Конструкции сосудов высокого давления

СОСУДЫ И АППАРАТЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

ГОСТ 25215-82

Настоящий стандарт распространяется на однослойные обечайки, плоские и выпуклые днища сосудов и аппаратов кованых, ковано-сварных стальных, а также однослойных сосудов и аппаратов, изготовленных из стального листового проката, работающих при статических нагрузках под действием внутреннего избыточного давления свыше 10 до 100 МПа в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, и устанавливает нормы и методы расчета на прочность однослойных обечаек, плоских и выпуклых днищ.

Требования настоящего стандарта действительны при условии, что расчетная температура не превышает значений, при которых в расчетах на прочность учитывается ползучесть материалов. В случае отсутствия точных данных о температуре, настоящий стандарт применим при расчетной температуре, не превышающей 380 °С для углеродистой стали, 420 °С для низколегированной и среднелегированной сталей и 525 °С для аустенитной стали

Расчет цилиндрических элементов сосудов высокого давления

Температурные напряжения в толстостенных аппаратах

При стационарном тепловом режиме температура в толстостенном цилиндре распределяется по толщине стенки по логарифмическому закону.

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Эпюры температурных, тангенциальных (кольцевых) и суммарных напряжений представлены на рис. 8.12.

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Эквивалентное напряжение можно определить по четвертой теории прочности.

Условие прочности

σэкв ≤ [σ].

Можно эквивалентные напряжения определить и по уравнению

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Одновременно должно выполняться условие

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Температурные напряжения при температурах стенки, превышающих 450 °С, выравниваются вследствие явления ползучести, поэтому их можно не принимать во внимание.

Коэффициенты запаса прочности

Допускаемые напряжения при расчете по предельным нагрузкам выбираются по условию

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Термин «допускаемое напряжение» при расчете по предельным нагрузкам принят условно для удобства расчетов.

При испытании сосудов пробным давлением коэффициент запаса прочности по пределу текучести принимают nT=1,1 при температуре испытания.

Если неизвестно временное сопротивление прочности при расчетной температуре, допускается применять его при температуре 20 °С для сталей с отношением

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Для многослойной стенки принимается среднее значение допускаемого напряжения

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Последовательность расчета на прочность

Фланцы аппаратов высокого давления

Диаметр болтовой окружности фланца (рис. 8.20)

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Порядок расчета фланца по предельному состоянию.

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

СОСУДЫ И АППАРАТЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

ГОСТ 25215-82

Настоящий стандарт распространяется на однослойные обечайки, плоские и выпуклые днища сосудов и аппаратов кованых, ковано-сварных стальных, а также однослойных сосудов и аппаратов, изготовленных из стального листового проката, работающих при статических нагрузках под действием внутреннего избыточного давления свыше 10 до 100 МПа в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, и устанавливает нормы и методы расчета на прочность однослойных обечаек, плоских и выпуклых днищ.

Требования настоящего стандарта действительны при условии, что расчетная температура не превышает значений, при которых в расчетах на прочность учитывается ползучесть материалов. В случае отсутствия точных данных о температуре, настоящий стандарт применим при расчетной температуре, не превышающей 380 °С для углеродистой стали, 420 °С для низколегированной и среднелегированной сталей и 525 °С для аустенитной стали

Конструкции сосудов высокого давления

Конструкции сосудов высокого давления определяются требованиями химико-технологического процесса, эксплуатационными параметрами и характеристиками (давлением, температурой, свойствами среды, режимом работы).

В зависимости от назначения, условий работы и технологии изготовления различают следующие типы СВД.

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru 1. Кованые (рис. 8.1). Они имеют монолитный корпус, изготовленный из одной поковки. Это определяет их небольшие размеры, внутренний диаметр – 600-800 мм, длина – до 6 м.

Применяются при повышенных давлениях (более 32 МПа) и при высокой температуре (до 500 °С).

Преимущество кованых СВД – отсутствие сварных швов, снижающих надежность аппарата.

Недостатки – ограниченные размеры, необходимость специального кузнечно-прессового оборудования, значительный объем механической обработки.

2. Кованосварные (см. рис. 8.2). Они имеют корпус из нескольких кованых и механически обработанных частей, соединенных кольцевыми сварными швами. Максимальные размеры определяются технологическими возможностями завода-изготовителя. Выполняются внутренним диаметром 600-800 мм, реже – 1400-1600 мм, иногда до 2400 мм. В химическом машиностроении используются ограниченно.

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

3. Штампосварные и вальцованосварные (см. рис. 8.3). Корпус СВД выполняется из нескольких штампованных или вальцованных обечаек или полуобечаек, соединенных между собой продольными и кольцевыми сварными швами.

Применяются до давлений 20 МПа.

Существенный недостаток – наличие меридиональных сварных швов.

4. Многослойные (см. рис. 8.4). Они выполняются из обечаек, состоящих из относительно большого числа слоев. Обечайки свариваются между собой и с концевыми элементами корпуса кольцевыми сварными швами. Концевые элементы – кованые.

Преимущества – возможность изготовления крупных аппаратов, достаточно низкая металлоемкость и стоимость.

Недостатки – относительно высокая трудоемкость, наличие большого числа сварных швов, в том числе – продольных.

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

5. Рулонированный (рис. 8.5). Он имеет корпус из одной или нескольких многослойных рулонированных обечаек, сваренных между собой и приваренных к концевым элементам корпуса кольцевыми сварными швами.

Элемент СВД имеет центральную обечайку и закрепленную на ней клиновую вставку. К этой вставке приваривается рулонная полоса, наматываемая по спирали Архимеда до необходимой толщины стенки. Конец последней полосы для снижения напряжений приваривается по кривой линии, а затем накладывается внешняя клиновая вставка. Поверх рулона надевается наружный кожух. Такая конструкция СВД выгодно отличается от других технико-экономическими показателями.

6. Спирально-рулонный (рис. 8.6). Корпус сосуда получается навивкой на остов по спирали с углом α к оси аппарата одной или нескольких полос. Каждый последующий слой навивается в противоположную сторону по отношению к предыдущему. Кромки витков свариваются между собой. Поверх навивки надевается кожух. По технико-экономическим показателям превосходит все другие виды СВД.

7. Витой (рис. 8.7). Корпус СВД выполнен из специального проката стальной калиброванной ленты, навитой на центральную обечайку с проточкой. Для увеличения плотности навивки ленту в процессе изготовления аппарата нагревают постоянным током напряжением в несколько вольт. Концевые детали выполняются дополнительной навивкой или насадкой кованых элементов (фланцев). Основной недостаток – большие осевые напряжения.

Конструкции сосудов высокого давления - student2.ru

Концевые элементы это днища, фланцы, горловины, которыми заканчивается цилиндрическая часть корпуса. Иногда к ним относят также плоские или выпуклые крышки.

Наши рекомендации