Расчет цилиндрических обечаек

Расчет цилиндрических обечаек проводится по ГОСТ 14249-80.

Гладкие цилиндрические обечайки. Формулы для расчета применимы при условии (s-c)/D£0,1; для обечаек и труб – при D³200 мм;
(s-c)/D£0,3 – для труб при D<200 мм.

На обечайки могут действовать нагрузки от внутреннего или наружного давления и сосредоточенные силы (боковые, осевые).

Расчет обечаек, нагруженных внутренним избыточным давлением. Исполнительная толщина стенки s определяется по формулам:

;

,

где D, D_н – внутренний и наружный диаметр обечайки, м;

p_R – расчетное избыточное давление, МПа;

j – коэффициент прочности сварного шва;

[s] – допускаемое напряжение, МПа;

s_R – расчетная толщина стенки обечайки, мм;

s – исполнительная толщина стенки обечайки, мм.

Допускаемое внутреннее избыточное давление (при поверочном расчете) определяется формулой

Производить расчет на прочность для условий испытания не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на величину

Расчет цилиндрических обечаек, нагруженных наружным давлением.

Толщина стенки выбирается максимальной из двух значений, полученных по приближенным формулам:

Коэффициент K₂ =f(K₁,K₃) определяется по рисунку 11.1. При этом

,

где l_R – расчетная длина обечайки.

Полученное расчетное значение толщины обечайки должно быть проверено по допускаемому наружному давлению. Допускаемое наружное давление определяется по формуле

где допускаемое давление из условия прочности

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

Рис. 11.1. Номограмма для определения толщины цилиндрических обечаек, работающих под наружным давлением

где

Расчетную длину обечайки l_R принимают в зависимости от ее конфигурации, но в первом приближении можно принять ее равной длине цилиндрической обечайки, которая подвержена действию наружного давления.

Рис.11.2. Схема пользования номограммой на рис. 11.1: I - определение расчетной толщины стенки; II - определение допускаемого наружного давления; III - определение допускаемой расчетной длины

Если на рисунке 11.1. коэффициент К₁ будет лежать ниже соответствующей пунктирной линии, то значение [p] определяют по формуле

[p] = 2,4К₁·10^-6E/n_у .

В случае работы обечаек под действием осевой растягивающей, осевой сжимающей силы, изгибающего момента или комплекса этих нагрузок расчет следует производить согласно ГОСТ 14249-80.

Расчет крышек и днищ

Цилиндрические цельносварные корпуса горизонтальных и вертикальных аппаратов ограничиваются с обеих сторон днищами (крышками). Основные типы применяемых днищ и крышек приведены на рис.11.3.

Наиболее распространенной в сварных аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору, является эллиптическая форма днищ с отбортовкой на цилиндр.

Полушаровые днища целесообразно применять в крупногабаритных аппаратах, подведомственных Госгортехнадзору, имеющих диаметр
более 4 м.

Сферические неотбортованные днища применяют, главным образом, в аппаратах, работающих под наливом, а также в виде составных частей отъемных крышек в аппаратах, работающих под давлением до 1,6 МПа.

Конические днища применяют в основном снизу в вертикальных аппаратах, из которых требуется удалять жидкий или сыпучий продукт.

Расчет днищ и крышек на прочность выполняется по ГОСТ 14249-80.

Днища выпуклые эллиптические и полушаровые отбортованные. Расчетные формулы применимы при условиях:

Расчет днищ, нагруженных внутренним избыточным давлением.

Толщина стенки днища определяется по формулам

Допускаемое внутреннее избыточное давление следует рассчитывать по формуле

Радиус кривизны в вершине днища равен

причем R = D для эллиптических днищ с H_д = 0,25D и R = 0,5D для сферических днищ с H_д = 0,5D.

Для днищ, нагруженных наружным давлением, расчетная толщина стенки приближенно определяется как максимальная из двух:

где К_э– коэффициент приведения радиуса кривизны днища. Для предварительного расчета он принимается равным 0,9 для эллиптических днищ и
1,0 – для полушаровых.

Полученная толщина стенки проверяется по допускаемому наружному давлению

где допускаемое давление из условия прочности

а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости

Рис. 11.3. Основные конструкции днищ сварных аппаратов: а – эллиптическое отбортованное; б – полушаровое отбортованное; в – коническое отбортованное; г – плоское отбортованное; д – коническое неотбортованное; е – коническое с плоским днищем; ж – сферическое неотбортованное; з – плоское неотборто-ванное

Другие типы днищ, реже встречающиеся в аппаратах, можно рассчитать по ГОСТ 14249-80.