Материал: основы проектирования хим произв дворецкий
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ |
91 |
|
|
||
Для рабочих условий nу = 2,4 допускаемое сжимающее усилие можно вы- |
||
числять по формуле |
[F ]p = π(D + s − c)(s − c)[σ]min(ϕ1; ϕ2 ). |
|
Коэффициенты |
ϕ1,ϕ2 следует определять по графикам, |
приведенным на |
рис. 3.12. |
|
|
Обечайки, нагруженные изгибающим моментом
Допускаемый изгибающий момент определяется по зависимости
[M ]= |
[M ]p |
|
, |
(3.25) |
|
|
[M ] |
2 |
|||
|
|
p |
|
|
|
|
[M ] |
|
|
||
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
где допускаемый изгибающий момент из условия прочности
[M ]p = π4 D(D + s − c)[σ] ,
а допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости
[M ] |
= 8,9 10−5 E |
D3 |
100(s − c) 2,5 . |
|
E |
ny |
|
|
|
|
|
|
D |
|
Для рабочих условий ( ny = 2,4) допускаемый изгибающий момент можно вычислять по формуле
[M ]= π4 D(D + s − c)(s − c)ϕ3.
Коэффициент ϕ3 следует определять по графику, приведенному на рис. 3.12.
Обечайки, нагруженные поперечным усилием
Допускаемое поперечное усилие определяется по зависимости:
[Q]= |
[Q]p |
|
, |
(3.26) |
|
|
[Q] |
2 |
|||
|
|
p |
|
|
|
|
[Q] |
|
|
||
|
1 + |
|
|
|
|
|
|
E |
|
|
|
где допускаемое поперечное усилие из условия прочности
[Q]p = 0,25[σ]πD(s − c),
а допускаемое поперечное усилие из условия устойчивости в пределах упругости
[Q] |
= |
2,4E(s −c)2 |
|
0,18 +3,3 |
D(s −c) |
||
|
|
|
|
. |
|||
|
|
2 |
|||||
E |
|
ny |
|
l |
|
||
|
|
|
|
|
|
||
92 |
Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ |
|
|
Рис. 3.12. График для определения коэффициента ϕ1, ϕ2, ϕ3
Обечайки, работающие под совместным действием наружного давления, осевого сжимающего усилия, изгибающего момента и поперечного усилия
Примером совместного действия всех силовых факторов может служить колонный вакуумный аппарат, установленный на открытой площадке. Помимо наружного давления, обусловленного действием внешнего барометрического давления, он будет нагружен осевым сжимающим усилием от собственного веса, ветровым изгибающим моментом и поперечным усилием, обусловленным реакцией трубопроводов.
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ |
93 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
Проверку на устойчивость |
при |
совместном |
нагружении |
осуществляют |
||||||||
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
p |
F |
M |
|
Q 2 |
|
|
|||||
|
|
+ |
|
+ |
|
|
+ |
|
|
≤1, |
(3.27) |
|
|
[p] |
[F ] |
[M ] |
[Q] |
||||||||
где [p], [F], [M], [Q] – соответственно допускаемые наружное давление, осевое сжимающее усилие, изгибающий момент и поперечное усилие, определяемые по зависимостям, приведенным выше.
При отсутствии какого-либо силового фактора расчет выполняют по формуле (3.27), в которую подставляют нулевое значение силового фактора. Обечайка должна быть проверена на устойчивость в наиболее опасных сечениях, в сечениях где имеет место изменение диаметра или толщины стенки, в наиболее ослабленных отверстиями сечениях.
Обечайки с кольцами жесткости
В ряде случаев для увеличения прочности и обеспечения устойчивости целесообразно не увеличивать толщину стенки, а подкреплять обечайку кольцами жесткости (рис. 3.13). Это позволяет снизить массу аппарата, а, следовательно, и его стоимость.
Кольца жесткости выполняют из профильного проката (прямоугольный профиль, швеллер, уголок) в виде бандажей и устанавливают с внутренней или наружной стороны обечайки. Наиболее целесообразно располагать кольца с той стороны обечайки, которая подвергается меньшему коррозионному износу.
Рис. 3.13. Цилиндрическая обечайка, подкрепленная кольцами жесткости
94 |
Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ |
|
|
Приваривают кольца жесткости обычно прерывистым швом с каждой стороны кольца так, чтобы общая длина каждого шва составляла не менее половины длины наружной окружности кольца жесткости.
Обечайки с кольцами жесткости, нагруженные внутренним избыточным давлением
Для определения необходимости укрепления обечайки кольцами жесткости служит коэффициент
K4 = |
p(D + s − c) |
−1. |
2[σ]ϕp (s − c) |
Если K4 ≤ 0, то укрепление обечайки кольцами жесткости не требуется. В диапазоне 0 < K4 < 2φт /φр – 1 расстояние между двумя кольцами жесткости
рассчитывается по формуле
|
|
2 |
|
ϕp |
|
1 |
|
|
|
b ≤ |
D(s − c) |
|
− |
|
1 |
+ |
|
|
, |
|
|
K4 |
|||||||
|
K4 |
|
ϕт |
|
|
|
|||
где площадь поперечного сечения кольца
Aк ≥ l1(s − c) [[σσ]]кϕϕpк K4 ,
здесь [σ]к – допускаемое напряжение материала кольца жесткости, МПа; φк – коэффициент прочности сварного шва кольца жесткости и обечайки.
При определении площади поперечного сечения кольца жесткости следует учитывать прибавку с1 для компенсации коррозии. Высота кольца жесткости должна выбираться таким образом, чтобы выполнялось требование h2 /D ≤ 0,2. В случаях, когда кольца жесткости установлены неравномерно, значения b и l1 необходимо подставлять для того участка, на котором расстояние между двумя соседними кольцами жесткости максимальное (если l2 > l1, то в качестве расчетной длины принимается l2) (рис. 3.14).
Если K4 > 2φт /φр – 1, то толщину стенки обечайки необходимо увеличить до такого размера, чтобы выполнялось условие 0 < K4 < < 2φт /φр – 1.
Допускаемое внутреннее избыточное давление определяется из условия
[p]= min{[p]1; [p]2},
где допускаемое внутреннее избыточное давление, определяемое из условий прочности всей обечайки,
|
|
2[σ]ϕ(s − c) + 2 |
Aк |
[σ]кϕк |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
[p]1 |
= |
|
l1 |
, |
(3.28) |
||
D + (s − c) |
|||||||
|
|
|
|
||||
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ |
95 |
|
|
а допускаемое внутреннее избыточное давление из условий прочности обечайки между двумя соседними кольцами жесткости
|
|
[p]2 |
= |
2[σ]ϕт(s − c) 2 |
+ λ2n |
|
, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
D + (s − c) |
1 |
+ |
ϕт |
λn |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
ϕp |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где λ2n = |
b2 |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D(s − c) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочность всей обечайки целесообразно повышать увеличением площади поперечного сечения колец жесткости, а прочность обечайки между кольцами жесткости – уменьшением расстояния между двумя смежными кольцами жесткости.
Обечайки с кольцами жесткости, нагруженные наружным давлением
Допускаемое наружное давление определяют из условия p = min{[p]1; [p]2}.
Допускаемое наружное давление, определяемое из условий устойчивости всей обечайки, будет рассчитываться по зависимости
[p]1 |
= |
[p]1p |
|
, |
|
|
[p] |
|
|||
|
|
|
2 |
||
|
|
|
1p |
|
|
|
|
[p] |
|||
|
|
1 + |
|
||
|
|
|
1E |
||
где допускаемое наружное давление [p]1p соответствует величине [p]1, рассчи-
танной по зависимости (3.28) при значениях коэффициентов φр = 1,0 и φт = 1,0, а допускаемое наружное давление [p]1Е из условий устойчивости в пределах
упругости определяется по зависимости
|
|
|
|
[p] |
= |
2,08 10−5 E |
|
D |
100k(s −c) 2,5 |
, |
|||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
1E |
|
kB2ny |
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|||
где |
B |
= min |
1,0; |
9,45 D |
|
D |
. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||||||
|
2 |
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
100k(s − c) |
|
|
|
||||||
Коэффициент жесткости k обечайки, подкрепленной кольцами жесткости, рассчитывается по уравнению
k = |
10,9I |
, |
l (s − c)2 |
||
|
1 |
|
где эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения кольца жесткости равен