конспект РиКМА

Если прокладка металлическая рифленая (зубчатая) (рис. 14.9, б): g0 = 4σ T . От действия болтовой нагрузки прокладка сминается и на уплотнение рабо-

тает её эффективная часть, которая не деформируется.

Если первоначально ширина прокладки 1см и меньше, то за эффективную ширину принимается первоначальная ширина (рис. 14.10).

Если первоначальная b0 > 1см , то за эффективную принимается bэф = 2,5b0 .

Рис. 14.10

где m – удельное давление на прокладку, показывает во сколько раз давление на прокладку больше рабочего;

P – давление на прокладку среды в аппарате. Для асбестовых: m = 2,75

Для металлических с асбестовым наполнением: Для металлических: m = 4

P = Pвн x ,

где x – коэффициент, учитывающий рабочие условия. Для плоских асбестовых: x = 1

Для зубчатых металлических: x = 2 Для штуцеров: x = 3

В том случае, если температура среды в аппарате 300ºи выше, то учитывается температурное напряжение, в зависимости от релаксации металла, которая наступает при 300ºи выше.

где n – коэффициент релаксации; n = 2,5

Плотность соединения обеспечивается прокладкой. Все прокладки делятся на:

-мягкие;

-жесткие;

-полумягкие;

-полужесткие.

Мягкие выполняются из асбеста, пеньки, фибры, картона, резины. Наиболее распространена резина (до 100ºС) и асбест (при любых температурах и средах, недостаток – плохо выдерживает давление).

При высоких давлениях используются жесткие металлические прокладки:

-зубчатые;

-гофрированные;

-ленты;

-восьмигранного профиля.

Т.к прокладка должно потечь и заполнить все поверхности привалочных поверхностей, она выполняется из Al или Cu .

Чтобы обеспечить неутечку агрессивных сред при высоких давлениях используют комбинированные прокладки – полумягкие или полужесткие.

Если прокладка работает в агрессивных средах при высоких давлениях, сердцевину выполняют жесткой и обматывают асбестовым шнуром (рис. 14.11).

Рис. 14.11

Если надо выдержать высокое и сверх высокое давление, сердцевину делают мягкой и закрывают хомутами из Al или Cu (рис. 14.12).

Рис. 14.12

При диаметре до 2000мм в основном используются мягкие прокладки толщиной до 25 мм. При диаметре от 1000мм до 1600мм при давлении до 6 МПа в неагрессивных средах используются металлические плоские прокладки шириной 10-15мм. В агрессивных средах полумягкие толщиной от 12 до 25мм. При давлении свыше 6,4МПа используются жесткие прокладки овального или восьмигранного типа при диаметре до 1000мм шириной 16-22мм; больше 1000мм – 22-42мм.

14.2. Расчет на прочность

Т.к. толщина фланца или высота тарелки фланца намного больше толщины сопрягаемой обечайки или днища, тарелку фланца относят к пластинам. Поэтому рассчитывать фланец по безмоментной теории прочности нельзя.

Расчет на прочность заключается в выборе высоты сечения тарелки фланца исходя из условия работы пластины прямоугольного сечения на изгиб.

Считается, что при работе на изгиб от действия болтовых нагрузок деформируется балка по длине, поперечное сечение остается постоянным (рис. 14.13).

Рис. 14.13

На рис. 14.14 представлена конструкция свободных фланцев.

Рис. 14.14

При расчетах на прочность равнодействующую расчетной нагрузки Qб считают приложенной в центре тяжести болтовой окружности на расстоянии: 2Rб π , равнодействующую реакции опоры на расстоянии 2Rπ .

Расчетный радиус равнодействующую нагрузки:

R = (Rн.ф. + Rв.ф. ) .

2

Изгибающий момент:

Мизг = Qб 2Rбо − R 2R .

2 π 2 π

Система будет равновесной, если реакция опоры R = Qб . Тогда

Мизг = Qб (Rбо − R) .

π

Момент сопротивления прямоугольного сечения:

W = 2(Rн.ф. − Rв − d )h2 ;

6

σ= M ≤ [σ ] .

W

Высота тарелки фланца:

h = 3Qб (Rбо − Rср.пр. )

π (Rн − Rв − d )[σ ]

На рис. 14.15 представлена конструкция плоского фланца.

Рис. 14.15

σ = M изг ≤ [σ ] ;

W

Мизг = Qбl ;

W = πDн.ф.h2 ;

6

σ = 6Qбl h .

πDн.ф.h2

Здесь h – высота катета шва.

Опасное сечение – место сварки.

Сварные швы проверяются на изгиб и срез.

где ϕ – коэффициент сварного шва; для углового шва, ϕ = 0,85 .

Эквивалентное напряжение в сварном шве:

где ϕ1 – коэффициент, учитывающий изгиб, ϕ1 = 0,65 .

На рис. 14.16 представлена конструкция цельного фланца. Опасное сечение – от действия болтовой нагрузки (АВ и ВС).

M изгАВ = Qбl ;

l = Rбо − Rs ;

Рис. 14.16

W АВ = πDs h2 ;

6

σ = Qб (Rбо − Rs )6 ≤ [σ ] h ;

πDs h2

M изгВC = 0,4Qбl1 ,

где 0,4 – коэффициент жесткости, учитывающий действие краевых сил и моментов.

l1 = Dбo − (Ds − δ ) ,

2

где δ – толщина сопрягаемой детали.

W ВC = πDср.пр. (S − c) ,

6

где c – конструктивная добавка; c = 2 ÷ 3мм .

σ = 0,4Qб[Dбо − (Ds − δ )] ≤ [σ ] S .

2πDср.пр. (S − c)

14.3. Расчет болтов

а) Число болтов рассчитывается исходя из условия прочности соединения:

n = Qб , qб

где qб – удельная нагрузка на болты.

qб = π d02[σ ]б 4

[σ ]б = σ в – для арматурных фланцев.

5

Первоначально диаметр болта М12÷М16. При давлении более 0,1 МПа

(10атм) – М32.

б) Число болтов рассчитывается исходя из условия плотности соединения:

n = πDбo , t

где t – шаг между болтами, выбирается по таблице.

Окончательно к проекту из двух рассчитанных значений принимается максимальное, кратное четырем (если 9, то 12).

§15. Расчет высоких вертикальных аппаратов

Квысоким вертикальным аппаратам относятся все аппараты, у которых высота относительно нулевой отметки (относительно поверхности Земли) более 10 метров, которые установлены на открытом воздухе. Если аппарат находится в цехе, то на опрокидывание он рассчитывается, если его высота больше 5-ти диаметров.

Расчет на опрокидывание включает:

1)Расчет корпуса от действующих нагрузок;

2)Расчет корпуса на опрокидывание при минимальной нагрузке без заполне-

ния;

3)Расчет юбочной опоры на смятие;

4)Расчет опорного кольца на изгиб.

От действия ветровой нагрузки возникает опрокидывающий ветровой мо-

мент, который стремится оторвать опору от фундамента, следовательно, первое опасное сечение. Вторым опасным сечением является место сварки корпус – опорная обечайка (рис. 15.1).

Цель расчета: определить усилие от действия ветра, т.е. ветровую нагрузку, по ней ветровой момент и размеры опоры фундаментального кольца и необходимость установки фундаментальных болтов. Задача решается по методике расчета на гибкость жестко закрепленного стержня (рис. 15.2).

Ветровые нагрузки действуют на аппарат в горизонтальной плоскости. При этом они вызывают изгибающий и опрокидывающий ветровые моменты. При расчете вся высота делится на участки 10м. В середине каждого участка прикладывается центр масс. При действии ветра осевая линия отклоняется от положения равновесия, образуя упругую линию. При этом на каждом участке также происходит отклонение центров масс.

Силы упругости стремятся возвратить систему в положение равновесия. При этом происходит явление подобное колебаниям упругой системы за счет ускорений при колебаниях каждого отдельного n-ого участка. Дополнительно создаются значительные инерционные силы.

При расчете сила тяжести каждого участка условно принимается сосредоточенной в середине этого участка.

Ìâ

1

ï.1

2

3

4

ï.2

1 – корпус; 2 – юбочная опора; 3 – опорное кольцо; 4 – фундаментный болт

Рис. 15.1

Рис. 15.2

Ветровая нагрузка, равномерно действующая по всей высоте, заменяется сосредоточенной и приложенной в тех же точках. Замечено, что наибольшее действие ветровой нагрузки у снования аппарата.

15.1. Определение ветрового момента

где g0 – скоростной напор ветра для высоты относительно поверхности Земли. Θ – коэффициент, учитывающий увеличение скоростного напора над уровнем Земли в середине каждого n-го участка;

с – коэффициент формы. Для круглой формыc = 0,7 ; для плоской c = 1,4 .

g0 выбирается по карте ветровых районов.

Беларусь относится к 4-ому району.

x 0,16

Θ = n

10

Площадь сечения или площадь проекции каждого n-го участка на поверхность, перпендикулярную направлению действия ветра равна

Fn = H n Dn .

где ν – коэффициент, учитывающий упругие колебания. Принимаем ν = 0,75 ;

Mi – масса каждого i-го участка;

ξ– коэффициент динамичности. Определяется в зависимости от промежу-

точного коэффициента e ;

Т.к. расчет ведется по методике колебаний упругого жестко заземленного стержня, система рассчитывается по законам упругих колебаний.

Приведенное ускорение центров массη :

где Kn – относительное перемещение центров масс каждого участка от действия единичного момента. Зависит от жесткости корпуса и упругости грунта

K n = γ H An + ϕ0α n ; EI

γ = 0,67 – характеризует соотношение моментов инерции двух соседних n-ых участков;

An – относительная координата центров тяжести каждого участка.

M n – масса каждого участка;

mn – коэффициент пульсации скоростного напора для середины каждого n-го участка ( mn = 0,3 ÷ 0,5 для высот H = 20 ÷100м ).

После определения ветрового момента расчет ведется в 2-х направлениях:

1)по минимальному весу на опрокидывание (рис. 15.3);

2)по максимальному весу на сжатие опорной обечайки и опорного кольца

(рис. 15.3).

FW

Расчет на ветровую нагрузку фундаментальных болтов ведется по формуле

(7).

Расчет опорной обечайки и кольца – по формуле (8).

Если по условию (7) min σ отрицательное, это означает, что ветровой момент больше момента от веса. Следовательно, надо устанавливать фундаментные болты.

Если значение min σ положительно, то необходимость наличия фундаментных болтов определяется по значению y :

y = M 0 = Gmin R1 ,

M В M В

где M 0 – момент от собственного веса; R1 – плечо силы тяжести Gmin ;

R1 = 0,42Dн .