конспект РиКМА

сти—напряжения растяжения и меняются по толщине стенки. Радиальные напря- жения—напряжения сжатия.

Таким образом материал стенки находится в сложном трехосном напряженном состоянии. Радиальные напряжения соизмеримы с кольцевыми и меридиональными, поэтому в расчетах обязательно учитываются.

Расчет на прочность ведется по 4-м теориям прочности:

По 1-ой (теория кольцевых напряжений) наибольшим является кольцевое на-

пряжение на внутренней поверхности стенки

2-ая (энергетическая) – нерабочая.

3-я (теория максимальных напряжений)

σmax − σ min ≤ [σ ]

σmax = σ квн

σmin = σ rн = 0

4-я (теория эквивалентных напряжений)

Т. к. расчет на прочность АВД ведется с учетом кольцевых, меридиональных и радиальных напряжений, обычно рассчитывают по 4-ой теории прочности.

Диаметр аппарата рассчитывается из технологических условий проведения процесса. Поэтому обычно RВН известен и по теориям прочности рассчитывается RН. расчет однослойных и многослойных сосудов ведется раздельно.

16.5. Уплотнения АВД

Уплотнения АВД – специальные элементы, обеспечивающие герметичность, которые называются гидрозатворами.

Они делятся:

1)по источнику силы затяга:

-принудительные уплотнения за счет усилия развиваемого болтами;

-самоуплотняющиеся за счет давления среды.

2)по уплотняемому материалу:

-с мягким металлическим материалом, работающим на смятие;

-с жестким металлическим материалом, работающим в области пластических деформаций.

3)по конструкции:

-с мягким металлической прокладкой;

-конусные;

-с металлическими кольцами;

-безпрокладочные.

Выбор типа прокладок зависит от размеров аппарата, температуры и давления, физико-химических свойств среды, частоты открывания и закрывания.

Все элементы укрепления содержат 3 основных элемента:

1)крышка;

2)устройство для крепления крышки;

3)уплотняющий элемент.

На рис. 16.10 представлена конструкция затвора без уплотняющих уст-

ройств.

Затворы без уплотняющих устройств

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – шпилька

Рис. 16.10

Используются в сосудах малого диаметра (до 0,5 м). При разборке днище выбрасывается. В основном применяются они в однослойных сосудах.

Самыми распространенными являются самоуплотняющиеся затворы (рис. 16.11).

Самоуплотняющиеся затворы

1 – корпус; 2 – крышка; 3 – хомутики; 4 – прокладка металлическая; 5– прокладка мягкая; 6 – полумуфта

Рис. 16.11

Крышка и корпус, участвующие в уплотнении выполняются с резьбой, которые скрепляются двумя полумуфтами и закрепляются хомутами. Таким образом соединение 1, 2, 6 жесткое. При подаче высокого давления корпус начинает деформироваться; т. к. соединение жесткое, деформация передается на полумуфты и хомуты и, следовательно, на крышку.

Форма прокладки наклонная для усиления контактного давления. В основном прокладки выполняются из металлических материалов типа алюминия или бронзы.

Используются эти затворы при частом открывании (закрывании), т. к. при износе выбрасывается только прокладка.

§17. Опоры и лапы

Вертикальные аппараты крепятся к металлоконструкциям или фундаменту с помощью опор. Если аппарат подвесной, то опоры называются лапами. Лапы состоят из набора косынок (2), которые крепятся на подошву (1) и привариваются к корпусу (рис. 17.1).

Рис. 17.1

Из-за действия больших осевых нагрузок, в местах крепления опор появляются значительные напряжения. Для того, чтобы не увеличивать всю толщину стенки, увеличивают момент сопротивления в местах установки опоры с помощью накладки (3).

Существуют только приближенные методы расчета лап и опор. Рассмотрим следующую последовательность расчета:

1.Определяется общий вес аппарата при максимальной загрузке, т. е. при наполнении его водой от нижнего до верхнего штуцера.

2.Определяется вес или нагрузка на одну опору

Gmax = G1 .

3

3.По весу на одну опору G1 по нормалям подбирают геометрические параметры опоры.

4.Проводят проверку на срез и устойчивость в опасном сечении. Т. к. в опасном сечении основная нагрузка воспринимается сварными швами, то они проверяются на срез

где h – высота катета сварного шва (h=0,7δоб); L – периметр по всей длине сварных швов.

Если условие среза выполняется, то толщина накладки принимается равной толщине сопрягаемой обечайки. Если не соблюдается, то толщина накладки принимается 1,6 δоб.

§18. Уплотнения вращающихся деталей

Уплотнения вращающихся деталей делятся на:

-контактные;

-бесконтактные.

Кконтактным относятся сальниковые и торцевые, к бесконтактным – лабиринтные.

На рис. 18.1 представлена конструкция сальникового уплотнения.

1 – вал; 2 – крышка аппарата; 3 – кольцо опорное; 4 – опора; 5 – корпус сальника; 6 – кольцо чугунное ; 7 – кольца набивочные; 8 – течка; 9 – втулка нажимная; 10 – шпилька нажимная

Рис. 18.1

Для того, чтобы предотвратить утечку среды из аппарата вращающиеся детали уплотняют с помощью сальников.

Сальники – набивочные кольца из асбеста, графита, резины. Материал набивок выбирается в зависимости от агрессивности среды и температуры. Графит в качестве наполнителя используется в нефтеоборудовании.

Если температура более 100ºС, резина не используется. При температурах выше 100ºС в чугунное кольцо подается масло или охлаждающая вода. Число оборотов вала – более 100 об/сек. Такая набивка называется мокрая. Уплотнение происходит за счет нажимной втулки и шпилька.

Недостаток: быстрый износ колец, частый ремонт.

Преимущества: при ремонте нет необходимости разбирать весь узел, заменяются только набивочные кольца.

Усилие в шпильке воспринимается латунным кольцом. Основной недостаток: большая часть мощности привода идет на трение обивки о вал.

Усилие затяга шпильки, [кг] :

Qш = π (d − b) P e2 Kfm , K

где b – высота уплотняющего кольца: b = (0,4 ÷ 0,6)dв , [см]

P – давление в аппарате, ,[кг / cм2 ] .

Мощность, затрачиваемая на трение в кольцах для возвратнопоступательного движения, [кВт] :

N = 1,5 10−5 dвlx Sb P (e2 Kfm −1) ,

K

где lx – длина хода вала; S –число ходов вала.

Мощность, затрачиваемая на трение в кольцах для вращательного движения, [кВт]:

На рис. 18.2 представлена конструкция торцевого уплотнения.

Торцевые уплотнения

1 - вал; 2 – крышка аппарата; 3 – кольцо опорное; 4 – подвижная пара трения; 5 – неподвижная пара трения; 6 – пружина ; 7 – кольца резиновое регулировочное

Рис. 18.2

Уплотнение осуществляется по привалочной поверхности системы между подвижной и неподвижной парой трения. Чем выше коэффициент трения привалочной поверхности, тем эффективнее уплотнение и больше затраты мощности. Иногда затраты мощности на преодоление сил трения сравнимы или равны затратам мощности на перемешивание (1-ый недостаток). При выходе из строя ка- кой-либо детали надо разбирать весь узел перемешивания (2-ой недостаток).

Преимущества: за счет упругости пружины оно самоуплотняющееся. Используется при высоких давлениях (до 2,5МПа) в агрессивных средах. Пара трения – сталь-чугун.

На рис. 18.3 представлена конструкция безконтактного уплотнения

Бесконтактные уплотнения

Для того, чтобы компенсировать площадь удаленного металла, отверстия укрепляют. Не укрепляются отверстия мм. Наименьший допускаемый диаметр неукрепляемого отверстия равен:

[d ] = 3,73 D(δ − c)(1 − K ) ;

[d ] = 0,25 DR (δ − c) ,

где DR – расчетный диаметр.

(2,3[σ ] − P)(δ − c)

Для цилиндрической оболочки: Rв = Dвн Для эллиптической оболочки (рис. 19.2):

DR = 2ρ ;

Рис.19.2

Если в днище имеются два соседних отверстия, то они могут быть одиночными (рис. 19.3, а) или взаимовлияющими (рис. 19.3, б).

Рис. 19.3

Если напряжения, возникающие по краям одного отверстия не влияют на напряжения, возникающие по краям другого – они одиночные. Если напряжения, возникающие по краям одного отверстия влияют на напряжения, возникающие по краям другого – они взаимовлияющие.

Условие взаимного влияния отверстий:

b ≥ D(δ + δ1 − c) + Dотв (δ + δ 2 − c) ,

где D – диаметр отверстия; δ – основная толщина;

δ1 – толщина патрубка первого штуцера; с – конструктивная добавка;

Dотв – диаметр отверстия большего штуцера; δ 2 – толщина патрубка второго штуцера.

Все отверстия, которые по условиям должны укрепляются компенсируют напряжения за счет установки дополнительных элементов, которые называются элементами укрепления.

Все элементы укрепления делятся на 2 группы:

1)Элементы примыкающие;

2)Элементы проходящие.

На рис. 19.4 представлена схема примыкающего элемента.

Для того, чтобы накладной металл работа заодно с основным металлом не-

обходимо тщательно выполнить сварные швы. Поэтому для проверки сварных швов и подвода воздуха выполняется отверстие М10 для подсоединения шланга со сжатым воздухом. Если в крышке много отверстий, то выгоднее сделать одну общую накладку на все отверстия.

На рис. 19.5 представлена схема проходящего элемента.

Рис. 19.4

Рис. 19.5

Чаще элементы укрепляются примыкающими конструкциями. В укреплении участвует расчетная площадь:

F = F1 + F2 + F3 ,

где F1 – площадь основного металла;

F2 – площадь избыточная над расчетной или площадь цилиндра патрубка; F3 – площадь укрепляющего кольца, участвующая в укреплении.

Т.к. расчет чисто условный, исходя из моментов инерции принимается толщина накладного кольца равная толщине основного металла.

Отбортовка также является элементом укрепления.

§20. Расчет теплообменников

С точки зрения расчетов на прочность кожухо-трубчатые теплообменники представляют собой горизонтальную или вертикальную оболочку вращения, нагруженную внутренним или наружным давлением с эллиптическими днищами.

Необходимо выбрать тип теплообменника. ГОСТами предусмотрены следующие типы теплообменников:

-ТН (с неподвижной трубной решеткой);

-ТП (с плавающей головкой);

-ТЛ (с линзовым компенсатором);

-ТУ (с U-образными трубками).

Выбор типа теплообменника зависит от сочетания напряжения кожуха и трубок.

Теплообменники ТН должны удовлетворять условию:

αT ; α K – коэффициенты линейного расширения материала трубок и кожуха; TT ; TK – рабочие температуры в трубках и кожухе,