WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 16 |

• для компенсации коррозии обечайки и днища ск = (П + П руб)·t = (0,05 + 0,01)·20 = 1,2 мм, крышки cк. кр = П ·t = 0,05·20 = 1 мм, рубашки cк.р= П руб·t = 0,01·20 = 0,2 мм;

• для компенсации эрозии сэ = 0, так как эрозия отсутствует;

• для компенсации минусового допуска и утонения стенки элементов аппарата можно принять соответственно с2 = 0 и с3 = 0, так как сумма (с2 + с3) не превышает 5 % толщины листа.

Тогда при условии, что с1 = ск + сэ, величина суммарной прибавки к расчетным толщинам обечайки и днища корпуса с = сi = ск = 1,2 мм; крышки скр = скр.i = ск.кр = 1 мм; рубашки ср = ср.i = ск.р = 0,2 мм.

Расчетная длина цилиндрической обечайки корпуса, находящегося под действием наружного давления, с учетом отбортовки эллиптического днища lR = l + Н/3 = 1300 + 350/3 = 1417 мм.

Определение толщины стенок (проектный расчет) Расчетная толщина цилиндрической обечайки корпуса:

• при действии внутреннего давления pRD sR = =0.5·1400/(2·154·1 – 0,5) = 2,28 мм;

2[ ] - pR • при действии наружного давления (приближенно) D sR.H = max D-2; 1,1pR ;

K 2[ ] sR.H= max{0,57·1400·10–2; 1,1·0,4·1400/(2·154)} = max{7,28;2,00} = 7,98 мм, где рR = pR.p = 0,4 МПа; K2 = 0,57—по номограмме (см. рис. 2.14) при nu pR 2,4 0,4 lR K1 = = = 2,15, K3 = = = 0,94 и 2,4 10-6 E 2,4 10-6 1,86 105 D 103[ ] 103 = = 0,83.

E 1,86 Исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки корпуса в первом приближении s> max (sR; sR.H) + с = max (2,28; 7,98 ) + 1,2 = 9,18 мм.

Принимаем большее стандартное значение s = 10 мм.

Так как обечайка корпуса при наличии давления в рубашке и отсутствии давления внутри аппарата работает под совместным действием наружного давления pR.p и осевого сжимающего усилия P1, то должно выполняться условие устойчивости pH. p P1 M Q + + + 1 при M = 0 и Q = 0.

[Q] [ p]H. p [P] [M ] Осевое сжимающее усилие P1— это усилие прижатия днища к обечайке давлением в рубашке, которое может быть рассчитано (пренебрегая неполным охватом днища рубашкой, силой тяжести днища и его связью с рубашкой) следующим образом:

P1 0,25p (D+ 2s)2 pR.p = 0,25·3,14·(1,4 + 2·0.01)2·0,4 = 0,63 МН.

Допускаемое наружное давление:

• из условия прочности [p]нp=2·[s]·(s – c) / (D + s – с) =2·154·(10 – 1,2) / (1400 + 10 – 1,2) = 1,92 МПа;

• из условия устойчивости в пределах упругости:

по приближенной формуле (при K2 = 0,52 < 2) K1 10-6 E 2,1510-6 1,[ p]HE = 2,4 = 2,4 = 0,4 МПа, nu 2,по точной формуле 1,810-5 E D 100(s - c) 100(s - c) [ p]HE = = 0,45 МПа, nu B1 lR D D D D где B1 = min1; 8,15 = 1;

lR 100(s - c) с учетом обоих условий [ p]Hp 1,[ p]p = = = 0,44 МПа.

1,[ p]Hp 1+ 1+ [ p]HE 0, Допускаемое осевое сжимающее усилие при 1 < lR/D < 10:

• из условия прочности в пределах пластичности [P1]P =(D+ s -c)(s -c)[] = 3,14(1,4+0,01-0,0012)(0,01-0,0012)154= 6,0 MH;

• • из условия устойчивости в пределах упругости 31010-6 E 100(s - c) 100(s - c) [P1]E = D2 ;

nu D D 310 10-6 1,86 105 100 (10 -1,2) 100 (10 -1,2) [P1]E = 1,42 = 14,75 МН;

2,4 1400 • с учетом обоих условий [P1]P [P1] = = = 5,56 МН.

[P1]P 1+ 1+ [P ]E 14, Условие устойчивости обечайки корпуса при полученных значениях [p]p и [P1] не выполняется (0,4 / 0,44 + 0,63 / 5,56 = 1,022 > 1).

Толщина эллиптического днища:

• требуемая толщина днища по избыточному внутреннему давлению pR R 0,5 sR = = = 2.28 мм, 2[ ] - 0,5 pR 2 154 1- 0,5 0,где R – максимальный внутренний радиус кривизны днища. Для стандартного эллиптического днища с Hд = 0,25D R = D;

• требуемая толщина днища по наружному давлению (приближенно) KeR nu pR pR R sR H = max ; ;

510 2[ ] 10-6 E 0,9 1400 2,4 0,4 0.4 sR.H = max ; = max{5,6; 1,8}= 5,6 мм, 510 2 10-6 1,86 где для предварительного расчета принято Ке=0,9.

Исполнительная толщина стенки в первом приближении sд> max (sR; sR.H) + с = max (2,28; 5,6 ) + 1,2 = 6,8 мм.

Принимаем исполнительную толщину эллиптического днища равной толщине цилиндрической обечайки, т.е. sд = 10 мм.

Допускаемое внутреннее давление для эллиптического днища 2[ ](sд - c) 2 154 1 (10 -1,2) [ p] = = = 1,92 МПа.

R + 0,5(sд - c) 1400 + 0,5 (10 -1,2) Допускаемое наружное давление для днища:

• из условия прочности 2[ ](sд - c) 2 154 1 (10 -1,2) [ p]p = = = 1,92 МПа;

R + 0,5(sд - c) 1400 + 0,5 (10 -1,2) • из условия устойчивости в пределах упругости 26 10-6 E 100(s - c) 26 10-6 1,86 105 100(10 -1,2) [ p]E = = = 0.89 МПа, nu KeR 2,4 0,946 1+ (2,4 + 8) 1+ (2,4 + 8 0,0943) 0,где Ke = = = 0,1+ (3 +10) 1+ (3 +10 0,0943) 0, sд - c 2Hд 10 -1,2 1400 2 D при = 10 - = 10 - = 0.0943;

D 2H D 1400 2 350 д • с учетом обоих условий [ p]p 1,[ p] = = = 0,81 МПа.

[ p]p 1, 1+ 1+ [ p]E 0, Условие устойчивости днища (pR / [p] = 0,4 / 0,81 < 1) выполняется.

Таким образом, принятая в проектном расчете толщина стенок корпуса s = sд = 10 мм не полностью удовлетворяет условиям прочности и устойчивости. Следовательно, требуется увеличение толщины стенки корпуса. Примем ближайшее большее стандартное значение s = sд = 12 мм и выполним поверочный расчет.

Определение допускаемых давлений (поверочный расчет) Цилиндрическая обечайка при рабочих условиях Допускаемое внутреннее давление на обечайку корпуса 2[ ](s - c) 2 154 1 (12 -1,2) [ p] = = = 2,36 МПа.

D + (s - с) 1400 + (12 -1,2) Условие прочности рR < [р] выполняется (0,5 < 2,36).

Допускаемое наружное давление:

• из условия прочности [p] =2·[s]·(s – c) / (D + s – с) =2·154·(12 – 1,2) / (1400 + 12 – 1,2) = 2,36 МПа;



Н p • из условия устойчивости в пределах упругости 1,810-5 E D 100(s - c) 100(s - c) [ p]HE = = nu B1 lR D D 1,8 10-5 1,86 105 1400 100(12 -1,2) 100(12 -1,2) = = 0,72 МПа, 2,4 1 1417 1400 D D 1400 где B1 = min1; 8,15 = min1; 8,15 = 1;

lR 100(s - c) 1417 100 (12 -1,2) • с учетом обоих условий [ p]Hp 2,[ p]H = = = 0,69 МПа.

2,[ p]Hp 1+ 1+ [ p]HE 0, Допускаемое осевое сжимающее усилие при 1 < lR/D < 10:

• из условия прочности в пределах пластичности [P1]P = (D + s - c)(s - c)[ ] = 3,14 (1,4 + 0,012 - 0,0012) (0,012 - 0,0012) 154 = 7,37 МН;

• из условия устойчивости в пределах упругости 310 10-6 E 100(s - c) 100(s - c) [P1]E = D2, nu D D 310 10-6 1,86 105 100 (12 -1,2) 100 (12 -1,2) [P1]E = 1,42 = 24,61 МН;

2,4 1400 • с учетом обоих условий [P1]P 7,[P1] = = = 7,06 МН.

7, [P1]P 1+ 1+ [P ]E 24, Условие устойчивости обечайки корпуса с полученными при рабочих условиях значениями [p]p и [P1] выполняется (0,4/0,69+0,63/7,06=0,67 < 1).

Цилиндрическая обечайка в условиях испытаний Осевое сжимающее усилие при испытаниях (усилие прижатия днища к обечайке пробным давлением в рубашке, пренебрегая неполным охватом днища рубашкой, силой тяжести днища и его связью с рубашкой) P1u 0,25p (D+ 2s)2 pи.н = 0,25·3,14·(1,4 + 2·0.012)2·0,66 = 0,74 МН.

Допускаемое внутреннее давление на обечайку корпуса при [s]u = 254,2[ ]u(s - c) 2 254,6 1 (12 -1,2) [ p]u = = = 3,9 МПа, D + (s - с) 1400 + (12 -1,2) т.е. условие прочности при испытаниях pи.в < [р]u выполняется (0,8 < 3,9).

Допускаемое наружное давление при испытании:

• из условия прочности [p]p=2·[s]u·(s – c) / (D + s – с) =2·254,6·(12 – 1,2) / (1400 + 12 – 1,2) = 3,9 МПа;

• из условия устойчивости в пределах упругости 1,810-5 E D 100(s - c) 100(s - c) [ p]E = = nu B1 lR D D 1,810-5 1,99 105 1400 100(12 -1,2) 100(12 -1,2) = = 1,03 МПа;

1,8 1 1417 1400 • с учетом обоих условий [ p]p 3,[ p]pu = = = 1,0 МПа.

3,[ p]p 1+ 1+ [ p]E 1, Допускаемое осевое сжимающее усилие при 1 < lR/D < 10:

• из условия прочности в пределах пластичности [P1]Pu = (D + s - c)(s - c)[ ]u = 3,14(1,4 + 0,012 - 0,0012)(0,012 - 0,0012)254,6 = 12,2 МН;

• из условия устойчивости в пределах упругости 310 10-6 E 100(s - c) 100(s - c) [P1]Eu = D2 ;

nu D D 310 10-6 1,99 105 100 (12 -1,2) 100 (12 -1,2) [P1]Eu = 1,42 = 35,1 МН;

1,8 1400 • с учетом обоих условий [P1]P u 12,[P1]u = = = 11,5 МН.

12, [P1]Pu 1+ 1+ [P ]Eu 35, Условие устойчивости обечайки корпуса с полученными при условиях испытаний значениями [p]pu и [P1]u выполняется:

0,66 / 1,0 + 0,74 / 11,5 = 0,72 < 1.

Условие применимости расчетных формул выполняется:

(s – c) / D = (12 – 1,2) / 1400 = 0,008 < 0,1.

Эллиптическое днище (sд = 12 мм) при рабочих условиях Допускаемое внутреннее давление для эллиптического днища 2[ ](sд - c) 2 154 1 (12 -1,2) [ p] = = = 2,37 МПа.

R + 0,5(sд - c) 1400 + 0,5 (12 -1,2) Допускаемое наружное давление для днища:

• из условия прочности 2[ ](sд - c) 21541(12 -1,2) [ p]p = = = 2,37 МПа;

R + 0,5(sд - c) 1400 + 0,5(12 -1,2) • из условия устойчивости в пределах упругости 26 10-6 E 100(s - c) 26 10-6 1,86 105 100(12 -1,2) [ p]E = = = 1,66 МПа, nu KeR 2,4 0,935 1+ (2,4 + 8) 1+ (2,4 + 8 0,116) 0,где Ke = = = 0,1+ (3 +10) 1+ (3 +10 0,116) 0,sд - c 2H D 12 -1,2 1400 2 д при = 10 - = 10 = 0.116;

- D 2Hд D 1400 2 350 • с учетом обоих условий [ p]p 2,[ p] = = = 1,36 МПа.

2 [ p]p 2, 1+ 1+ 1,[ p]E Условие устойчивости днища (pR / [p] = 0,4 / 1,36 < 1) выполняется.

Эллиптическое днище (sд = 12 мм) в условиях испытаний Допускаемое внутреннее давление для эллиптического днища 2[ ]u(sд - c) 2 254,6 1 (12 -1,2) [ p]u = = = 3,92 МПа.

R + 0,5(sд - c) 1400 + 0,5 (12 -1,2) Допускаемое наружное давление для днища:

• из условия прочности 2[ ]u(sд - c) 2 254,6 1 (12 -1,2) [ p]pu = = = 3,92 МПа;

R + 0,5(sд - c) 1400 + 0,5 (12 -1,2) • из условия устойчивости в пределах упругости 26 10-6 E 100(s - c) 26 10-6 1,99 105 100(12 -1,2) [ p]Eu = = = 1.96 МПа, nu KeR 1,8 0, 1+ (2,4 + 8) 1+ (2,4 + 8 0,116) 0,где Ke = = = 0,1+ (3 +10) 1+ (3 +10 0,116) 0,sд - c 2H D 12 -1,2 1400 2 д при = 10 - = 10 = 0.116;

- D 2Hд D 1400 2 350 • с учетом обоих условий [ p]pu 3,[ p]u = = = 1,75 МПа.

2 [ p]pu 3, 1+ 1+ 1,[ p]Eu Условие устойчивости днища (pи.н / [p]u = 0,66 / 1,75 < 1) выполняется.

Условие применимости расчетных формул выполняется:

(sд — c) / D = (12 - 1,2) / 1400 = 0,008 < 0,1.

Таким образом, принятая исполнительная толщина стенок корпуса s = sд = 12 мм полностью удовлетворяет условиям прочности и устойчивости, что обеспечит надежную работу корпуса аппарата, как при рабочих условиях, так и при условиях гидроиспытаний.

7.3. Расчет укрепления отверстия Задача 7.5. Проверить укрепление нормального одиночного отверстия для конического днища аппарата, работающего под внутренним давлением (рис.7.5).

Исходные данные: внутренний диаметр аппарата — D = 1200 мм, исполнительная толщина стенки днища и штуцера s = sш = 6 мм, внутренний диаметр днища по центру укрепляемого отверстия Dк = мм, внутренний диаметр штуцера d = 150 мм, наружная длина штуцера l =125 мм, внутреннее расчетное давление — pp = 0,6 МПа, расчетная температура стенок аппарата Рис. 7.5. К задаче 7.— tp = 100°C, материал конической оболочки и штуцера—сталь 12Х18Н12Т; угол при вершине конического днища 2 = 90°, прибавка к расчетной толщине стенки c=cш=1 мм, коэффициент прочности сварных швов = 1.





Решение задачи Допускаемое напряжение в рабочем состоянии [s] = hном = 1·152 = 152 МПа, где h = 1 — для листового проката, ном = 152 МПа — номинальное допускаемое напряжение для стали марки 12Х18Н12Т при температуре t = 100°С.

Расчетный диаметр отверстия в днище dp = d + 2c =150 + 2 = 152 мм.

Расчетный диаметр конической оболочки по центру укрепляемого отверстия Dp = DK / cos = 0,75/ cos45 = 1,061 м.

Минимальное расстояние от штуцера до края цилиндрической обечайки должно быть x0 0,5(B0 + d) = 0,5(72,84 +150) = 111,42 мм, где B0 – ширина зоны укрепления при отсутствии накладного кольца, B0 = Dp (s - c) = 1061(6 -1) = 72,84 мм.

При заданных размерах днища расстояние от штуцера до края цилиндрической обечайки равно lk = (D - Dк)·cos45 – (d/2 + sш) = (1200 - 750)·cos45 – (75+6) = 237,2 мм, т.е. условие lk x0 выполняется (237,2 111,42).

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке в окрестности штуцера b1 p = min{lk ; B0} = min{237,2; 72,84} = 72,мм.

Расчетная толщина стенки конического днища, работающего под внутренним давлением, в месте расположения отверстия pp Dp 0,6 s = = = 2,97 мм.

p (2[ ] - pp )cos (2 152 1- 0,6)cos Расчетная толщина стенки штуцера, нагруженного внутренним давлением, p (d + 2c) 0,6(150 + 2) p мм.

sш p = = = 0.2[ ]1 - p 2 152 1 - 0,p Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующий укрепления при наличии избыточной толщины стенки укрепляемого элемента, s - c -d0 p = 2 - 0,8B0 = 2 - 0,8 72,84 = 128,7 мм.

sp 2, Так как внутренний диаметр штуцера d > d0 (150 мм > 126,7 мм), то отверстие необходимо укреплять.

Расчетные длины внешней и внутренней частей штуцера, участвующие в укреплении, при толщине стенки штуцера sш = s = 6 мм и длине внутренней части штуцера l2 = 0:

l1p = min{l1; 1,25 (d + 2c)(sш - c)} = min{125; 1,25 (150 + 2)(6 -1)} = 34,5 мм, l2 p = min{l2; 0,5 (d + 2c)(sш - c)} = min{0; 0,5 (150 + 2)(6 -1)} = 0 мм.

Расчетная площадь вырезанного сечения Fp = 0,5(d - d0 p )sp = 0,5 (152 -128,7) 2,97 = 34,6 мм2.

p Расчетная площадь укрепляющего сечения укрепляемой стенки Fsp = b1p (s - sp - c) = 72,84 (6 - 2,97 -1) = 147,86 мм2.

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера F1p = l1R (sш - sшp - c)1 = 34,5 (6 - 0,3 -1) 1 = 162,2 мм2, где 1 = 1, так как материал днища и штуцера одинаковый.

Достаточность укрепления ( F1 p + F3 p Fp - Fsp ) выбранным тонкостенным штуцером выполняется: 162,2 + 0 +147,86 > 34,6. F3p = 0, так как l2p = 0.

Задача 7.6. Для цилиндрической обечайки корпуса горизонтального кожухотрубчатого теплообменника (см. рис. 7.6), работающего под внутренним давлением, рассчитать укрепление отверстия штуцера торообразной вставкой.

Исходные данные. внутренний диаметр аппарата D = 1200 мм, расчетная толщина стенки обечайки корпуса sp = 8,5 мм, исполнительная - s = 12 мм. Наружная поверхность штуцера отстоит от трубной решетки на расстоянии LH = 90 мм, диаметр штуцера d = 350 мм, исполнительная ширина торообразной вставки L = 50 мм, длина штуцера l1 = 200 мм. Внутренний радиус торообразной вставки r0 = 24 мм, расчетная толщина стенки штуцера sш = 2,5 мм, исполнительная - sш = 16мм, материал корпуса и штуцера — сталь ВСтЗсп, прибавка к расчетной толщине стенок c = cш = 1 мм.

Решение задачи Расчетная длина образующей обечайки в зоне укрепления ( sy = 0 ) B0 = Dp (s - c) = 1200(12 -1) = 114,9 мм, где Dp = D = 1200 мм. Так как lk = LH < B0, то штуцер считается близко расположенным к трубной решетке.

Расчетная ширина зоны укрепления в стенке в окрестности штуb1p = min{lk ; B0} цера Рис. 7.6. Укрепление отверстия b1 p = min{90; 114,9} = 90 мм.

штуцера торообразной вставкой на Расчетный диаметр отверстия цилиндрической обечайке штуцера d = d + 1,5(r0 - s )+ 2cш = 350 + 1,5(24 - 8,5)+ 2 1 = 375 мм p p Расчетная длина внешней части штуцера l1p = min{l1; 1,25 (d + 2cш )(sш - сш )}= min{200;1,25 (350 + 2 1)(16 -1)}= 90,8 мм.

Расчетный диаметр одиночного отверстия не требующий укрепления при наличии избыточной толщины стенки укрепляемого элемента s - c -d0 p = 2 - 0,8B0 = 2 - 0,8 114,9 = 113,5 мм.

s 8, p Расчетная площадь вырезанного сечения Fp = 0,5(d - d0 p )s = 0,5 (375 -113,5) 8,5 = 1111,4 мм2.

p p Расчетная площадь укрепляющего сечения укрепляемой стенки Fsp = b1p (s - sp - c) = 90 (12 - 8,5 -1) = 225 мм2.

Расчетная площадь укрепляющего сечения внешней части штуцера F1p = l1R (sш - sшp - c)1 = 90,8 (16 - 2,5 -1) 1 = 1135 мм2, где 1 = 1, так как материал днища и штуцера одинаковый.

Достаточность укрепления отверстия штуцера торообразной вставкой ( F1p + Fsp Fp ) выполняется: 1135 + 0 +225 > 1111,4.

7.4. Расчет сопряжения оболочек Задача 7.7. Рассчитать на прочность сопряжение элементов конструкции корпуса аппарата (цилиндрической обечайки и конического днища), изображенного на рис. 7.7.

Исходные данные: внутреннее расчетное давление pp = 0,6 МПа;

внутренний диаметр D = 1600 мм;

расчетная температура стенок аппарата tp = 80°C; материал — листовой прокат из стали 09Г2С; сопрягаемые элементы — цилиндрическая и коническая обечайки; толщина стенок:

s = 8 мм, sк = 8 мм; угол при вершине днища = 45°; прибавка к расчетной толщине c = 2 мм; коэффициент прочности сварных швов = 1; допускаемое напряжение [s] =162 МПа.

Pages:     | 1 |   ...   | 9 | 10 || 12 | 13 |   ...   | 16 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.