Расчет аппаратов с рубашкой

 

Цель работы: ознакомиться с основными видами рубашек в технологических аппаратах, методикой подбора толщины рубашек.

 

8.1 Основные сведения

Рубашки в технологических аппаратах предназначаются для нагревания или охлаждения обрабатываемых или хранящихся в аппарате главным образом жидких продуктов. Они могут устанавливаться на цилиндрических вертикальных и горизонтальных аппаратах. Наибольшее применение имеют рубашки на вертикальных аппаратах.

Рисунок 8.1.1 – Конструкции неразъемных рубашек для вертикальных стальных сварных аппаратов а – тип 1, с эллиптическим днищем и верхним (исполнение 1) и нижним (исполнение 2) выпуском продукта; б – тип 2, с коническим днищем и углом при вершине конуса и тип 3, с коническим днищем с углом при вершине конуса ; в – тип 3, рубашки из полутруб; г – тип 5, рубашки с вмятинами.

По конструкции рубашки бывают неразъемные (приварные к корпусу аппарата) и отъемные..

На рисунке 8.1.1 приведены конструкции стандартных неразъемных рубашек для вертикальных стальных сварных аппаратов. С коническими и эллиптическими днищами рубашки применяются при МПа и °С; при МПа и °С; рубашки из полутруб при МПа и °С; при МПа и °С; рубашки с вмятинами при МПа и °С.

 

8.2 Расчет аппаратов в рубашкой

Рубашки цилиндрические с эллиптическими и коническими днищами. В этом случае расчет толщины стенок цилиндрических обечаек ведут по следующим формулам.

Толщину тонкостенных цилиндрических рубашек, работающих под внутренним давлением, рассчитывают по формуле, м:

,

где – внутренний диаметр рубашки, м;

– внутреннее давление в рубашке, МПа;

– коэффициент прочности сварного шва;

– допустимое напряжение для материала обечайки, МПа;

– конструктивная прибавка на коррозию, эрозию, учет минусового допуска.

Расчетная толщина стенки рубашки, нагруженной внешним давлением, исходя из условий устойчивости ее в пределах упругости (при запасе на устойчивость ), определяется по формуле, м:

,

где – базовый диаметр рубашки, м;

– наружное давление, действующее на рубашку, МПа;

– модуль упругости (модуль Юнга) для материала рубашки, МПа;

– расчетная длина обечайки, м.

Толщина эллиптического днища рубашки, нагруженного внутренним избыточным давлением, рассчитывается по формуле, м:

,

где – радиус кривизны в вершине днища, м;

– высота днища без отбортовки, м;

– внутренний диаметр днища, м.

Расчет толщины стенки гладких конических днищ рубашки, нагруженных внутренним давлением определяется по формуле, м:

,

где – половина угла при вершине конуса;

– наружный диаметр основания конуса, м.

Рубашки из полутруб требуют расчета:

Толщина стенки полутруб, м:

,

где – расчетное давление в рубашке, МПа;

– внутренний радиус трубы, м;

Толщина стенки обечайки аппарата при внутреннем избыточном давлении в аппарате и рубашке с учетом напряжений изгиба, м:

, (1)

где – расчетное давление в аппарате, МПа.

Толщина стенки корпуса аппарата исходя из устойчивости, м:

, (2)

где комплексы , и соответственно определяются по формулам:

, (3)

, (4)

, (5)

где – коэффициент запаса устойчивости к пределу текучести , принимается равным 1, 6;

– коэффициент, учитывающий некруглость трубы;

– наружный размер поперечного сечения полутрубы в месте присоединения ее к корпусу аппарата, м, причем мм для полутруб из труб мм; мм для полутруб из труб мм.

За толщину стенки аппарата принимают большее из значений определенных по формулам (1), (2).

Рубашки с вмятинами требуют расчета:

Толщины стенки обечайки и днищ аппарата, м:

,

где – шаг между вмятинами, м.

Толщины стенок обечайки и днища рубашки, м:

,

где – конструктивная прибавка к толщине стенки рубашки, м.

 

8.3 Пример расчета аппаратов с рубашкой

Произвести расчет на прочность основных элементов реактора-котла с рубашкой.

Исходные данные: Внутренний диаметр котла мм, рубашки - мм, расчетная длинна цилиндрической обечайки корпуса аппарата мм, давление в корпусе аппарата избыточное 0, 6 МПа, вакуумметрическое до 0, 08 МПа; температура в корпусе аппарата 160 °С, в рубашке – 160 °С; давление в рубашке 0, 6 МПа.

Принимаем расчетное наружное давление для обечайки корпуса аппарата равным сумме внутреннего избыточного давления в рубашке и вакуумметрического давления в корпусе аппарат, т.е., МПа:

.

Полагая, что в корпусе аппарата и рубашке среды не коррозионно-активные, в качестве материала реактора выбираем ВСт3сп.

Толщину стенки цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним давлением, определяем по (1), м:

.

Принимаем м.

Тогда, допускаемое избыточное давление:

,

.

Так как МПа < МПа, условие прочности выполняется.

Толщину стенки корпуса аппарата из условия прочности от внутреннего давления определим по (2), предварительно определив коэффициенты по формулам (3) – (5):

,

,

,

.

Тогда, допускаемое избыточное давление:

,

.

Так как МПа < МПа, условие прочности выполняется.

Принимаем конечную толщину стенки аппарата мм.

8.4 Задание для самостоятельного расчета аппаратов с рубашкой

Выполнить расчет на прочность основных элементов реактора-котла с рубашкой. Варианты задания представлены в таблице 8.4.1.

 

 

Таблица 8.4.1 – Исходные данные для расчета аппаратов с рубашкой

Вариант	, мм	D1, мм	l, мм	PR, МПа	P, МПа
				2, 5	0, 18
				2, 5	0, 18
				2, 5	0, 16
				2, 5	0, 16
				1, 6	0, 16
				1, 6	0, 14
				1, 6	0, 14
					0, 12
				0, 6	0, 12
				0, 8	0, 10
				0, 6	0, 10
				0, 3	0, 08
				0, 3	0, 08