WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 16 |

Решение задачи Рис. 7.7. Аппарат вертикальный с перемешивающим устройством (а) и Допускаемое напряжение на расчетная схема (б) соединения цилиндкраях цилиндрической и конической рической обечайки с коническим дниоболочек щем: U и Uк—меридиональные усилия [s]кр = 1,3·[s] = 1,3·162 = 210,6 МПа.

цилиндрической и конической обечаек, Расчетное значение модуля просоответственно, pp – расчетное давление, дольной упругости при расчетной Q0 - краевая сила, М0 - краевой момент, температуре 80°C для стали 09Г2С Q – распорная краевая сила.

E = 1,99·105 МПа. Коэффициент Пуассона для стали 09Г2С = 0,3.

Система уравнений совместности деформаций с учетом направления нагрузок (см. рис. 1.27, б):

ц - ц + ц = K + K + K, р Q0 М0 р (Q0 -Q) М, ц ц ц K K - +Q -М = +(K +М, р р Q0 -Q) 0 0 ц ц ц где ц,ц,ц,,Q0,М0 — соответственно радиальные и угловые дер р Q0 Мформации края цилиндрической обечайки под действием нагрузок р, Q0 и М0;

K K K K K K — соответственно радиальные и угло,,,,, р (Q - Q ) М р (Q - Q ) М 0 0 0 вые деформации края конической обечайки под действием нагрузок р, Q0 и М0.

Подставляя соответствующие выражения для деформаций из Приложения 4 в уравнения совместности деформаций, получим систему уравнений для определения неизвестных краевых нагрузок (2 - )R2 2R2 2 R2 (2 - )RpP - Q0 + M = pP + 2E(s - c) E(s - c) E(s - c) 2E(sK - c)cos 2K R2 2K R+ (Q0 - Q)+ M, E(sK - c) E(sK - c)cos 2 2 R2 4 R2 3Rsin - 0 + Q0 - M = pP + E(s - c) E(s - c) 2E(sK - c)cos 2 2K R2 4K R+ (Q0 - Q)+ M, E(sK - c)cos E(sK - c)cos 2 4 где = 3(1 - )/ R(s - c) K = 3(1- )/ R(sK - c)/ cos ; Q = pP R /(2ctg).

;

Подставляя известные значения величин, входящих в данные уравнения, получим R = D/2 = 0,8 м; b=18,5533 1/м; bк=15,6014 1/м; Q = 0,24 МН/м;

27,34 10-5 -19,89 10-3Q0 + 0,369M = 38,66 10-5 +16,7310-3(Q - 0,24)+ 0,369M ;

0 - 0 + 0,369Q0 -13,693M = 85,28 10-5 + 0,369 (Q0 - 0,24)+16,284M.

0 Q0 = 0,106536 МН/м Откуда ; M = 2,92599 10-3 МН м/м.

Суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки, с учетом направления нагрузок, их вызывающих, и формул из Приложения 4:

• меридиональное напряжение P Q0 M = - + = pP R /[2(s - c)]- 0 ± 6M /(s - c) = (40 ± 487,664)МПа;

m0 m0 m0 m0 • кольцевое напряжение P Q0 M = - + = pPR /(s - c)- 2R(Q0 - M )/(s - c)± 6M /(s - c) = t0 t0 t0 t0 0 = (-178,507 ±146,299) МПа.

Максимальные меридиональное и кольцевое напряжения на краю цилиндрической обечайки max max = 527,664 МПа; = 324,806 МПа.

m0 t Суммарные напряжения на краю конического днища:

• меридиональное напряжение P (Q0 -Q) M = + + = pP R /[2(sK - c)cos]+ (Q0 - Q)sin /(sK - c)± ;

mk mk mk mk ± 6M /(sK - c) = (40,8397 ± 487,664) МПа;

• кольцевое напряжение P (Q0 -Q) M = + + = pPR /[(sK - c)cos]+ 2k R(Q0 - Q)/(sK - c)+ tk tk tk tk + 2k RM /[(sK - c)cos]± 6M /(sK - c) = (-173,536 ±146,299) МПа;

0 Максимальные меридиональное и кольцевое напряжения на краю конического днища max max = 528,504 МПа; = 319,836 МПа.

mk tk Максимальное напряжение на краю:

• цилиндрической обечайки max max = max{, }= max{527,664; 324,806}= 527,664 МПа;

max 0 m0 t > [ ] 527,664 МПа > 1·210,6 МПа;

max 0 КР • конического днища max max = max{, }= max{528,504; 319,836}= 528,504 МПа;

max K mK tK > [ ] 528,504 МПа > 1·210,6 МПа.

max K КР Таким образом, условие прочности в месте сопряжения элементов не выполняется. Это требует увеличения толщины стенки цилиндрической и конической обечаек в пределах краевой зоны. Увеличивая толщину стенок обечаек в краевой зоне до 16 мм и проводя аналогичные расчеты снова, получим результаты, приведенные в табл. 7.1.

Таблица 7.Результаты расчета краевых напряжений Меридиональные напряжения, МПа Кольцевые напряжения, МПа s=sк, цилиндр конус цилиндр конус мм 8 527.664 -447.664 528.504 -446.825 -2.2076 -324.806 -27.237 -19.16 152.191 -117.905 152.469 -117.628 3.55965 -77.4693 5.68989 -5.14 190.739 -150.739 191.083 -150.395 1.14316 -101.3 3.62844 -98.Как видно из этой таблицы, все значения напряжений при s=sк=16 мм существенно ниже допускаемых напряжений в краевой зоне. Поэтому возможно уменьшение толщины стенок цилиндрической и конической обечаек в краевой зоне до 14 мм (нижняя строчка).

Величины краевых зон при s=sк=8 мм имеют размеры lЦ = /(2,5 ) = 68 мм и lK = /(2,5K ) = 80.5 мм, а при s=sк=14 мм lЦ = /(2,5 ) = 96 мм и lK = /(2,5 ) = 114 мм.

K 7.5. Расчет фланцевого соединения Задача 7.8. Рассчитать на прочность и герметичность фланцевое соединение аппарата. Заданная конструкция фланца и тип уплотнительной поверхности представлены на рис. 7.8.

Исходные данные: внутренний диаметр D = 1600 мм, толщина обечайки s = 34 мм, внутреннее давление pp = 4 МПа, температура tp = 113,5°C. Материал фланца — сталь 12Х18Н10Т, материал болтов — сталь 35Х. Фланцы неизолированные, приварные встык, имеют уплотнительную поверхность типа «шип-паз». Число циклов нагружения N < 2000. Внешний изгибающий момент и осевая сила отсутствуют. Коэффициент прочности сварных швов =1.

Рис. 7.8.. Конструкция фланца (а) и тип уплотнительной поверхности (b) Определение расчетных параметров Расчетные температуры в соответствии с табл. 6.1:

• расчетная температура не изолированных, приварных встык фланцев tф = 0,96 t = 0,96·113,5 = 109°С, • расчетная температура болтов tБ = 0,95t = 0,95·113,5 = 107,8°С.



Допускаемые напряжения для болтов из стали 35Х по табл. XXXIII Приложения 2 [sБ] = 230 МПа.

Допускаемые напряжения для фланцев из стали 12Х18Н10Т:

• в месте соединения втулки с плоскостью фланца по табл. II Приложения 1 [1] = = 227 МПа.

T • в месте соединения втулки с обечайкой при давлении p = 4 МПа и N<2000 [ ] = 0,003E /1,5 = 0,0031,742 105 /1,5 = 348,4 МПа (Так как p = 4 МПа, то допускаемое напряжение уменьшено в 1,5 раза; E - по табл. VII приложения 1).

Конструктивные размеры фланцевого соединения Толщину втулки принимаем s0 = 38 мм, что удовлетворяет условиям для приварного встык фланца:

(34 < 38 < 1,35 34) s < s0 <1,35s и s0 - s < 5 мм (38 - 34 = 4 мм < 5 мм).

Толщина s1 втулки по формуле s1 = 1s0 = 2 38 = 76 мм, где 1 = 2 при D / s0 = 1600 / 38 = 42,1 (см. рис. 6.16).

Высота (длина) втулки по формуле l 3 (s1 - s0 )= 3 (76 - 38)=114 мм.

Принимаем l =120 мм = 0,12 м.

Диаметр болтовой окружности по формуле Dб D + 2(s1 + dб + 0.006) = 1600 + 2(76 + 48 + 6) = 1860 мм, где dб = 48 мм при pp = 4 МПа и D =1600 мм (см. табл. XXXII Приложения 2). Принимаем Dб = 1870 мм = 1,87 м.

Наружный диаметр фланца DH Dб + a = 1870 + 92 = 1962 мм, где a = 92 мм —для шестигранных гаек М48 (см. табл. XXXV Приложения 2).

Принимаем DH = 1970 мм = 1,97 м.

Наружный диаметр прокладки по формуле DН.П = Dб - e = 1870 - 61 = 1809 мм, где e = 61 мм —для плоских прокладок при dб = 48 мм (см. табл. XXXV Приложения 2).

Средний диаметр прокладки DC.П = DН.П - bп = 1809 - 20 = 1789 мм = 1,789 м, где bп = 20 мм — ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра аппарата D = 1600 мм (см. табл. XXXVI Приложения 2).

Ориентировочное количество болтов zб Dб / tш = 3,14 1870 /105,8 = 55,53, где tш = 2,2dб = 2,2 48 = 105,8 мм — шаг расположения болтов при p = МПа, определенный по табл. 6.7. Принимаем zб = 56, кратное четырем.

Эквивалентная толщина втулки фланца l(1 -1) 120(2 -1) sE = s0 1+ = 381+ = 52,95 мм.

l + 0,25(1 +1) Ds0 120 + 0,25(2 +1) 1600 Высота (толщина) фланца hф DsE = 0,4373 1600 52,95 = 127,3 мм, где для p = 4 МПа и приварных встык фланцев = 0,0018 p3 - 0,0262 p2 + 0,1357 p + 0,1985 = 0,4373.

Принимаем hф = 140 мм = 0,14 м.

Вспомогательные величины:

• безразмерный параметр = [1+ 0,9(1+1 j2 )]-1 = [1+ 0,9 0,4373 (1+ 0,1134 2,6442 )]-1 = 0,5863, hф DH где j = = = 2,644; 1 = 1,28lg = 1,28lg = 0,1134 ;

sE 52,95 D • безразмерные параметры Т и 2:

K (1+ 8,55lg K) -1 1,2262 (1+ 8,55lg1,226) -T = = = 1.827, (1,05 +1,945K )(K -1) (1,05 +1,945 1,2262 )(1,226 -1) K +1 1,226 +1 DH = = = 9,84, где K = = = 1,K -1 1,226 -1 D Угловая податливость фланца [1- (1+ 0,9)] [1- 0,5863 (1+ 0,9 0,4373)]9,м/МН.

yф = = = 3,766 10-0,143 1,742 hф 3Eф Линейная податливость прокладки sп yп = = 2 10-3 /(3,14 1,789 20 10-3 2000)= 8,9 10-6 м/МН, DC.ПbпЕп где EП = 2000 МПа — для прокладки из паронита (см. табл. 6.6).

В соответствии с табл. XXX приложения 2 для затяжки фланцев при p = 4 МПа (16,0) необходимо использовать шпильки.

Расчетная длина шпильки с двумя гайками lБ = lБ 0 + 0,56dБ = 284 + 0,56 48 = 311 мм, где lБ0 – длина шпильки между опорными поверхностями гаек. Расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной поверхностью типа «шип-паз» (ориентировочно):

lБ 0 2(hф + hП )= 2(140 + 2)= 284 мм, где hП = 2 мм — высота (толщина) стандартной прокладки из паронита.

Линейная податливость шпилек lБ 0,yБ = = = 2,0310-5 м/МН, zБ fБ EБ 5614,410-4 1,где fБ =14,4·10-4 м2 – сечение болта по внутреннему диаметру резьбы.

Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке одинаковых фланцев = A[ yБ + 0,5B(DБ - DС.П )] = 24065[2,0310-5 + 0,58,174 10-4 (1,87 -1,789)] = 1,285, где A = [yп + yБ + 0,5yф (DБ - DС.П )2 ]-1 = = [8,910-6 + 2,0310-5 + 0,53,76610-3(1,87 -1,789)2 ]-1 = 24065, B = yф(DБ - D - sE ) =3,76610-3(1,87-1,6 -0.05295 =8,17410-4.

) Безразмерный коэффициент для приварных фланцев = AyБ = 24065 2,0310-5 = 0,4885.

Расчет усилий во фланцевом соединении Сила, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления Qд = 0,785DС.П p = 0,785 1,7892 4 = 10,05 МН.

Реакция прокладки в рабочих условиях RП = 2DС.ПbEmp = 2 3,14 1,789 8,5 10-3 2,5 4 = 0,955 МН, где m =2,5 — для паронита (см. табл. 6.6); bE— эффективная ширина прокладки (bE = 0,06 bп = 0,06 20 10-3 = 8,5 10-3м = 8,5 мм ).

Усилие, возникающее от температурных деформаций, для приварных фланцев из одного и того же материала, Qt = zБ fБ EБ (фtф -БtБ ), Qt = 0,4885 56 14,4 10-41,9 105 (16,6 109 -13,3108) 10-6 = 2,792 МН, где ф = 16,6 10-6 ф = 17,0·10-6 К-1, б = 13,3·10-6 К-1 - соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланцев (12Х18Н10Т) и болтов (35Х) по табл. VIII Приложения 1.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) при p>0,6 МПа Qд + Rп = 1,285 10,05 + 0,955 = 13,61 МН PБ1 = max = 13,61 МН, С.П D bEq = 3,14 1,789 8,5 10-3 20 = 0,955 МН где q = 20 МПа для прокладки из паронита (см. табл. 6.6).





Болтовая нагрузка в рабочих условиях PБ 2 = PБ1 + (1-)Qд + Qt = 13,61+ (1-1,285) 10,05 + 2,792 = 13,538 MH, где величина Qt учитывается, так как Qt>0.

Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца M = 0,5PБ1(DБ - DС.П ) = 0,5 13,61 (1,87 -1,789) = 0,551 МН·м, [ ]M = 0,5[PБ 2 (DБ - DС.П ) + Qд (DС.П - D - sE )], [ ]t M = 0,5[13,538(1,87 -1,789) +10,05(1,789 -1,6 - 0,05295)] = 1,305 МН·м.

20 t где [ ] -160МПа ; [] = 151 МПа —соответственно для материала фланца при Б Б 20°С и расчетной температуре t = 113,5 C Расчетное значение момента M = max{M ; M } = max{0,551; 1,305} = 1,305 МН·м.

0 01 Проверка прочности и герметичности фланцевого соединения Условие прочности шпилек:

• в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) PБ1 13, [ ]20 = 168,8 МПа 230 МПа (выполняется);

zБ fБ Б 56 14,4 10-• в рабочих условиях PБ 2 13, [ ]t = 167,9 МПа 229 МПа (выполняется), zБ fБ Б 5614,410-20 t где [ ] - 230 МПа ; [ ] = 229 МПа —соответственно для материала болтов Б Б при 20°С и расчетной температуре t = 107,8 C (см. табл. XXXIII Приложения 2).

Условие прочности прокладки из паронита для рабочих условий выполняется:

PБ1 13, [q] =121,1 МПа 130 МПа, DС.Пbп 3,14 1,789 20 10-где [q] =130 МПа (см. табл. 6.6).

Максимальное напряжение в сечении s1 фланца (рис. 6.15) TM 1,827 1,305 0,1 = = = 155,3 МПа, D*(s1 - c)2 1,6 (0,076 - 0,001)где D*=D =1,6 м при D20s1 (1600 > 20 76 = 1520 ).

Максимальное напряжение в сечении s0=31 = 1,3155,3 =201,9 МПа, где 3 = 1,3 при = 2 и x = hВ / Ds0 = 120 / 1600 38 = 0,487 (см. рис. 6.17).

Напряжение в кольце фланца от момента МM [1- (1+ 0,9)] 1,305 [1- 0,5863 (1+ 0,9 0,4373)]1,0 МПа.

= = = 9,к Dh2 1,6 0,Напряжения во втулке фланца от внутреннего давления:

pD 4 1, = = = 86,5 МПа, x 2(s0 - c) 2(38 -1)10-pD 4 1, = = = 43,25 МПа.

y 4(s0 - c) 4 (38 -1)10-Условие прочности фланца в сечении s1 выполняется:

2 1 + +1 [1], к к 155,32 + 9,3342 +155,3 9,334 = 160,2 227 МПа, где [s1] =227 МПа – допускаемое напряжение, равное пределу текучести стали 12Х18Н10Т при t = 107,8°С.

Условие прочности фланца в сечении s0 выполняется:

( )2 + - ( + ) [ ], 0 y x 0 y x (201,9 + 43,25)2 + 86,52 - (201,9 + 43,25) 86,5 = 215,4 348,4.

где [s0] =348,4 МПа – допускаемое напряжение в месте соединения втулки с обечайкой при давлении p = 4 МПа и N<2000.

Условие герметичности по углу поворота фланца выполняется:

D к, = [ ] Eфh 9,334 1, = = 0,0061 0,009, 1,742 105 0,где [] = 0,009 для приварных фланцев при D 2000 мм.

Приложение МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ СТАЛЬ Сталь углеродистая обыкновенного качества. В зависимости от назначения и гарантируемых характеристик сталь углеродистая обыкновенного качества (ГОСТ 380—71*) подразделяется на три группы: сталь группы А поставляется по механическим свойствам и изготовляется следующих марок:

Ст0, Ст1 — Ст6; сталь группы Б поставляется по химическому составу и изготовляется следующих марок: БСт0, БСт1—БСт6; сталь группы В поставляется по механическим свойствам и химическому составу и изготовляется следующих марок: ВСт1—ВСт5.

В зависимости от нормируемых показателей сталь каждой группы подразделяется на следующие категории: сталь группы А-1,2,3; сталь группы Б1,2; сталь группы В-1-6. Указанные категории не распространяются на листовую сталь толщиной менее 4 мм.

Сталь всех групп с номерами марок 1—4 по степени раскисления изготовляется кипящей (наименее раскисленной и наиболее дешевой), спокойной (наиболее раскисленной и дорогой) и полуспокойной; с номерами марок 5 и —спокойной и полуспокойной. Стали марок Ст0 и БСт0 по степени раскисления не разделяются. Если степень раскисления в заказе не указана, то она выбирается предприятием-изготовителем.

Полуспокойная сталь с номерами марок 1—5 производится с обычным и повышенным содержанием марганца. Сталь марок ВСт1, ВСт2, ВСтЗ всех категорий и степеней раскисления, в том числе с повышенным содержанием марганца, а по требованию заказчика также сталь марок БСт1, БСт2, БСтЗ 2-й категории всех степеней раскисления (включая сталь с повышенным содержанием марганца) поставляется с гарантией свариваемости; поставка стали группы Б с гарантией свариваемости оговаривается в заказе.

Обозначение марок стали включает:

а) буквы Ст — сталь, цифры от 0 до 6 — условный номер марки, в зависимости от химического состава и механических свойств, например: Ст0, Ст1.

б) буквы Б и В перед буквами Ст — группа стали; группа А не указывается, например: СтЗ, БСтЗ, ВСтЗ;

в) буквы, добавляемые после номера марки, обозначают степень раскисления: кп— кипящая, пс — полуспокойная, сп — спокойная, например:

СтЗкп, СтЗпс, ВСтЗсп;

г) цифры, добавляемые в конце обозначения, указывают на категорию стали, например, СтЗпс, БСтЗкп2; 1-я категория в обозначении марки не ука зывается; при заказе стали необходимой категории без указания степени раскисления номер марки и категорию отделяют друг от друга тире, например:

СтЗ—2, БСтЗ—2;

д) буква Г после номера стали обозначает повышенное содержание марганца, например, СтЗГпс.

Таблица I Допускаемые напряжения для углеродистых и легированных сталей Допускаемые напряжения [], МПа, для сталей марок:

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 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.