Расчет укрепления отверстий в аппарате

 

Цель работы: приобретение практических навыков расчета укрепления отверстий в аппаратах, работающих под внутренним или наружным избыточным давлением.

Задание: рассчитать укрепление отверстия, если заданы: внутренний диаметр оболочки D, мм; расчетное давление Р, МПа; расчетная температура t, °С; длина неукрепленной части оболочки , мм; диаметр отверстия d, мм; расстояние от центра укрепления отверстия до оси оболочки , мм; длина внешней части штуцера , мм; длина внутренней части штуцера , мм; внутренний радиус отбортовки , мм; прибавка к расчетной толщине стенки С, мм; тип оболочки; марка стали, из которой изготовлены оболочки, штуцер, укрепляющий элемент; вид нагружения (внутреннее или наружное давление); тип укрепления отверстия; коэффициент прочности сварных швов = 1, 0.

 

Методика расчета

 

Определение основных расчетных размеров. Расчетные диаметры, мм, укрепляемых элементов определяют по формулам:

– для цилиндрической обечайки

, (2.123)

– для конической обечайки (перехода или днища)

, (2.124)

где – внутренний диаметр днища (перехода) по центру укрепляемого отверстия, мм;

– для эллиптических днищ (крышек)

, (2.125)

где – расстояние, мм, от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища (рис. 2.1, д);

– для сферических днищ

, (2.126)

где – внутренний диаметр сферической оболочки, мм.

Расчетный диаметр круглого отверстия штуцеров:

– в цилиндрических или конических обечайках, если ось отверстия нормальна (рис. 2.19) к их оси или наклонена (рис. 2.18 б, г) в плоскости поперечного сечения обечайки, а также для нормального штуцера сферической и эллиптической оболочек

, (2.127)

где – прибавка к расчетной толщине стенки штуцера (в расчетах примите ), мм;

– для смещенного штуцера на эллиптическом днище (рис. 2.18, д)

; (2.128)

– для произвольно наклоненного штуцера, когда большая ось овального отверстия составляет угол с образующей обечайки (рис. 2.18, а)

, (2.129)

 

где – угол между большой осью овального отверстия и осью обечайки, град (рис. 2.18, а); ;

– в цилиндрической или конической обечайке, когда , и для всех отверстий в сферических и торосферических днищах (рис. 2.18, а), если ось отверстия лежит в плоскости продольного сечения оболочки

, (2.130)

– для нормального штуцера при наличии отбортовки или торообразной вставки (рис. 2.19 б, в)

, (2.131)

где – внутренний радиус отбортовки или торовой вставки, мм; – расчетная толщина стенки укрепляемой оболочки, мм.

 

 

 

 

Рис. 2.18. Примеры укрепления отверстия штуцера: а – наклоненного (); б – лежащего в плоскости поперечного сечения; в – близко расположенного к несущей конструкции;

г – тангенциально расположенного; д – смещенного на эллиптическом днище

Расчетный диаметр отвального отверстия штуцера

, (2.132)

при (рис. 2.18 а).

Исполнительную S и расчетную толщину укрепляемой оболочки определяют по формулам:

; (2.133)

, (2.134)

где К ₂ – коэффициент, находится по номограмме (рис. 2.13) при известных расчетных коэффициентах и ,

здесь n _у = 2, 4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочих условиях; Е – модуль упругости для стали при рабочей температуре (табл. 2.10); l _р – расчетная длина обечайки, принимается равной длине неукрепленной части оболочки ().

Расчетную S _ш.р и исполнительную S _ш толщину штуцера определяют по формулам:

; (2.135)

, (2.136)

В расчетах по формуле (2.136) следует добиться выполнения условия .

Расчетная длина внешней и внутренней частей штуцера, участвующих в укреплении отверстия

; (2.137)

, (2.138)

где и – фактическая длина соответственно внешней и внутренней частей штуцера, м.

Ширина зоны укрепления (см. рис. 2.18)

, (2.139)

где – расчетная толщина накладного кольца. Определяется методом последовательных приближений из условия укрепления отверстия. Как правило, и (здесь – исполнительная толщина накладного кольца).

Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при отсутствии избыточной толщины стенки укрепляемой оболочки

. (2.140)

Если , то отверстие необходимо укреплять.

Наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления,

. (2.141)

Если , то укрепление отверстия не требуется.

 

Условия укрепления отверстия:

а) утолщение стенки аппарата, штуцером, накладным кольцом (рис. 2.19, а)

. (2.142)

Исполнительная толщина накладного кольца принимается по конструктивным соображениям:

,

или

.

Как правило, .

Если , то накладные кольца рекомендуется устанавливать снаружи и изнутри отверстия аппарата, причем толщина наружного кольца должна быть , а внутреннего –

б) торообразной вставкой (рис. 2.19, в)

, (2.143)

где и – соответственно отношение допускаемого напряжения материала штуцера и усиливающего элемента к допускаемому напряжению материала укрепляемой оболочки;

в) внешней отбортовкой стенки аппарата (рис. 2.19, б)

. (2.144)

Допускаемое внутреннее избыточное давление для узла сопряжения штуцера и стенки оболочки

, (2.145)

где k ₁={1 – для цилиндрических или конических обечаек; 2 – для выпуклых днищ};

. (2.146)

Допускаемое наружное давление

, (2.147)

где – допускаемое наружное давление в пределах пластичности, определяемое по формуле (2.141) при ; – допускаемое наружное давление в пределах упругости для соответствующих оболочек без отверстий;

– для цилиндрических обечаек

; (2.148)

, (2.149)

– для конических обечаек

; (2.150)

; (2.151)

– для эллиптических днищ

; (2.152)

; (2.153)

= 3 – коэффициент запаса устойчивости;

, (2.154)

где .

Порядок оформления отчета. Отчет о расчетно-проектной работе включает в себя следующие разделы:

– цель работы;

– теоретическую часть, в которой излагаются основы укрепления отверстий в оболочках, способы и условия укрепления отверстий;

– расчетную часть, в которой приводится расчет укрепления отверстия согласно предлагаемому варианту (табл. 2.14);

– графическую часть, в которой приводятся чертеж узла укрепления отверстия и спецификация к нему.

 

Контрольные вопросы

1. Какие существуют способы компенсации ослабления оболочки отверстиями различного назначения?

2. В чем состоит сущность геометрического критерия укрепления отверстий в оболочках?

3. Какие отверстия считаются одиночными?

4. Как определить расчетный и наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления?

5. Какие отверстия можно считать взаимовлияющими с точки зрения их укрепления?

6. В чем заключается условия укрепления взаимовлияющих отверстий?

7. Как определить величину допускаемого внутреннего и наружного давления при расчете укрепления отверстий в аппаратах?

Таблица 2.14

Варианты индивидуальных заданий

№ варианта	Тип оболочки	Марка стали	Вид нагружения	Тип укрепления отверстия	Внутренний диаметр D, мм	Расчетное давление P, МПа	Расчетная температура t, 0C	Длина неукрепленной части оболочки l, мм	Диаметр отверстия d, мм	Расстояние от центра укрепления отверстия до оси вращения r, мм	Длина внешней части штуцера l 1, мм	Длина внутренней части штуцера l 2, мм	Внутренний радиус отбортовки r 0, мм	Прибавка к расчетной толщине стенки С, мм
	Цилиндрическая	12Х18Н12Т	Внутреннее давление	Утолщение стенки		0, 60				-			-	0, 8
		0, 65				-			-	1, 0
		0, 70				-			-	1, 2
		0, 80				-		-	-	0, 8
		0, 90				-		-	-	1, 0
	ВСт3	Накладное кольцо		0, 70				-		-	-	1, 2
	Наружное давление		0, 80				-			-	1, 0
		0, 90				-			-	1, 0
		1, 00				-		-	-	1, 2
		1, 10				-			-	1, 2
	Коническая (2α =900)	Внутренне давление		0, 40		-				-	-	0, 6
	Сталь 20К	Утолщение стенки		0, 50		-					-	0, 8
		0, 60		-				-	-	0, 8
		0, 40		-					-	0, 8
		0, 50		-				-	-	1, 0
	Накладное кольцо		0, 60		-					-	1, 0
	Наружное давление		0, 35		-				-	-	1, 0
	09Г2С		0, 55		-					-	1, 2
		0, 65		-				-	-	1, 2
	Эллиптическая	Внутреннее давление	Торообразная вставка		0, 25		-					-	0, 8
		0, 35		-					-	0, 8
	08Х18Н10Т		0, 45		-				-	-	1, 0
	Отбортовка		0, 55		-						1, 0
		0, 60		-						1, 2
		0, 70		-						1, 2

§ 5. Расчетно-проектная работа № 4.