Расчет аппаратов, работающих под внутренним и

Расчетная температура t_р, ºС принимается равной температуре греющего пара t, ºС.

Допускаемые напряжения:

– в рабочем состоянии , МПа,

(2.27)

где η – коэффициент, учитывающий вид заготовки (для стального проката η = 1); – допускаемое напряжение стали ВСт3пс при рабочей температуре, МПа (табл. 2.1);

– при гидравлическом испытании , МПа,

, (2.28)

где = 210 МПа – предел текучести стали ВСт3пс при 20 ºС (табл. 2.2).

Расчетное давление Р _р, МПа, равно избыточному давлению пара в рубашке Р, МПа.

Пробное давление при гидравлическом испытании Р _и, МПа, при Р _р < 0,5 МПа [13]

МПа, (2.29)

где МПа – допускаемое напряжение стали ВСт3пс при 20 ºС (табл. 2.1).

Внутренний диаметр обечайки паровой рубашки D _р, м

. (2.30)

Расчетная толщина обечайки паровой рубашки S _р, м,

, (2.31)

где φ – коэффициент прочности сварного шва (φ = 0,95).

Исполнительная толщина стенки паровой рубашки S, м,

, (2.32)

где с – конструктивная прибавка на коррозию, м.

Примите с = 0,001 м; – прибавка из условия округления толщины стенки до ближайшей большей стандартной величины, м.

Проверьте применимость формул по условию

. (2.33)

Расчет стенки цилиндрической обечайки. Стенка обечайки аппарата находится под действием наружного избыточного давления (рис. 2.12).

При определении расчетной длины обечайки l_р длина примыкающего элемента l _э, м, определяется по формуле

– для выпуклых днищ

, (2.34)

– для конических днищ без отбортовки, но не более длины конического элемента

(2.35)

– для конических днищ с отбортовкой, но не более длины конического элемента

(2.36)

где =0,060 м – высота отбортовки днища

Расчетная длина обечайки l _р, м

. (2.37)

Расчетную температуру t _р, ºС примите равной температуре греющего пара t; расчетное наружное давление Р _н.р, МПа – равным давлению пара в паровой рубашке Р.

Модуль упругости для стали 12Х18Н10Т при температуре 20 ºС Е ₂₀ = 2,0·10⁵ МПа; при рабочей температуре Е = 1,98·10⁵ МПа [14, 17].

Таблица 2.1

Нормативное допускаемое напряжение s* (МПа) сталей

Таблица 2.2

Минимальное значение предела текучести (s_Т, МПа) сталей

Допускаемое напряжение, МПа

– в рабочем состоянии

, (2.38)

– при гидравлическом испытании

, (2.39)

Коэффициент запаса устойчивости: в рабочем состоянии n _у = 2,4; при испытании n _у.и = 1,8.

Определите расчетные коэффициенты

; , (2.40)

где =2,4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочих условиях [14, 17]. По номограмме (рис. 2.13) определите коэффициент .

Расчетная толщина обечайки корпуса в первом приближении S _р, м

(2.41)

Исполнительная толщина S,м,

. (2.42)

Критическая длина [13] обечайки l _кр, м

(2.43)

Если расчетная длина , то обечайка является длинной и она теряет устойчивость с образованием двух волн, то есть сплющивается. Если – короткой. Такие обечайки теряют устойчивость с образованием трех, четырех и более волн смятия.

Определите, к какому типу обечаек относится рассчитываемая.

Допускаемое наружное давление из условия прочности:

– при рабочих условиях [ Р _н] _σ, МПа,

; (2.44)

– при испытании [ Р _н]_σи, МПа,

. (2.45)

Рис. 2.13. Номограмма для расчета на устойчивость в пределах

упругости обечаек, работающих под наружным давлением

Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:

– для коротких обечаек l _р ≤ l _кр в рабочих условиях [ Р _н] _Е, МПа

; (2.46)

– при испытании МПа,

(2.47)

где В ₁ – расчетный коэффициент,

. (2.48)

Для длинных обечаек :

– в рабочих условиях МПа,

(2.49)

– при испытании МПа,

(2.50)

Допускаемое наружное давление с учетом условий прочности и устойчивости;

– в рабочем состоянии , МПа,

(2.51)

– при испытании МПа,

(2.52)

Рассчитайте по приведенным выше зависимостям давление при гидравлических испытаниях , МПа.

Проверим условия устойчивости обечайки:

– в рабочих условиях Р _н.р < [ Р _н];

– при испытаниях Р _и < [ Р _н]_и.

В случае, если условия устойчивости не выполняются, измените исходные данные и расчет повторите.

Расчет днища аппарата. Расчетная температура днища равна температуре греющего пара t, °С. Расчетное давление примите равным давлению пара в паровой рубашке Р, МПа, а расчетный диаметр – равным диаметру паровой рубашки , м. Материал – сталь ВСтЗпс. Давление гидравлического испытания МПа, рассчитано выше.

Стандартное эллиптическое днище. Расчетную м, и исполнительную м, толщины днища определите по зависимостям

(2.53)

(2.54)

Допускаемое давление, МПа:

– в рабочем состоянии

(2.55)

– при испытаниях

(2.56)

Коническое днище с углом при вершине . Расчетная толщина стенки м, определяется по зависимости:

(2.57)

Исполнительная толщина днища м,

(2.58)

Допускаемое давление, МПа,

– в рабочем состоянии

(2.59)

– при испытании

(2.60)

Сферическое днище. Расчетная толщина днища , м,

(2.61)

Исполнительная толщина днища м,

(2.62)

Допускаемое давление, МПа,

– в рабочем состоянии

(2.63)

– при испытании

(2.64)

Плоское днище. Расчетная толщина плоского днища м,

(2.65)

где – коэффициент, учитывающий тип закрепления днища. При жестком креплении (рис. 2.1) ; коэффициент ослабления зависит от количества и расположения отверстий в днище. При одном отверстии .

Исполнительная толщина днища ,м,

(2.66)

Допускаемое давление, МПа,

– в рабочем состоянии

(2.67)

– при испытании

. (2.68)

Порядок оформления отчета. Отчет о расчетно-практической работе включает в себя следующие разделы:

– цель работы;

– теоретическую часть, в которой приводятся основные теоретические положения конструирования и расчета цилиндрических, конических и эллиптических элементов емкостной аппаратуры, особенности расчета на устойчивость аппаратов различной длины, методы повышения их жесткости и прочности;

– расчетную часть, в которой приводится расчет аппарата, нагруженного давлением по предлагаемому варианту (табл. 2.3);

– графическую часть, в которой даются чертеж конструируемого аппарата и спецификация к нему.

Контрольные вопросы

1) Приведите классификацию сосудов и аппаратов, работающих под давлением и используемых в пищевой промышленности. Назовите способы их изготовления

2) В чем заключается сущность безмоментной теории расчета оболочек?

3) Какие сосуды относят к тонкостенным, а какие к толстостенным?

4) Как определить оптимальные размеры корпуса аппарата, работающего под внутренним давлением?

5) Как определить толщину стенки аппарата, работающего под внутренним давлением?

6) В чем состоит расчет обечаек на устойчивость?

7) Каким образом цилиндрические обечайки, работающие под наружным давлением делятся на короткие и длинные?

8) Как определить допускаемое наружное давление для цилиндрической обечайки из условия прочности и условия устойчивости в пределах упругости?

Таблица 2.3