 |
Расчет тонкостенных обечаек, работ. под внутр давлением по безмоментной теории прочности
|
|
|
|
Цилиндрические обечайки рассчитываются на прочность и устойчивость по ГОСТ 14249–80 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета». Основные уравнения для расчета цилиндрических обечаек выводятся на основе безмоментной (мембранной) теории тонкостенных обечаек, согласно которой стенки сосуда рассчитываются как тонкие обечайки (мембраны), не воспринимающие изгибающих усилий и сил среды.
Выполнение прочностных расчетов на основе безмоментной теории применимо для цилиндрических обечаек, удовлетворяющих следующим условиям:
– толщина стенки обечайки S должна быть весьма малой по сравнению с внутренним радиусом:
– для обечаек и труб при D ≥ 200 мм;
– для обечаек и труб при D < 200 мм;
– благодаря малой толщине стенки нормальные напряжения растяжения (сжатия) не изменяются по толщине;
– сосуд имеет форму тела вращения;
– нагрузка (внутреннее давление) должна быть симметричной относительно оси вращения.
Толщина стенки обечайки (S) определяют по формуле
где Р – расчетное давление, МПа; D – внутренний диаметр аппарата, м.
Эта формула справедлива, если выполняется неравенство
Допускаемое внутреннее избыточное давление вычисляют по формуле
Если [ Р ] ≥ Р р, то толщина стенки удовлетворяет условиям прочности. Обечайки из труб приводятся в соответствие с толщиной 4, 6, 8, …, 20 мм, (шаг 2 мм).
Исполнительную величину вальцованных обечаек рекомендуется принимать следующую:
| S, мм | ||||
| D, мм | 400–1000 | 1000–2000 | 2000–4000 |
№24 Углеродистые стали, применяемые в химическом машиностроении
Углеродистые стали делятся на обыкновенные, соответствующие ГОСТ 380–71, и качественные, соответствующие ГОСТ 1050–74.
|
|
|
Обыкновенные стали, применяются для изготовления обечаек, днищ, фланцев, люков, лазов и т. д., работающих при температуре от –20 до +425°С и давлении до 5МПа. В зависимости от гарантированных характеристик различают три группы сталей обыкновенных:
А – с гарантированными механическими свойствами;
Б – с гарантированным химическим составом;
В – с гарантированными химическим составом и механическими свойствами.
Кроме того, по группам введены категории: для группы А – 3 категории, для группы Б – 2 категории, для группы В – 6 категорий.
Для сталей с номерами марок 1, 2, 3, 4 в зависимости от степени раскисления различают три вида. «Спокойные» стали (маркировка СП) содержат минимальное количество FeO и в изложнице застывают спокойно. «Кипящие стали» нераскислены и при застывании из металла выделяются пузырьки СО (маркировка КП); эти стали наиболее дешевы, но обладают худшими механическими и технологическими показателями. Согласно ГОСТ они не должны применяться для сосудов и аппаратов для сжиженных газов. «Полуспокойные» стали –промежуточный тип (маркировка ПС).
Маркировка обыкновенных сталей
Стали обыкновенного качества маркируются следующим образом. Стали группы А обозначают буквами Ст и цифрами 0, 1, …, 6. Цифры означают содержание углерода в десятых долях процента, чем выше цифра, тем выше прочность, но ниже пластичность. Для обозначения степени раскисления добавляются индексы, например: Ст 3 КП, Ст 4 ПС. Для маркировки сталей групп Б, Ввпереди ставится соответствующая буква: БСт 2 КП, ВСт 3 КП 2, где последняя цифра обозначает категорию.
Основными механическими свойствами углеродистых сталей являются временное сопротивление, предел текучести, относительное удлинение. Все эти характеристики для различных марок сталей приведены в справочной литературе (Альперт, с. 38)
Качественные стали имеют марки 05, 10, …, 85 (т. е. 0,05, … 0,85% углерода) с шагом 5. Содержат дополнительно марганец (0,25–0,80%), хром и кремний (0,2%). Качественные стали используют для изготовления аппаратуры, работающей при давлении до 20 МПа и температуре от –40 до 450°С.
|
|
|
В кислотных цехах углеродистые стали используют в основном для изготовления корпусов аппаратов, которые футеруются кислотоупорными материалами.
№25 Классификация машин
| Тип машин | Назначение |
| Подъемно-транспортные устройства | Транспортировка сыпучих твердых материалов и штучных грузов в пределах цеха или предприятия (элеваторы, конвейеры, системы пневмотранспорта) |
| Дробильно-размольное оборудование | Уменьшение размеров частиц твердых материалов (дробилки, мельницы) |
| Смесители | Механическое перемешивание неоднородных твердых и жидких материалов (получение суспензий, эмульсий) |
| Грануляторы, прессы | Увеличение размеров частиц твердых сыпучих материалов |
| Классификаторы | Разделение твердых веществ по величине, форме или плотности частиц (сита, грохота) |
| Питатели (дозаторы) | Непрерывная или периодическая подача материалов в заданном количестве |
| Машины для затаривания и растаривания материалов и готовой продукции | Складское оборудование |
| Машины для транспортировки газов и жидкостей | Перемещение газообразных (вентиляторы, компрессоры, газодувки) и жидких материалов (насосы поршневые, центробежные, вихревые, ротационные, струйные, погружные) в пределах цеха или предприятия |
№26 Прокладочные материалы
Прокладочные материалы используют для герметизации разъемных соединений, между фланцами помещают прокладки эластичного материала. При затягивании болтов прокладки деформируются и создают прочное уплотнение. Основные прокладочные материалы:
– картон – для фланцевых соединений масло- и рассолопроводов, используется также на газопроводах сухих агрессивных газов с температурой до 600°С; для предотвращения размокания прокладки из картона предварительно пропитывают олифой;
– паронит – спрессованная смесь асбеста (60–70%), каучука (12–15%), серы (1,5–2%) и минеральных наполнителей; это основной прокладочный материал для паропроводов, трубопроводов для транспортирования минеральных кислот и щелочных растворов с температурой до 150–170°С; для уплотнения газопроводов паронитовые прокладки применяют для гладких фланцев до давления 2,5 МПа;
|
|
|
– резины – используют в качестве прокладок для водопроводов горячей и холодной воды, для трубопроводов слабых растворов кислот и щелочей до 50–100°С;
– полиизобутилен ПСГ – используют для уплотнения трубопроводов слабых кислот и щелочей при температуре от –40 до 40°С и давлении не выше 0,05 МПа;
– фторопласт – в качестве прокладок используется на установках получения продуктов реактивной квалификации и ОСВ при температуре от –145 до 250°С и давлении до 5 МПа;
– пластичные прокладки из свинца, меди и алюминия используют для уплотнения трубопроводов высокого давления, однако необходимо учитывать коррозионную активность реакционной среды.
Набивки и набивочные материалы используют для обеспечения герметичности сальниковых уплотнений машин и аппаратов. Набивки – это сплетенные из пряжи шнуры круглого, квадратного и других сечений. Материалом служит хлопковая, пеньковая или льняная пряжа для неагрессивных сред, асбестовая пряжа, стекловолокно, мягкие металлы и прессованный графит – при высоких давлениях.
Если набивки используют в сальниках валов и штоков, то их пропитывают антифрикционными составами, содержащими вазелин, парафин или графит.
В качестве химически и теплостойкого (150°С) самосмазывающегося набивочного материала используют материал ФУМ, который производят из промасленного порошка фторпласта-4Д.
Для уплотнения сальников насосов и компрессоров изготавливают специальные кольца из меди, бронзы и т. д. (например, для двигателей внутреннего сгорания).
Для арматуры высокого давления используют специальные набивки марки НВДТ-1, 2. Это асбестовый прорезиненный и снаружи графитизированный плетеный шнур с латунной проволокой. Может эксплуатироваться при температурах до 250°С и давлениях до 32 МПа.
№27 Конические днища, применение
В аппаратах, работающих под давлением, рекомендуется применять сферические, конические и эллиптические отбортованные днища и крышки.
|
|
|
Кон. днища используют, когда необходимо полное удаление жидкого или сыпучего материала из аппарата,для лучшего распределения газа и жидкости по всему сечению аппарата, также если исключается применение эллиптических, сферических или плоских днищ. Изготовляют без отбортовки и с отбортовкой.
Конические днища без отбортовки рекомендуется применять с углом при вершине 60, 90 и 120° (ГОСТ 12620-78). Такие днища можно использовать для сосудов и аппаратов диаметром 273 – 3000 мм под налив или работающих под давлением не выше 0,07 МПа при отсутствии токсичных, взрыво- и огнеопасных сред, а также сжатых, сжиженных или растворенных газов. Днища можно изготовлять из углеродистой, легированной или двухслойной стали с толщиной стенки 4 – 12 мм.
Для аппаратов диаметром 273 – 3000 мм, работающих под давлением, рекомендуется применять конические отбортованные днища с углами при вершине 60 и 90° (ГОСТ 12619-78). Размеры сварных конических отбортованных днищ из углеродистых и легированных сталей с углом α, равным 60 и 90°, для сосудов, работающих под давлением определяется ГОСТом 12619-78: наружный диаметр – 219 – 4000 мм; толщина – 4 – 22 мм с шагом 2 мм; d ≤ Dв.
Для сосудов и аппаратов, подведомственных Госгортехнадзору, центральный угол при вершине конуса днища должен быть не более 45° (ГОСТ 12621-78). Днища могут быть изготовлены из углеродистой, легированной и двухслойной сталей с толщиной стенки 4 – 30 мм.
ГОСТы 12620 и 12621-78 регламентируют параметры неотбортованных конических днищ с углом α, равным 60, 90 или 120°, работающих при Р ≤ 0,07 МПа. Наружный диаметр составляет от 219 до 4000 мм, толщина 3 – 18 мм.
Угол 60º применяется для вязких жидкостей, суспензий и влажных, склонных к налипанию, порошкообразных или кусковых материалов; угол 90º - 140º рекомендуется для невязких жидкостей и сухих порошкообразных и кусковых материалов. Выбор угла в вершине конуса определяется технологическими соображениями: для жидких веществ их вязкостью, а для сыпучих и кусковых веществ – их углом естественного откоса.
В днищах с отбортовкой, как и в эллиптических, сварной шов вынесен за пределы зоны, работающей на изгиб.
Рисунок 1 – Конические днища
Конические переходы применяют для соединения цилиндрических частей разных диаметров.Коническое днище должно иметь большой угол наклона, обеспечивающий вытекание транспортируемого материала, так как аэрирующее устройство отсутствует. Это увеличивает и без того значительные габариты камерного питателя. Кроме того, неаэрированный материал зачастую образует своды, препятствующие его вытеканию и полному опорожнению камеры. Днища достаточно тяжелые и дорогие увеличивают габариты аппарата; поэтому не следует применять конические днища без достаточных оснований. Уклон позволяет компенсировать возможную неравномерность распределения осадка по основанию.
|
|
|
Конические днища – тонколистовой диск, собранный из сварных листовых заготовок. Их изготовляются из цельной заготовки или из заготовки, сваренной из нескольких частей таким образом, чтобы его основание было отбортовано и подогнано к обечайке встык или неотбортовано и подогнано к сварке под углом. Они имеют различную конструкцию (рис.2).
Рисунок 2 – Основные конструкции днищ сварных аппаратов:
а – эллиптическое отбортованное; б – полушаровое отбортованное; в – коническое отбортованное; г – плоское отбортованное; д – коническое неотбортованное; е – коническое с плоским днищем; ж – сферическое неотбортованное; з – плоское неотбортованное
Конические днища применяются в теплообменных аппаратах, работающих при незначительных перепадах давлений. Также в аппаратах, в которых происходит осаждение твердых частиц – шлама.
На эффективное разделение влияет скорость восходящих потоков. Для выделения глинистых шламов из тонкодисперсных суспензий скорость восходящего потока должна несколько превышать скорость шламов, но быть меньше скорости осаждения солевых частиц. Это способствует тому, что мелкие частицы шлама, не успевая осесть, находятся во взвешенном состоянии и удаляются вместе со сливом («грязный» маточник), а солевые частицы концентрируются в нижней части сгустителя.
№28 Элеваторы, их устройство и применение
№29 Выбор материала и способы его защиты от коррозии
Нет материалов, абсолютно подходящих для любых сред и любых условий, поэтому от правильного выбора материала зависит долговечность, устойчивость работы аппарата и, следовательно, технологической установки.
Критерии для материала:
- уточнение рабочих условий протекания процесса: Т, Р, виды и С хим веществ.
- необходимо учитывать целый ряд свойств материалов:
– коррозионную стойкость – главное свойство материала;
–механич. свойства–предел прочности,твердость,относ. удлинение и т. п.;
– технологичность в изготовлении (свариваемость);
– теплопроводность;
– стоимость;
– доступность и т. д.
Все показатели необходимо учитывать в комплексе, в виде своеобразной связки.
Например, углеродистые стали устойчивы к серной кислоте с концентрацией 70% при температуре до 60°С, но не устойчивы к разбавленной серной кислоте. Основной способ выполнения неразъемных соединений – сварка, поэтому хорошая свариваемость достаточно важна.
Главным же требованием для материалов химического оборудования является коррозионная стойкость, так как именно она определяет долговечность оборудования.
|
|
|
