РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ Часть I Расчет основных конструктивных элементов
2 В.П. Миронов, И.В. Постникова РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ Часть I Расчет основных конструктивных элементов Учебное пособие Иваново 009
3 УДК (07) Миронов В.П., Постникова И.В. Расчет сосудов и аппаратов. Часть I. Расчет основных конструктивных элементов: Учебное пособие / Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново, с. ISBN В данном учебном пособии изложены основные теоретические положения по курсу «Конструирование и расчет элементов оборудования». Даются основные сведения по теории и практике расчета и конструирования основных конструктивных элементов сосудов и аппаратов, работающих под давлением, разрежением и при различном сочетании нагрузок. Приводятся методики инженерного расчета, разработанные на основе нормативной документации с учетом иерархической структуры конструкций. В пособии сформулированы контрольные вопросы по каждому рассматриваемому разделу, а также общий тестовый контроль знаний студента по данному курсу. Приводятся варианты заданий для выполнения самостоятельных студенческих работ. Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Машины и аппараты химических производств» и «Машины и аппараты пищевых производств». Табл.. Ил. 7. Библиогр.: 43 назв. Печатается по решению редакционно-издательского совета Ивановского государственного химико-технологического университета. Рецензенты: Кафедра теплотехники Ивановской государственной текстильной академии; доктор технических наук П. П. Гуюмджян (Ивановский государственный архитектурно-строительный университет). ISBN Ивановский государственный химико-технологический университет, 009
4 СОДЕРЖАНИЕ стр. ВВЕДЕНИЕ 6 ГЛАВА ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 0.. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА. ОБЩИЕ 0 ПОЛОЖЕНИЯ.. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К 0 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ.3. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ.4. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.5. КОНСТРУКТИВНЫЙ СИНТЕЗ АППАРАТА 3.6. ПРАВИЛА ГОРТЕХНАДЗОРа РФ 7 ГЛАВА КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОБЕЧАЕК НА ПРОЧНОСТЬ.. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.. РАБОЧЕЕ И РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЯ 8.3. РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА 9.4. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД ВНУТРЕННИМ 3 ДАВЛЕНИЕМ. БЕЗМОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ.5.. Цилиндрические обечайки, работающие под 3 внутренним давлением.5.. Сферические обечайки Эллиптические днища, работающие под внутренним 35 давлением.5.4. Расчет конических днищ, работающих под внутренним 36 давлением ГЛАВА РАСЧЕТ СОСУДОВ И АППАРАТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ 3.. РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГЛАДКИХ 39 ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК СРЕДНЕЙ ДЛИНЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ 3.. РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ДЛИННЫХ ГЛАДКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБЕЧАЕК (ТРУБ) ПРИ ДЕЙСТВИИ НАРУЖНОГО ДАВЛЕНИЯ 3.3. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБОЛОЧКИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ КОЛЬЦАМИ ЖЕСТКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ D ДРУГ ОТ ДРУГА НА РАССТОЯНИИ l 4 4 3
5 3.4. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, ПОДКРЕПЛЕННЫЕ 44 КОЛЬЦАМИ ЖЕСТКОСТИ, РАСПОЛОЖЕННЫМИ D НА РАВНЫХ РАССТОЯНИЯХ l 6 5.3. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ 74 СНИЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЫКОВЫХ СЕЧЕНИЯХ ГЛАВА 6 75 ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ. РАСЧЕТ ПЛОСКИХ КРУГЛЫХ ФЛАНЦЕВ ИЗ ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ 6.. ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ РАСЧЕТ КРУГЛЫХ НАРУЖНЫХ ПЛОСКИХ ФЛАНЦЕВ ИЗ 77 ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ 6.3. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ. 83 ГЛАВА 7 87 КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ 7.. ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ ПО КУРСУ КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ВАРИАНТ I ВАРИАНТ II 98 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 04 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 06 5
7 ВВЕДЕНИЕ Проектирование безотходных химико-технологических и пищевых производств с использованием уникального высокопроизводительного оборудования (например, центробежных и поршневых компрессоров и насосов, крупногабаритных массообменных колонн и аппаратов высокого давления, мощных гидравлических и механических прессов, высокоскоростных центрифуг, шнековых, винтовых и червячных машин печей и котлов для сжигания газообразного и твердого топлива), его изготовление, монтаж и эксплуатация требует высоких знаний как в области фундаментальных, так и прикладных наук. Химико-технологические и биохимические процессы, как правило, протекают при высоких относительных скоростях движения взаимодействующих фаз (газовой, жидкой и твердой ) и температурах от -80 С до 5000 С в условиях, меняющихся от глубокого вакуума и до высоких давлений МН/м. Оборудование при этом подвержено коррозионному и эрозионному износу, внутреннему или наружному давлению, осевой сжимающей силе от веса аппарата и среды, заполняющей его, изгибающим моментам от эксцентрично расположенных нагрузок, ветровой и сейсмической нагрузок, явлению ползучести при высоких температурах, воздействию малоциклового нагружения от механических, гидравлических, аэродинамических и тепловых нагрузок. Инженер-механик по специальности МАХП и МАПП должен знать механику; гидро- и аэромеханику; тепловые и массообменные процессы; химию и химическую технологию; технологию машиностроения; основы конструирования, проектирования и эксплуатации химических машин и аппаратов; моделирование и оптимизацию химико-технологических процессов и оборудования с применением ЭВМ и методы автоматизированного проектирования оборудования. Студент, изучивший данную дисциплину должен: ) знать и уметь использовать: — способы определения основных механических характеристик материалов и факторов, влияющих на прочность, жёсткость и долговечность конструкций и систем, — методы расчёта на прочность, жёсткость, устойчивость, усталость и выносливость широко распространённых деталей аппаратов и машин, — справочный материал по выбору конструкционных материалов, стандартизированных деталей и технологического оборудования, 6
8 — основные виды механизмов, используемых в технологическом оборудовании, их структурный и силовой анализ, общие методы синтеза механизмов, — каталоги технологического и вспомогательного оборудования для выбора стандартных готовых машин и аппаратов применительно к данному технологическому процессу; ) владеть: — способами статического, кинематического и динамического анализа механических систем, — современными методами конструирования, расчёта и исследования нового технологического оборудования, 3) иметь опыт: — выбора конструкционных материалов на основе анализа их физических и химических свойств, — составления расчётных схем и выполнения прочностных расчётов несложных механических систем и устройств, — использование пакета прикладных программ для расчётов на прочность, устойчивость, усталость и жёсткость деталей, — расчёта основных процессов и конструирования машин и аппаратов отрасли, выбора серийного технологического оборудования. В данном пособии, опираясь на теоретические и экспериментальные исследования и большой опыт эксплуатации химико-технологических и биохимических сосудов и аппаратов, мы постарались познакомить будущих инженеров с правилами конструирования и основами расчета конструктивных элементов типовых сосудов и аппаратов. Любой химико-технологический и пищевой агрегат может быть представлен как совокупность взаимосвязанных разомкнутых и замкнутых технологических цепей. Каждая технологическая цепь включает последовательность аппаратов, предназначенных для реализации основных и вспомогательных технологических процессов. На рис.. представлены уровни иерархии химико-технологического и биохимического агрегата: технологическая схема агрегата, разомкнутые (замкнутые) технологические цепи, технологический процесс, технологический аппарат, технологический узел аппарата и конструктивный элемент. Используя уровни иерархии, представляется целесообразным разработать базовые блок-схемы агрегата, основных и вспомогательных процессов и аппаратов, сборочных единиц, узлов аппаратов, дающее их более наглядное и упрощенное представление о технологических и конструктивных особенностях производства и позволяющие выявить типовые для различных химикотехнологических и биохимических процессов цепи; основные и вспомогательные процессы, аппараты и сборочные единицы, на базе которых с учетом общих и индивидуальных требований провести оптимальный конструктивный синтез аппаратов и агрегатов []. 7
9 Базовая блок-схема химико-технологического агрегата Разомкнутые технологические цепи Базовые блок-схемы технологических процессов Замкнутые технологические цепи Подготовки воздуха Подготовки аммиака Приготовление абсорбента Ректифика ции Утилизации энергии Синтеза Конден сации Абсорбции Очистки газовых выбросов Базовые блок-схемы аппаратов Фильтра Смесителя Реактора Сепаратора Влагоотделителя Котлаутилизатора Конденсатора Соединительные трубопроводы 8 Базовые блок-схемы узлов (устройств) Уплотнение Предохрани тельное устройство Крышка Труба пере давливания Корпус Рубашка Днище Контактный узел Разъемные соединения Теплообмен ный узел Опора Сепаратор Грузоподъное устройство Эстакады, лестницы, площадки плолеты Привод Конструктивные элементы Пластина Обечайка Кольцо Диск Труба Стержень Профиль стандартный Крепеж Стандартные детали машин Рис. Уровни иерархии химико-технологического агрегата
10 Большинство процессов, протекающих в аппаратах, происходят с выделением или поглощением тепла. Поэтому их снабжают элементами теплообмена, которые выполняются в виде рубашек, предназначенных для наружного нагрева или охлаждения обрабатываемых сырья и продуктов. Вертикальные аппараты с рубашкой предназначены для проведения различных технологических процессов в жидких и многофазных средах. Рабочая среда в корпусе аппарата может быть нейтральная, агрессивная, пожароопасная, взрывоопасная или токсичная, твердая, дисперсная, жидкая, эмульсия, газожидкостная смесь или суспензия. В рубашке или змеевике используются вода оборотного цикла, рассол, конденсат, насыщенный водяной пар или высокотемпературный органический теплоноситель. Выбор аппарата следует производить или на основании расчета технологического процесса, или на основании результатов экспериментальных исследований процесса на модельном аппарате, или на основании расчета масштабного перехода с модельного аппарата на натуральный. 9
11 ГЛАВА.. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Проектируя новые аппараты и сосуды, или решая вопрос о возможности использования существующих, конструктор должен определить тип, конструктивные размеры аппарата, подобрать нужный материал и определить толщину стенки, обеспечивающую достаточную прочность и устойчивость в первом, или рассчитать допустимые внутреннее и наружное давления во втором случае.[3] Проектирование, изготовление и эксплуатация сосудов и аппаратов, работающих под давлением (избыточным) выше 0,07 мн/м (0,7 кг/см ), должно осуществляться в соответствии с нормами Министерства химического и нефтяного машиностроения (ГОСТ ) и нормами ГОРТЕХНАДЗОРа РФ. Расчетные формулы норм являются итогом преобразования теоретических формул мембранных напряжений. При проектировании надо придерживаться стандартного ряда давлений, емкостей, базовых длин и внутренних диаметров. Основы конструирования и способы изготовления элементов сосудов изложены в литературе [,,4,7,9. 0. 3,5,8-30]. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМУ ОБОРУДОВАНИЮ []. Технологические: обеспечивающие выполнение технологических процессов, оптимальных режимов переработки; законы, формы, скорости и траектории движения рабочих органов; физико-химических свойств сырья и продуктов.. Технико-экономические показатели оборудования оптимальные размеры, площадь, расход энергии, воды, пара вес и минимальная себестоимость на единицу производительности. 3. Высокая износостойкость рабочих органов, высокая долговечность, повышенный срок службы. 4. Возможность передачи движения машине, ее отдельным частям и рабочим органам от индивидуальных приводов электродвигателей или гидромоторов. 5. Надежная герметизация и рациональное перемещение аспирируемых объемов паро-газовых смесей. 6. Составление аппаратов и машин из отдельных, легко соединяемых блоков; обеспечение функционально-узлового принципа компановки агрегата, минимальной номенклатуры комплектующих изделий. 0
12 7. Эксплуатационные — обеспечивающие простоту управления и обслуживания, предусмотрение мер сигнализации опасных режимов работы, появление взрыво- и пожароопасных ситуаций, нарушения герметичности и т.п.; выполнение мероприятий и установку устройств для безопасного прекращения процессов. 8. Техники безопасности и охраны окружающей среды, обеспечивающие пожаро- и взрывобезопасные условия ведения технологического процесса и очистку вредных компонентов в газовых выбросах и сточных водах до норм предельно допустимых выбросов. 9. Товарные [потребительские], обеспечивающие соответствующий вид продукции. 0. Экономические, требующие минимально возможных затрат времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию агрегата, минимальную его стоимость после освоения в производстве.. Унификация и нормализация деталей и сборочных единиц, применение экономичных профилей деталей.. Автоматизация контроля и регулирования технологических процессов. 3. Статическое и динамическое уравновешивание быстровращающихся деталей и рабочих органов, совершающих возвратно-поступательные или вращательные движения; предупреждение вибраций опор и перекрытий, чрезмерного износа подшипников. 4. Не допускать превышения норм по шумам, заменяя ударные действия механизмов безударными возвратно-поступательными, равномерновращательными; применять для защиты от вибраций амортизаторы из упругих материалов, обеспечивать снижение уровня шума, включая помещения машин в звукозащитные кожуха. 5. Техническое совершенство и высокое качество аппаратов и машин, обеспечивающее их патентоспособность..3. ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ Согласно ГОСТ «Качество продукции. Показатели качества и методы оценки уровня качества продукции» приняты следующие группы показателей:. Показатели назначения.. Показатели надежности. 3. Показатели технологичности. 4. Эргономические показатели. 5. Эстетические показатели. 6. Показатели стандартизации и унификации. 7. Патентно-правовые показатели.
13 8. Экономические показатели..4. ОСНОВНЫЕ СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ []. Техническое задание включает: назначение, технико-экономические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, сроки выполнения, стадии проектирования конструкторской документации и ее состав, требования к изделию. Этапы: техническое задание, согласование и утверждение технического задания. Техническое предложение включает совокупность конструкторских документов, содержащих техническое и технико-экономическое обоснования целесообразности разработки изделия на основании анализа технического задания заказчика, ведомость технических предложений и пояснительная записка. Этапы: подбор материала, разработка технического предложения, разработка необходимой конструкторской документации, рассмотрение и утверждение технического предложения. 3. Эскизный проект включает принципиальные конструктивные решения, выбор аппаратов и машин для сложных промежуточных стадий (назначение, основные параметры и габаритные размеры). Этапы: разработка эскизного проекта литером «О», изготовление и испытание макета, рассмотрение и утверждение эскизного проекта. 4. Технический проект включает окончательные технические и конструктивные решения, исходные данные для разработки рабочей документации. Этапы: разработка технического проекта с присвоением литера, изготовление и испытание макетов, утверждение технического проекта. 5. Разработка рабочей документации включает: а) разработку рабочей документации опытного образца (опытной партии). Этапы: разработка конструкторской документации с присвоением литера «О», изготовление и испытание опытного образца, корректировка технической документации с присвоением литера «О». б) установочную серию. Этапы: изготовление и испытания установочной серии, корректировка конструкторской документации и присвоение ей литера «А». в) установившееся серийное или массовое производство. Этапы: изготовление и испытания, корректировка документации с присвоением литера «Б». Автоматические линии выполняются при наличии технического задания по всем стадиям. Для сложных машин принято трехстадийное проектирование: -я стадия — техническое задание и техническое
14 предложение, -я стадия — эскизный проект, 3-я стадия рабочая документация. Для простых в конструктивном отношении машин принято двухстадийное проектирование: -я Т3 ТП, -я рабочая документация..5. КОНСТРУКТИВНЫЙ СИНТЕЗ АППАРАТА Конструктивный синтез аппарата выполняется на основе данных по расчетам материального и теплового балансов и по результатам технологического и теплотехнического расчетов аппарата или корпуса машины. Из материального и теплового балансов определяем значения материальных и тепловых потоков (кг/ч, м 3 /ч, кдж/ч, кдж/ кг). Используя эти данные в технологическом расчете, получаем значения конструктивных размеров аппарата или машины: Dв/Dн — внутренний /наружный диаметр, V а объем корпуса аппарата или машины, n число контактных и разделительных ступеней, V к объем катализаторной массы, Н высота контактной ступени и ступени разделения. Из теплотехнического расчета получаем значения поверхности теплопередачи F, а по ее значениям выбирается число трубок и длина трубки при заданном диаметре или поверхность рубашки. Конструктивный синтез аппарата выполняется на основе блок-схемы аппарата (рис..) или машины (рис..3). По расчетному диаметру аппарата и диаметрам технологических штуцеров из ГОСТов, ОСТов и нормалей на детали, сборочные единицы и покупные изделия подбираем корпуса, днища, крышки, рубашки, фланцы, люки, лазы, штуцера /технологические, КИПиА/, предохранительные устройства, смотровые окна, кольца /жесткости и опорные/, тарелки и др. конструктивные элементы, которые собираются посредством сварки или разъемных фланцевых соединений и составляют предварительный эскиз аппарата. Расставив на предварительном эскизе нагрузки, действующие на аппарат или машину, получаем их расчетные схемы. Расчетные схемы используются при выполнении конструктивного и проверочных расчетов для определения толщин стенок /S/, эквивалентных напряжений /σ экв / и допускаемых давлений /Р доп /. Тщательной конструктивной разработке подлежат только детали и сборочные единицы, обеспечивающие турбулентные режимы движения фаз и более высокие коэффициенты полезного действия по сравнению с аналогами. К ним относятся оригинальные по конструкции: перемешивающие устройства, тарелки, насадки и др. 3
15 . Предохранительное устройство Подъемное устройство Устройство для отбора проб ЛЮКИ И ЛАЗЫ ПЕРЕТОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА Устройство для наружного обслуживания /лестницы, площадки/ ИЗОЛЯЦИЯ Устройство вывода газовой фазы СЕПАРАТОР Устройство ввода катализатора Устройство ввода и распределения жидкости Устройство направленного движения фаз РЕАКЦИОННЫЙ /тарелки, мешалки и др./ ОБЪЕМ ТЕПЛООБМЕННИКИ РАСПРЕДЕЛИТЕЛИ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА Устройства для отделения, рециркуляции и вывода катализатора Устройство для ввода и распределения газовой фазы Устройство для вывода жидкой фазы ОПОРА Устройства визуального наблюдения Датчики КИПиА Разъемные соединения Устройства ввода и вывода теплоносителя Устройство внешнего и внутреннего укрепления Рис. Базовая блок-схема аппарата (химического реактора) 4
16 Бункер 5 Ввод вывод техн. среды Защитный кожух Торц. уплотнение Подшипник Крепеж Корпус Сальн. уплот. Крепеж Вал Загрузоч -ное устройст во Рубашка Укреп.ребра Опора Корпус машины Рабочий орган машины Корпус машины Предохрани тельная мембрана Изоляция Вал Выгруз.люк Виброизоляция Фланец Торц. уплот нен. Крыш ка Бункер Охлаж жидк ввод вывод Вал Фундаментная плита Подшипник Крепеж Редуктор Двигатель Тахогенератор Рама Фундаментные болты Рис..3. Блок-схема машины
17 После выполнения конструктивного синтеза подсчитывается вес аппарата или вес корпуса машины и подбирается тип опоры / боковые лапы, стойки, вертикальная цилиндрическая или цилиндро-коническая, горизонтальная седловая и др./. При проектировании машины сначала разрабатывается ее кинематическая схема с учетом следующих соображений:. Кинематическая схема должна содержать минимальное количество звеньев для передачи движения от электропривода или гидромотора к рабочему органу.. Длину кинематических цепей можно сократить путем разделения их на участки с отдельными электроприводами или гидромоторами, включая и многоскоростные. 3. Полное передаточное число кинематической цепи редукторов i = i -i i i раскладывать на частные передаточные отношения, располагая их в порядке убывающих величин i > i > i i, при этом наибольшую редукцию следует давать в последней передаче от электропривода или гидромотора. Мощность на валу электродвигателя или гидромотора определяется, исходя из расчетной мощности на движение рабочего органа с учетом условий пуска и КПД передаточных звеньев. Затем проводится силовой расчет звеньев машины с учетом сил инерции /киностатический расчет/. При этом вычисляются силы, действующие в звеньях механизмов, составляется расчетная схема силового нагружения, по которой выполняется их прочностной расчет. При гидравлическом расчете газожидкостных, паровых и воздушных трактов при данной производительности по газу, пару и жидкости определяется гидравлическое сопротивление системы, по которому вместе с объемным расходом осуществляется выбор дутьевых, транспортирующих и вакуумных устройств и машин. Эскизные проекты аппаратов и машин желательно выполнять в масштабе :. Вопросы для самопроверки. Какие требования предъявляются к аппаратам и сосудам химических производств?. Чем выгодно применение стандартных и нормализованных деталей, узлов, аппаратов и сосудов? 3. Что определяет конструктивное совершенство аппаратов и сосудов? 4. Чем характеризуются эксплуатационные достоинства оборудования? 5. От чего зависит способ изготовления аппарата или сосуда? 6. Какое влияние оказывает технология изготовления на форму, толщину стенок и стоимость оборудования? 7. Влияние проводимых процессов на конструкцию аппарата. 6
18 .6. ПРАВИЛА ГОРТЕХНАДЗОРа РФ [4] Основная цель правил обеспечение безопасности работы различных установок и устройств. Круг вопросов, подведомственных ГОРТЕХНАДЗОРу РФ: — конструирование, расчет, изготовление и эксплуатация сосудов и аппаратов, работающих под давлением свыше 0,07МПА (Р х V, (кг/см л) f 00), а также всех грузоподъемных механизмов. Разделы, подлежащие изучению Сосуды, аппараты и трубопроводы, подведомственные ГОРТЕХНАДЗОРу РФ. Проектирование, расчет и изготовление сосудов и аппаратов. Испытание сосудов, аппаратов, трубопроводов и грузоподъемных машин. Цистерны, бочки и баллоны для перевозки и хранения сжиженных газов, их окраска, надписи и освидетельствование. Одними из основных положений, контролируемых ГОРТЕХНАДЗОРом РФ, являются: проведение технического освидетельствования аппаратов порядок и периодичность гидроиспытаний. Периодичность технического освидетельствования и гидроиспытаний для разных групп сосудов и аппаратов представлена в табл. Таблица. п/п Скорость коррозии П, мм/год Наружное освидетельствование предприятием Гидроиспытания а) Сосуды, не регистрируемые в органах ГОРТЕХНАДЗОРа 0, Ежегодно Раз в 8 лет б) Сосуды, регистрируемые в органах ГОРТЕХНАДЗОРа п/п Тип аппарата, скорость коррозии П, мм/год Наружное освидетельствование предприятием Наружное освидетельствование ГОРТЕХНАДЗОРом Гидроиспытания 0, Ежегодно Раз в 4 года Раз в 8 лет 3 Сосуды, зарытые в грунт 4 Многослойные сосуды на газокомпрессор ных станциях Раз в 0 лет Раз в 0 лет Раз в 0 мес. Раз в 0 лет Раз в 0 лет 7
19 Окончание таблицы Производство Ежегодно Раз в 8 лет Раз в 8 лет NH 3 и метанола 6 Теплообменники После каждой Раз в лет Раз в лет с выдвижной трубчатой системой выемки трубчатой системы 7 Р от 0,7 до 000 Ежегодно Раз в 8 лет Раз в 8 лет кг/см, П 0, Раз в года Раз в года 6 Хранение сжатого газа, корпус: металл, неметалл 7 Хранение сжиженного газа Раз в 3 года Раз в года Раз в года г) Баллоны, регистрируемые в органах ГОРТЕХНАДЗОРа Раз в 3 года Раз в года Раз в года 8 Стационарные Р 0, Раз в года Ежегодно Раз в 0 лет Раз в 4 года Раз в 4 года Раз в 0 лет Раз в 8 лет Раз в 8 лет 8
20 Время выдержки аппаратов при давлении гидроиспытаний дано в табл. Таблица. Толщина стенки аппарата S, мм Время выдержки, мин Литые и многослойные 60 Основные зависимости для определения давления гидроиспытаний приведены в табл..3. Таблица.3 Тип аппарата, конструкционный Основные расчетные зависимости материал, объем контроля сварных швов Литые, 00% t= [ σ] P =.5P [ σ] Кроме литых, 00% t [ σ] P =.5P [ σ] Неметаллы, ударная пр раб t= t 0 0 C раб 0 = 0 C пр раб t= t t [ ] вязкость γ > 0 Дж/см σ P =.3P [ σ] Неметаллы, ударная раб 0 = 0 C пр раб t= t t [ ] вязкость γ 21 Вопросы для самопроверки. Какие сосуды и аппараты подведомственны ГОРТЕХНАДЗОРу?. Правила регистрации сосудов, трубопроводов и грузоподъемных машин. Сроки их освидетельствования. 3. Как производится проверка качества сварки? 4. Какие существуют нормы пробных давлений при гидравлическом испытании сосудов? 5. В чем сущность статических и динамических испытаний грузоподъемных машин? 6. Каким образом выполняются правила ГОРТЕХНАДЗОРа РФ при проектировании, расчете, изготовлении и испытаниях сосудов, аппаратов, трубопроводов и грузоподъемных машин? 0
22 ГЛАВА КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОБЕЧАЕК НА ПРОЧНОСТЬ [-3,9,0,36] Все физико-химические процессы, осуществляемые в химических и пищевых аппаратах, прежде всего, требуют наличия емкости, ограниченной корпусом. Эти корпуса, по условиям протекающих в них процессов, должны быть достаточно прочными и, в подавляющем большинстве, герметичными. Главным составным элементом корпуса является обечайка наиболее материалоемкий и ответственный узел любого химического и пищевого аппарата. Форма корпуса, а следовательно, и обечайки, определяется химикотехнологическими требованиями, предъявляемыми к тому или иному аппарату, а также конструктивными соображениями и может быть цилиндрической, полушаровой, эллиптической, конической, сферической, коробчатой и т.д. При конструировании цилиндрических оболочек, независимо от материала и технологии изготовления, преимущественно следует придерживаться внутренних базовых диаметров. Внутренний диаметр сосуда или аппарата, изготовляемого из стальных листов или поковок, должен быть выбран из следующего ряда: (ГОСТ : 400; (450); 500; (550); 600;(650); 700; 800; 900; 000; (00); 00; (300); 400; (500); 600; (700); 800; (900); 000; 00; 400; 500; 600; 800; 3000; 300; 3400; 3600; 3800; 4000; 4500; 5000; [5500]; 5600; [6000]; 6300; [6400]; 7000; 7500; 8000; 8500; 9000; 9500; 0000; 000; 000; 4000; 6000; 8000; 0000 мм. Значения, указанные в круглых скобках, следует применять только для рубашек сосудов и аппаратов. Значения, указанные в квадратных скобках, при новом проектировании применять не рекомендуется. Внутренний диаметр сосуда или аппарата, изготовляемого из цветных металлов и сплавов, должен быть выбран из следующего ряда: 00; 50; 300; 350; 400; 450; 500; 550; 600; 650; 700; 800; 900; 000; 00; 00; 300;400; 500; 600; 700; 800; 900; 000; 00; 400; 500; 600; 800; 3000; 300; 3400; 3600; 3800; 4000 мм. Допускается изготовление цилиндрических обечаек из стальных труб со следующими базовыми диаметрами (наружный базовый D н, мм; 33, 59; 68; 9; 73; 35; 377; 46; 480; 530; 630; 70; 80; 90; 00; 0; 0; 30; 40). В практике приняты следующие соотношения Н/D в 5-30 для вертикального и L/D в 0 горизонтального аппаратов. Развернутая длина обечаек определяется по среднему диаметру D ср = 0,5 ( D н, + D в )
23 Ряд номинальных объемов корпусов цилиндрических сосудов и аппаратов, изготовляемых из металлических материалов, металлопластиков и пластмасс, устанавливается согласно ГОСТ : 0,00; 0,06; 0,05; 0.040; 0,063; 0,00; 0,5; 0,60; 0,00; 0,50; 0,3; 0,40; 0,50; 0,63; 0,80;,00;,5;,60;,00;,50; 3,; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 0,0;,5; 6,0; 0,0; 3; 40; 50; 63; 80; 00; 5; 60; 00; 50; 30; 400; 500 м 3. Номинальным объемом следует считать внутренний объем аппарата без учета объемов штуцеров, люков, футеровки, внутренних устройств. Внутренний объем отъемных крышек входит в номинальный объем аппарата. Основные размеры цилиндрических стальных сварных сосудов и аппаратов (в том числе с покрытиями — гуммированные, футерованные, эмалированные и др., кроме теплообменников, выпарных аппаратов, колонн, с вращающимися барабанами, газгольдеров и емкостей) регламентированы ГОСТ Стандартом предусмотрено 3 типов аппаратов, из которых 8 вертикальных и 5 горизонтальных. Расчет обечаек, работающих под давлением, должен быть выполнен в соответствии с ГОСТом «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность», «Нормами расчета элементов паровых котлов на прочность» из Сборника правил и руководящих материалов по КОТЛОНАДЗОРу. ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 9 Разделы, подлежащие изучению Требования, предъявляемые к конструкционным материалам. Металлические и неметаллические материалы и области их применения Технико-экономическое обоснование выбора материалов. Сравнение металлов с неметаллическими материалами и металлопластиками. Замена дефицитных и дорогих материалов более дешевыми. Выбор допускаемых напряжений. Коэффициенты запаса прочности. Влияние рабочей температуры и условий эксплуатации на величину допускаемых напряжений и модуль упругости материала. Материалы для сосудов и аппаратов должны удовлетворять требованиям стандартов и технических условий, утвержденных в установленном порядке, а их механические характеристики должны быть подтверждены сертификатами предприятий-изготовителей. Для аппаратов, контролируемых ГОРТЕХНАДЗОРом, материалы выбирают в соответствии с правилами ГОРТЕХНАДЗОРа или другими документами, согласованными в установленном порядке Материалы для изготовления химических реакторов (аппаратов) и корпусов машин нужно выбирать в соответствии со спецификой их эксплуатации, характеризующейся широким диапазоном давлений, температур,
24 агрессивным воздействием среды и ее токсическими, пожаро- и взрывоопасными свойствами. При выборе материалов необходимо руководствоваться ОСТ «Сосуды и аппараты стальные сварные. Технические требования», ГОСТом и правилами ГОРТЕХНАДЗОРа. Выбор материала необходимо начинать с уточнения рабочих условий: температуры, давления, концентрации среды. Эти условия и определяют требования, предъявляемые к конструкционным материалам; высокая механическая прочность и пластичность при заданных рабочих давлениях, температуре и дополнительных нагрузках, возникающих при эксплуатации и гидравлических испытаниях аппаратов; высокая коррозионная стойкость материалов; хорошая свариваемость, низкая стоимость и недефицитность материалов. Для изготовления химических и пищевых аппаратов по ГОСТ должны использоваться материалы, скорость коррозии которых не превышает 0,0-0,5 мм/год. Для изготовления химических и пищевых аппаратов применяют следующие конструкционные материалы: углеродистая сталь (ГОСТ 380-7), низколегированная сталь (ГОСТ ), высоколегированные стали и сплавы, коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные (ГОСТ 563-7), двухслойные стали (ГОСТ ), серый чугун (ГОСТ 4-70), жаростойкий и коррозионностойкий чугун (ГОСТ ), ковкий чугун (ГОСТ 5-59), алюминий (ГОСТ 069-7) и его сплавы (ГОСТ ), медь (ГОСТ ), латуни (ГОСТ ), бронзы (ГОСТ 875-7), свинец (ГОСТ ), сплавы типа «хастеллой» на никелевой основе ХН65МВ и Н70МФ (ГОСТ 563-7), титан и его сплавы (АМТУ ). В последние годы начинают применять тантал, ниобий, цирконий, молибден. Применение защитных покрытий на химических и пищевых аппаратах исключает необходимость использования дефицитных материалов. Основными материалами, которые применяются для защиты от коррозии являются: кислотоупорный кирпич, диабазовая плитка, диатомовый кирпич, углеграфитовый кирпич и плитка, андезитовые камни, асбозуритовая масса, кислотоупорные цементы, полиизобутилен, асбест, фторопласт, эмалевые покрытия. В настоящее время созданы ситалловые эмали, которые обладают высокими механическими и термическими свойствами. Выбор конструкционных материалов осуществляется согласно рекомендаций [-6,7, 9].. Металлические площадки под оборудование, эстакады под трубопроводы на открытом воздухе и в зданиях (за исключением районов Крайнего Севера) изготавливать из углеродистых сталей обыкновенного качества ст 3, ст 5.. Металлические площадки под оборудование, эстакады под трубопроводы, работающие при низких температурах; сборники, корпуса сварных аппаратов, работающих под давлением; оси, валы, арматуру, трубопроводы, трубные пучки, штуцера изготавливать: а) из качественных углеродистых 3
25 сталей 0,8 60, 5Г, 5Г; б) из низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей типа 0ХН, 0ХГР. Табл.. Классификация коррозионной стойкости металлов (ГОСТ ) Группа стойкости Балл Скорость коррозии, мм/год. Совершенно стойкие / СС/. Весьма стойкие /ВС/ 3. Стойкие С 4. Пониженно стойкие ПС 5. Малостойкие МС 6. Нестойкие Н Менее 0,00 Свыше 0,00 до 0,005 Свыше 0,005 до 0,0 Свыше 0,0 до 0,05 Свыше 0,05 до 0, Свыше 0, до 0,5 Свыше 0, 5 до Свыше до 5 Свыше 5до 0 Свыше 0 3. Детали, работающие в условиях износа при трении (поршни, кольца, валы, плунжеры), изготавливать из низкоуглеродистых низколегированных конструкционных сталей типа 5Х, 5ХГНМФБ. 4. Тяжелонагруженные детали, работающие на трение и при ударных нагрузках (зубчатые колеса, червяки, кулачки, карданы, поршневые пальцы, кольца и пружины), изготавливать из низкоуглеродистых низколегированных сталей типа 5ХГТ, 0 ХГНР, 40 ХФА. 5. Детали, работающие в условиях повышенного износа (механического) при знакопеременных нагрузках (детали дробилок, мельниц, тормозные ленты, толкатели, рычаги, крепеж), изготавливать из низколегированных сталей с повышенным содержанием кремния, молибдена, ванадия типа 0ХГСА, 40ХНМА. 6. Детали турбин, компрессоров, сепараторов, центрифуг, аппараты высокого давления, изготавливаемые из высокопрочных низколегированных сталей типа 38ХНЗМФА. 4
26 7. Детали, подвергающиеся ударным нагрузкам (рессоры, пружины, шайбы Гровера, инструмент, пресс-формы), изготавливать из сталей типа 50Г, У7А, УГА, 3ХВ8Ф. 8. Подшипники изготавливать из сталей типашх5, ШХ5Ф Ш. 9. Корпуса аппаратов, крышки, днища, валы, штуцера, эксплуатируемые в слабоагрессивных средах, изготавливать из коррозионно-стойких сталей общего и химического машиностроения типа 0Х3, Х7Г9АМ4, 06Х7Н34ВТ3ЮР. 0. Корпуса, днища, крышки, штуцера, насосы, эксплуатируемые в средах средней агрессивности, изготавливать из высоколегированных сталей типа 08Х8Н0Т, 06ХН6Т.. Корпуса, крышки, днища, штуцера аппаратов, насосы, эксплуатируемые в средах повышенной и высокой агрессивности, изготавливать из высоколегированных сталей и сплавов на основе Ni и Cr типа 06Х8НТ, 06ХН8МДТ.. Корпуса, крышки, днища, штуцера аппаратов, эксплуатируемых в весьма агрессивных средах, изготавливать из сплавов типа ХН65МВ. 3. Котлы, газовые турбины изготавливать из сталей и сплавов в зависимости от рабочей температуры стенки ХМФ(Т = С), 0Х3Н8(Т = С), ХН75ТЮР(Т = С), ХН55ВМТФКЮ(Т = С). 4. Печное оборудование, котлы, моторы изготавливать из сталей и сплавов в зависимости от температуры стенки Х3(Т = С), 08Х0Н4С(Т = С), 6Х8Н5С(Т = 50 0 С), ХН78ТиХН8ВМАБ( Т= С). Принятые обозначения в марках низколегированных, высоколегированных сталей и сплавов: Х хром; М молибден; В ванадий; Ю алюминий; К кобальт; Т титан; Р бор; Н никель; Б ниобий +тантал; Ф вольфрам; Д медь; Ц цирконий; Г марганец; А- азот; С кремний; П фосфор; Ш магний; Е селен; У углерод. Толщина листа для изготовления аппаратов выбирается в соответствии с ГОСТ , согласно которому, например, для листовой горячекатанной стали установлен ряд толщин: 0,5-0,8 (через 0, мм); 0,9;,0;,;,3;,4;,5;,6;,8;,0;,;,8; 3,0; 3,; 3,5; 4,0; 4,5; 5- (через мм); 5; 6-4 (через мм); 45; 48; 50; 5; (через 5 мм); 0; 5; мм (через 0 мм). По ширине 600; 650; 700; 70; (через 50 мм); 000; 00; 50; 400; 40; 500; 3000 (через 00 мм); мм (через 00 мм). Длина листов мм. К стандартной толстолистовой стали обычно относят листы толщиной 5-60 мм, хотя она изготавливается толщиной до 00 мм и более. Коррозионно-стойкая двухслойная листовая сталь ГОСТ изготавливается горячей совместной пакетной прокаткой основного слоя из углеродистой или низколегированной стали и плакирующего слоя из 5
27 коррозионно-стойких сплавов, никеля и монель-металла общей толщиной, 4 и 5 мм (при толщине коррозионно-стойкого слоя,0-,5); 6 и 7 (,5-,0); 8; 9; 0; ; и 4 (,0-3,0); 6; 8 и 0 (,5-3,5); ; 4; 6 (3,0-4,0); 8 и 30 (3,5-5,0); 3; 34; 36; 38; 40; 4; 45; 48; 50; 53; 55 и 60 (4,0-6,0). При общих толщинах более 60 мм толщина защитного слоя устанавливается по согласованию сторон. Цветные металлы и сплавы Принятые обозначения химических элементов в марках цветных металлов и сплавов: Al A, Ba Bp, W B, V Baм, Bi Bu, Fe Ж, Au Зл, Cd Кд, Si-Кр(К), Mg Мг, Cu M, Ni H, Nb — Б, Sn O, Pt Пл, Hg P, Pb C, Ag Cp, Та ТТ, Ti Т ТПД, Р Ф, Cr X(Xp), Zn Ц, Zr ЦЕВ, Со Ко. Алюминий и его сплавы Алюминий технический АДМ, АДН применяется для изготовления коррозионностойких деталей, арматуры, трубопроводов. Алюминий марганец АмцМ (П,Н) емкости для хранения и транспортирования пива. Алюминий магний АМг М(М, 3М.) средненагруженные детали, трубопроводы, тара. Алюминий магний кремний Ад3Т(АД33Т, АВТ). Алюминий медь магний ДТ, Д9Т, ВАДТ силовые элементы конструкций, детали молокообрабатывающих машин, высоконагруженные элементы (рассевы, тестомесильные органы, тарелки сепараторов). Алюминий цинк медь магний В95п4Т, В96ЦТ. Литейные сплавы алюминия: Ал Сu Ni Mg (Ал, В4Т6) арматура, емкости, мешалки, корпуса, маховики, хлебные формы. Al Si (силумины) Ал станины, стойки, кронштейны, маховики. Титан и его сплавы ВТ 0 коррозионно-стойкий футеровочный материал, детали машин, насосов, аппаратов, емкостей. Ti Al Mn (ОТ4) тонкостенные детали сложной формы при Т до С. Ti Al (DN5), Ti Al Sn (BT5 ), Ti Al Mo V (BT4) органы дисковых, патронных и ленточных фильтров, детали центрифуг, емкости, сварные силовые узлы (от 53 0 С до С). Ti Al Zr Mo (BT3) штампованные и сварные конструкции, длительно работающие до С, кратковременно до С. Ti Al Mo Cr Si — Fe (BT3-) нагруженные детали и конструкции. 6
28 Медь и ее сплавы М, М3 токопроводящие изделия и детали, перегонные аппараты для коньячного виноматериала и спирта. Медно-цинковые (латуни) Л96, Л90, ЛА85-05, ЛАН Теплообменное и холодильное оборудование — ЛК-80-3, ЛЖМ 59—, ЛН65-5, ЛО-90- детали, работающие в коррозионных средах и при повышенных нагрузках, медь олово (бронзы) Броф 3-08, БрМц5 детали трения, работающие при высоких давлениях в контакте с агрессивными жидкостями. Литейные бронзы (БрОЦСНЗ ) детали тяжелонагруженных узлов трения: шестерни, венцы, червяки, подшипники. Оловянные баббиты (В89) для заливки подшипников и вкладышей подшипников скольжения. Принятые обозначения химических элементов в покрытиях оборудования и деталей: Ж, Зл, Зл Ср, Кд, Ко, М, М О, М О Ц, М Ц, Н, Пл, С, Н В, Н Ко Ф, О Ко, О Н, Ср, Х, Ц Н, ОКС окислы, фос фосфаты, А, Зл Пл, А Ц. Чугуны Серый с пластичным графитом. СЧ — 5 малоответственные детали, станины, вентили, вкладыши подшипников, сменные втулки. СЧ 8, СЧ 0, СЧ 30 ответственные детали, шнеки, червяки, цилиндры, шестерни, малые коленчатые валы, рычаги, кулачки. Ковкий чугун (КЧ 30 6, КЧ 33 8) арматура, кулачковые механизмы в условиях длительных нагрузок. Высокопрочный чугун с шаровым графитом (ВЧ 45 5, ВЧ 50 ) трубопроводы для кислот и щелочей, ролики, звездочки, колеса, лопасти мешалок. Антифрикционный чугун (АЧВ, АЧВ ) детали для узлов трения с обильной смазкой. Жаропрочный стойкий чугун (ЖЧХ(3, 6) хромистый), (ЖЧС5Ш кремнистый), (ЖЧЮ алюминиевый) детали, работающие в среде воздуха и печных газов при температуре до 00 0 С, шиберы, колосники и т.п. Коррозионно-стойкий и жаропрочный чугуны (ЧМХТ, ЧНХМД) детали двигателей внутреннего сгорания, ЧН5Д3ХШ детали, работающие в растворах щелочей и кислот. Вопросы для самопроверки. Какие марки углеродистых, низко- и высоколегированных сталей, сплавов и цветных металлов наиболее широко применяются в химическом машиностроении?. Какой состав имеют металлы и сплавы наиболее широко применяемые? 7
29 3. Какое влияние оказывают легирующие добавки на свойства сталей? 4. На основании каких нормативных материалов выбираются конструкционные материалы? 5. Способы замены дефицитных и дорогих материалов более дешевыми металлопластиками или пластмассами. 6. Как выбираются допускаемые напряжения. РАБОЧЕЕ И РАСЧЕТНОЕ ДАВЛЕНИЯ [-4, 5, 8-4] Под рабочим давлением в сосуде и аппарате следует понимать максимальное избыточное давление без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств. Гидростатическое давление учитывается в случаях, если его величина составляет не менее 5% от рабочего. Для литых сосудов и аппаратов, работающих при P 30 Табл.. кгс/см МПа кгс/см МПа кгс/см МПа 0, , ,65 0, , ,480,5 0, , , , , ,00 4 0, , ,87 6 0,589 5,6 400,65 8 0, , , , , ,960,.5,6 50 4, ,580 6, , ,744 0, , ,50 5, , , , , ,90 Применять преимущественно для изделий из цветных металлов. На прочность стальные сосуды и аппараты, их сборочные единицы и детали должны рассчитываться с допускаемыми напряжениями при температуре 00 0 С, а из цветных металлов, чугуна и др. — при температуре, выбранной с учетом изменения их физико-механических свойств. Для стальных сосудов и аппаратов, работающих при температуре до 00 0 С, рабочее давление не должно снижаться по сравнению со значениями ряда условных давлений..3. РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА [5, 8, 9, ] Расчетная температура определяется на основании тепловых расчетов и результатов испытаний. В случае невозможности проведения расчетов и испытаний: а) расчетную температуру стенки сосуда принимают равной температуре среды, соприкасающейся со стенкой; б) при обогревании стенки открытым пламенем, горячими газами с температурой 50 0 С и выше или открытыми электронагревателями расчетную температуру стенки принимают равной Т ср, соприкасающейся со стенкой, увеличенной на 50 0 С, но не менее 50 0 С; в) при защите аппарата внутренней футеровкой расчетную температуру стенки принимают равной температуре поверхности футеровки, соприкасающейся со стенкой. 9
31 .4. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ [ — 3]. Допускаемые напряжения определяют по формуле: σ доп = η σ, где σ — нормативное допускаемое напряжение, определяемое по таблице или приведенным ниже формулам;η — поправочный коэффициент.. Допускается определять η в соответствии с механическими характеристиками, указанными в сертификате. Величина η : а) устанавливается в соответствии с нормативно-технической документацией (при хранении взрыво- и пожароопасных продуктов с высокой токсичностью η = 0,9); б) при отсутствии нормативно-технической документации η = 0,9; в) для всех других сосудов и аппаратов η =. 3. σ для материалов, приведенных в таблицах, принимают: а) если t рас не превышает для углеродистых сталей С, для низколегированных 40 0 С, для аустенитных 55 0 С, как наименьшее из σ σ в = или σ σ Т =, (..) nв nт где n в, n т коэффициенты запаса прочности по пределу прочности и текучести (n в =,3; n т =,5). б) если t рас превышает указанные величины, за σ принимают наименьшее из двух значений: σ σ Т = или σ σ д =, (..) nт n д где n д =,5 коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности. При отсутствии данных по длительной прочности или в соответствии с технически обоснованными требованиями заказчика, за σ принимают наименьшее из двух значений: σ σ Т = или σ = σ n (.3.) nт гдеσ n среднее значение % предела ползучести при деформации в % за ч. 4. Для стальных отливок σ должны быть уменьшены: а) для отливок, подвергающихся индивидуальному контролю качества в,5 раза; б) для остальных отливок в,4 раза. Расчетные значения модуля продольной упругости Е для углеродистых и легированных сталей в зависимости от температуры определяют по таблице []. При расчете на прочность сварных соединений сосудов и аппаратов в расчетные формулы вводят коэффициент ϕ, величина которого характеризует прочность сварного шва в сравнении с прочностью основного металла. 30
32 Значения коэффициента прочности сварных соединений должны соответствовать технической документации, утвержденной в установленном порядке. При расчете на прочность сварных швов сосудов и аппаратов должны принимать следующие наибольшие значения расчетного коэффициента прочности ϕ сварных швов (ГОСТ ): а) для стыковых и тавровых сварных соединений с двухсторонним сплошным проваром, выполняемых автоматической сваркой, допускается применение коэффициента ϕ = ; б) для стыковых сварных соединений с подваркой корня шва и тавровых соединений с двухсторонним сплошным проваром, выполняемых вручную, ϕ = 0,95; в) для стыковых соединений, доступных к сварке только с одной стороны и имеющих в процессе сварки подкладку со стороны корня шва, прилегающую по всей длине шва к основному металлу, ϕ =0,9; г) для тавровых соединений, в которых не обеспечивается сплошное соединение свариваемых деталей, а также для соединений внахлестку при наличии швов с двух сторон ϕ =0,8. При расчете сосудов и аппаратов необходимо учитывать коррозионное влияние рабочей среды на материал конструктивных элементов в эксплуатационных условиях. Поэтому к расчетным толщинам обечаек, днищ, колец жесткости и других элементов дают прибавку С для компенсации коррозии, величина которой устанавливается проектирующей организацией с учетом скорости коррозии и срока службы аппарата. При двухстороннем контакте с коррозионной средой прибавку С соответственно удваивают. Обоснование прибавки С должно быть дано в конструкторской документации проекта аппарата. К расчетным величинам толщин обечаек, днищ и других элементов допускается давать дополнительную прибавку С констр, с обоснованием ее в технической документации проекта..5. ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ. БЕЗМОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ [-5, 8-3, 9].5.. ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ОБЕЧАЙКИ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД ВНУТРЕННИМ ДАВЛЕНИЕМ Корпуса аппаратов и некоторые элементы машин представляют собой оболочки цилиндрической, эллиптической, сферической, шаровой и конической формы. 3
Источник