Нагрузки, испытываемые ими при эксплуатации

Способы изготовления аппаратуры

Конструкционные материалы выбирают в зависимости от тем­пературы, давления и коррозионного действия среды. Необходимо также учитывать стоимость и технологические свойства материа­ла, т. е. возможность и простоту изготовления из него изделий за­данной формы. Конструкция и способы изготовления аппаратов в значительной степени определяются свойствами конструкционных материалов.

В настоящее время широко используют:

1 - стальные сварные аппараты из углеродистой и легированной стали. Для изготовления сосудов и аппаратов применяют углеро­дистую сталь обыкновенного качества, обладающую повышенными механическими свойствами.

Углеродистую сталь обыкновенного качества применяют для сосудов и аппаратов, работающих при давлении до 5 МПа, для марганцовистых сталей рабочее давление не ограничено. Углероди­стые стали обыкновенного качества применяют при температурах не ниже —20°С, марганцовистые стали — до —70°С; при более низких температурах — хромоникелевые

При сварке сосудов и аппаратов, как правило, применяют стыковые швы, как наиболее надежные и доступные контролю. Конструкция аппарата должна обеспечивать удобный доступ к сварным швам. Это особенно важно, если швы подвергаются межкристаллитной коррозии. Сварные соединения кор­пуса не должны быть перекрыты опорами, косынками и другими приварными элементами. Перекрещивание сварных швов не допускается. Располагать отверстия на сварных швах не рекомендуется. При сварке аппаратов из кислотостойких сталей, работающих в средах, вызывающих межкристаллитную коррозию, необходимо предусматривать проверку сварных швов на стойкость к ней. Нахлесточное соединение используют только для изготовления больших резервуаров.

2 – кованые аппараты. Ковка улучшает механические свойства стали, поэтому аппаратуру, работающую при высоких давлениях, изготавливают кованной (фасонные изделия т/п, автоклавы). Ковка – способ обработки Ме давлением в нагретом до пластичного состояния при помощи ударов молота или нажимов пресса.

3 – литые аппараты. Литье – технологич. процесс получения изделий, основанный на заполнение расплавленным металлом специальной формы. Применяют чугунное литье для изготовления емкостных аппаратов с мешалками, детали сальников, мешалок ...

Виды нагрузок

Первая стадия механического расчета — опре­деление силовых нагрузок. Наиболее часто сосуды и аппараты бы­вают нагружены:

1- внутренним или наружным (атмосферным) дав­лением при работе под вакуумом,

2 - при большой высоте аппаратов, залитых жидкостью, наряду с газовым давлением необходимо учитывать гидростатическое давление столба жидкости, которое до­стигает максимума в нижней точке аппарата,

3 - при расчете опор­ных конструкций (и корпуса) существенную роль играют весовые нагрузки,

4 - аппараты больших размеров, установленные под открытым небом, необходимо рассчитывать на действие ветровых нагрузок,

5 - в районах, подверженных землетрясениям, тяжелое обо­рудование, особенно колонны, необходимо также проверять и на действие сейсмических нагрузок,

6 -наряду с перечисленными внеш­ними нагрузками необходимо учитывать температурные напряже­ния, возникающие за счет неодинакового температурного удлине­ния отдельных частей аппарата в тех случаях, когда их темпера­туры различны и когда одинаковы, но они изготовлены из материа­лов, имеющих различный коэффициент линейного расширения.

За последнее время было установлено, что на аппаратах, рабо­тающих с переменными режимами, имеют место разрушения, выз­ванные малоцикловыми нагрузками, которые также необходимо учитывать при расчете аппаратуры. На аппарат, как правило, дей­ствует одновременно несколько видов нагрузок, что усложняет рас­чет.

Основные детали аппаратов

1 Обечайка – открытый с торцов конический или цилиндрический барабан, который является заготовкой в производстве резервуаров, паровых котлов, и других изделий из листового материала. Для аппаратов, находящихся под внешним давлением, одного рас­чета на прочность недостаточно. Необходимо проверить также ус­тойчивость оболочки. Тонкостенные оболочки под действием на­ружного давления могут потерять свою первоначальную форму.

Давление, при котором оболочка начнет де­формироваться, называется критическим давлением.Запас устойчивости %=2,6.

Де­формированная оболочка при­обретает „волнообразную форму», причем число волн может быть п=2, 3, 4, ...

Если длина оболочки значительна (более 5—7 диаметров), то крышки или кольца жесткости на краях оболочки не оказывают укрепляющего действия на среднюю ее часть и расчетная толщина стенки оболочки не зависит от длины. Если расстояние между крышками невелико и обечайка является «короткой», то укрепляю­щее действие крышек или колец жесткости необходимо учитывать. Сварные цилиндрические обечайки – диаметром до 600мм.

Допуск на овальность – 1% от номинального диаметра, но не превышает 20мм.

2 Днища и крышки аппаратов

Для сосудов и аппаратов применяют полушаровые, элиптические, конические, та­рельчатые и плоские днища и крышки.

а.Полушаровые (сферические). Сфера- идеальная форма днища, так как в сферической оболочке не возникают изгиба­ющие напряжения. Полушаровые днища сваривают из отдельных штампованных элементов. Их применяют для аппаратов больших диаметров (свыше 4м), для аппаратов же небольшого размера сравнительно редко, так как они неудобны для размещения штуцеров и сложны в изготовлении.

б.Эллиптические днища.Эллиптические днища, имеющие форму эллипсоида вра­щения, широко применяют для аппаратов под давлением. Для того что­бы отнести, сварной шов от закругленной части и не нагружать его изгибающими напряжениями, днище снабжают цилинд­рическим бортом высотой 25—50 мм. Раньше вместо эллиптических днищ применяли коробовые, имеющие ша­ровую поверхность, края которой отбортованы. Они менее совершенны, чем эллиптические. В настоящее время их изготов­ляют очень редко.

в. Конические днища. Их применяют в тех случаях, когда необходимо перейти от цилиндрической части одного диаметра к ци­линдрической части другого диаметра и в вертикальных аппаратах при работе с вяз­кими и сыпучими материалами. Коническая форма днища облегчает удаление этих ма­териалов.

г. Плоские – применимы в аппаратах, работающих при нормальном атмосферном давлении.

3 Фланцевые соединения– наиболее распространенные разъемные соединения аппаратов и трубопроводов. Они служат для соединения отдельных частей аппаратов: съемных крышек, царг, люков…

По конструкции и способу соединения со штуцером или корпусом различают типы фланцев: плоские приварные, с утолщением у основания; свободные на отбортовке и на бурте.

Фланцевые соединения:

А – наиболее распространенная приварка фланца;

Б – плоский фланец

В – фланец с защитной накладкой из кислотостойкой стали

Г – фланец с шейкой, приваренная встык

Д – фланец с шейкой, сваренные из двух частей

Е – свободные фланцы на отбортовке

Ж – фланцы на утолщении (бурте)

Контроль сварных швов

Сварные швы подвергаются методам испытания и контроля:

1 – внешний осмотр и измерения. Первоначально проводят внешний осмотр и измеряют сварные швы – для выявления трещин, раковин, и других дефектов.

2 – механические испытания – это когда сварные образцы испытывают на растяжение, изгиб и ударную вязкость.

3 - ультразвуковая дефектоскопия – при просвечивании определяют объем контроля в зависимости от условий работы: - при тяжелых условиях (повыш. температуре, давлении, агрес.среде) – 100%, - при легких условиях – 20-50-% контроля.

Вопросы для закрепления материала:

а) способы изготовления химических аппаратов;

б) типы швов;

в) перечислите нагрузки, испытываемые аппаратами при эксплуатации;

г) перечислите основные детали аппаратов;

д) дать определение «обечайка»;

е) какое давление называют «критическим»;

ё) допуск на овальность аппаратов составляет ….

ж) для чего устанавливают ребра жесткости;

з) типы днищ и крышек;

и) в каких случаях используют конические днища;

й) перечислите методы контроля сварных швов.

к) назначение фланцевых соединений