РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ КОРПУСА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ АП..



РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ КОРПУСА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Методические указания к практической работе

Даны указания и пояснения к выполнению практической работы по расчету толщины стенки корпуса цилиндрических аппаратов. Приведены основные сведения, рассмотрен пример расчета толщины стенки корпуса цилиндрического аппарата, составлена таблица с исходными данными.


Цель работы: ознакомиться с конструкцией цилиндрических обечаек, научиться определять толщину и другие прочностные характеристики стенки корпуса цилиндрического аппарата.


ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Цилиндрические обечайки являются одним из основных элементов технологических аппаратов. Из одной или нескольких обечаек образуется цилиндрический корпус аппарата. Они входят составной частью в различные внутренние и наружные устройства аппаратов.
Обечайки большей частью изготовляются вальцовкой из листового проката, реже из сварных труб большого диаметра или поковок.
Исполнительную (принятую) толщину стенки вальцовых обечаек следует применять в пределах 6-42 мм.
Кромки обечаек, образующие корпус аппарата, соединяются между собой преимущественно встык.
Вальцованные обечайки должны иметь возможно меньше сварных швов, особенно продольных. Поэтому листы для изготовления обечаек желательно выбирать больших размеров, сообразуясь с рациональным раскроем (малыми отходами). Обечайки могут вальцеваться как по длинной, так и по короткой стороне листа.
Обечайки диаметром до 1000 мм должны изготовляться не более чем с двумя продольными швами, а диаметром свыше 1000 мм допускается изготовлять из нескольких листов максимально возможной длины. Вставки допускаются шириной не менее 400 мм для аппаратов 1,2,3,4-ой групп (табл.1) и не менее 200 мм для аппаратов 5-ой группы.

Таблица 1 – Рекомендуемые допускаемые отклонения в длине окружности развертки обечаек, мм
Толщина стенки обечайки
Обечайка из стали


углеродистой и легированной
высоколегированной
двухслойной при диаметре, мм




до 2000
св. 2000

До 14
16-18
20
22-24
26-28
30-34
36-38
40 и более
±3
±5
±7
±7
±9
±11
±13
±15
±3
±3
±3
±5
±5
±6
±6
±8
±3
±3
±3
±4
±4
±6
±6
±8
±5
±5
±5
±5
±5
±6
±6
±8


Типовые конструкции гладких цилиндрических обечаек (корпусов) аппаратов приведены на рис.1.



РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ СТЕНКИ

В зависимости от толщины стенки корпусов аппаратов различают: тонкостенные и толстостенные аппараты. Для каждого из этих аппаратов используются свои формулы расчета.
Критерием толстостенности является коэффициент толстостенности
·. Для толстостенных аппаратов 13 EMBED Equation.3 1415; для тонкостенных
·
·1,1, где Dн , Dв – соответственно наружный и внутренний диаметры аппарата, м.
Толщину тонкостенных цилиндрических обечаек, работающих под внутренним давлением, рассчитывают по формуле
13 EMBED Equation.3 1415, (1.1)
Где Р – внутреннее давление, МПа; 13 EMBED Equation.3 1415 - коэффициент прочности сварного шва; 13 EMBED Equation.3 1415 - допускаемое напряжение для материала обечайки, МПа; С – конструктивная прибавка на коррозию, эрозию, учет минусового допуска, м.
Толщину стенки труб также рассчитывают по (1.1). Однако условия ее применимости расширяются 13 EMBED Equation.3 1415, для бесшовных труб 13 EMBED Equation.3 1415.
Допускаемое избыточное давление определяется по формуле

13 EMBED Equation.3 1415.
Если колонный аппарат устанавливается вне помещения и его высота Н>10 м и Н
·1,5Dmin или Н<10 м, но Н>Dmin (где Dmin – наименьший из наружных диаметров аппарата), то расчетную толщину корпуса аппарата необходимо проверить на прочность и устойчивость от ветровых нагрузок, а если аппарат устанавливается в районах с возможной сейсмичностью более 7 баллов (по 12-балльной шкале), то и с учетом сейсмических нагрузок.
Проверка прочности корпуса аппарата в этом случае проводится для сечения аппарата вблизи соединения корпуса с опорной обечайкой по формулам:
на наветренной стороне
13 EMBED Equation.3 1415;
на подветренной стороне
13 EMBED Equation.3 1415. Кольцевые напряжения
13 EMBED Equation.3 1415.
Эквивалентные напряжения 13 EMBED Equation.3 1415 следует рассчитывать:
на наветренной стороне
13 EMBED Equation.3 1415;
на подветренной стороне
13 EMBED Equation.3 1415

Условие прочности:
на наветренной стороне
13 EMBED Equation.3 1415;
на подветренной стороне
13 EMBED Equation.3 1415,
где G – вес аппарата в рабочих условиях, МН; М – расчетный изгибающий момент от ветровой и сейсмической нагрузок при рабочих условиях, МН·м; 13 EMBED Equation.3 1415 - допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата при расчетной температуре по ГОСТ 14249-89.
Проверку устойчивости корпуса аппарата, нагруженного внутренним давлением или без давления, проводят по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
· (1.2)
где 13 EMBED Equation.3 1415 определяют по ГОСТ 14249-89.
Если условия прочности или устойчивости не соблюдается, следует увеличить расчетную толщину корпуса аппарата.
Расчетная толщина стенки обечаек, нагруженных внешним давлением, исходя из условий устойчивости их в пределах упругости (при запасе на устойчивость 13 EMBED Equation.3 1415), определяется по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
где D – диаметр обечайки, м, для обечаек с базовым внутренним диаметром D=DВ, с базовым наружным диаметром 13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415 - наружное давление, МПа; Е – модуль упругости материала обечайки при расчетной температуре, МПа (для сталей значения Е приведены в табл.1); l – расчетная длина обечайки, м.

Таблица 2. Значения модуля упругости Е·10-5 МПа в зависимости от температуры

Сталь
Температура, °С


20
100
200
300
400
500
600

Углеродистая
1,99
1,91
1,81
1,71
1,55
-
-

Легированная
2,00
2,00
1,97
1,91
1,81
1,68
1,61


Формула (1.2) справедлива при соблюдении условий:
13 EMBED Equation.3 1415, (1.3)
где 13 EMBED Equation.3 1415 - предел текучести материала обечайки при расчетной температуре, МПа.
В случае несоблюдения условия (1.3) принятую величину S необходимо проверить на допускаемое наружное давление 13 EMBED Equation.3 1415 по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - допускаемое напряжение на сжатие, МПа.
Для толстостенных цилиндрических обечаек (
·=DH/DB>1,1) при внутреннем давлении толщина стенки для однослойного цилиндрического корпуса
13 EMBED Equation.3 1415,
где R – внутренний радиус аппарата, м.
Допускаемое рабочее давление можно рассчитать по формуле
13 EMBED Equation.3 1415,
где 13 EMBED Equation.3 1415 - расчетный коэффициент толстостенности.



ПРИМЕР РАСЧЕТА

Определить толщину стенки цилиндрической обечайки вулканизационного котла (рис.2).

Исходные данные. Длина обечайки L=3000 мм; внутренний диаметр D=1500 мм; рабочее давление p=1,25 МПа; температура среды в котле tc=170°C; материал котла – листовой прокат из стали Ст3пс (ГОСТ 380-94); скорость коррозии П= - 0,1 мм/год; срок эксплуатации
·в=15 лет. Массу воды в котле при гидравлическом испытании условно не учитывать.
Решение. Расчетная температура стенки котла t, tc=170°C, так как температура среды положительна.
Допускаемое напряжение:
в рабочем состоянии [
·]=
·
·*=1·144, где
·*=144 МПа – для стали Ст3пс при температуре tc=170°C;
·=1, так как аппарат изготавливается из листового проката;
при гидравлических испытаниях [
·]и=
·Т20/1,1=250/1,1=227 МПа, где
·Т20=250 МПа – для стали Ст3пс при +20°С.
Расчетное значение внутреннего избыточного давления р=1,25 МПа, так как в котле рабочая среда – газовая:
Пробное давление при гидравлическом испытании:

13 QUOTE 1415 Мпа
13 QUOTE 1415 МПа

13 QUOTE 1415 МПа,

где13 QUOTE 1415
·
·*20=154 МПа – при температуре +20°С.
Коэффициент прочности продольных сварных швов обечайки
·=1, так как принято, что швы с двухсторонним сплошным проваром выполняются автоматической сваркой.
Прибавки к расчетной толщине стенки: для компенсации коррозии ск=П
·в=0,1·15=1,5 мм, эрозии с0=1.0, Принимая с2=0 и с3=0, получим с=с1=ск=1,5 мм.
Расчетная и исполнительная толщина стенки цилиндрической обечайки:
13 QUOTE 1415 мм;
13 QUOTE 1415 м;
13 QUOTE 1415 мм,

где с0=1 мм из условия округления толщины стенки до ближайшей большей стандартной толщины (ГОСТ 19903-74).
Так как 13 QUOTE 1415, условие применимости формул выполняется. Таким образом, при толщине s=9 мм обеспечивается прочность цилиндрической обечайки котла как в рабочем состоянии, так и при гидравлических испытаниях.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ

№ варианта
расчетная температура t, °C
внутренний диаметр, мм
рабочее давление, МПа
материал корпуса
прибавка на коррозию, мм

1
50
3400
1,8
сталь 16ГС
0,4

2
250
800
1,6
сталь 16ГС
1,5

3
60
1600
0,4
сталь Ст3пс
0,4

4
150
220
0,5
сталь 20
0,1

5
100
1600
0,09
сталь 12Х18Н10Т
0,2

6
100
800
0,09
сталь 12Х18Н10Т
0,2

7
250
1000
3,2
сталь 15К
1,5

8
370
6400
1,0
сталь 15К
0,4

9
80
1400
2,5
сталь 16ГС
0,4

10
230
1600
1,6
сталь 16ГС
0,6













Библиографический список

Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. Т. 1. – 8-е изд., перераб. и доп. : под ред. И.Н. Жестковой / В.И. Анурьев. – М. : Машиностроение, 2001. – 920 с.
Бабитский, И.Ф., Вихман, Г.Л. Расчет и конструирование нефтегазовой аппаратуры. 2-е изд., перераб. и доп. : под ред. Г.Л. Вихмана – М. : Машиностроение, 1965. – 900 с.
Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химико-технологического и природоохранного оборудования. Справочник. В 2 т. Т. 1. – 2-е изд., перераб. и доп. : – М. : Машиностроение, 2002. – 846 с.
Поникаров, И. И., Поникаров, С. И., Рачковский. С. В. Расчеты машин и аппаратов химических производств и нефтегазопераработки (примеры и задачи)
Поникаров, И.И. Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки. 2-е изд., перераб. и доп. : - М. Машиностроение, 2006. – 602 с.









13 PAGE \* MERGEFORMAT 14815




Рисунок 1Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 8190512
    Размер файла: 668 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий