Материал: основы проектирования хим произв дворецкий
106 |
Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ |
|
|
а) |
б) |
Рис. 3.23. Конические днища:
а – неотбортованные; б – с тороидальным переходом
Конструктивно конические днища выполняют неотбортованными и отбортованными с тороидальным переходом (рис. 3.23). Днища с тороидальным переходом обеспечивают меньшую концентрацию напряжений в переходной зоне, поэтому в аппаратах, работающих под давлением более 0,07 МПа используются только отбортованные конические днища с тороидальным переходом. Стандартные конические днища выпускаются с углом при вершине 2α1 = 60, 90, 120 и 140°.
Конические днища, нагруженные внутренним избыточным давлением. Толщи-
ну стенки гладкой конической обечайки определяют
sкR = |
pDк |
|
|
1 |
; |
sк ≥ sкR + c. |
(3.41) |
|
2ϕр[σ] |
− p cos α1 |
|||||||
|
|
|
|
|||||
В этих формулах Dк – расчетный диаметр гладкой конической обечайки. Для днищ без тороидального перехода он определяется как Dк = D −1,4a1 sin α1, а для
днищ с тороидальным переходом – Dк = D − 2[r(1−cosα1) +0,7a1 sin α1]. Расчетные длины переходных частей для конической части a1 = 0,7 D(s1 − c) / cosα1 ; для цилиндрической части при отсутствии перехода a2 = 0,7 D(s2 − c ), а при наличии тороидального перехода a2 = 0,5 D(s1 − c).
Допускаемое внутреннее избыточное давление
[p]= |
|
2[σ]ϕp (sк − с) |
. |
(3.42) |
|
|
D |
|
|||
|
|
к |
+ (sк − с) |
|
|
|
|
cosα1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ |
107 |
||
|
|||
Данные расчетные зависимости применимы при соотношении между тол- |
|||
щиной стенки обечайки и диаметром в пределах 0,001 ≤ |
s1 cos α1 |
≤ 0,050. |
|
D |
|||
|
|
||
Выполнение этого условия для пологого конического днища (α1 > 70°) не требуется. Исполнительные длины переходных частей обечаек должны быть не менее расчетных длин а1 и а2. Приведенные формулы не применимы для расчета на прочность конических переходов в местах крепления рубашки к корпусу.
Конические днища, нагруженные наружным давлением
Толщину стенки в первом приближении вычисляют по формуле
|
|
|
10 |
−2 |
D |
|
|
p |
|
|
l |
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
Е |
|
||||||
s |
|
= max 1,06 |
|
|
Е |
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
D |
||||||
|
R |
|
|
|
|
10 |
−5 |
E |
|
|
|
|||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Е |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,2 pDк |
1 |
|
|
|||
|
sк ≥ sкR + c, |
|||||
|
|
|
|
|
; |
|
2[σ]ϕ |
p |
− p cosα |
||||
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
где эффективная длина и эффективный диаметр конического днища определяются соответственно
|
|
|
D − D |
|
|
|
|
D + D |
|
D |
|
D + D |
|
|
|||
l |
|
= |
0 |
; |
D |
|
= max |
|
0 |
; |
|
− 0,31(D + D ) |
|
|
0 |
tgα |
, |
|
2sin α |
|
2cos α |
cos α |
s |
|
−c |
||||||||||
|
E |
|
|
|
E |
|
|
0 |
к |
1 |
|
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
а коэффициент B1
B |
= min |
1,0; |
9,45 |
DE |
|
DE |
. |
|
|
||||||
1 |
|
|
|
lE |
|
|
|
|
|
|
|
100(sк −c) |
|||
Допускаемое наружное давление для конического днища рассчитывают по формуле (3.20), где допускаемые давления из условия прочности и условия устойчивости в пределах упругости определяют соответственно по зависимостям
(3.41) и (3.21).
Расчет толщин переходных элементов
Для днищ без тороидального перехода (рис. 3.23, а) толщину стенки перехода цилиндрической части определяют по формулам
s2R = |
pDβ1 |
; s2 |
≥ s2R + c, |
2[σ]ϕp − p |
где β1 ≥ max{0,5; β} – коэффициент формы.
Значение β может быть определено по диаграмме (рис. 3.24, а). Расчет толщины стенки перехода конического элемента проводят методом последовательных приближений на основании предварительного подбора и последующей проверки отношения
s ≥ |
|
s1 |
−c |
s |
2R |
+ c. |
|
|
|||||
1 |
|
|
|
|
||
|
s2 |
−c |
|
|
||
108 |
Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ |
|
|
а)
б)
Рис. 3.24. Диаграмма для определения коэффициента β:
а – при расчете толщин стенок переходов; б – при выполнении проверочного расчета
Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление из условия прочности переходной части рассчитывают по зависимости
[p]= 2[σ]ϕp (s2 − c) ,
Dβ1 + (s2 − c)
РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ОБОРУДОВАНИЯ |
109 |
|
|
|
|
где коэффициент формы β1 определяется в зависимости |
от коэффициента β |
|
(рис. 3.24, б). |
|
α1 ≤ 70°; |
Данные расчетные зависимости применимы при |
условиях |
|
(s1 −c) ≥ (s2 −c). Если (s1 − c) ≥ (s2 − c) , то при проверочном расчете следует
принимать (s1 − c) = (s2 − c).
Для днища с тороидальным переходом (рис. 3.23, б) толщину стенки перехода рассчитывают по формулам
s1R = |
pDβ3 |
; |
s1 ≥ s1R +c, |
|
2ϕp[σ]− p |
||||
|
|
|
где β3 = max{0,5; β; βт}.
Коэффициент β определяют по диаграмме (рис. 3.24, а), а коэффициент βт по диаграмме (рис. 3.25, а).
а)
б)
Рис. 3.25. Диаграмма для определения коэффициента β:
а – при расчете толщин стенок переходов; б – при выполнении проверочного расчета
110 |
Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ |
|
|
Допускаемое внутреннее избыточное или наружное давление из условия прочности переходной части рассчитывают по зависимости
[p]= 2[σ]ϕp (s1 − c) ,
Dβ3 + (s1 − c)
где коэффициент β3 определяется в зависимости от коэффициентов β (рис. 3.24, а) и
βт (рис. 3.25, б).
Данные расчетные зависимости применимы при условиях α1 ≤ 70°, 0 ≤ r / D ≤ 0,3.
Расчет конических обечаек и днищ с укрепляющими кольцами изложен в ГОСТ Р 5287.2.
Конические днища, нагруженные осевыми усилиями
Толщину стенки гладкого конического днища, нагруженного осевой растягивающей силой определяют по формулам
sкR = |
F |
1 |
; |
sк ≥ sкR +c, |
||
πD ϕ |
[σ] |
|
cos α |
|||
|
1 т |
1 |
|
|
||
а допускаемую растягивающую силу по уравнению
F= πD1 (sк − c)ϕт[σ]cos α1.
Вслучае нагружения гладкого конического днища осевой сжимающей силой определяют ее допускаемое значение по уравнению
|
|
|
|
|
|
|
|
[F ]p |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
[F ]= min |
|
|
|
|
; |
|
|
[F |
] |
|
|||
|
|
2 |
||||
|
1+ |
|
p |
|
||
[F ] |
||||||
|
|
|
||||
|
|
E |
||||
DD1 [F ]p ,
F
где допускаемая осевая сила из условия прочности
|
[F ]p = πDF (sк −c)[σ]cos α1, |
|
(3.43) |
||||
а допускаемая осевая сила из условия устойчивости в пределах упругости |
|
||||||
[F ]E = |
31,0 10−5 E |
2 |
100(s |
−c) 2,5 |
|
||
|
(DF cosα1) |
|
к |
. |
(3.44) |
||
ny |
DF |
||||||
|
|
|
|
|
|||
В этих уравнениях DF – эффективный диаметр конической обечайки при |
|||||||
осевом сжатии |
DF = (0,9D + 0,1D0 ) / cosα1. |
|
(3.45) |
||||
|
|
||||||