Классификация технологического оборудования (аппаратов)

Группа аппа­ратов	Расчетное давление, МПа (кгс/см²)	Расчетная температура, градусов Цельсия	Характер рабочей среды
	Выше 0,07 (0,7)	Независимо	Пожароопасная или взрывоопасная или 1 и 2 классов опасности по ГОСТ 12.1.007
	Выше 0,07 (0,7)	Выше +400	Любая, кроме среды, указанной для 1-ой группы сосудов
Выше 2,5 (25) до 5 (50)	Выше +200
Выше 4 (40) до 5 (50)	Ниже -40
Выше 5 (50)	Независимо
	Выше 0,07 (0,7) до 1,6 (16)	Ниже -20 Выше +200 до +400
Выше 1,6 (16) до 2,5 (25)	До +400
Выше 2,5 (25) до 4 (40)	До +200
Выше 4 (40) до 5 (50)	От -40 до +200
	Выше 0,07 (0,7) до 1,6 (16)	От -20 до +200
5а	До 0,07 (0,7)	Независимо	Пожароопасная или взрывоопасная или 1 и 2 классов опасности по ГОСТ 12.1.007
5б	До 0,07 (0,7)	Независимо	Пожароопасная или взрывоопасная или 1 и 2 классов опасности по ГОСТ 12.1.007

Любой из аппаратов наряду с присутствием у него специальных устройств, состоит, как правило, из цилиндрического корпуса, днища, крышки, люков, опор, фланцев, штуцеров и строповых устройств.

У стального цилиндрического оборудования (аппаратов), корпуса которых изготавливают из листового проката, базовым принято считать именно внутренний диаметр, который выбирают из следующего ряда (в миллиметрах): 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400 и так далее. Промежуточные диаметры: 450, 550, 650, 1100, 1300, 1500, 1700, 1900 используют исключительно для рубашек оборудования (аппаратов). Что касается стального оборудования (аппаратов), корпуса которых выполняют из металлических труб, то за базовый диаметр у них принято принимать именно внешний диаметр, который выбирают из следующего ряда (в миллиметрах): 133, 159, 168, 219, 273, 325, 377, 426, 480, 530, 630, 720 и так далее.

Каждое из внутренних устройств, которое затрудняет или делает невозможным осмотр других частей и узлов оборудования (аппарата), обязательно должно быть съемным. Рубашки для наружного обогрева или охлаждения допускается делать приварными. Оборудование (аппараты) должны быть оснащены люками-лазами для внутреннего осмотра, расположенными в удобных и легкодоступных местах. Если у оборудования (аппарата) имеются съемные крышки или днища и фланцевые штуцера большого диаметра, то наличие люков-лазов в агрегате не обязательно. Неустойчивое оборудование (аппараты) должны иметь специальные приспособления, не допускающие самопроизвольного опрокидывания.

Чтобы была возможность проводить гидроиспытания, оборудование (аппарат) должен быть оснащен штуцерами для наполнения и слива жидкости, а также для подачи и удаления воздуха. Для данной задачи допускается использование и технических штуцеров. Эти штуцера на вертикальном оборудовании (аппаратах) должны располагаться таким образом, чтобы предоставлялась возможность проводить гидроиспытания в горизонтальном положении агрегата. Во всех глухих внутренних элементах и частях сборочных единиц необходимо предусмотреть дренажные отверстия для полного удаления жидкости, размещая их в самых низкорасположенных местах.

На оборудовании (аппарате) для его подъема и установки должны присутствовать строповые устройства. Для этих же задач допускается использование элементов оборудования (аппарата) (к примеру, уступов, горловин, технических штуцеров и прочих), при условии, что их прочность для этого достаточна (проверяется расчетом).

В оборудовании (аппаратах) все сварные соединения (к примеру, соединения обечаек и труб, днищ и обечаек, люков и штуцеров с корпусом и так далее) должны выполняться с применением стыковой двухсторонней сварки или приварки и быть обязательно доступными для контроля и осмотра. Рекомендуется применять автоматическую электродуговую сварку под слоем флюса. В местах, где опоры присоединяются к оборудованию (аппарату), сварные швы недопустимы. Если все же под опорой без сварного шва не обойтись, то необходимо обеспечить возможность его контроля.

Чтобы избежать перегрева сварных швов и не допустить снижения их качества, нужно выполнить смещение швов относительно друг друга на расстояние a ≥ 3∙s, где s – толщина стенки элемента оборудования (аппарата), но не меньше, чем на 100 миллиметров (см. рис.). Не стоит одним швом соединять сразу несколько деталей оборудования (аппарата).

Отверстия для люков-лазов и штуцеров необходимо выполнять за пределами сварных швов, отступ от них должен составлять b≥ 0,9d (см. рис.). Между двумя соседними отверстиями рекомендуется соблюдать расстояние A ≥ 0.7 (d₁ + d₂), а для днищ штампованных эллиптических – b ≥ d_min (см. рис.).

Люки, штуцера, трубы, трубные решетки, плоские днища и фланцы допускается приваривать угловым, тавровым или стыковым соединением. При сварке плоских днищ, обечаек и фланцев разной толщины следует выполнять плавные переходы от одного элемента к другому, постепенно делая тоньше более толстый элемент (см. рис.). Все сварные швы должны быть доступными для контроля качества, визуального осмотра и устранения в них возможных дефектов.

При создании оборудования (аппаратов) из высоколегированных сталей стоит учитывать достаточно высокую их стоимость и помнить о том, что они требуют сохранения коррозийной стойкости. Рациональнее всего из высоколегированных сталей изготавливать лишь те элементы корпуса, которые будут подвергаться воздействию агрессивных сред, а все остальные детали оборудования (аппарата) лучше выполнять из углеродистых сталей. Высоколегированная сталь и углеродистая являются разнородными сталями, и при их сварке происходит проникновение легирующих компонентов в углеродистый металл, что заметно снижает коррозионную стойкость первой. Поэтому необходимо места стыка разнородных сталей отдалять от мест воздействия агрессивных сред путем введения промежуточных элементов (см. рис.). Во избежание перегрева в процессе сварочных работ, при котором происходит выгорание легирующих компонентов и, как следствие, ухудшение коррозийной стойкости, нужно позаботиться о том, чтобы у свариваемых элементов была одинаковая толщина, причем, сваривать их лучше встык, а сварные швы располагать друг от друга на определенном расстоянии.

Важно также учесть, что физические свойства высоколегированных и углеродистых сталей различны. Так, для аустенитной стали температурный коэффициент линейного расширения примерно в 1,5 раза больше, чем для углеродистой стали, а теплопроводность меньше в 3-4 раза. Ввиду этого могут возникнуть значительные температурные напряжения. Поэтому нередко необходим ввод в конструкцию промежуточных упругих элементов.

Применяемые в промышленности сосуды и оборудование (аппараты), у которых толщина стенки составляет не более 10% от их внутреннего диаметра, принято считать тонкостенными. Эксплуатируются такие сосуды и оборудование (аппараты), как правило, при давлении, не превышающем 10 МПа.

Цилиндрические обечайки – очень важные и ответственные элементы технологического оборудования (аппаратов). Они изготавливаются обычно вальцовкой (гибка металла) из листового проката (чаще всего), труб или же поковок. Из одной, двух или более обечаек, свариваемых встык между собой, получается цилиндрический корпус технологического оборудования (аппаратов) (см. рис.).

В зависимости от поставленных целей проводят проектные и проверочные расчеты на прочность элементов оборудования (аппаратов).

Основной задачей при проведении проектных расчетов является определение тех или иных размеров отдельных элементов и частей агрегатов (толщина днищ, стенок корпусов, трубных решеток, диаметр болтов и так далее). Проектные расчеты обычно выполняют при создании нового оборудования (аппаратов) и машин.

При проведении проверочных расчетов в элементах определяют фактически возникающие напряжения при определенных условиях эксплуатации и сопоставляют их с допускаемыми напряжениями. Проверочные расчеты позволяют проверить возможности использования того или иного оборудования (аппарата) в конкретно взятых условиях.

Нормы и методы расчета на прочность сосудов и оборудования (аппаратов), используемых в нефтеперерабатывающей, химической промышленности и смежных с ними отраслях, которые работают в условиях статистических нагрузок под избыточным наружным или внутренним давлением, вакуумом, под действием поперечного и осевого сжатия, изгибающих моментов или при одновременном действии сразу нескольких этих нагрузок, приведены в ГОСТ Р 52587.1 – 52587.11 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность». Этим стандартом также установлены значения модуля продольной упругости (модуля Юнга), допускаемых напряжений и коэффициентов прочности сварных швов.

При проектировании стальных сварных сосудов и оборудования (аппаратов), а также при их изготовлении, установке, ремонте, модернизации и консервации руководствуются ПБ 03-584-03 «Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и оборудования (аппаратов) стальных сварных» и ГОСТ Р 52630 – 2012 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия». Указанные документы распространяются на создаваемые, вновь изготавливаемые и модернизированные стальные сварные сосуды и оборудование (аппараты), которые работают под давлением не более 16 МПа (160 кгс/см²), вакуумом с остаточным давлением не ниже 665 Па (5 миллиметров ртутного столба), внутренним давлением 0,07 МПа (0,7 кгс/ см²) и менее (под налив) и при температуре стенки не ниже минус 70 градусов по Цельсию, а также на действующие сосуды и оборудования (аппараты), которые эксплуатируются на опасных производствах.

Отклонения диаметра (наружного и внутреннего) обечаек и любых других элементов оборудования (аппаратов), которые изготовлены из металлических листов и поковок, не должны превышать ±1% от номинального наружного диаметра. При этом относительная овальность (a) в любом поперечном сечении не должна превышать 1%. Величину относительной овальности определяют по следующим формулам:

в сечении, где нет штуцеров и люков:

a = [(2∙(D_max-D_min)) / (D_max+D_min)]∙100%

в сечении, где присутствуют штуцера и люки:

a = [(2∙(D_max-D_min-0,02d)) / (D_max+D_min)]∙100%,

где
D_max – наибольший наружный (внутренний) диаметр сосуда или оборудования (аппарата),
D_min – наименьший наружный (внутренний) диаметр, измеряются в метрах;
d – диаметр (внутренний) штуцера, измеряется в метрах.

Для тех элементов сосудов и оборудования (аппаратов), которые работают под наружным давлением или вакуумом, относительная овальность не должна превышать 0,5%, а для тех, что работают без давления, то есть под налив – не должна превышать 2%.

Расчет на прочность следует выполнять для всех возможных состояний технологических оборудования (аппаратов), возникающих во время их транспортировки, установки, испытаний и эксплуатации. При этом необходимо учитывать абсолютно все нагрузки и все внешние факторы (температуру, контакт с различными коррозионными средами и так далее), которые могут повлиять на прочность, и учитывать возможность их одновременного воздействия. Так, нужно обязательно следующие факторы: рабочие и климатические температуры; внешнее или внутреннее давление; статистическое давление в условиях работы и испытаний; нагрузки от веса сосуда и содержимого в оборудовании (аппарате); инерционные нагрузки при колебаниях, движении и остановках; нагрузки от ветровых и сейсмических воздействий; нагрузки, вызванные появлением температурных деформаций; реактивные усилия, передаваемые от креплений, опор и трубопроводов; усталость при разных нагрузках; эрозию, коррозию и так далее.

Для определения физико-механических характеристик (прочности, твердости, гибкости, выносливости и так далее) конструкционных материалов и допускаемых напряжений используют расчетную температуру, которую находят либо на основании теплотехнических расчетов, либо беря за основу результаты испытаний, либо же исходя из опыта эксплуатации точно таких же сосудов. За расчетную температуру стенки сосуда (аппарата) берут максимальное значение температуры стенки. При температуре стенки ниже 20 градусов по Цельсию за расчетную температуру для определения допускаемых напряжений берут температуру 20 градусов по Цельсию. В случаях, когда тепловые расчеты или же необходимые измерения провести просто невозможно, за расчетную температуру следует брать максимальную температуру соприкасающейся со стенкой среды, но она должна быть не ниже 20 градусов по Цельсию.

Под понятием рабочее давление для сосуда (аппарата) P_p принято понимать избыточное максимальное наружное или внутреннее давление, которое появляется в ходе нормального рабочего процесса, при этом гидростатическое давление среды и возможное кратковременное повышение давления в момент работы предохранительного устройства (клапана или иного) не учитывается.

Под расчетным давлением в рабочих условиях p следует понимать давление, на которое делают расчет на прочность тех или иных элементов сосудов и оборудования (аппаратов). Расчетное давление для элементов принимают обычно равным рабочему давлению для сосуда (аппарата) или же выше. При этом важно, чтобы расчетное давление учитывало внешнее или внутреннее давление; гидростатическое давление от находящейся в сосуде среды; инерционные нагрузки, возникающие при движении, колебании или сейсмическом воздействии, а также непостоянность перерабатываемых сред и самого технологического процесса.

Если сосуд или подводящий к нему трубопровод оснащен специальным ограничивающим давление устройством, которое не позволяет превышать максимально допустимое рабочее давление, то, определяя расчетное давление, кратковременное превышение рабочего давления в пределах 10 процентов не учитывают.

Для тех элементов, которые разделяют зоны с разными давлениями (к примеру, элементы оборудования (аппаратов) с обогревающими рубашками), за расчетное давление может быть принято каждое давление по отдельности, или же давление, требующее большей толщины стенки рассчитываемого элемента. В тех случаях, когда происходит одновременное действие давлений, разрешается выполнять расчет на разность давлений. За расчетное давление может быть принята разность давлений и тех элементов оборудования (аппарата), которые отделяют зоны с внутренним избыточным давлением от зон с абсолютным давлением, меньшим, чем атмосферное. Когда нет точных данных о разности между абсолютным и атмосферным давлением, то первое из них следует принимать равным нулю.

После изготовления все сосуды и оборудование (аппараты) обязательно должны пройти гидравлическое (или пневматическое) испытание, которое проводится с целью проверить их на прочность и герметичность. При испытаниях сосудов и оборудования (аппаратов) возникает избыточное давление, которое принято называть пробным давлением P_пр. То же давление, которому подвергаются сосуды и оборудование (аппараты) при пробном испытании, включая и гидростатическое давление (при условии, что оно составляет 5% или более от пробного давления), принято называть расчетным давлением в условиях испытаний. В соответствии с утвержденным ГОСТ Р 52630 гидравлическое испытание сосудов и оборудования (аппаратов) должно проводиться при величине пробного давления равной:

P_пр = 1,25p·([σ]₂₀/[σ]_t),

где [σ]₂₀, [σ]_t – допускаемые напряжения для материала сосуда (аппарата) и его элементов при температуре соответственно 20 градусов по Цельсию и расчетной температуре, измеряется в МПа.

Испытание (гидравлическое) тех элементов оборудования (аппаратов), которые были произведены методом литья, следует проводить пробным давлением:

P_пр = 1,5p·([σ]₂₀/[σ]_t).

Под расчетным пробным давлением в условиях испытаний для элементов сосудов (аппаратов) надо принимать то давление, которому они подвергаются при пробном испытании, включая также гидростатическое давление.

Для проведения обязательных гидравлических испытаний, как правило, используют воду, температура которой может варьироваться в пределах от 5 до 40 градусов по Цельсию. Сосуд с толщиной стенки до 50 миллиметров, должен находиться под пробным давлением не менее 10 минут, сосуд с толщиной стенки от 50 до 100 миллиметров – не менее 20 минут. Тот же сосуд, у которого толщина стенки составляет более 100 миллиметров, должен быть под пробным давлением не менее чем полчаса.

Величину расчетного пробного давления для того оборудования (аппаратов), которое работает под вакуумом, следует принимать равной 0,1 МПа.

Под условным (номинальным) давлением P_у принято понимать избыточное рабочее давление в оборудовании (аппаратах) при расчетной температуре 20 градусов по Цельсию (гидростатическое давление при этом не учитывается). ГОСТом 9493 рекомендован следующий ряд номинальных давлений, в МПа: 0,1; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,4; 10,0; 16,0 и 20,0.

За расчетные усилия и моменты обычно принимают действующие при определенных состояниях нагружения (к примеру, при установке, проведении испытаний или эксплуатации) усилия и моменты, которые появляются в результате действия таких факторов, как собственный вес оборудования (аппарата), местные нагрузки от присоединенных трубопроводов, ветровые, сейсмические, снеговые, локальные и другие виды нагрузок. Расчетные усилия и моменты от таких нагрузок, как ветровые и сейсмические, обычно определяют по утвержденному ГОСТ Р 51273.

При расчете по предельным нагрузкам сосудов и оборудования (аппаратов), которые эксплуатируются при однократных статистических нагрузках, допускаемое напряжение [σ] определяют следующим образом:

для низколегированных, углеродистых, мартенситных, аустенитно-ферритных, ферритных сталей и сплавов на основе железа и никеля:

[σ] = η∙min⁡{(R_T или R_T0,2)/n_T; R_B/n_B; R_∂10^ч/n_Д; R_1%10^ч/n_П};

для аустенитной хромоникелевой стали, меди, алюминия и их сплавов сталей:

[σ] = η∙min⁡{R_T1,0/n_T; R_B/n_B; R_∂10^ч)/n_Д; R_1%10^ч/n_П},

где η – поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям (как правило, он принимается равным 1, кроме стальных отливок, для которых принимают либо значение 0,8 – для отливок при индивидуальном контроле неразрушающими методами, либо значение 0,7 – для всех остальных отливок);
R_T – наименьшее значение предела текучести при расчетной температуре, измеряется в МПа;
R_T0,2 и R_T1,0 – наименьшее значение условного предела текучести (при нем остаточное удлинение составляет 0,2 и 1 процент соответственно) при расчетной температуре, измеряется в МПа;
R_B – наименьшее значение временного сопротивления при расчетной температуре, измеряется в МПа;
R_∂10^ч – значение (среднее) длительной прочности за 10^ч часов при расчетной температуре, измеряется в МПа;
R_1%10^ч – средний однопроцентный предел ползучести за 10^ч при расчетной температуре, измеряется в МПа.

Если данных по пределу длительной прочности нет или по условиям эксплуатации требуется ограничивать деформацию (перемещения), то для определения допускаемого напряжения [σ] следует использовать предел ползучести.

Если нет данных об условном пределе текучести при однопроцентном остаточном удлинении, то следует использовать значение условного предела текучести при 0,2 процентном остаточном удлинении.

Для титановых сплавов, а также для меди, алюминия и их сплавов при отсутствии у них данных о пределе текучести и длительной прочности, допускаемые напряжения находят по следующей формуле:

[σ] = {R_B/n_B}.

Для испытания сосудов из таких сталей как: низколегированная, углеродистая, мартенситная, ферритная и аустенитно-ферритная, а также сплавов на основе железа и никеля, допускаемое напряжение находят по следующей формуле:

[σ]₂₀ = η∙{(R_T20 или R_T0,2/20)/n_T},

для тех же сосудов, что выполнены из аустенитных сталей, меди, алюминия и их сплавов, по такой формуле:

[σ]₂₀ = η∙{(R_T0.2/20 или R_T1,0/20)/n_T}.

для титановых сплавов, а также для меди, алюминия и их сплавов при отсутствии у них данных о пределе текучести и длительной прочности, допускаемое напряжение для условий испытаний находят по следующей формуле:

[σ]₂₀ = {R_B/20/n_B}.

Коэффициенты запаса прочности должны соответствовать тем значениям, что указаны в таблице.

Таблица "Значения коэффициентов запаса прочности"

Условия нагружения	Коэффициенты запаса прочности
Сталей, меди, алюминия и их сплавов	Меди, алюминия и их сплавов	Алюминиевых литейных сплавов	Титанового листового проката и труб	Титановых прутков и поковок
nT	nB*	nД	nП	nT	nB	nД	nП
Рабочие условия	1,5	2,4	1,5	1,0	3,5	7,0	2,6	3,0
Условия испытания
Условия гидравлического испытания и монтажа	1,1	-	-	-	1,8	3,5	1,8	1,8
Пневматические испытания	1,2	-	-	-	2,0	3,5	2,0	2,0
Условия монтажа	1,1	-	-	-	1,8	3,5	1,8	1,8
*Для аустенитной хромоникелевой стали, меди, алюминия и их сплавов nB = 3,0.

Если сосуды и оборудование (аппараты) при работе испытывают многократные статистические нагрузки, но число циклов нагружения от стесненности температурных деформаций, давления или иных воздействий на них составляет не более 10³, то такую нагрузку в расчетах на прочность условно принято считать однократной. При определении количества циклов нагружения в данном случае колебание нагрузки в пределах 15% от расчетной нагрузки просто не учитывают.

Стальные сосуды и оборудование (аппараты), которые при работе испытывают многократные статистические нагрузки и количество циклов нагружения от стесненности температурных деформаций, давления или иных воздействий на них составляет более 10³, необходимо в течение всего срока службы проверять на малоцикловую усталость в соответствии с утвержденным ГОСТ Р 52857.6.

Проводить расчет на прочность конических элементов, цилиндрических обечаек, плоских и выпуклых днищ для условий испытаний не нужно, если в условиях испытаний расчетное давление будет ниже расчетного давления в рабочих условиях, умноженное на 1,35·[σ]₂₀/[σ].

При выполнении расчета на прочность сварных элементов сосудов (аппаратов) в расчетные выражения следует добавлять коэффициент прочности сварных швов φ. Данный коэффициент характеризует прочность сварного шва по отношению к прочности свариваемого металла. Коэффициент прочности сварных швов имеет различную величину, которая зависит, прежде всего, от способа сварки и вида сварного шва, его нахождения и отношения длины контролируемых швов к общей их длине. К примеру, для таврового шва с двухсторонним сплошным проваром, который был выполнен вручную, при 100 процентном контроле шва φ равен 1,0, а при 50 процентном контроле – равен 0,9; для стыкового шва, выполненного вручную с одной стороны при точно таких же условиях контроля φ равен 0,9 и 0,65 соответственно.

Таблица "Коэффициенты прочности сварных швов для стальных сосудов и оборудования (аппаратов)"

Вид сварного шва и используемый способ сварки	Коэффициент прочности сварных швов (φ) для стальных сосудов и оборудования (аппаратов)
Длина контролируемых швов от общей длины составляет 100%*	Длина контролируемых швов от общей длины составляет 50%
Стыковой или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый автоматической или полуавтоматической сваркой	1,0	0,9
Стыковой с подваркой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную	1,0	0,9
Стыковой, доступный сварке только с одной стороны и имеющий в процессе сварки металлическую подкладку со стороны корня шва, прилегающую по всей длине шва к основному металлу	0,9	0,8
В тавр, с конструктивным зазором свариваемых деталей	0,8	0,65
Стыковой, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой с одной стороны с флюсовой или керамической подкладкой	0,9	0,8
Стыковой, выполняемый вручную с одной стороны	0,9	0,65
*Объем контроля определяется техническими требованиями на изготовление.

Для бесшовных стальных элементов сосудов (аппаратов) φ равен 1.

При выполнении расчета сосудов и оборудования (аппаратов) нужно обязательно учитывать прибавку c к расчетным толщинам их элементов. Исполнительную толщину s стенки элемента сосуда и оборудования (аппарата) определяют по следующей формуле:

s ≥ s_p+c, (формула 1)

где s_p – расчетная толщина стенки сосуда (аппарата), измеряется в м.

Прибавку к расчетным толщинам элементов определяют по такой формуле:

c = c₁ + c₂ + c₃,

где c₁ – прибавка к расчетным толщинам для компенсации эрозии и коррозии, измеряется в м;
c₂ – прибавка к расчетным толщинам на минусовой допуск, измеряется в м;
c₃ – технологическая прибавка к расчетным толщинам для компенсации утонения стенки при штамповке, гибке, вытяжке и иных технологических операциях, измеряется в м.

Прибавку к расчетным толщинам элементов сосудов и оборудования (аппаратов) для компенсации эрозии и коррозии определяют по следующей формуле:

c₁ = П∙ τ_л+ c_э,

где П – проницаемость среды в металл (скорость коррозии), измеряется в м/год;
τ_л – расчетный срок службы оборудования (аппарата), измеряется в годах;
c_э – прибавка к расчетным толщинам элементов для компенсации эрозии, измеряется в м.

Прибавку к расчетным толщинам элементов для компенсации эрозии c_э учитывают лишь в случаях, если среда в оборудовании (аппарате) движется с довольно значительными скоростями (жидкая более 20 метров в секунду, газообразная – более 100 метров в секунду), если в движущейся среде присутствуют абразивные частицы или же среда оказывает на элемент ударное воздействие.

Для определения проницаемости П используют справочные данные или руководствуются данными, взятыми из экспериментальных исследований. Для изготовления технологического оборудования обычно используют материалы, скорость коррозии которых меньше или равна 0,1 метра в год (П ≤ 0,1 м/год). При проницаемости П ≤ 0,05∙10^-3 м/год рекомендуется принимать c₁ равное 1∙10^-3, а в случае отсутствия данных о проницаемости используемых материалов, следует c₁ принимать равное 2∙10^-3. Если элементы сосудов и оборудования (аппаратов) контактируют с эрозионной или коррозионной средой с двух сторон, то прибавку к их расчетным толщинам для компенсации данных сред следует соответственно увеличить. Прибавку на минусовое значение предельного отклонения по толщине стального листа c₂, из которого был изготовлен элемент, следует принимать по соответствующему стандарту на сортамент.

Прибавка на минусовый допуск c₂ и технологическая прибавка c₃, которая компенсирует утонения стенки сосуда (аппарата) при штамповке, гибке, вытяжке и иных технологических операциях, учитываются лишь в тех случаях, когда их суммарное значение превышает 5% номинальной толщины стального листа.

При выполнении расчета эллиптических днищ, которые изготавливаются методом штамповки, прибавку на минусовый допуск c₂ не учитывают, если ее значение не превышает 15% исполнительной толщины листа. Исполнительную толщину стенки, которую определяют с помощью расчетной формулы 1, обычно округляют в большую сторону до ближайшей стандартной толщины стального листа.

 

Станины, корпуса и рамы

Станина – это основная, обычно неподвижная часть агрегата на фундаменте, которая обеспечивает взаимное расположение, крепление и перемещение рабочих деталей, механизмов и узлов. Как правило, станину создают в виде корпуса (оболочка из металла) или же рамы (конструкция из брусьев). Во время работы оборудования станине от рабочих органов передаются действующие на них усилия технологического сопротивления, в самой станине в это время происходит замыкание силовой нагрузки, что же касается фундамента машины или оборудования (аппарата), то ему передаются лишь силы тяжести и инерции.

Корпуса агрегатов, как правило, имеют сложную форму и состоят из множества, связанных между собой, частей и элементов (ребра, стенки, фланцы, бобышки и так далее). Корпуса небольших машин или оборудования (аппаратов) изготавливают методом сварки или литья, что же касается крупного оборудования, то его корпуса и рамы делают, как правило, составными.

На этапе конструирования корпусных деталей очень важно обеспечить жесткость системе, а при создании составных корпусов – обеспечить взаимное центрирование элементов и прочность крепежных соединений (болтов).

Литые корпусные детали

Такие детали лучше всего использовать для серийно выпускаемого оборудования. Выбор материала для изготовления литых корпусных деталей зависит, прежде всего, от того, какие нагрузки они будут испытывать. Так, детали, подверженные статической сжимающей нагрузке, выполняют обычно из серого чугуна, а те, на которые воздействуют растягивающие или циклически меняющиеся нагрузки – из углеродистой конструкционной стали, высокопрочных чугунов. Если требуется ограничить массу агрегата, то используют легкие сплавы, основу которых составляет алюминий. При создании литых корпусных деталей очень важно учитывать такие аспекты, как особенности используемой технологии литья и последующую механическую обработку.

Необходимо, чтобы у литой корпусной детали толщина стенки была постоянной и минимальной, однако она должна быть достаточной для надлежащего заполнения ее формы жидким металлом. Рекомендуемая толщина δ (измеряется в мм) стенки детали тесно связана с габаритом N (измеряется в м) корпуса соотношением:

N = (2L+B+H)/3

Где, L – длина, B – ширина, а H – высота корпуса (измеряются в м).

Для отливок из чугуна выбор значения толщины (δ) делают в зависимости от габаритов корпуса (N).

N (м)	0,4	0,75	1,0	1,5	1,8	2,0	2,5	3,0
δ (мм)

Те участки деталей, для которых необходимы повышенные прочность и жесткость, укрепляют ребрами. В местах взаимного пересечения стенок во избежание появления остаточных напряжений лучше осуществлять конструкцию элемента корпуса по примеру, изображенному на рисунке (вид а). Стенки корпусных деталей, которые пересекаются под острым углом, нужно соединять по схеме, изображенной на рисунке (вид б), где r = 0,5δ; R = 1,5δ.

Укрепление ребрами стенок литых корпусных деталей

В местах, где расположены бобышки, фланцы, крышки, платики довольно часто возникает необходимость утолщать стенки корпуса; при отношении толщин δ₁/δ₂ ≥ 2 переход одного сечения в другое необходимо выполнять плавно; рекомендовано принимать (рисунок, виды д и е) h ≥ (δ₁ – δ₂); δ₃ = 1,5δ₂; R₁ = 0,5δ₂; R = 1,5δ₂. В некоторых случаях бобышки и фланцы требуют усиления ребрами жесткости. Тогда толщину внутренних ребер жесткости принимают 0,7δ, а наружных – 0,8δ.

Конструктивные уклоны, равно, как и технологические, необходимо выполнять в направлении извлечения модели из литейной формы. Корпусная деталь должна иметь конфигурацию, способную обеспечивать беспрепятственное вытеснение воздуха из полости формы при заполнении ее жидким металлом.

Конструируя литые корпусные детали коробчатой формы с внутренними полостями необходимо предусмотреть окна и отверстия максимального размера в достаточном количестве для того, чтобы обеспечить точность установки и устойчивость стержней в литейной форме, а затем и легкую их выемку из отливки. Внутренние стенки корпуса, как правило, тоньше наружных на 20-ть процентов. Наружные отверстия в стенках, диаметр которых составляет более 50-ти миллиметров, нужно укреплять небольшим выступом – буртиком. Для того чтобы можно было отличить обработанную поверхность корпуса от «черной», то есть необработанной, необходимо выполнить преднамеренные специальные уступы – платики (рисунок виды в и г). Высота платика (своеобразного наплыва) обычно составляет от 3 до 6 миллиметров, что же касается его основания, то его размеры должны быть на 3-5 миллиметров больше, чем размер опорной поверхности присоединяемой детали. Это позволяет избежать смещения платика при отливке.

При конструировании литых корпусных деталей желательно не допускать заметно выступающих частей на их вертикальных внутренних и наружных стенках, так как они значительно усложняют как саму конструкцию, так и процесс формовки. Элементы деталей лучше выполнять таким образом, чтобы отъемных частей на модели не было. Если сопоставить конструкцию платика, изображенную на рисунках (вид в) с той, что показана на рисунке (вид г), то выяснится, что первая более технологична, чем вторая.

В единичном и мелкосерийном производствах последовательную обработку плоскостей корпусных деталей выполняют на фрезерных или строгальных станках, а всевозможные отверстия – на сверлильно-расточных станках, либо координатно-расточных. Те отверстия, что находятся на одной оси, лучше выполнять одного диаметра. Резьбу, диаметр которой более 60-ти миллиметров, в крепежных отверстиях нарезают твердосплавным резцом. В корпусных деталях нарезать резьбу большего диаметра не рекомендуется.

Чтобы избежать поломки сверл во время сверления отверстий, необходимо, чтобы поверхность детали, с которой соприкасается сверло на входе и выходе сверления, было строго перпендикулярно оси сверла. Гладкие отверстия, равно, как и резьбовые, для удобства сверления рекомендуется выполнять сквозными. У гладких отверстий длина должна быть как можно наименьшей, не желательно, чтобы она превышала величину трех диаметров.

При отливке корпусов из стали, толщина их стенок получается примерно на треть больше, чем при отливке из чугуна, что обусловлено меньшей жидкотекучестью сплава.

Сварные корпусные детали

Корпуса, рамы и станины в единичном и мелкосерийном производстве целесообразно с экономической точки зрения выполнять именно сварными. Заготовкой для их изготовления может служить как сортовой прокатный металл (профильный, листовой, трубы), так и штамповки, отливки и детали, полученные путем свободной ковки из стали. У сварного корпуса толщина стенки составляет в среднем 0,7 толщины стенки чугунного литья.

Конструктор, учитывая требования к точности размеров, сам принимает решение, какие поверхности корпуса после его сварки будут подвержены механической обработке. К примеру, при выполнении втулки из сортового металла (см. рисунок), наружный ее диаметр принят равным 55-ти миллиметрам. Согласно сортаменту на горячекатаную круглую сталь по государственному стандарту 2590 ближайшими значениями являются 53 и 56 миллиметров. По всей вероятности, для наружного диам

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: