DK (рисунок 6.1), либо утолщением стенки корпуса 3 и патрубка 1.

Укрепляющее кольцо ставят снаружи аппарата и снабжают сигналь­ным отверстием с резьбой M10, располагаемым в нижней части кольца. Во время эксплуатации и гидроиспытаний отверстие должно быть открыто, что позволяет обнаружить нарушение герметичности основного шва, при­крепляющего патрубок к корпусу аппарата. Укрепляющее кольцо может быть выполнено составным (из двух половин). Угол сварного шва кольца должен быть выполнен на всю толщину составного кольца. В этом случае выполняют два сигнальных отверстия (по одному в каждой половине кольца).


D+2C

Рисунок 6.1- Схема раз­мещения укрепляюще­го кольца

2L+2S+4

М10


Расчет укрепления

1. 
   Расчетная площадь поперечного сечения металла стенки Fo, удален­ного вырезом, должна компенсироваться за счет площади сечения патруб­ка Ftt
   

площади сечения, избыточного над расчетным, металла стенки корпуса F и площади сечения укрепляющего кольца F2, т. е.

Fo+ Fi +F2 (6.1)

2. 
   Укрепляющий металл должен быть расположен в зоне MNPQ (см. рис.
   
   1. 
      . Протяженность зоны определяется величиной L, за ее границами укрепление неэффективно.
      
3. 
   Располагать вырезы на продольных швах не рекомендуется. Величи­ны, входящие в выражение (6.1), определяют по следующим формулам:
   

F„ = [(+ 2С) - 0,25; D, (5 - C)Js„;

F = 2[Л + (5, - СД5 - С - S Д _
' F6 = 2,5;(₊ 2CX.S, - <ф, - С) - 5, Д- (6.2)

F1 = [О* - (+ 2С)]5₂.

В формулах (6.2), согласно рис. 6.1, приняты следующие обозначения:

S и Sp, S1 и Slp — соответственно, действительная и расчетная толщины стенки обечайки и патрубка, см;

S2 и DK — толщина сечения и диаметр укрепляющего кольца, соответ­ственно, см,

D_P — наружный диаметр патрубка, см.

Избыточную, сверх расчетной, площадь F получают за счет округления толщины стенки в сторону большую расчетной и наличия сварных швов в теле сосуда. Так как вырезы располагают вне швов, то коэффициент (ф идет в запас и в формуле (6.2) вместо Sp подставляют ySp). Величину L определяют следующим образом: - при отсутствии укрепляющего кольца

L = DP_P(S - C) (6.3)

, при наличии укрепляющего кольца в случае:

(6.4) (6.5) где DP - наружный диаметр патрубка.

Значение S_x в случае б) определяют подбором из уравнения

S2 £ V, - (S - C) (6.6)

а S2 принимают обычно равной толщине стенки сосуда S.

Диаметр укрепляющих колец берут в пределах Dk= (1,6...2) d (например, D_Kl,6d, при d =1200 мм и D_K2d при d=200 мм). Для промежуточных зна­чений диаметров d диаметр укрепляющего кольца DK можно найти интер­поляцией (по линейному закону).

Показатели механических свойств металла, укрепляющего кольца, не должны быть ниже, чем у металла корпуса. Иногда укрепления выполняют отбортовкой стенки сосуда или вваркой отбортованного элемента.

Укрепляющее кольцо 2 (см. рис. 6.1) приваривают двумя сварными швами, причем в расчет принимают швы приварки по наружному контуру.

2. 
   Расчет упрочнения штуцера
   

Расчетные характеристики

Материал корпуса;

Материал штуцера;

Допустимые напряжения корпуса - [z]_B, МПа (при рабочей температуре);

Допустимые напряжения штуцера - [z]_B, МПа (при рабочей температуре);

Припуск на коррозию для штуцера - С;

Геометрические характеристики

Расчетная толщина листа корпуса -SR;

Принятая толщина листа корпуса -S;

Внутренний диаметр штуцера -(1шт;

Расчетный диаметр штуцера - (Цит.рас. ;

Принятый диаметр штуцера - (1_пр,._шт;

Упрочненный диаметр штуцера -(_упр._шт ;

Принятая толщина стенки штуцера -S₁;

Упрочненная толщина стенки штуцера - S_1ynp;

Нижняя точка обработки на конус -h;

Верхняя точка обработки на конус -L;

Переходный радиус -r;

Радиус основания укрепленного патрубка- W.


W

В или В1

SIR

dwm

d упр.шт

d пр.шт

Рисунок 6.2- Расчетная схема упрочнения штуцера



Предел упрочнения, нормально измеряемого к стенке аппарата:

2.1Определение основных геометрических параметров аппарата 12

2.2Определение значения коэффициента сварного шва 12

2.3Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки, люка и патрубков (штуцеров) 12

R 2[^] ф - q 12

3.1Полушаровые днища 15

3.2Днище коробовой формы 15

3.3Эллиптические днища 16

3.4 Конические днища и переходы 17

¹1 18

^S 1 - J^B ⁺ 18

4.1 Общие зависимости 19

4.2 Расчет оболочек сосудов под давлением на прочность от температурных напряжений 24

Q = D -^w + (1 + v) — 25

M_x = D &” + (1 + v) 25

NQ = Eh ^f - - aT₀ 25

°x=—-x- 6 <⁰ >⁶kL 25

<[т] 25

4.3 Расчет оболочек сосудов под давлением на прочность 27

®(x) = [1 + VK2 - WKз - Kо^{] (4.10)} 27

& =-W 27

Eh 27

4.3 Условие устойчивости сосуда при действии сжимающего напряжения и внутреннего давления 28

ст„ — ; ст и — — 28

^x_x ^{+ а}е ^{+ а}х^ае 29

5.1Типы фланцевых соединений 29

5.2Упрощенный расчет фланца с не контактирующими поверхностя- ми 30

Основной расчетный случай 31

s 34

\ scp 7 34

6.1Расчет укрепления вырезов в стенках сосудов и аппаратов 36

Расчет укрепления 37

L = DP_P(S - C) (6.3) 37

Расчетные характеристики 38

Геометрические характеристики 38

7.1Общий вид опорного элемента цилиндрического вертикального сосуда под давлением 41

7.1 Определение толщины стенки опорного элемента 43

N = Go + Gxf + G^p + G + G2 + G^h + Gq, (7.1) 43

F 44

|_ < ² 7J ² 44

T = 1,8 H 45

P, Ч 46

7 (D 4 - D1) 49

где K=0,73r (r=3...6 мм, в зависимости от диаметра штуцера).

Требуемая толщина штуцера S1R для заданного внутреннего давления q



(6.10)
q _q • 0,5 d шт

^S1R⁼]^Fo;5q

Коэффициент упрочнения штуцера n_C принимаем в пределах 1,4...1,6 (в зависимости от рабочей среды).

Тогда






dnp.mm

= (d_Mm+2 Sir)- nc

dynp.Mm dnp’ ⁿC

(6.11)

(6.12)



Предел упрочнения, измеряемый параллельно стенке аппарата, вклю­чающий 100% требуемого упрочнения