Расчет и конструирование тонкостенных аппаратов. - Бердник В.М.

В.М. Бердник, Б.Е. Владимиров, Р.В. Коломиец
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ТОНКОСТЕННЫХ АППАРАТОВ
ПИЩЕВЫХ, ХИМИЧЕСКИХ И
НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
1
Министерство образования и науки Российской Федерации
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)
В.М. Бердник, Б.Е. Владимиров, Р.В. Коломиец
РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ
АППАРАТОВ ПИЩЕВЫХ, ХИМИЧЕСКИХ И
НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Учебное пособие
Рекомендовано Ученым советом Федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
«Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)»
в качестве учебного пособия
Новочеркасск
ЮРГТУ (НПИ)
2013
2
УДК 66.023:62-11:[661+664+665.7](075.8)
ББК 34.7 я73
Б48
Рецензенты:
профессор, доктор технических наук В.А. Кирсанов (ЮРГТУ (НПИ))
профессор, кандидат технических наук Н.И. Бабец (ЮРГТУ (НПИ))
Бердник В.М., Владимиров Б.Е., Коломиец Р.В.
Б48
Расчет и конструирование тонкостенных аппаратов
пищевых, химических и нефтехимических производств:
учебное пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2013. – 212 с.
ISBN
В пособии в краткой форме изложены теоретические и
инженерные аспекты конструирования и расчета элементов тонкостенных сосудов и аппаратов химических, нефтехимических и
пищевых производств, приведены примеры расчета. Приложения к пособию включают справочные данные по механическим
свойствам стали, которые необходимы при расчете элементов
оборудования, а также справочные материалы по конструированию тонкостенных сосудов и аппаратов.
Предназначено для студентов очной и заочной форм обучения по направлению 151000 Технологические машины и оборудование.
УДК 66.023:62-11:[661+664+665.7](075.8)
ББК 34.7 я73
ISBN 978-5-9997-0224-1
© Южно-Российский государственный
технический университет (НПИ), 2013
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................... 6
1. ТОНКОСТЕННЫЕ СОСУДЫ И АППАРАТЫ ........................ 7
1.1. Основные положения....................................................................... 7
1.2. Расчет элементов аппаратов, нагруженных внутренним
давлением (безмоментная теория) ....................................................... 10
1.3. Элементы аппаратов, нагруженные наружным давлением,
осевой сжимающей силой и изгибающим моментом ........................ 17
1.4. Расчет цилиндрических обечаек. Устойчивость круговых
цилиндрических оболочек .................................................................... 18
Вопросы для самоконтроля ................................................................... 23
2. ОБЩИЕ ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
СОСУДОВ И АППАРАТОВ И ИХ РАСЧЕТ ................................ 25
2.1. Обечайки цилиндрические ............................................................ 25
2.1.1. Конструкция ........................................................................... 25
2.1.2. Расчет гладких цилиндрических обечаек, нагруженных
внутренним избыточным давлением ................................................. 27
2.1.3. Расчет цилиндрических обечаек, нагруженных наружным
давлением ............................................................................................. 28
2.2. Днища и крышки приварные ........................................................ 32
2.2.1. Конструкция ........................................................................... 32
2.2.2. Расчет конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и
крышек .................................................................................................. 37
2.3. Рубашки........................................................................................... 49
2.4. Штуцера .......................................................................................... 52
2.5. Пример расчета аппаратов, работающих под внутренним и
внешним избыточным давлением ........................................................ 54
Вопросы для самоконтроля ................................................................... 62
3. ИЗГИБ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ПРИ
СИММЕТРИЧНОМ НАГРУЖЕНИИ (МОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ)
63
Вопросы для самоконтроля ................................................................... 65
4.
УЗЛЫ СОПРЯЖЕНИЯ ОБОЛОЧЕК ....................................... 66
4.1. Основные причины возникновения краевых сил и моментов .. 66
4.2. Основные уравнения совместности деформаций
взаимосвязанных оболочек различной формы ................................... 67
4.3. Сопряжение цилиндрических корпусов аппаратов с
днищами .................................................................................................. 72
4
4.3.1. Цилиндрический корпус – плоское днище ......................... 72
4.3.2. Цилиндрический корпус – коническое днище ................... 72
4.3.3. Цилиндрическая обечайка с эллиптическим днищем........ 73
4.3.4. Цилиндрическая обечайка со сферической крышкой........ 74
4.3.5. Расчет прочности в месте сопряжения элементов ............. 75
4.4. Пример расчета узла сопряжения элементов
цилиндрического аппарата.................................................................... 77
Вопросы для самоконтроля ................................................................... 80
5.
УКРЕПЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ В ОБОЛОЧКАХ .................... 81
5.1. Геометрический критерий расчета укрепления и методы
компенсации ослабления ....................................................................... 81
5.2. Основные расчетные размеры ...................................................... 83
5.3. Условия укрепления одиночных отверстий ................................ 86
5.4. Условия укрепления взаимовлияющих отверстий ..................... 87
5.5. Пример расчета укрепления отверстий в аппарате .................... 88
Вопросы для самоконтроля ................................................................... 92
6. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛОТНОПРОЧНЫХ
РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ....................................................... 93
6.1. Основные типы фланцев и их применение ................................. 93
6.2. Расчет фланцевого соединения, работающего под
внутренним давлением .......................................................................... 97
6.3. Пример расчета фланцевого соединения на прочность и
герметичность ....................................................................................... 107
Вопросы для самоконтроля ................................................................. 113
7.
ОПОРЫ АППАРАТОВ ........................................................... 114
7.1. Конструкции опор ........................................................................ 114
7.2. Расчет опор-лап для вертикальных аппаратов.......................... 120
7.3. Расчет опорных пластинчатых стоек для вертикальных
аппаратов ............................................................................................... 125
7.4. Расчет горизонтальных аппаратов, установленных на
седловых опорах................................................................................... 129
7.5. Расчет опор для колонных аппаратов ........................................ 134
7.6. Расчет днищ аппаратов в месте установки опорных стоек ..... 144
7.7. Примеры расчета опорных конструкций аппаратов ................ 147
Вопросы для самоконтроля ................................................................. 160
8. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ.......................................................... 161
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................... 169
ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................... 174
КЛЮЧИ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ ......................................... 212
5
ВВЕДЕНИЕ
Современное промышленное предприятие – это сложный комплекс машин и оборудования, в который входят сосуды и аппараты,
предназначенные для проведения технологических процессов, и емкостное оборудование для хранения жидкостей, газов и т.п.
Рациональная конструкция машины и аппарата должна удовлетворять
производственным,
конструктивным
и
техникоэкономическим требованиям, а также технике безопасности. Удовлетворить всем этим требованиям в максимальной степени не всегда
возможно, поэтому задача заключается в том, чтобы создать наиболее
приемлемую конструкцию, которая в максимальной мере отвечала бы
техническим условиям.
К этим требованиям относятся:
1. Простота, компактность, надежность и технологичность конструкции с точки зрения удобства и дешевизны изготовления, монтажа, эксплуатации и ремонта; стандартизация узлов и деталей; правильный выбор допусков.
2. Механическая надежность: прочность, жесткость, устойчивость, герметичность и долговечность.
3. Обеспечение требуемого технологического режима: непрерывность процесса; соблюдение требуемых параметров; получение
продукта требуемого качества; устойчивость работы при небольших
колебаниях в производстве; наиболее длительная работа между остановками на очистку и ремонт; удобство обслуживания; хорошая регулировка и возможность контроля работы; механизация и автоматизация процесса; высокий КПД.
4. Интенсификация процесса, малый вес, малый расход мощности, невысокая стоимость, возможность изготовления аппарата из недефицитных материалов, стойкость против коррозии.
5. Безопасность обслуживания, наличие оградительных устройств и предохранительных клапанов в аппаратах, работающих под
давлением, безопасность операций по загрузке и разгрузке.
6. Минимальная стоимость проектирования, изготовления и
эксплуатации, удобство перевозки.
7. Соответствие конструкции аппаратов и машин требованиям
Ростехнадзора.
6
1. ТОНКОСТЕННЫЕ СОСУДЫ И АППАРАТЫ
1.1. Основные положения
Сосуды и аппараты, применяемые в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой и смежных отраслях промышленности, принято считать тонкостенными, если толщина
их стенки не превышает 10 % внутреннего диаметра. Такие сосуды и
аппараты эксплуатируются обычно при давлении не более 10 МПа.
Основным узлом сосуда и аппарата является корпус, который
определяет его форму, размеры, объем, производительность и стоимость. Корпус изолирует обрабатываемую среду, подвергаясь ее химическому воздействию и воспринимая при этом механические и тепловые нагрузки. Следовательно, надежность работы аппарата во
многом зависит от надежности его корпуса.
Корпуса аппаратов состоят из пластинок и оболочек различной
конфигурации, соединенных друг с другом как неразъемными (сварными, паяными), так и разъемными (фланцевыми и др.) соединениями. Корпуса работают чаще всего в условиях статических нагрузок
под избыточным внутренним давлением, вакуумом или наружным
избыточным давлением, а также при действии осевых или поперечных усилий и изгибающих моментов.
Рабочее давление р – избыточное максимальное внутреннее или
наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана или другого предохранительного
устройства.
Расчетное давление рр определяется по формуле
pð  p  pã ,
где рг – гидростатическое давление среды. Если (pг/р)100 % < 5 %, то
рр = р.
Для литых стальных сосудов и аппаратов, работающих при давлении, не превышающем 0,2 МПа, расчетное давление следует принимать равным 0,2 МПа.
Пробное давление ри – избыточное максимальное давление, создаваемое при гидравлических (пневматических) испытаниях. Его ве7
личина регламентирована Федеральной службой по экологическому,
технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор) и указана в
табл. 1.1. При этом для сосудов и их элементов, работающих при отрицательной температуре, ри принимается таким же, как при температуре 20 °С, а для сосудов, работающих при температуре стенки от 200
до 400 °С, ри не должно превышать р более чем в 1,5 раза, а при температуре свыше 400 °С – более чем в 2 раза. Для сосудов высотой более 8 м пробное давление следует принимать с учетом гидростатического давления в рабочих условиях, т. е. ри определяют по табл. 1.1,
где вместо р принимают рр.
Таблица 1.1
Условия проведения гидравлических испытаний
Сосуды
Рабочее давление р,
МПа
< 0,5
max1,5 pσ20 /σ; 0,2
≥ 0,5
max1,25 pσ20 /σ; ( p  0,3)
Независимо от давления
max1,5 pσ20 /σ; 0,3
Все, кроме литых
Литые
Пробное давление ри, МПа
Примечание: [σ]20,[σ] – допускаемые напряжения для материалов сосудов или
его элементов соответственно при температуре 20 °С и при рабочей температуре.
Аппараты, работающие под вакуумом, обычно испытывают избыточным внутренним давлением на 0,2 МПа.
Расчетная температура стенки t определяется на основании
тепловых расчетов или результатов испытания. В случае невозможности проведения расчетов и испытаний: при положительных температурах t = max {tс; 20 °С}, где tс – наибольшая температура среды; при
отрицательных температурах t = 20 °С.
Допускаемое напряжение при статических однократных нагрузках:

для рабочего состояния [σ]=η · σ*, где σ* – нормативное
допускаемое напряжение при расчетной температуре; η – поправочный коэффициент, учитывающий вид заготовки.

при испытаниях гидравлических – [σ]и = σТ20/1,1; пневматических – [σ]и = σТ20/1,2, где σТ20 – минимальное значение предела
текучести при температуре +20 °С (табл. П5, П6).
8
Допускаемое напряжение для углеродистых и низколегированных сталей приведено в табл. П1, для теплостойких и кислотостойких
сталей – в табл. П2, П3. Для марок сталей, не указанных в табл. П1 –
П3, нормативное допускаемое напряжение определяют по формуле
σ  min (σ ò / nò ); (σ â / nâ ); (σ ä105 / nä ); (σ1% 105 / nï ) ,
где σт – минимальное значение предела текучести при расчетной температуре; σв – минимальное значение временного сопротивления
(предела прочности) при расчетной температуре; σ ä105 – среднее значение предела длительной прочности за 105 ч при расчетной температуре; σ1% 105 – средний 1 %-ный предел ползучести за 105 ч при расчетной температуре; nт, nв, nд, nп – коэффициенты запаса прочности
по пределам соответственно текучести, прочности, длительной прочности и ползучести, nт = 1,5; пв =2,4; пд = 1,5; пп = 1.
Значения поправочного коэффициента η в зависимости от вида
заготовки следующие:
Листовой прокат
.
.
.
.
.
.
.
1,0
Отливки, подвергающиеся индивидуальному контролю
неразрушающими методами
.
.
.
.
.
0,8
Отливки, не подвергающиеся
индивидуальному контролю
.
.
.
.
.
0,7
Расчетные значения модуля продольной упругости Е в зависимости от температуры для углеродистых и легированных сталей приведены в табл. П4.
Коэффициент прочности сварных и паяных соединений υ характеризует прочность соединения в сравнении с прочностью основного
металла.
Значения υ выбираются в зависимости от конструкции и способа соединения элементов аппаратов.
Исполнительную толщину s стенки элементов сосудов и аппаратов определяют с учетом прибавки с.
Прибавка к расчетным толщинам конструктивных элементов
определяется по формуле
c  c1  c2  c3 ,
где с1 – прибавка для компенсации коррозии и эрозии; с2 – прибавка
для компенсации минусового допуска проката; с3 – технологическая
прибавка.
9
Прибавка для компенсации коррозии и эрозии
c1  Ï  τ â  ñý ,
где сэ – прибавка для компенсации эрозии; П – проницаемость среды
в материал (скорость коррозии); τв – срок службы аппарата.
При двустороннем контакте с коррозионной (эрозионной) средой прибавка с1 соответственно увеличивается.
Так как корпуса аппаратов и сосудов изготавливают, как правило, из листового проката, толщина стенки элемента аппарата округляется до большей стандартной толщины проката.
1.2. Расчет элементов аппаратов, нагруженных внутренним
давлением (безмоментная теория)
Расчет элементов тонкостенных сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, работающих при однократных и многократных статических нагрузках под внутренним избыточным давлением, вакуумом или наружным давлением и под действием осевых
и поперечных усилий и изгибающих моментов, производится по
ГОСТ 14249–89.
При проектном расчете определяют исполнительную толщину
стенки по максимальному значению расчетной толщины для рабочих
условий или условий испытаний.
При поверочном расчете для рабочих условий и условий испытаний определяются допускаемые давления, которые должны быть не
менее расчетного и пробного давлений соответственно.
Безмоментная теория расчета тонкостенных оболочек предполагает следующие допущения:
1. Толщина оболочки должна быть достаточно малой по сравнению с ее другими геометрическими размерами.
s
Например, для цилиндра
 0,1, где D – внутренний диаметр
D
оболочки.
Вследствие малой толщины нормальные напряжения растяжения или сжатия по толщине оболочки не изменяются, величина их в
D/s раз больше изгибных, что и определяет безмоментное состояние.
2. По форме сосуд обязательно должен представлять оболочку
вращения.
3. Нагрузка (давление на стенки) должна быть симметричной
относительно оси вращения.
10
Давление на стенки может изменяться вдоль оси вращения, например, при наличии жидкости в вертикальном аппарате. Такой аппарат можно считать по мембранной теории, однако если его положить
горизонтально, то нагрузка станет несимметрична оси, и использование теории будет невозможно.
От действия внутреннего давления в материале тонкостенных
оболочек (рис. 1.1) возникают нормальные усилия U и Т, поперечные
силы Q, а также изгибающие моменты Мт и Mt. Причем по мере удаления от так называемой линии искажения (т.е. места, где резко меняется хотя бы один из основных параметров нагруженной оболочки:
форма или направление меридиана, толщина стенки, нагрузка, свойства материала и т. п.) моменты Мт, Mt и силы Q быстро уменьшаются и становятся ничтожно малыми, усилия же U и Т остаются наиболее существенными.
Рис. 1.1. Схема действия нагрузок на элемент стенки осесимметричной оболочки
На рис. 1.2 представлена схема действия усилий на элемент, выделенный из осесимметричной оболочки. Внешняя нагрузка, отнесенная к единице площади срединной поверхности с главными радиусами кривизны R1, R2 и распределенная симметрично относительно оси,
разложена на составляющие рп и рt соответственно по нормали и касательной к дуге меридиана. К граням выделенного элемента приложены внутренние нормальные усилия U, расположенные в плоскости
кривизны меридиана и отнесенные к единице дуги соответствующего
нормального сечения, а также нормальные усилия Т, лежащие во второй главной плоскости кривизны. Изгибающие моменты и поперечные силы в сечениях равны нулю. Напряжения по толщине стенки
распределены равномерно, т. е.
11
U  σm  s
è T  σ t  s,
(1.1)
где σ m и σ t – соответственно меридиональные и кольцевые (тангенциальные) напряжения.
Рис. 1.2. Схема к определению меридиональных и кольцевых (тангенциальных) напряжений в тонкостенной оболочке: а – элемент стенки; б – отсеченная часть оболочки
Уравнение равновесия действующих на элемент сил
 d' 
 dθ 
pn dl1dl2  2Tdl1 sin 
  Udl2 sin   
 2 
 2

 dθ 
 Udl2  d Udl2 sin    0.
 2 

Учитывая, что dl1=R1dθ; dl2=R2dυ′ и заменяя ввиду малости синусы их аргументами, получим (пренебрегая бесконечно малыми
высшего порядка) так называемое уравнение Лапласа:
σ m σt
p

 n.
R1 R2
s
(1.2)
Рассмотрев действие сил на часть оболочки (см. рис. 1.2, б), отсеченной нормальным коническим сечением, можно написать выражение
2π  rñð  U  sin θ  π  r 2  pn ,
откуда с учетом (1.1) и соотношения r  rñð  R2  sin θ
σm 
pn
 R2 .
2s
12
(1.3)
Выражения (1.2) и (1.3) являются основными уравнениями безмоментной теории оболочек, исходя из которых с учетом рп=pр, pt=0,
а также условия прочности σ  maxσ m ; σt    σ и соответствующих
значений главных радиусов кривизны R1 и R2 получают основные
расчетные зависимости для цилиндрических, конических, сферических и эллиптических оболочек.
Тонкостенная цилиндрическая оболочка, нагруженная внутренним газовым давлением р (рис. 1.3). Радиусы меридионального и
кольцевого сечений равны соответственно
R1=∞; R2=R,
где R – радиус цилиндра.
R+ΔR
R
R
p
A
A′
T
Mt
B
Тогда по уравнению Лапласа (равновесия элемента
σ
σ
p
оболочки) m  t  .
R1 R2 s
Из уравнения равновесия
зоны оболочки (без учета веса
среды и оболочки) получим:
B′
p
R;
2s
p
σ t  R.
s
σm 
T
Mt
Рис. 1.3. Расчетная схема оболочки
(1.4)
В действительности в результате действия нормальных напряжений в стенке тонкостенного сосуда все же возникают изгибающие
моменты, изменяющие кривизну оболочки. Для оценки их значения
рассмотрим определение кольцевых моментов в цилиндрической
оболочке (см. рис. 1.3).
В результате упругой деформации от давления р дуга АВ принимает размер А′В′. Это происходит за счет растягивающих сил Т.
Кривизна дуги уменьшается за счет действия кольцевых моментов Mt,
лежащих в плоскости кольца.
Относительное удлинение элемента цилиндра определяется по
формуле
σ
ε t,
E
где Е – модуль упругости материала цилиндра.
13
Для цилиндрической обечайки
ε
pR
.
2sE
Под влиянием момента Mt изменяется кривизна элемента, т. е.
радиус R получает приращение ΔR:
p  R2
R  R  R  ε  R  R 
.
2s  E
Величину изменения кривизны элемента под влиянием момента
Mt можно выразить так:
1
1
M

 t.
R R  R EJ
Откуда
1 
1
M t  EJ  
.
R
R


R


Преобразуя выражение в круглых скобках, и учитывая, что
R2>>R+ΔR, получим
p
pR2
M t  ; R 
.
Js
sE
Относя кольцевой момент к единице длины стенки, т. е. к прямоугольнику длиной l и шириной s, находим
l  s3
J
.
12
Таким образом, величина напряжения от изгиба в цилиндрической обечайке равна примерно p/2, что в R/s раз меньше σt.
Тонкостенная сферическая оболочка, нагруженная внутренним
газовым давлением р (рис. 1.4). Радиусы
R
меридионального и кольцевого сечений
равны радиусу шара: R1=R2=R.
По уравнению равновесия зоны оболочки (без учета веса среды и оболочки)
получим
2U sin β  pR sin β  0;
Рис. 1.4. Расчетная схема
сферической оболочки
14
U
pR
pR
; σm 
.
2
2s
Из уравнения Лапласа получим
Отсюда σ t  σ m 
σ m σt
p

 .
R
R
s
pR
, и тогда мембранные напряжения
s
σ m  σt 
pR
.
2s
(1.5)
Тонкостенная коническая оболочка, нагруженная внутренним
газовым давлением р (рис. 1.5).
Для возможного применения
уравнения равновесия зоны оболочки
R
выразим текущий радиус и угол β чеβ
r
рез известные величины:
p
α
r  x sin α; β 
π
 α; sin β  cos α.
2
Тогда (без учета веса среды и
оболочки) получим
Рис. 1.5. Расчетная схема конической оболочки
σm 
p  x  tgα
.
2s
По уравнению Лапласа ( R1  ; R2  R( x)  xtgα )
σt 
p  x  tgα
.
s
Мембранные напряжения в конической оболочке у основания
конуса равны:
σm 
pR
pR
, σt 
.
2s  cosα
s  cosα
(1.6)
Определим напряжения в эллиптическом днище. Пусть полуоси
эллипса будут равны D/2 и Н. Радиусы кривизны эллипсоида в произвольной точке характеризуются уравнениями
R1 
R0
1  sin 2 θ
3
; R2 
15
R0
1  sin θ
2
,
где θ – угол между нормалью и осью вращения; R0 
D
1  γ – ради2

D / 22  H 2
ус кривизны в вершине (при θ = 0); γ 
– параметр, опH2
ределяющий форму эллипса.
Подставляя значения R1 и R2 в уравнения безмоментной теории
оболочек, получаем
σm 
1 γ
pD
;
4s 1  γ sin θ
pD 1  γ (1  γ sin 2 θ)
σt 
.
4s
1  γ sin θ
Из формул (1.4)–(1.6) видно, что при одинаковом давлении,
диаметрах сосудов и толщине стенки максимальное нормальное напряжение цилиндрической оболочки в 2 раза больше нормального напряжения сферической и в (1/cosα) раз меньше конической.
Согласно безмоментной теории расчета на прочность в каждом
элементе тонкостенного сосуда действует два напряжения – меридиональное σm и кольцевое σt, причем всегда σt≥σm.
Мембранная теория не учитывает радиальных (σr) и изгибающих (σ) напряжений (в принципе σr=р, σ=p/2) вследствие их малости
по сравнению с кольцевыми и меридиональными. Поэтому для расчета толщины стенки тонкостенных оболочек применяют третью теорию прочности:
σэкв = σmax − σmin,
где σэкв – эквивалентное напряжение; σmax – максимальное напряжение; σmin – минимальное напряжение.
Условие прочности имеет вид σэкв ≤ [σ].
В случае мембранной теории σmax = σt; σmin = σr ≈ 0. Тогда
σэкв = σt, или σt ≤ [σ].
Если принять, что σt = [σ], то для случая тонкостенного цилиндра можно получить расчетную формулу для толщины стенки:
16
sp 
pDñð
2σ
,
где Dср – срединный диаметр цилиндрической обечайки.
Учитывая наличие сварных швов, исполнительная толщина
стенки цилиндра будет
s
pDñð
2σ
 c  c0 ,
(1.7)
где υ – коэффициент прочности продольного сварного шва.
Подставляя в уравнение (1.7) вместо диаметра Dср срединной
поверхности внутренний диаметр обечайки D = Dср − s , получим для
цилиндра
s
pD
 c  c0 .
2σ  p
(1.8)
Аналогичным образом можно получить выражения для других
оболочек.
1.3. Элементы аппаратов, нагруженные наружным давлением,
осевой сжимающей силой и изгибающим моментом
При работе обечаек под внутренним давлением в их стенках
возникают нормальные растягивающие напряжения, а при их работе
под наружным давлением – сжимающие напряжения. Поэтому при
расчете на прочность обечаек, работающих под наружным давлением,
можно использовать формулы, выведенные для обечаек, работающих
под внутренним давлением. Однако наличие наружного давления может привести к потере устойчивости формы оболочки.
Из теории расчета на устойчивость упругих стержней следует,
что стержень легко выдерживает растягивающую нагрузку и не выдерживает определенной, т.н. критической, нагрузки при сжатии. При
постепенном нагружении стержня сжимающей нагрузкой сохраняется
одна и та же форма устойчивого равновесия. По достижении критической величины нагрузки скачком теряется первоначальная форма
стержня и появляется новая форма устойчивого равновесия.
Это относится и к другим конструкциям, где возникают деформации сжатия. Так, тонкостенные сосуды, работающие под наружным
давлением, должны иметь более прочную конструкцию, чем такие же
аппараты, работающие под внутренним давлением.
17
Давление, при котором тонкостенные сосуды теряют устойчивость формы, называется критическим. Под действием такого давления поперечное сечение первоначально круглой обечайки приобретает волнообразную форму, причем напряжения сжатия в ее стенках
могут быть меньше предела текучести материала элемента аппарата.
Потеря устойчивости формы цилиндрической оболочки может
произойти и при давлении ниже критического в случае овальности ее
поперечного сечения, которое ограничивается нормами. Овальность
стальных сварных сосудов при нагружении их наружным давлением
не должна быть менее 0,005D, но не более 20 мм, а для корпусов теплообменников – не более 7 мм.
Величина критического давления зависит от геометрической
формы, размеров аппарата и от механических свойств материала его
стенок.
1.4. Расчет цилиндрических обечаек. Устойчивость круговых
цилиндрических оболочек
Нарушение работоспособности тонкостенных элементов химического оборудования, находящихся под действием сжимающих нагрузок, может произойти в результате резкого качественного изменения ими первоначальной геометрической формы. Это явление, называемое потерей устойчивости, происходит при достижении сжимающими нагрузками некоторого критического значения; оно аналогично, по физической сущности, потере устойчивости стержней, нагруженных осевой сжимающей силой.
Причинами потери устойчивости тонкостенных оболочек являются действие изгибающего момента М, осевой сжимающей силы F
или наружного давления среды рH. При совместном их действии условие устойчивости имеет вид:
pí.ð
 pí 

F
M

 1,
F  M 
(1.9)
где [F] – допускаемое значение осевой сжимающей силы; [M] – допускаемый изгибающий момент; pн.p, [pн] – соответственно расчетное
и допускаемое наружные давления.
При отсутствии наружного давления, осевой сжимающей силы
или изгибающего момента в выражении (1.9) принимают соответственно рн = 0, F = 0 или М = 0.
18
Допускаемые наружное давление [pн], осевую сжимающую силу
[F] и изгибающий момент [М] следует определять по формулам:
 pí  
 pí σ
;
2
1  ( pí σ / pí E )
F σ
;
2
1  F σ /F E 
M σ
M  
,
2
1  M σ /M E 
F  
(1.10)
(1.11)
(1.12)
где [рн]σ, [pн]Е – допускаемое наружное давление соответственно из
условий прочности и устойчивости в пределах упругости;
[F]σ, [F]E – допускаемая осевая сжимающая сила соответственно из
условий прочности и устойчивости в пределах упругости;
[M]σ, [М]Е – допускаемый изгибающий момент соответственно из условий прочности и устойчивости в пределах упругости.
Коэффициент запаса устойчивости пу при расчете [рн]σ, [F]E и
[М]Е составляет: 2,4 – для рабочих условий; 1,8 – для условий испытания и монтажа.
При проверке устойчивости обечаек вертикальных сосудов и
аппаратов за расчетное принимают сечение в зоне опор. Если толщина стенки обечайки по высоте аппарата меняется, то проверку устойчивости обечайки производят в каждом месте изменения толщины.
Наружное давление является основной нагрузкой для тех элементов конструкции аппаратов, которые находятся под «рубашкой»
(рис. 1.6, а) или работают под вакуумом.
При расчете аппаратов с «рубашкой» за расчетное наружное
давление рн.р следует принимать давление, которое может возникнуть
при самых неблагоприятных условиях эксплуатации. Так, для аппарата, изображенного на рис. 1.6, а, в связи с возможностью сброса внутреннего давления
pí.ð  pð.ð  pðóá  pã.ð ,
где рр.р и рруб – соответственно расчетное и рабочее давления в рубашке; рг.р – гидростатическое давление в рубашке, учитываемое при
условии рг.р/pруб > 0,05.
19
Если внутри аппарата вакуум, то в этом случае
pí.ð  pð.ð  ( pà  pîñò ),
где ра – атмосферное давление (ра = 0,1 МПа); рост – остаточное давление в аппарате.
Если «рубашки» нет, то рн.р = ра – рост.
При конструировании аппаратуры наиболее часто приходится
выполнять расчеты на устойчивость колец жесткости, цилиндрических и конических обечаек, сферических и эллиптических днищ.
Кольца жесткости применяются для повышения несущей способности
корпусов тонкостенных аппаратов, сжимаемых наружным давлением
(рис. 1.6, б).
Рис. 1.6. Корпус аппарата: а – с «рубашкой»; б – с кольцами жесткости
Цилиндрические обечайки, работающие под наружным давлением, принято делить на «длинные» и короткие. Длинные цилиндрические обечайки и трубы теряют устойчивость с образованием двух
волн смятия, т.е. они сплющиваются. Короткие цилиндрические оболочки, закрепленные по торцам, теряют устойчивость с образованием
трех, четырех и более волн смятия. Длина, разделяющая цилиндрические оболочки на длинные и короткие, определяется по формуле
l0  8,15 D
D
.
100 ( s  c)
(1.13)
Если расчетная длина гладкой (неподкрепленной кольцами)
обечайки lр > l0, то оболочка является длинной, а при lр  l0 – короткой.
Для сосудов и аппаратов с выпуклыми днищами (рис. 1.7)
lð  l  h0  H 3,
20
(1.14)
где l – длина обечайки, находящейся под действием наружного давления; h0 – высота цилиндрической части (отбортовки) днища;
Н – внутренняя высота выпуклой части днища.
Рис. 1.7. Схемы к определению расчетной длины цилиндрической обечайки: а – волны смятия; б – корпус аппарата с эллиптическим днищем и рубашкой; в – корпус аппарата с коническим днищем
Для аппаратов c коническими днищами (см. рис.1.7)
lð  l  h0  h1;
(1.15)
h1  maxr0 sin α; D (3tgα),
где r0 – внутренний радиус отбортовки; α – половина угла при вершине конуса.
Для аппаратов с плоскими днищами за расчетную принимают
только длину неукрепленной обечайки. Для обечайки, подкрепленной
кольцами жесткости (см. рис. 1.6, б), в качестве расчетной длины lр
принимают максимальное расстояние между ними. Так, если l2 > l1 и
l2 > l3, то lр = l2. При осевом сжатии и изгибе кольца жесткости не
оказывают существенного влияния на устойчивость обечаек, а поэтому в расчете не учитываются и могут устанавливаться исходя из особенности конструкции, технологии изготовления.
Первоначальная круговая цилиндрическая форма равновесия
оболочки может стать неустойчивой, если действующие в ней нормальные сжимающие или касательные напряжения достигают своих
критических значений.
Эти напряжения возникают, например, когда на оболочку действуют осевая сжимающая сила, внешнее давление, крутящие моменты
и др.
Процесс потери устойчивости, или выпучивания, часто протекает весьма быстро: в сотые и даже в тысячные доли секунды.
21
В общем случае, как в окружном, так и в осевом направлениях
образуется несколько чередующихся регулярных выпучин и впадин,
благодаря которым оболочки приобретают волнистые очертания. Поэтому совокупность выпучин и впадин называют также волнами.
Случай образования двух и четырех волн показан на рис. 1.7.
Значения критических напряжений и число волн зависят от характера нагрузок, геометрических параметров оболочки, механических свойств материала и условий на краях.
Цилиндрические оболочки в отношении расчета на действие наружного давления условно делят на «длинные» и «короткие». Если
длина оболочки значительная, то крышки и кольца жесткости на краях оболочки не оказывают укрепляющего действия на среднюю часть,
и расчетная толщина стенки не зависит от длины оболочки. «Длинные» оболочки рассчитываются по формуле Бресса:
2
2E  s 
pêð 
.
2  D 
1 μ
Если оболочка «короткая», то укрепляющее действие крышек и
колец жесткости необходимо учитывать, и расчет ведется следующим
образом.
Для цилиндра без днищ. При отсутствии осевого давления критическое внешнее равномерное давление, при котором возможно вмятие цилиндрической стенки, может быть определено по формуле Мизеса:




E
s
2n 2  1,3  s 3
2

pêð 
 0,73 E n  1 
.
2
2
3


R
  nl  2 
 nl  8R
2

1

  
n  1  1    
 πR  

  πR  


Здесь п – число волн, образующихся при смятии; l – длина неподкрепленной оболочки (или расстояние между кольцами жесткости).
Число волн должно быть подобрано так, чтобы критическое
давление ркр было наименьшим. Обычно число волн подбирают, начиная с п = 2, постепенно увеличивая его и давая последовательно
значения п = 3, п = 4, п = 5 и т. д., и подставляют эти значения в формулу для определения соответствующих значений ркр.
22
При этом целесообразно одновременно построить кривую зависимости ркр от п, что позволяет наглядно выявить изменение ркр как
функции значений п.
В большинстве случаев при расчете аппаратов, применяемых в
пищевой и химической промышленности, количество волн находится
в пределах от 6 до 20.
Найденное значение критического внешнего давления ркр должно быть в nу раз больше допускаемого внешнего рабочего давления
рр, т. е.
nó 
pêð
pð
,
где nу – коэффициент запаса устойчивости.
Для цилиндра с днищами. Если аппарат закрыт по концам днищами и подвержен действию внешнего давления, т. е. испытывает не
только равномерное поперечное давление, но и осевое сжатие,
котoрое несколько уменьшает критическое значение поперечного
давления, то критическое внешнее давление определяется по формуле
С.П. Тимошенко:




2
2

Es
1
1
s 2  2  πR   
pêð 

n      .
2
2 11R
R 2
2
 l   

 πR   

n  0,5   n 2  l   1

 l 

   πl 

Вопросы для самоконтроля
1.
Как образуется осесимметричная оболочка, и что такое
меридиан, параллельный круг и сечение, нормальное к меридиану?
2.
Что такое первый и второй главные радиусы кривизны и
их особенности?
3.
Какие силы и моменты действуют на элемент оболочки?
4.
При каких условиях существует безмоментное состояние
оболочки конечной толщины?
5.
Что такое «безмоментная» теория оболочек, и какие нагрузки учитываются при этом в расчетах?
23
6.
Почему напряжения в тонкостенных оболочках называются – «мембранные»?
7.
Как распределяются напряжения по толщине тонкостенных оболочек?
8.
Какие напряжения в тонкостенной оболочке имеют наибольшие значения?
9.
Какая геометрическая форма оболочки вращения является
наиболее прочной и почему?
10. Что такое «коэффициент формы» эллиптического днища? Чему он равен у стандартных эллиптических днищ?
11. Что такое расчетная и исполнительная толщина оболочки?
12. Что характеризует коэффициент прочности сварных и
паяных соединений φ?
13. Как рассчитывается добавка на коррозию?
14. Как разрушится оболочка в случае потери прочности?
15. Какие аппараты, кроме расчета на прочность, необходимо проверять на устойчивость?
16. Чем отличаются напряжения, возникающие при действии
внутреннего и наружного давления?
17. Для чего вводится коэффициент запаса устойчивости пу?
18. По какой формуле определяется длина, разделяющая цилиндрические оболочки на «длинные» и «короткие»?
19. Как определяется расчетная длина для сосудов и аппаратов с выпуклыми днищами?
20. Как определяется расчетная длина для аппарата с плоскими днищами и для обечайки, подкрепленной кольцами жесткости?
21. Что такое – «число волн деформации» при потере устойчивости аппарата?
22. Как рассчитывается критическое давление для «длинных»
аппаратов (формула Бресса)?
23. Как рассчитывается критическое давление для «коротких» аппаратов? Объясните, в каких случаях применяются формулы
Мизеса и Тимошенко и как ими пользоваться (не запоминая их)?
24. Какое давление следует принимать за расчетное наружное давление рн.р при расчете аппаратов с «рубашкой»?
25. Как определяется расчетное наружное давление рн.р при
расчете вакуумных аппаратов без «рубашки»?
24
2. ОБЩИЕ ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ СОСУДОВ И АППАРАТОВ И ИХ РАСЧЕТ
Тонкостенные сосуды и аппараты обычно состоят из цилиндрической обечайки (корпуса), крышки
и днища (рис. 2.1). Обечайки изготавливаются вальцовкой из листового проката или из сварных труб
большого диаметра. Крышки чаще
всего делают эллиптическими или
сферическими, а днища – плоскими, коническими, эллиптическими
или сферическими. Для увеличения
жесткости конструкции обечайки
иногда укрепляются специальными
кольцами жесткости.
1
7
2
3
6
5
4
2.1. Обечайки цилиндрические
Рис. 2.1. Реакционный аппарат с
мешалкой:
1 – привод мешалки; 2 – фланцевое соединение; 3 – опора–лапа;
4 – сферическое днище; 5 – цилиндрическая обечайка; 6 – штуцер; 7 – эллиптическая крышка
2.1.1. Конструкция
Цилиндрические обечайки являются одним из основных элементов химических аппаратов. Расчетные схемы цилиндрических обечаек
приведены на рис. 2.2–2.5. Из одной или нескольких обечаек образуется цилиндрический корпус аппарата. Они входят составной частью
в различные внутренние и наружные устройства аппаратов.
Обечайки большей частью изготовляются вальцовкой из листового проката, реже из сварных труб большого диаметра или поковок.
ГОСТ 9617–76 «Сосуды и аппараты. Ряды диаметров» устанавливает ряды внутренних диаметров (в мм) сосудов и аппаратов, изготовленных из стальных листов или поковок: 400, (450), 500, (550),
600, (650), 700, 800, 900, 1000, (1100), 1200, (1300), 1400, (1500), 1600,
(1700), 1800, (1900), 2000, 2200, 2400, 2500, 2600, 2800, 3000, 3200,
3400, 3600, 3800, 4000, 4500, 5000, (5500), 5600, (6000), 6300, (6400),
7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500, 10000, 11000, 12000, 14000, 16000,
18000, 20000.
25
Значения, указанные в скобках, применяют только для рубашек
сосудов и аппаратов.
Рис. 2.3. Гладкие обечайки с выпуклыми
или коническими днищами: а – обечайка с
отбортованными днищами; б – обечайка с
неотбортованными днищами
Рис. 2.2. Гладкие цилиндрические обечайки: а – обечайка с фланцем или с плоским днищем; б – обечайка с жесткими
перегородками
Рис. 2.4. Гладкие обечайки с
рубашкой
Рис. 2.5. Цилиндрическая обечайка,
подкрепленная кольцами жесткости
Исполнительную (принятую) толщину стенки вальцованных
обечаек по ГОСТ 19903–74 «Сталь листовая горячекатаная» из ряда:
0,5; 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0;
2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 3,8; 3,9; 4,0; 4,5; 5,0; 6,0; 7,0; 8,0; 9,0; 10; 11;
12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 20; 21; 22; 25; 26; 28; 30; 32; 34; 36; 38;
40; 42; 45; 48; 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80; 85; 90; 100; 105; 120; 125; 130;
140; 150; 160 – при толщине стенки 6…42 мм следует применять
только четных размеров.
Кромки обечаек, образующие корпус аппарата, соединяются
между собой преимущественно встык.
Вальцованные обечайки должны иметь, возможно, меньше
сварных швов, особенно продольных. Поэтому листы для изготовления обечаек желательно выбирать больших размеров, сообразуясь с
рациональным раскроем (малыми отходами). Обечайки могут вальцеваться как по длинной, так и по короткой стороне листа.
26
Обечайки диаметром до 1000 мм должны изготовляться не более
чем с двумя продольными швами, а диаметром свыше 1000 мм допускается изготовлять из нескольких листов максимально возможной
длины. В корпусе аппарата допускается замыкающая обечайкавставка длиной не менее 400 мм.
Допускается изготовлять обечайки путем вальцовки карт, сваренных встык в плоском состоянии из небольших листов. В этом случае ширина листов в карте должна быть не менее 800 мм.
Продольные швы в листах смежных обечаек должны быть смещены по отношению друг друга на значение не менее трехкратной
толщины стенки обечайки, но не менее чем на 100 мм между осями
швов. В обечайках, выполняемых из карт, допускаются перекрещивающиеся швы в листах толщиной до 30 мм (при автоматической или
электрошлаковой сварке и 100%-м просвечивании швов) для корпусов аппаратов, работающих под избыточным давлением до 1,6 МПа и
при температуре до 400 °С. Допускается изготовление корпусов аппаратов из полуобечаек.
2.1.2. Расчет гладких цилиндрических обечаек, нагруженных
внутренним избыточным давлением
Исполнительную толщину стенки s определяют по формулам:
 pð  D /( 2  σ  pð ) 
sð  max 
;


p

D
/(
2


σ

p
)
è 
 è
è
s  sð  c  c0 ,
где sр – расчетная толщина стенки цилиндрической обечайки;
D – внутренний диаметр обечайки; с0 – прибавка на округление размера до стандартного значения.
Допускаемое давление:
в рабочем состоянии
 p  2  σ s  c /D  s  c;
при испытаниях
 pè  2  σè  s  c /D  s  c.
27
2.1.3. Расчет цилиндрических обечаек, нагруженных наружным
давлением
Расчет оболочек ведется одновременно на прочность и устойчивость. Теоретической базой стандартных расчетных зависимостей являются формулы Мизеса, Тимошенко и Бресса. Расчетная и исполнительная толщина стенки приближенно определяется по следующим
формулам с последующей проверкой по формуле (1.9):


sð  max K 2  D 10 2 ; 1,1 pí.ð  D /(2σ) ;
s  sð  c  c0 ,
где K2 – коэффициент, определяемый по номограмме, приведенной на
рис. 2.6.
Допускаемое наружное давление для гладких обечаек определяют по формуле (1.10), где допускаемое давление из условия прочности
 pí σ  2σ s  c /D  s  c,
а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:
для коротких обечаек (lр < l0)
18 10 6 E D 100 s  c 
 pí E 
 

nó
lð 
D
2,5
;
для длинных обечаек (lр > l0)
2,21 10 6 E 100 s  c 
 pí E 

,

nó
D


3
где lр и l0 – расчетные параметры, определяемые по формулам
(1.13)–(1.15).
Допускаемое осевое сжимающее усилие рассчитывается по
формуле (1.11), где допускаемое осевое сжимающее усилие из условия прочности:
F σ  πD  s  c s  c σ,
а допускаемое осевое сжимающее усилие из условия устойчивости в
пределах упругости
28
F E  min F E1; F E 2, åñëè lð / D  10,
.
F E  F E1, åñëè lð / d  10.

Рис. 2.6. Номограмма для расчета на устойчивость в пределах упругости обечаек,
работающих под наружным давлением
Допускаемое осевое сжимающее усилие [F]E1 определяется из
условия местной устойчивости в пределах упругости
6
F E1  310 10 E  D 2  100 s  c 
nó
D


2,5
,
а допускаемое осевое сжимающее усилие [F]Е2 – из условия общей
устойчивости в пределах упругости
29
F E 2  πD  s  c  s  c E nó π λ ã 2 .
Приведенная гибкость центрально-сжатой тонкостенной обечайки
λ ã  2,83lïð / D  s  c ,
где lпр – приведенная расчетная длина центрально-сжатой обечайки.
Допускаемый изгибающий момент следует рассчитывать по
формуле (1.12), где допускаемый изгибающий момент из условия
прочности
M σ  0,25π  D  D  s  c s  c σ  0,25D  F σ ,
а допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости
89 10 6 E 3 100 s  c 
M E 
D 

nó
D

2,5

D
 F E1 .
3,5
Если изгибающий момент создается действием поперечной нагрузки Q (например, силами тяжести от собственной массы конструкции; массы среды, заполняющей горизонтальный цилиндрический сосуд, и т. п.), то для такой цилиндрической обечайки при совместном
действии нагрузок условие устойчивости примет вид
2
F
M Q 



  1,
 pí  F  M   Q 
pí.ð
где Q – поперечное усилие; [Q] – допускаемое поперечное усилие.
Допускаемое поперечное усилие
Q 
Qσ
,
2
1  Qσ QE 
где [Q]σ – допускаемое поперечное усилие из условия прочности,
Qσ  0,25  D  s  c  σ,
а допускаемое поперечное усилие из условия устойчивости в пределах упругости
2,4 E  s  c 2 
D  s  c  
0,18  3,3
.
QE 
nó


lð2
30
Обечайки, подкрепленные кольцами жесткости. Допускаемое
наружное давление для обечаек, подкрепленных кольцами жесткости,
следует определять из условия
 pí   min  pí 1; pí 2,
(2.1)
где [pн]1 – допускаемое давление для участка обечайки между кольцами жесткости, определяемое по формуле (1.10); [рн]2 – допускаемое
давление для обечайки с кольцами жесткости в целом, рассчитываемое по формуле (1.10) при значениях  pí σ   pí 2σ и  pí Å   pí 2 Å .
Допускаемое наружное давление для цилиндрической обечайки
с кольцами жесткости в целом из условия прочности и условия устойчивости вычисляют соответственно по формулам:


 pí 2σ  2 σ  (s  c)  σ ê  Aê / l1 ;
D sc
2
18 10 6 Å D 100 k  ( s  c) 
100 k  ( s  c) 
 pí 2 Å 
 
,
 
k  nó
L 
D
D


D

åñëè L  8,15 D 

100 k  ( s  c)

3
6

2,21 10 Å 100 k  ( s  c) 
èëè  pí 2 Å 

,


k  nó
D



D

åñëè L  8,15 D 
,

100 k ( s  c)
(2.2)
(2.3)
где [σ]к – допускаемое напряжение для кольца жесткости при расчетной температуре; Aк – площадь поперечного сечения кольца жесткости; k – коэффициент жесткости обечайки с кольцами жесткости, рассчитываемый по формуле:
k
10,9 I ýô
l1( s  c)3
.
(2.4)
Эффективный момент инерции расчетного поперечного сечения
кольца жесткости следует определять по формуле
2
l1( s  c) 3 e  Aê  lýô  ( s  c)
I ýô  I ê 

;
10,9
Aê  lýô  ( s  c)
31
(2.5)


lэф  min l1; b 1,1 D  ( s  c) ,
h
e
где lэф – эффективная длина стенки обечайки, учитываемая при определении эффективного момента инерции; l1 – расстояние между двумя соседними кольцами жесткости по
lэф
их осям; b – ширина поперечного сечеb
ния кольца жесткости в месте его приварки к обечайке; е – расстояние между
центром поперечного сечения кольца
жесткости и срединной поверхностью
x
x
обечайки; Iк – момент инерции поперечного сечения кольца жесткости отl1
l1
носительно собственной центральной
Рис. 2.7. Расчетное поперечное оси х – х (рис. 2.7).
сечение кольца жесткости
Формулы (2.1)–(2.5) применимы
при выполнении условия h/D < 0,2 и при равномерном расположении
колец жесткости.
2.2. Днища и крышки приварные
2.2.1. Конструкция
Днища, так же как и обечайки, являются одним из основных
элементов химических аппаратов. Цилиндрические цельносварные
корпусы как горизонтальных, так и вертикальных аппаратов с обеих
сторон ограничиваются днищами. Форма днищ, применяемая в отечественном аппаратостроении, бывает эллиптическая, полушаровая, в
виде сферического сегмента, коническая и цилиндрическая (рис. 2.8).
Конические и плоские днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без
отбортовки, а эллиптические – только с отбортовкой.
Наиболее распространенной формой днищ в сварных химических аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору, является эллиптическая форма с отбортовкой на цилиндр.
Полушаровые днища целесообразно применять в крупногабаритных аппаратах, подведомственных Госгортехнадзору, имеющих
D > 4 м,
Стальные полушаровые днища изготовляются D = (3,6…12) м с
толщиной стенок 10…36 мм.
Сферические неотбортованные днища (в виде сферического
сегмента) применяются главным образом в аппаратах, работающих
32
под наливом, а также в виде составных частей отъемных крышек в
аппаратах, работающих под избыточным давлением до 1,6 МПа.
Dн
Dн
D
Rб
R
sд
Hд
Hд
sд
Hд
R
hц
hц
hц
D
Dн
D
R
sд
а
б
в
Dн
D
Dн
D
D
hц
Dн
Rб
α
sд
2α
Hд
Hд
Hд
R
sд
2α
Sд
Dн
е
D
Dн
hц
Rб
2α
sд
sд
d
ж
DБ
s
h1
D
д
Dн
hц
г
з
и
Рис. 2.8. Конструкции днищ для стальных сварных аппаратов: а – эллиптическое
отбортованное; б – полусферическое отбортованное; в – торообразное отбортованное; г – сферическое неотбортованное; д – коническое отбортованное; е – коническое неотбортованное; ж – плоское отбортованное; з – коническое неотбортованное
с плоским диском; и – плоское неотбортованное
Конические днища (табл. П9, П10) применяются в основном в
вертикальных аппаратах снизу, в которых требуется полное удаление
жидкого, сыпучего или кускового продукта. Выбор угла в вершине
конуса определяется технологическими соображениями: для жидких
веществ их вязкостью, а для сыпучих и кусковых веществ – их углом
естественного откоса.
33
В горизонтальных аппаратах, работающих под наливом или под
избыточным давлением до 0,07 МПа, могут применяться неотбортованные конические днища с углом при вершине конуса 2α < 140°, а в
вертикальных аппаратах, не подведомственных Гостехнадзору РФ, –
2α < 60°.
В аппаратах, подведомственных Гостехнадзору, допускаются
отбортованные конические днища с углом в вершине конуса 2α < 45°
и неотбортованные конические днища с углом при вершине 2α < 60°.
Наряду с коническими днищами в аппаратах часто применяются
переходы, соединяющие цилиндрические обечайки разных диаметров, типовые конструкции которых показаны на рис. 2.9.
D0
D0
D0
α≤22,5°
α≤22,5°
s
s
s
α≥22,5°
Rб
D
D
а
б
D
в
Рис. 2.9. Конструкции переходов для стальных сварных аппаратов: а – конический концентрический без отбортовки; б – конический эксцентрический без отбортовки; в – конический с отбортовками с обеих сторон
Отбортованные конические днища с углом в вершине конуса
2α > 60°, а также неотбортованные конические днища применяются
большей частью в аппаратах, работающих под избыточным давлением до 0,07 МПа и под наливом.
Днища с наружными базовыми диаметрами применяются для
корпусов из труб, а с внутренними базовыми диаметрами – для корпусов, свальцованных из листов.
Одним из ответственных узлов в аппаратах является соединение
днищ с корпусом. Соединение полушаровых, отбортованных эллиптических, конических и плоских днищ с цилиндрическими обечайками производится только встык. Типовые конструкции соединений конических частей с цилиндрическими показаны на рис. 2.10.
34
Рис. 2.10. Соединение обечаек: а – конической и цилиндрической; б – конической
и цилиндрической обечаек с укрепляющим кольцом; в – конической и цилиндрической обечаек с тороидальным переходом; г – по меньшему диаметру
Эллиптические днища (рис. 2.11, табл. П8) изготавливаются по
ГОСТ Р 52630–2006.
По обозначению имеют два вида:

c наружными базовыми размерами;

с внутренними базовыми размерами.
Рис. 2.11. Эллиптическое
днище: а – без отверстия;
б – с отверстием
Рис. 2.12. Торосферическое
днище: а – без отверстия;
б – с отверстием
Торосферические днища (рис. 2.12) являются одним из наиболее
востребованных днищ на рынке. В зависимости от диаметра торосферическое днище может производиться как методом штамповки, так и
методом фланжирования. Методом холодной штамповки изготавливаются торосферические днища диаметром от 320 до 2000 мм. Все
35
торосферические днища, диаметр которых превышает 2000 мм, производятся методом холодного фланжирования. При фланжировании
для достижения нужного диаметра могут применяться и сварочные
работы. Торосферические днища также могут быть отбортованы или
неотбортованы. Отбортованное днище имеет ровные края, тем самым
облегчая производство емкости, сосуда и аппарата. Отношение номинальной высоты выпуклой части торосферических и тарельчатых
крышек и днищ, измеренной от их внутренней поверхности, к номинальному внутреннему диаметру цилиндрической части H/D должно
быть не менее 0,25, а отношение номинального диаметра центрального отверстия, если таковое имеется, к номинальному внутреннему
диаметру крышки или днища d/D – не более 0,6. Отношение номинальных радиусов R и r, определяющих форму сферического сегмента
и тора, к номинальному внутреннему диаметру цилиндрической части
крышки или днища должны составлять соответственно не более 1,0 и
не менее 0,1.
Отношение номинальной высоты эллиптических крышек и
днищ, измеренной от внутренней поверхности, к номинальному внутреннему диаметру цилиндрической части Н/D должно быть не менее
0,2, а отношение номинального диаметра центрального отверстия, если таковое имеется, к номинальному внутреннему диаметру крышки
для днища d/D – не более 0,6.
Плоские днища (табл. П11) по сравнению с эллиптическими и
сферическими днищами являются менее рациональными с точки зрения воспринятая давления, поскольку при прочих равных условиях
толщина стенки плоских днищ, подверженных давлению, исходя из
прочности, получается большей, чем у соответствующих эллиптических и сферических днищ.
Поэтому плоские днища в аппаратах диаметром 400 мм и выше,
на которые имеются стандартизованные эллиптические отбортованные днища, как правило, применять при работе аппаратов, работающих при избыточном давлении, не следует.
Плоские днища применяются в подверженных избыточному
давлению вертикальных и горизонтальных сварных аппаратах малого
диаметра, на которые отсутствуют стандартизованные эллиптические
днища, а также в тех случаях (независимо от диаметра), когда по каким-либо соображениям нельзя применить отбортованные эллиптические, сферические и конические днища. Такие днища должны быть
отбортованными, их целесообразно укреплять ребрами.
36
На рис. 2.13. показаны основные типовые конструкции плоских
днищ, применяемых в аппаратах.
Рис. 2.13. Типы плоских днищ (крышек): а – привариваемое с одной стороны
(тип 1); б – кованное днище с цилиндрическим участком (тип 2); в – днище с
отбортованными краями (тип 3); г – приварное штампованное (тип 4); д –
крышка, присоединяемая к обечайке с обеих сторон по всей толщине (тип 5);
е – плоское днище, зажатое между фланцами (тип 6); ж – днище, привариваемое к обечайке с обеих сторон по всей толщине (тип 7); з – днище, привариваемое к обечайке с одной стороны (тип 8); и – днище, присоединяемое на болтах к
фланцу (тип 9)
2.2.2. Расчет конических обечаек, выпуклых и плоских днищ
и крышек
Расчет днищ и крышек выполняется по ГОСТ Р 52857.2–2007
«Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет
цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и
крышек».
2.2.2.1. Конические оболочки с углом при вершине 2α < 120°,
нагруженные внутренним избыточным давлением
Исполнительную толщину стенки sк вычисляют по формулам:
 pð D /( 2σ  pð ) cos α 
sê.ð  max 
;


p
D
/(
2

σ

p
)
cos
α
è
 è

è
sê  sê.ð  c  c0 ,
где sк.р – расчетная толщина стенки конической обечайки.
Допускаемое давление:
37
в рабочем состоянии
 p  2σsê  ccos α /D  (sê  c) cos α;
при испытаниях
 pè  2σè sê  ccos α /D  (sê  c) cos α.
2.2.2.2. Конические днища, нагруженные наружным давлением
Расчетная и исполнительная толщина стенки в первом приближении определяется по формулам (2.24) и (2.25) с последующей проверкой по формуле (1.9):


sê.ð  max K 2 DE 10 2 ; 1,1 pí.ð DÅ /( 2σ) ;
(2.6)
sê  sê.ð  c  c0 .
(2.7)
где К2 – коэффициент, определяемый по номограмме (см. рис. 2.6)
при l = lЕ и D = DE.
Эффективные длину lЕ и диаметр DE конической обечайки следует определять по формулам:
lE 
D  D0
;
2 sin α
D  D0


;


2 cos α


DE  max 
,
(
D

D
)
D
0 tgα 

 0,31( D  D0 )
 2 cos α

100 ( sê  c)
(2.8)
(2.9)
где D0 – диаметр меньшего основания конической обечайки.
Допускаемое наружное давление следует рассчитывать по формуле (1.10), где допускаемое давление из условия прочности
 pí σ 
2[σ]( sê  c)
,
D / cos α  ( sê  c)
(2.10)
а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости
38
2
100 ( sê  c) 
18 10 6 Å DE 100 ( sê  c) 
 pí Å 



,

k  nó
lE 
DE
DE



DE

åñëè l E  8,15 DE

100 ( sê  c)

3
6

2,21 10 Å 100 ( sê  c) 
èëè  pí Å 

,


nó
DE




DE

åñëè l E  8,15 DE
.
100 ( sê  c)

(2.11)
Допускаемая осевая сжимающая сила рассчитывается по формуле (1.11), где допускаемая осевая сила из условия прочности
F σ  π  DF  (sê  c)  cos α [σ],
(2.12)
а допускаемая осевая сила из условия устойчивости в пределах упругости
100  ( sê  c)
310 10 6 Å 2 100  ( sê  c) 
F Å 
 DF  

 cos 2 α. (2.13)

nó
DF
DF


2
Эффективный диаметр DF конической обечайки при осевом сжатии следует определять по формуле
0,9 D  0,1D0
.
(2.14)
cos α
Формулы (2.6)–(2.11) применимы при α < 75°, а формулы (2.12)–
(2.14) – при α < 60°.
DF 
2.2.2.3. Эллиптические и полусферические днища, нагруженные
внутренним избыточным давлением
Толщину стенки эллиптических и полусферических днищ
(рис. 2.14, а, б) вычисляют по формуле
s1ð 
pð  R
2  σ  0,5 pð
s1  s1ð  c  c0 ,
39
;
где s1р – расчетная толщина стенки эллиптического или полусферического днища.
s1
D
H
s1
R
r1
h1
R
R
h1 H=R
h1 H
s1
D
D1
D
D1
D1
а
б
в
Рис. 2.14. Расчетные схемы выпуклых днищ: а – эллиптическое днище; б –
полусферическое днище; в – торосферическое днище
Допускаемое внутреннее избыточное давление рассчитывают по
формуле
 p  2σs1  c /R  0,5(s1  ñ).
D2
Радиус кривизны в вершине днища равен: R 
,
4H
где R = D – для эллиптических днищ с Н, равным 0,25D;
R = 0,5D – для полусферических днищ с Н, равным 0,5D.
Если длина цилиндрической отбортованной части днища
h1  0,8 D  (s1  c)
–
для
эллиптического
днища
или
h1  0,3 D  (s1  c) – для полусферического днища, то толщина днища
должна быть не меньше толщины цилиндрической обечайки.
2.2.2.4. Эллиптические и полусферические днища, нагруженные
наружным давлением.
Толщину стенки предварительно вычисляют по следующим
формулам с обязательной последующей проверкой по формуле (1.9)

 K ý  R nó  ðp 1,2 pp  R 

s1p  max 
;
;
5
161
2
[
σ
]


10
Å


s1  s1ð  c  c0 .
Для предварительного расчета Кэ принимают равным 0,9 для
эллиптических днищ и 1,0 – для полусферических днищ.
Допускаемое наружное давление вычисляют по формуле
40
[ p ]σ
[ p] 
 [ p ]σ 

1  
[
p
]
 E
2
,
где допускаемое давление из условия прочности
[ p]σ 
2[σ]  ( s1  c)
,
R  0,5( s1  c)
а допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости
2,6 10 5 E 100 ( s1  c) 
[ p] E 
 K R  .
ny
ý


2
Коэффициент Кэ определяют по графику, приведенному на
рис. 2.15, или по формуле в зависимости от отношений D/(s1 – c) и
H/D:
Ký 
1  (2,4  8 x) x
;
1  (3  10 x) x
s  c  D 2H 
x  10 1


.
D  2H D 
Рис. 2.15. График для определения коэффициента Кэ
41
2.2.2.5. Торосферические днища, нагруженные внутренним
избыточным давлением
Толщину стенки в краевой зоне торосферического днища
(рис. 2.14, в) вычисляют по формуле
s1 
pp  D1  β1
2  [σ]
 c  c0 .
Допускаемое избыточное давление из условия прочности краевой зоны определяют по формуле
[ p] 
2( s1  c)    []
.
D1  β 2
Коэффициент β1 определяют по графику, приведенному на
рис 2.16, а β2 – по графику, приведенному на рис. 2.17.
Формулы применимы при выполнении условий:
s c
0,002  1
 0,100 ,
D
0,2 
H
 0,5 .
D
Рис. 2.16. График для определения коэффициента β1
42
Рис. 2.17. График для определения коэффициента β2
2.2.2.6. Торосферические днища, нагруженные наружным
давлением
Торосферические днища, нагруженные наружным давлением,
следует рассчитывать по тем же формулам, что и эллиптические и полусферические днища, при Кэ = 1.
Формулы применимы для торосферических днищ при выполнении условий
s c
0,002  1
 0,100 .
D
Для торосферических днищ в зависимости от соотношения параметров R, D1, r1 приняты следующие типы днищ:
r1  0,095 D1 ;
 Тип А – R  D1 ,
 Тип B – R  0,9D1 , r1  0,170 D1 ;
 Тип C – R  0,8D1 , r1  0,150 D1.
2.2.2.7. Сферические неотбортованные днища и крышки,
нагруженные внутренним избыточным давлением
Толщину стенок сферических неотбортованных крышек и днищ
(рис. 2.18) определяют методом последовательных приближений.
43
а
б
Рис. 2.18. Сферические неотбортованные днища без укрепляющего
кольца (а), сферическая неотбортованная крышка (б)
Предварительно толщину стенки вычисляют по формуле
s1p 
pp  R
2  σ1  p p
(2.15)
,
а затем по формуле
s1p 
где
β
pp  D  β
2  σ1  pp
(2.16)
,
tgψ

4 Aê
s1  c  1
M
χê 
 1
3


D  ( s1  c)
[M ]
D  cos ψ

3
,
 sc  
 χ 

 s1  c  

2
D
 2R 
cos ψ 
, tgψ   ñ   1.
2 Rñ
 D 
Отношение допускаемых напряжений вычисляют по формулам:
χê 
[σ]ê
[σ ]
; χ
,
[σ]1
[σ]1
где [σ] , [σ]1 , [σ]ê – допускаемые напряжения материала цилиндрической обечайки, крышки и кольца соответственно.
Величины Ак, М, [M] определяют по формулам, приведенным в
табл. 2.1.
44
Расчет проводят до тех пор, пока разница между полученным значением s1p и принятым s1, при определении коэффициента β,
не будет превышать 5 %.
Таблица 2.1
Формулы для определения Ак, М, [M]
Расчетная
модель
М
[M]
Aк
Рис. 2.18, а
–
–
–
π  D2
e2  e1  tgψ  Rï  e3
4
π  [σ]ê (a  d á )  h 2
2
(a  d á )  h
Рис. 2.18, б
p
В качестве расчетной толщины стенки днища или крышки принимают большее из двух значений s1p или s1p . Исполнительная толщина стенки
s1  s1p  c  c0 .
Допускаемое избыточное давление
[ p]  min [ p1]; [ p2 ],
где [p1] – допускаемое избыточное давление из условия прочности
краевой зоны,
[ p1 ] 
2( s1  c)   ò  [σ]1
,
D  β  ( s1  c)
[p2] – допускаемое избыточное давление из условия прочности
центральной зоны,
[ p2 ] 
2( s1  c)   ò  [σ]1
.
Rñ  ( s1  c)
2.2.2.8. Сферические неотбортованные днища и крышки,
нагруженные наружным давлением.
Толщину стенки сферического сегмента днища или крышки
предварительно вычисляют по формулам (2.15), (2.16) с последующей
проверкой по формуле
45
[ p ]σ
[ p] 
 [ p ]σ 

1  
[
p
]
 E
2
,
где [p]σ – допускаемое наружное давление из условия прочности в
центральной зоне,
[ p]σ 
2[σ]1  ( s1  c)
;
Rñ  ( s1  c)
[p]Е – допускаемое наружное давление из условия устойчивости
в пределах упругости:
2
s c
K
 .
[ p] E  ñ  Å  1
nó  Rñ 
Коэффициент Кс определяют по табл. 2.2 в зависимости от параметра Rс/(s1 – c).
Таблица 2.2
Значения коэффициента Кс при отношении Rс/(s1 – c)
Расчетные модели
Отношение Rс/(s1 – c)
25
50
75
100
150
200
250
300
≥350
Днище (рис. 2.18, а)
0,33
0,19
0,17
0,15
0,13
0,12
0,12
0,11
0,11
Крышка (рис. 2.18, б)
0,46
0,30
0,25
0,22
0,19
0,17
0,16
0,13
0,12
2.2.2.9. Плоские днища и крышки
Исполнительную толщину sп вычисляют по приближенным
формулам:

 K  K 0  Dð  pp /(  σ) 

sï.ð  max 
;

 K  K 0  Dð pÈ /(  σè ) 

(2.17)
sï  sï.ð  ñ  ñ0 ,
(2.18)
где sп.р – расчетная толщина плоского днища (крышки).
Допускаемое давление:
в рабочем состоянии
46
 p  (sï  ñ) /( K  K0  Dð )2  σ  ;
(2.19)
 pè  (sï  ñ) /( K  K 0  Dð )2  σè   .
(2.20)
при испытании
Расчетный диаметр Dр и коэффициент К, учитывающий тип закрепления днища или крышки, принимают в соответствии с табл. 2.3.
Таблица 2.3
Коэффициент К и расчетный диаметр Dр плоских днищ (крышек)
Тип
Рисунок
1
2
Условие укрепления днищ
и крышек
3
К
4
a  1,7 s;
1
2
3
Dp  D
a  0,85s;
Dp  D
sc
 0,25;
s1  c
sc
 0,25;
s1  c
0,53
0,50
0,45
0,41
Dp  D
4
sc
 0,5;
s1  c
sc
 0,5;
s1  c
0,41
0,38
Dp  D
5
sc
 0,25;
s1  c
sc
 0,25;
s1  c
Dp  D
47
0,45
0,41
Продолжение табл. 3.2
6
7
a  0,85s;
Dp  D
0,5
sc
 0,5;
s1  c
sc
 0,5;
s1  c
0,41
0,38
Dp  D
8
sc
 0,5;
s1  c
sc
 0,5;
s1  c
0,41
0,38
Dp  D
Ïðè hï  Ds  c 
max s; 0,25s1  r  min s1; 0,1D;
9
h1  r;
Dp  D  2r
K  max{ 0,41[1 
 0,23s  c  / sï  c ];0,35};
ïðè
hï  Ds  c 
K  max{ 0,45[1 
 0,23s  c  / sï  c ];0,40}
10
sc
 0,5;
s1  c
0,41
sc
 0,5;
s1  c
0,38
Dp  D;
0,25s1  r  s1  s2 ;
30  γ  90
11
Dp  D3
0,40
12
Dp  Dñ.ï
0,41
48
Коэффициент ослабления К0 определяют в зависимости от характера расположения отверстий в днище (крышке):
для одиночного отверстия диаметром d
2
d  d 
K0  1 

;
Dð  Dð 
для случая, когда отверстий несколько (рис. 2.19)
K0 

,
1   di Dð 3
1   (di Dð )
где  di  maxd1  d3 ; b2  b3 .
d2
II
d3
b2
I
I
d1
b3
II
Рис. 2.19. Схема для определения максимальной
суммы длин хорд отверстий в наиболее ослабленном сечении: I-I и II-II – диаметральные сечения;
d1 – d3 – диаметры отверстий; b2, b3 – хорды отверстий
Формулы (2.17) – (2.20) применимы при условии (s – c)/Dр  0,1.
2.3. Рубашки
Рубашки в аппаратах предназначаются для наружного нагревания или охлаждения обрабатываемых или хранящихся в аппарате
главным образом жидких продуктов.
По конструкции рубашки бывают неразъемные и отъемные.
Первые применяются преимущественно в сварной и паяной аппаратуре (привариваются или припаиваются к корпусу аппарата), вторые
– в сварной, литой и кованой аппаратуре (присоединяются к корпусу
49
аппарата при помощи фланцев). На рис. 2.20 приведены конструкции
стандартных неразъемных рубашек для вертикальных стальных сварных аппаратов, основные данные которых приведены в табл. П12,
П13.
Исполнение 1
Исполнение 2
б
а
в
г
Рис. 2.20. Конструкции стандартных 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 с углом при вершине конуса 2α = 90° и тип 3, с коническим днищем с углом
при вершине конуса 2α = 60°; в – тип 4, рубашки из полутруб; г – тип 5, рубашки с
вмятинами
50
Рубашки могут устанавливаться на цилиндрических вертикальных и горизонтальных аппаратах. Наибольшее применение они имеют на вертикальных цилиндрических аппаратах.
В сварной и паяной аппаратуре предпочтительно применять неразъемные рубашки. Отъемные (рис. 2.21) рекомендуется применять в
тех случаях, когда по условиям эксплуатации требуется периодическая чистка корпуса, закрытого рубашкой, или это вызывается какими-либо другими соображениями, например невозможностью приварки рубашек к корпусу (в чугунных аппаратах), необходимостью
периодического осмотра корпуса и внутренней поверхности рубашек
и др.
Рис. 2.21. Конструкции отъемных рубашек: а – с эллипсоидальным днищем с нижним выпуском продукта (исполнение 1) и с верхним выпуском продукта (исполнение 2); б – с коническим днищем и с нижним выпуском продукта
В табл. П12, П13 приведены основные данные о нормализованных неразъемных рубашках из углеродистой стали, применяемых в
сварной вертикальной цилиндрической аппаратуре для избыточных
давлений в рубашке до 6,4 МПа и рабочих температур от минус 40 до
плюс 350 °С.
Кольцевые и продольные сварные швы на цилиндрических обечайках аппарата и рубашки с вмятинами располагаются между вмятинами и не должны пересекать их сварные швы.
В табл. П14, П15 приведены основные данные об отъемных рубашках из углеродистой и легированной сталей, применяемых в сварной, кованой и литой цилиндрической вертикальной аппаратуре для
избыточных давлений в рубашке до 1 МПа и рабочих температур от
минус 40 до плюс 360° С. Решение и взаимное расположение нормалями не регламентируется и устанавливается при конструировании
51
аппарата применительно к его конкретным техническим данным. В
частности, опоры для указанных аппаратов большей частью устанавливаются на рубашке (на цилиндрической обечайке – в виде лап или
на днище – в виде стоек). Вместе с тем, возможно предусматривать
опоры аппарата и вне рубашки, например, в верхней его части, особенно при отъемных рубашках, если это связано с удобством разборки и чистки корпуса аппарата.
При конструировании рубашек для горизонтальных цилиндрических аппаратов диаметры рубашек следует выбирать в соответствии
с нормалями на рубашки вертикальных аппаратов.
Горизонтальные аппараты при размещении их в рубашке должны иметь внутри ее соответствующие опоры (жесткие и скользящие)
для воспринятия силы тяжести аппарата и его содержимого, а также
иметь свободу перемещения относительно рубашки при температурных расширениях. Это обеспечивается при жестком закреплении аппарата в рубашке только с одной стороны или посередине. Горизонтальные аппараты с рубашками, как правило, имеют опоры на рубашках. Конструкция нижнего спуска из горизонтального аппарата с рубашкой может быть аналогичной конструкции спуска в вертикальных
аппаратах.
По конструкции рубашки бывают неразъемные (приварные к
корпусу аппарата) и отъемные. Более простыми и надежными в работе являются неразъемные рубашки, которые стандартизованы для
сварной аппаратуры. Отъемные рубашки применяются в тех случаях,
когда по условиям эксплуатации требуется периодическая чистка
корпуса, закрытого рубашкой с обязательным его вскрытием.
При температуре стенки аппарата t < 100 °С допускается приварка рубашки из углеродистой стали или низколегированных сталей
к корпусу аппарата из аустенитных сталей.
2.4. Штуцера
Присоединение трубной арматуры к аппарату, а также технологических трубопроводов для подвода и отвода различных жидких или
газообразных продуктов производится с помощью штуцеров или
вводных труб, которые могут быть разъемными и неразъемными. По
условиям ремонтоспособности чаще применяются разъемные соединения (фланцевые штуцера). Неразъемные соединения (на сварке)
применяются при блочной компоновке аппаратов в кожухе, запол-
52
ненном тепловой изоляцией, где длительное время не требуется осмотра соединений.
Стальные фланцевые штуцера стандартизованы и представляют
собой патрубки из труб с приваренными к ним фланцами или кованые
заодно с фланцами. В зависимости от толщины стенок патрубки штуцеров бывают тонкостенные и толстостенные, что вызывается необходимостью укрепления отверстия в стенке аппарата патрубком с
разной толщиной его стенки.
На рис. 2.22 показаны конструкции стандартных стальных приварных фланцевых штуцеров, в табл. П18 приведены типы штуцеров
и пределы их применения, в табл. П19, П20 – их основные размеры.
а)
б)
в)
г)
д)
Рис. 2.22. Конструкции стандартных стальных приварных фланцевых штуцеров: а – с
приварным плоским фланцем и тонкостенным патрубком; б – с приварным фланцем
встык и тонкостенным патрубком; в – кованый толстостенный; г – с приварным
фланцем встык и толстостенным патрубком; д – вариант конструкции сварного толстостенного штуцера
Присоединение фланцевых штуцеров к цилиндрическому корпусу, днищу или крышке производится с определенным вылетом, который зависит от ру, Dy, а также от толщины изоляции аппарата, если
аппарат подлежит тепловой изоляции.
Рекомендуемые вылеты фланцевых штуцеров регламентированы ОСТ 26-02-2070-83 «Штуцера для сосудов и аппаратов стальных
сварных. Технические требования». Вылеты безфланцевых штуцеров
не стандартизованы, их можно принимать по соответствующим длинам патрубков фланцевых штуцеров.
При фланцевых соединениях на штуцерах с уплотнением выступ-впадина и шип-паз штуцера на аппарате рекомендуется устанавливать с впадиной и пазом. В этом случае присоединяемые части
(трубная арматура, труба) должны иметь соответствующие фланцы с
выступом и шипом.
53
2.5. Пример расчета аппаратов, работающих под внутренним
и внешним избыточным давлением
Рассчитать аппарат с рубашкой (рис. 2.23), работающий под
давлением.
Исходные данные: внутренний диаметр обечайки аппарата
D = 1,3 м; высота цилиндрической обечайки аппарата Н = 2,4 м; избыточное давление пара в рубашке р = 0,25 МПа; температура пара в
рубашке t = 138,2 °С; материал обечайки – сталь 12Х18Н10Т; материал паровой рубашки – сталь ВСт3пс; избыточное давление в аппарате
ра = 0,1 МПа; температура продукта tп = 100 °С; толщина паровой рубашки b = 0,04 м.
Гидростатическое давление жидкости в аппарате не учитывать.
b
H
pp
lэ
H0
lp
Dр
H
D
D
Рис. 2.23. Аппарат с рубашкой и
сферическим днищем
Рис. 2.24. Расчетная схема аппарата
Расчет: 1. Расчет паровой рубашки
Обечайка паровой рубашки рассчитывается как тонкостенная
оболочка, работающая под внутренним избыточным давлением.
54
Расчетная температура t, °С принимается равной температуре
греющего пара t = 138,2 °С.
Допускаемые напряжения:
– в рабочем состоянии σ  η  σ*  1132  132 ÌÏà,
где η – коэффициент, учитывающий вид заготовки (для стального
проката η = 1); σ* = 132 МПа – допускаемое напряжение стали
ВСт3пс при рабочей температуре (табл. П1);
– при гидравлическом испытании
[σ]и = σТ20/1,1 = 210/1,1 = 190,9 МПа,
где σТ20 = 210 МПа – предел текучести стали ВСт3пс при 20 °С
(табл. П5).
Расчетное давление рр равно избыточному давлению пара в рубашке рр = 0,25 МПа.
Пробное давление при гидравлическом испытании ри при
рр < 0,5 МПа
1,5 pp  σ20 /σ;
1,5  0,25 140 / 132;  0,4
pè  max 

max


  0,4 ÌÏà,
0
,
2
0
,
2




где [σ]20 = 140 МПа – допускаемое напряжение стали ВСт3пс при
20 °С (табл. П1).
Внутренний диаметр обечайки паровой рубашки
Dð  D  2b  1,3  2  0,04  1,38 ì.
Расчетная толщина обечайки паровой рубашки
 pp Dp /( 2σ  pp ); 
sp  max 

 pè Dp /( 2σè  pè )
0,25 1,38 /( 2  0,95 132  0,25)  1,37 10 3 ;
 max 
  1,52 ìì ,

3
0,4 1,38 /( 2  0,95 190 ,9  0,4)  1,52 10

где υ – коэффициент прочности сварного шва (υ = 0,95).
Исполнительная толщина стенки паровой рубашки в соответствии с формулой (1.8)
s = sp + с + с0 = 1,52 +1 + с0 = 4 мм,
55
где с – конструктивная прибавка на коррозию. Примем с = 0,001 м;
с0 – прибавка из условия округления толщины стенки до ближайшей
(большей) стандартной величины (ГОСТ 19903–74).
Проверим применимость формул по условию
s  c (4  1) 10 3

 0,0022  0,1,
Dp
1,38
условие выполняется.
2. Расчет стенки цилиндрической обечайки
Стенка обечайки аппарата находится под действием наружного
избыточного давления (рис. 2.24).
При определении расчетной длины обечайки lр длина примыкающего элемента lэ определяется по формуле для выпуклых днищ:
lý 
H 0 0,65

 0,216 ì,
3
3
где H0 – внутренняя высота выпуклой
(Н0 = R = 0,65 м).
Тогда расчетная длина обечайки
части
днища,
м
lp  H  lý  2,4  0,216  2,616 ì.
Расчетную температуру tp, °C, примем равной температуре греющего пара t (tp = t = 138,2 °С); расчетное наружное давление
рн.р – равным
давлению
пара
в
паровой
рубашке
р
(рн.р = р = 0,25 МПа).
Модуль упругости для стали 12X18Н10Т при температуре 20 °С
Е20=2,0·105 МПа; при рабочей температуре Е = 1,98·105 МПа
(табл. П4).
Допускаемое напряжение
– в рабочем состоянии
σ  η  σ*  147,4 ÌÏà,
где σ* = 147,4 МПа – допускаемое напряжение стали 12X18Н10Т при
рабочей температуре;
– при гидравлическом испытании
56
[σ]и = σТ20/1,1 = 240/1,1 = 218,2 МПа,
где σТ20 = 240 МПа – предел текучести стали 12Х18Н10Т при 20 °С
(табл. П6).
Коэффициент запаса устойчивости:
– в рабочем состоянии пу = 2,4;
– при испытании nуи = 1,8.
Определим расчетные коэффициенты:
K3 
nó  ðí.ð
2,4 10 -6 Å
Ê1 

2,4  0,25
2,4 10 -6 1,98 10 5
lp
D

 1,26,
2,616
 2;
1,3
K2 = 0,65 – находится по номограмме (см. рис. 2.6).
Расчетная толщина обечайки корпуса в первом приближении
 K 2  D 10  2 ;


sp  max  1,1 pí.ð  D  


2σ


0,65 1,3 10  2  8,45 10  2  8,45 10 3 


3
 max 1,1  0,25 1,3

8
,
45

10
ì;

3

1
,
21

10


 2 147 ,4

s = sp + c + c0 = 8,45 + l + c0 = 10 мм.
Критическая длина, разделяющая обечайки на «длинные» и «короткие»,
l0  8,15 D
D
1,3
 8,15 1,3
 12,7 ì.
100 ( s  c)
100 (0,01  0,001)
Определим, к какому типу обечаек относится рассчитываемая из
следующего условия:
– если расчетная длина lр > l0, то обечайка является длинной;
– если lр < l0 – короткой.
Так как 2,616 < 12,7, следовательно, обечайка короткая. Такие
обечайки теряют устойчивость с образованием трех, четырех и более
волн смятия.
57
Допускаемое наружное давление из условия прочности:
– при рабочих условиях
 pí σ  2σ s  c  / D  s  c  
2 147 ,4  (10  1) /(1300  10  1)  2,03 ÌÏà ;
– при испытании
 pí σè  2σè  s  c  / D  s  c  
 2  218,2  (10  1) /(1300  10  1)  3,0 ÌÏà.
Допускаемое давление из условия устойчивости в пределах упругости:
– для коротких обечаек в рабочих условиях
18 10 6 E D 100  s  c 
 pí E 
 

nó
lð 
D
2, 5
18 10 6 1,98 10 5 1,3 100  (10  1) 10 3 




2,4
2,616 
1,3


2, 5
 0,34 ÌÏà;
– для коротких обечаек при испытаниях
18 10 6 E20 D 100  s  c 
 pí Eè 
 

n óè
lð 
D
18 10 6  2,0 10 5 1,3 100  (10  1) 10 3 




1,8
2,616 
1,3

2,5

2, 5
 0,46 ÌÏà.
Допускаемое наружное давление с учетом условий прочности и
устойчивости:
– в рабочем состоянии
 pí  
 pí σ
2,03

 0,33 ÌÏà
2
2
1  ( pí σ / pí E )
1  (2,03 / 0,34)
;
– при испытаниях
 pí è 
 pí σè
3

 0,45 ÌÏà
2
2
1  ( pí σè / pí E )
1  (3 / 0,46)
Рассчитаем давление при гидравлических испытаниях
58
.
1,5 pí.ð  σ20 /σ;
pè  max 

0,2


1,5  0,25 160 / 147 ,4  0,41
 max 
  0,41 ÌÏà,
0
,
2


где [σ]20 = 160 МПа – допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т
при 20 °С (табл. П3).
Проверим условия устойчивости обечайки:
– в рабочих условиях рн.р < [рн] (0,25 < 0,33);
– при испытаниях ри < [рн]и (0,41 < 0,45).
Таким образом, условия устойчивости обечайки выполняются.
3. Расчет днища аппарата
Расчетная температура tрд днища равна температуре греющего
пара t, °С (tрд = 138,2 °С). Расчетное давление рр равно давлению пара
в паровой рубашке рр (рр = 0,25 МПа), а расчетный диаметр Dp равен
диаметру паровой рубашки Dp (Dp = 1,38 м). Материал – сталь
ВСт3пс. Давление гидравлического испытания ри рассчитано выше
(ри = 0,41 МПа).
Расчет производим для сферического днища.
Расчетная толщина днища
 pð  Dñ /( 4  σ  pð ) 
sñ.ð  max 



p

D
/(
4


σ

p
)
è 
 è ñ
è
3

 0,25 1,38 /( 4  0,95 132  0,25)  0,68 10 

 max 
 0,78 10 3 ì ;

3

0,41 1,38 /( 4  0,95 190 ,9  0,41)  0,78 10 

sñ  sñ.ð  c  c0  0,78  1  c0  2,5 ìì .
Допускаемое давление:
– в рабочем состоянии
 p  4  σ sñ  c  / D ñ  sñ  c  
 4  0,95 132  2,5  1 /(1380  2,5  1)  0,54 ÌÏà
– при испытаниях
59
;
 pè  4  σè  sñ  c  / D ñ  sñ  c  
 4  0,95 190 ,9  2,5  1 /(1380  2,5  1)  0,79 ÌÏà
.
Условия прочности рр < [р] и ри < [р]и в рабочих условиях и при
испытаниях выполняются: 0,25 < 0,54; 0,41 < 0,79.
4. Расчет толщины стенки плоской крышки (рис. 2.25)
Исходные данные: внутренний диаметр обечайки аппарата
D = 1,3 м; высота цилиндрической обечайки аппарата Н = 2,4 м; избыточное давление в аппарате ра = 0,1 МПа; температура крышки
tп = 100 °С; материал обечайки – сталь 12Х18Н10Т; материал крышки
– листовой прокат из стали 12Х18Н10Т; прибавка к расчетной толщине стенки с = 1 мм, плотность среды ρс = 1000 кг/м3; диаметр болтовой
окружности
Dб = 1400 мм,
средний
диаметр
прокладки
Dс.п = 1350 мм, отношение реакции прокладки к равнодействующей
внутреннего давления Rп/Fд = 1,1, диаметр штуцера d = 100 мм.
Расчет: Допускаемое напряжение:
– в рабочем состоянии [σ] = 147,4 МПа для стали 12Х18Н10Т при
100 °С;
– при гидравлических испытаниях [σ]и=σТ20/1,1=240/1,1 = 218,2 МПа,
где σТ20 = 240 МПа – предел текучести стали 12Х18Н10Т при 20 °С
(табл. П6).
Рис. 2.25. Распределительная камера кожухотрубчатого конденсатора
(а) и расчетная схема ее плоской крышки (б)
60
Расчетное давление рр = р = 0,1 МПа, так как рг = ρc·g·D =
= 9,81·1000·0,8 = 0,0086 МПа,
что
меньше
5 %·р = 0,05·0,1 =
= 0,005 МПа.
Пробное давление при гидравлическом испытании (см. табл. 1.1)
1,5 pí.ð  σ20 /σ;
pè  max 

0
,
2


1,5  0,1 160 / 147 ,4  0,164 
 max 
  0,2 ÌÏà,
0,2


где [σ]20 = 160 МПа – допускаемое напряжение для стали 12Х18Н10Т
при 20 °С (табл. П3).
Расчетная толщина крышки
 K  K 0  Dð  pp /(  σ) 
sï.ð  max 
 K  K 0  Dð  pè /(  σè ) 
 0,49 1,05 1,35 0,1 / 147 ,4  56,3; 
  96,5 ìì ;
 0,49 1,05 1,35 0,2 / 218,2  66,5.
где К – коэффициент, учитывающий тип закрепления крышки (см.
табл. 2.3 и рис. 2.13).
K  0,41
где
1  3ψ  Dá / Dñ.ï  1
1  3  2,1(1400 / 1350  1)
 0,41
 0,49,
Dá / Dñ.ï
1400 / 1350
ψ  1  Rï / Fä  1  1,1  2,1;
К0 – коэффициент ослабления (для одиночного отверстия диаметром d),
2
2
d  d 
100  100 
K0  1 

 1

  1,04.
Dð  Dð 
1350  1350 
Исполнительная толщина плоской крышки
sï  sï.ð  ñ  ñ0  66,5  1  3,2  70 ìì ,
где с0 = 2,8 мм из условия округления толщины до ближайшего большего стандартного значения (ГОСТ 19303–74).
61
Вопросы для самоконтроля
1.
Почему вальцованные обечайки должны иметь возможно
меньше сварных швов?
2.
Какое смещение должны иметь продольные швы в листах
смежных обечаек по отношению друг к другу?
3.
Что произойдет с цилиндрической оболочкой при потере
устойчивости?
4.
Написать формулу Муштари и пояснить ее сущность.
5.
Как записывается условие устойчивости, если изгибающий момент создается действием поперечной нагрузки Q (например,
силами тяжести от собственной массы конструкции; массы среды,
заполняющей горизонтальный цилиндрический сосуд, и т. п.)?
6.
Почему сосуды при расчете на устойчивость делятся на
«длинные» и «короткие»?
7.
Зачем используются кольца жесткости на оболочке, работающей под наружным давлением?
8.
Какие параметры колец жесткости определяются при
расчете оболочки на устойчивость?
9.
Какой конус более прочен – острый или тупой и почему?
10. Зачем эллиптические и конические днища часто снабжаются цилиндрическим поясом – отбортовкой?
11. Напишите формулу для определения допускаемого наружного давления?
12. Как определяют коэффициент ослабления К0 для одиночного отверстия диаметром d?
13. Для чего предназначаются рубашки в аппаратах?
14. Какие конструктивные типы стандартных неразъемных
рубашек для вертикальных стальных сварных аппаратов Вы знаете?
15. Что представляют собой стальные стандартизованные
фланцевые штуцера?
62
3. ИЗГИБ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ ПРИ
СИММЕТРИЧНОМ НАГРУЖЕНИИ
(МОМЕНТНАЯ ТЕОРИЯ)
Рассмотрим работу длинной круговой цилиндрической оболочки (рис. 3.1), к краю которой приложены равномерно распределенные
изгибающие моменты M0 и поперечные силы Q0, приходящиеся на
единицу длины окружности срединной поверхности цилиндра. Выделим из цилиндра полоску единичной ширины (рис. 3.1, б).
а
б
в
г
Рис. 3.1. Цилиндрическая оболочка, нагруженная распределенным изгибающим
моментом и поперечной силой: a – схема нагружения края оболочки; б – полоска, выделенная из цилиндра; в – диаметральное сечение деформированной
оболочки; г – схема действия усилий на сечение полоски
Обозначим через y радиальное перемещение полоски и найдем
относительную деформацию растяжения полоски в окружном направлении:
ε  y r.
Окружное напряжение в срединной поверхности
σ  εE  E y r,
где Е – модуль упругости при растяжении материала оболочки.
63
Окружные растягивающие усилия Tυ, приходящиеся на единицу
длины полоски, имеют составляющую
Ò  E  y  s / r
и составляющую, обусловленную наличием растягивающей осевой
силы Тx,
T  μ  Tx .
Равнодействующая этих усилий, направленная по радиусу, равна
R    E  y  s / r  μ  Tx .
(3.1)
1
Следует отметить, что υ·r = 1, следовательно,   .
r
Из (3.1) видно, что усилие R противодействует прогибу полоски
и пропорционально этому прогибу.
Относительное удлинение полоски при ее изгибе в направлении
x оси цилиндра, согласно обобщенному закону Гука,
σ  μ  σt 0
ε m0  m0
,
E
(3.2)
а в окружном направлении
σ  μ  σ m0
εt0  t0
 0,
E
(3.3)
где индекс “0” указывает, что рассматриваются напряжения и относительные деформации, обусловленные только изгибом.
Так как εt0 = 0 (перемещение в окружном направлении исключено из-за наличия соседних полосок), то уравнение (3.3) примет вид
σ t 0  μ  σ m0 ,
и, следовательно, уравнение (3.2) равно


σ
ε m0  m0  1  μ 2 .
E
Из курса сопротивления материалов известно, что дифференциальное уравнение, связывающее прогиб балки и распределенную нагрузку, равно
EJ
d4y
dx4
 q( x).
64
1
Для нашего случая (вместо   )
r
E J
d4y
 Eys μTx



R




p
 2
,
4
r
r

dx
(3.4)
где p – давление внутри оболочки.
Знак (–) в уравнении (3.4) указывает, что направление силы сопротивления R противоположно направлению прогиба полоски.
Подставляя в (3.4) значения R и E   E /(1  μ 2 ) из уравнения
s3
Es 3
(3.1) и учитывая, что J  ; D 
– цилиндрическая же2
12
12  (1  μ )
сткость оболочки при изгибе, получаем
где β 
d4y
Tx
dx
rD
4

4
β
y
4

p
,
D
(3.5)
4 3(1  μ 2 )
.
Rs
Решение уравнения (3.5) для длинных цилиндрических оболочек
имеет вид
y
M0
2 Dβ
βx
cos βx  sin βx  
e
2
Q0
2 Dβ
βx
e
cos βx  y ,
3
μT 
1  μTx p  r 2 
где y  4  
 
 p  x .
r 
4β  Dr D  Es 
Вопросы для самоконтроля
1. Как определяется окружное напряжение в серединной поверхности круговой цилиндрической оболочки?
2. Напишите дифференциальное уравнение изгиба цилиндрической оболочки при симметричном нагружении.
3. Какие усилия действуют на сечение полоски, выделенной из
цилиндра?
4. По какой формуле определяется цилиндрическая жесткость
оболочки при изгибе?
65
4. УЗЛЫ СОПРЯЖЕНИЯ ОБОЛОЧЕК
4.1. Основные причины возникновения краевых сил и моментов
Полученные выше расчетные формулы (см. разделы 1 и 2) выведены для случая нагружения оболочек, равномерно распределенными по поверхности, статическими нагрузками и справедливы для
оболочек, у которых не закреплены края, а также для участков, удаленных от закрепленных краев оболочек, и мест приложения сосредоточенных нагрузок.
В реальных конструкциях машин и аппаратов края оболочек
прикрепляются к другим оболочкам (часто иных профиля и толщины)
или к соответствующим деталям (фланцы, трубные решетки и т. п.). В
таких узлах сопряжения возникают дополнительные, так называемые
краевые, нагрузки, вызывающие местные напряжения изгиба в материале сопрягаемых элементов. Краевая сила Q0 и краевой момент М0
являются реакциями заделки края оболочки, которому мешает свободно деформироваться сопрягаемая деталь с иными возможностями
для перемещений под действием внешних нагрузок.
а)
в)
б)
г)
Рис. 4.1. Примеры соединения края оболочки: а – с толстым (недеформируемым)
плоским днищем; б – с трубной решеткой теплообменника; в – с фланцем; г – с
кольцом жесткости
Различные возможности для деформаций у сопрягаемых элементов, являющиеся причиной появления краевых нагрузок по конту-
66
ру сопряжения, могут быть вызваны: 1) заделкой края оболочки
(рис. 4.1); 2) изменением геометрических размеров (формы) оболочки
при переходе от одного сечения к другому (рис. 4.2); 3) изменением
нагрузки при переходе от одного сечения к другому (рис. 4.3); 4) изменением свойств материала (модуля упругости, коэффициента линейного расширения, коэффициента Пуассона μ и др.) при переходе
от одного сечения к другому.
а)
б)
в)
г)
Рис. 4.2. Примеры изменения геометрических размеров оболочек: а – соединение
цилиндрических обечаек разной толщины; б, в – соединение обечаек одинаковой
толщины разной формы; г – соединение оболочки с пластинкой, имеющей одинаковую толщину
а)
б)
Рис. 4.3. Примеры изменения нагрузок, действующих на оболочки: а – соединение
корпуса аппарата с его рубашкой; б – соединение оболочки с опорными устройствами
4.2. Основные уравнения совместности деформаций
взаимосвязанных оболочек различной формы
Рассматривая расчет сосудов и корпусов аппаратов, мы до сих
пор предполагали, что каждая из оболочек, образующих сосуд или
67
корпус аппарата, работает самостоятельно и независимо от других
связанных с ней оболочек или других частей аппарата. Во многих
практических случаях так считать допустимо, и получаемые приближения оказываются вполне достаточными для инженерных целей.
Однако в некоторых случаях такое упрощение может привести к совершенно неверным результатам.
Возьмем в качестве примера сосуд, состоящий из цилиндрического корпуса и конического днища, подверженный изнутри действию газового давления (рис. 4.4, а). Мысленно отделим днище от
корпуса (рис. 4.4, б), оставив их под действием приложенных нагрузок (в нашем случае равномерно распределенного давления p).
s
R
а)
б)
p
Δц
θк
2α
Δк
Рис. 4.4. Цилиндр с коническим днищем
Согласно формулам мембранной теории радиальное перемещение края цилиндра будет равно
 ðö 
а поворот его
pR  
 1   ,
Es 
2
 ðö  0.
Для края конуса, замкнутого у вершины, согласно формулам
мембранной теории, линейное перемещение края Δpк и поворот края
θрк будут, соответственно, иметь следующие значения
68
 ðê 
pR
 
 1  ;
E  s  sin   2 
 ðê  
p  R  cos 
2 E  s  sin 
2
.
Как видно, ни линейные перемещения, ни угловые повороты
краев цилиндрической и конической частей не равны между собой.
Если бы оболочки были просто приложены краями друг к другу,
то в результате деформаций, вызванных воздействием газового давления, между обоими краями образовался бы линейный зазор и зазор,
обязанный разности угловых деформаций.
Эти зазоры, однако, без разрушения сосуда образоваться не могут, потому что обе оболочки или изготовляются как одно целое, например, отливаются из чугуна, или неразъемно соединяются между
собой, например, сваркой.
Благодаря взаимному влиянию оболочек, каждая из которых
мешает свободно деформироваться другой, линейные и угловые перемещения обоих краев становятся равными и сосуд принимает новую форму. Учитывая симметричность деформаций относительно
оси, можно заключить, что они вызываются равномерно распределенными по окружностям радиальными краевыми силами и меридиональными краевыми моментами, отнесенными к единице длины окружности и возникающими в сечении стыка оболочек. Любые причины, препятствующие свободной деформации соединенных оболочек,
вызывают появление краевых сил и краевых моментов. Такими причинами, оказываются: во-первых, разная жесткость соединяемых частей, заделка края обечайки, например, соединение ее с трубной доской или массивным фланцем, насаживание на обечайку бандажа и т.д.
Во-вторых, сопряжение оболочек в стыковом сечении под углом. Величина краевых сил, называемых в этом случае распорными
силами, равна проекции меридиональных сил на плоскость, проходящую через стыковое сечение, взятых с обратным знаком.
В-третьих, внезапное изменение по меридиану какого-нибудь
силового или физического параметра: давления, температуры, прочностных характеристик конструкционного материала, например, в
месте соединения обечаек, сделанных из разных материалов.
Приведенные выше расчетные формулы безмоментной теории
оболочек выведены для случая нагружения равномерно распределен-
69
ными по поверхности статическими нагрузками и справедливы для
оболочек, у которых не закреплены края, а также для участков, удаленных от закрепленных краев оболочек и мест приложения сосредоточенных нагрузок.
В реальных конструкциях машин и аппаратов края оболочек
прикрепляются к другим оболочкам (часто иного профиля и толщины) или к соответствующим деталям (фланцы, трубные решетки и
т. п.). В таких узлах сопряжения возникают дополнительные, так называемые краевые нагрузки, вызывающие местные напряжения изгиба в материале сопрягаемых элементов. Краевая сила Q0 и краевой
момент М0 являются реакциями заделки края оболочки, которому
мешает свободно деформироваться сопрягаемая деталь с иными возможностями для перемещений под действием внешних нагрузок.
Действие на обособленные, ни с чем не связанные оболочки
приложенных к их свободному краю и равномерно по нему распределенных краевых сил Q0 и моментов М0 вызывает появление в стенках
оболочки меридиональных сил U, кольцевых сил T и поперечных (радиальных) сил Q, а также появление меридиональных моментов Mm и
кольцевых моментов Mt, как это показано на рис. 4.5.
Q0
M0
Q0 M
0
M0
Q0
M0
Q0
M0 Q0
M0 Q
M0 M0 M M0
Q0
U
0
M0
Q
T
Mt
0
Q0
Q0
Q0
Q0
Mm
Q0
Mt
Mm
T
Q
U
Рис. 4.5. Силы и моменты, возникающие в элементе оболочки: U – меридиональные силы; Т – кольцевые силы; Q – поперечные силы
Особенностью напряженного состояния материала стенок оболочек, вызванного краевыми моментами и силами, является изменение значений вызываемых ими сил, моментов, напряжений и деформаций по мере удаления от края по быстрозатухающей знакопеременной кривой (рис. 4.6), характеризуемой уравнением вида
70
y  À  e x sin   x  cos   x ,
A
c длиной волны   2  весьма малой по
сравнению с радиусом оболочки. В этом
уравнении А – величина соответствующей
нагрузки,   4 3(1   2 ) R( s  ñ) – функция, характеризующая скорость затухания, а
x
х – расстояние от края до исследуемого сечеРис. 4.6. Эпюра краения.
вых напряжений
Для определения Q0 и М0 составляются
так называемые уравнения совместности радиальных и угловых деформаций. Сущность этих уравнений заключается в том, что для нормальной работы машины или аппарата в узле сопряжения не должно
быть никаких относительных перемещений сопрягаемых деталей.
Другими словами, необходимо выполнение условий, когда суммы радиальных и угловых деформаций края одной детали от действующих
внешних и краевых нагрузок равны соответствующим суммам радиальных и угловых деформаций края другой детали от действующих
на нее активных и реактивных нагрузок.
Составим эти уравнения для произвольного узла сопряжения,
находящегося под внутренним давлением. Мысленно рассечем узел
плоскостью, нормальной к оси симметрии оболочек. Так что образуемая вследствие этого статически определимая система представляется
состоящей из двух оболочек (корпуса и днища).
К сопрягаемым оболочкам прикладывается внешняя нагрузка
(внутреннее давление р), распорная сила Q, действующая на край
днища, а также искомые неизвестные краевые нагрузки Q0 и M0.
Уравнения совместности радиальных и угловых деформаций
(без учета правила знаков) будут иметь вид:
 äð  äQ Q   äM ;
0
0
0
0 

ê
ê
ê
ä
ä
ä
 ð  Q   M   ð  Q Q    M , 

0
0
0
0
êð  êQ  êÌ
где
ê
, êM
êð , êQ0 , êM 0 , êð , Q
0
0
(4.1)
– соответственно радиальные и уг-
ловые деформации края корпуса под действием нагрузок р, Q0 и М0;
71
äð , äQ Q , äM ,  äð , äQ Q  ,  äM – соответственно радиальные
0
0
0
0
и угловые деформации днища под действием нагрузок р, Q, Q0 и М0.
Деформации, а следовательно, и напряжения изгиба от действия
краевых нагрузок носят локальный характер и имеют существенную
величину лишь в окрестности непосредственного действия нагрузок.
Решения уравнений совместности деформаций позволяют вычислить искомые значения краевых нагрузок Q0 и M0.
4.3. Сопряжение цилиндрических корпусов аппаратов
с днищами
Расчет краевых напряжений для наиболее распространенных
случаев сопряжения производят по формулам, представленным ниже.
4.3.1. Цилиндрический корпус – плоское днище
Подставляя соответствующие значения деформаций в уравнения
(4.1), получим1 для обечайки с плоским днищем (рис. 4.7):
2     R 2  p  2  R 2  Q  2 2  R 2  M 
ð
0
0
2 E  s  c 
E  s  c 
E  s  c 
1     R  Q  0;
 0
0
E  s ï  c 







2
2
3
2
2  R
4  R

0
 Q0 
M0 

E  s  c 
E  s  c 

31     R 3
61     R
121     R



p


Q


M
,
ð
0
0

2 E  sï  c 3
E  sï  c 2
E  sï  c 3

где  

4 3 1  2
 ; R  D / 2.
R  s  c 
4.3.2. Цилиндрический корпус – коническое днище
Система уравнений совместности деформаций имеет вид для
цилиндрической обечайки с коническим днищем (рис. 4.8, a):
1
Положительные направления деформаций показаны на рис 4.7, 4.8.
72








2 ê2  R 2

 M 0;

E  sê  c   cos 


2 2  R 2
43  R 2
3R  sin 
0
 Q0 
M0 
 pð  
2
E  s  c 
E  s  c 

2 E  sê  c   cos 

2
2
3
2
2 ê  R
4 ê  R


 (Q0  Q) 

M
,
0

E  sê  c   cos 
E  sê  c   cos 2 

2     R 2  p  2  R 2  Q  2 2  R 2  M 
ð
0
0
2 E  s  c 
E  s  c 
E  s  c 
2 ê  R 2

2   R 2

 pð 
 (Q0  Q) 
2 E  sê  c   cos 
E  s ê  c 
где  

4 3 1  2
 ; ê 

4 3 1 2
R  s  c 

R  sê  c  / cos 
; Q
pð  R
2ñtg
.
4.3.3. Цилиндрическая обечайка с эллиптическим днищем
Уравнение совместности деформаций для корпуса с эллиптическим днищем (рис. 4.8, б):
2     R 2  p  2  R 2  Q  2 2  R 2  M 
ð
0
0 
2 E  s  c 
E  s  c 
E  s  c 

2
2

2


a
a
ý

2    2  
 Q0 



2 E  sý  c  
E

s

c
b 
ý
pð  a 2
2 2ý  a 2

 M 0;
E  sý  ñ
2 2  R 2
43  R 2
0
 Q0 
M0 
E  s  c 
E  s  c 
2 2ý  a 2
4 2ý  a 2
 0 
 Q0 
M0,
E  s ý  c 
E  s ý  c 
где  

4 3 1  2














 ;   31    ; R = D/2; a = D/2; b = D/4.
R  s  c 
4
ý
2
a  s ý  c 
73
(4.2)
Рис. 4.7. Расчетная схема соединения цилиндрической обечайки с круглым днищем
б)
а)
Рис. 4.8. Расчетные схемы соединения цилиндрической и конической обечаек
(а); цилиндрической обечайки с эллиптическим днищем (б)
4.3.4. Цилиндрическая обечайка со сферической крышкой
Уравнение совместности деформаций для корпуса со сферической крышкой (рис. 4.9):
Q
Q0
M0
U
Q0
M0
pp
Rс
R
sс
s
U
pp
φ
Рис. 4.9. Расчетная схема соединения цилиндрической обечайки со
сферической крышкой
74
2     R 2  p  2  R 2  Q  2 2  R 2  M 
ð
0
0
2 E  s  c 
E  s  c 
E  s  c 




(1  )  Rñ2  sin 
 ñ  Rñ2  sin 2   (1  k10  k 20 )
 pp 
 (Q0  Q) 
2 E  ( sñ  c )
2 E  ( sñ  c)  k10


2
2
2  sin   Rñ

 ñ
 M 0;

E  ( sñ  c)  k10


2 2  R 2
43  R 2

0
 Q0 
M0 
E  s  c 
E  s  c 


2 ñ2  sin   Rñ2
4 ñ2  Rñ2

 0
 (Q0  Q) 
 M 0.

E  ( sñ  c)  k10
E  ( sñ  c)  k10

где

k 20  1 
4 3(1   2 )
R  ( s  c)
ñ 
;
4 3(1   2 )
Rñ  ( sñ  c)
k10  1 
;
1  2
 ctg;
2ñ  Rñ
pp  Rñ
1  2
 ctg; Q 
 cos .
2ñ  Rñ
2
4.3.5. Расчет прочности в месте сопряжения элементов
Выражения для вычисления краевых напряжений сопрягаемых
элементов приведены ниже.
Суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки с
учетом напряжений от внутреннего давления pр, краевых сил Q0 и
моментов M0 следующие:
– меридиональное напряжение
Q
M
0
0
 m0   pm   m0   m 0 
0
pð  R
2s  c 
0
6M 0
s  c 
2
;
– кольцевое напряжение
Q
M
0
0
t0  tp  t 0  t 0 
0
pð  R
s  c 

(Q0    M 0 )  2  R 6  M 0

;
2
sc
s  c 


– максимальное напряжение  max  max  max
, tmax .
m
0
0
Суммарные напряжения по краю конической обечайки (днища):
– меридиональное напряжение
75
( Q Q )
 mê   pm   m 0
ê

pð  R
ê

2sê  c   cos 
M
 m 0 
ê
Q0  Q   sin 
sê  c

6M 0
sê  c 2
;
– кольцевое напряжение
( Q Q )
tê  tp  t 0
ê
ê
M
 t 0 
ê
pð  R
(Q0  Q)  2 ê  R 2 ê2  R  M 0
6  M 0




;
sê  c   cos 
sê  c   cos  sê  c 2
sê  c


– максимальное напряжение днища  max ê  max  max
, tmax .
m
ê
ê
Суммарные напряжения на краю эллиптического днища следующие:
– меридиональное напряжение
Q
pð  à
M
 mý   ðm   m0   m 0 
ý
ý
2sý  c 
ý
0
6M 0
sý  c 
2
;
– кольцевое напряжение

Q
M
ý
ý
tý  tp  t 0  t 0 
ý

pð  a  2  a 2 b 2
2sý  c 
  2Q0  ý  a  2M 0  2ý  a  6  M 0 ;
sý  c
s  c 2
sý  ñ


– максимальное напряжение  max ý  max  max
, tmax .
m
ý
ý
Суммарное напряжение на краю сферической крышки
– меридиональное напряжение
M
Q
ñ
ñ
 mñ   ðm   m 0   m0 
ñ
pð  Rñ
2( sñ  c)

(Q0  Q)  cos 
6M 0

;
2
( sñ  c )
( sñ  c )
– кольцевое напряжение
M
Q
ñ
ñ
tñ  tp  t 0  t 0 
ñ
pp  Rñ
2 ñ  Rñ  (Q0  Q)  cos  2 ñ2  Rñ  M 0 6  M 0




.
2( sñ  c)
( sñ  c )
( sñ  c )
( sñ  c ) 2
76


max
– максимальное напряжение днища  max ý  max  max
.
,

m
t
ý
ý
Условие прочности в месте сопряжения элементов выполняется,
если  max    []êð . Допускаемое напряжение на краю обечайки
êð  1,3.
4.4. Пример расчета узла сопряжения элементов
цилиндрического аппарата
Определить напряжения в месте сопряжения цилиндрической
обечайки и эллиптического днища (рис. 4.10, а).
Рис. 4.10. Горизонтальный аппарат (а), работающий под давлением, и расчетная схема (б) соединения его цилиндрической обечайки с эллиптическим
днищем
Исходные данные: внутреннее давление р = 0,9 МПа; внутренний диаметр аппарата D = 1900 мм; марка стали – 12Х18Н10Т; прибавка к расчетной толщине стенки с = 1,0 мм; коэффициент прочно-
77
сти сварных швов υ = 1,0; рабочая температура t = 120 °С; сопрягаемые элементы: цилиндрическая оболочка толщиной s = 8 мм и эллиптическое днище толщиной sэ = 8 мм.
Расчет: Подставляя в систему уравнений (4.2) значения геометрических
параметров
аппарата
(R = D/2 = 1900/2 = 950 мм;
a = D/2 = 950 мм; b =D/4 = 475 мм) и физических свойств материала
(коэффициент Пуассона μ=0,3; модуль продольной упругости
Е = 1,99·105 МПа (табл. П4)), получаем систему из двух уравнений с
двумя неизвестными Q0 и М0

2  0,3  0,95 2
2 15,76  0,95 2

0
,
9


Q


0
2 1,99 10 5  0,008  0,001
1,99 10 5  0,008  0,001


0,95 2 
2 

0,9  0,95 2  0,3 
2

2

0,475 
2 15,76  0,95


M0 
 
5
5

1,99 10  0,008  0,001
2 1,99 10  0,008  0,001

2 15,76  0,95 2
2 15,76 2  0,95 2



Q


M
;

0
0
1,99 10 5  0,008  0,001
1,99 10 5  0,008  0,001


2 15,76 2  0,95 2
4 15,76 3  0,95 2
0
 Q0 
M0 
5
5

1,99 10  0,008  0,001
1,99 10  0,008  0,001

2
2
3
2

2 15,76  0,95
4 15,76  0,95
 0 

Q

M
,
0
0

1,99 10 5  0,008  0,001
1,99 10 5  0,008  0,001



где  
4 3 1 2




R  s  c 

4 3 1  0,32

0,950,008  0,001

 15,76 1 / ì ;

4
3 1  2
3 1  0,32
ý 

 15,76 1 / ì .
a  sý  c 
0,950,008  0,001
После упрощения имеем
4
4,96  10  4  0,02Q0  0,32 M 0  6,7 10  4  0,02Q0  0,32 M 0 ;



 0,32Q0  10,14 M 0  0,32Q0  10,14 M 0 ,

откуда Q0 = 0,029 МН/м; М0 = 0.
Суммарные напряжения на краю эллиптического днища:
– меридиональное
78
Q
pð  à
M
 mý   pm   m0   m 0 
ý

ý
2sý  c 
ý
0
6M 0
s ý  c 
2

0,9  0,95
 0  0  61,07 ÌÏà ;
2(0,008  0,001)
– кольцевое

Q
M
ý
ý
 tý   tp   t 0  t 0 
ý

pð  a  2  a 2 b 2
2sý  c 
  2Q0  ý  a  2M 0  2ý  a  6  M 0 
sý  c
s  c 2
sý  ñ
2 

0
,
95

0,9  0,95 2 
2

0,475  2  0,029 15,76  0,95



 0  0  1,91 ÌÏà.
2(0,008  0,001)
(0,008  0,001)
Суммарные напряжения на краю цилиндрической обечайки:
– меридиональное
Q
M
0
0
 m0   pm   m0   m 0 
0

pð  R
2s  c 
0
6M 0
s  c 
2

0,9  0,95
 0  0  61,07 ÌÏà ;
2(0,008  0,001)
– кольцевое
Q
M
0
0
t0  tp  t 0  t 0 
0

pð  R
s  c 

(Q0    M 0 )  2  R 6  M 0


sc
s  c 2
0,9  0,95
2  0,029  15,76  0,95

 0  0  1,91 ÌÏà.
2(0,008  0,001)
(0,008  0,001)
Максимальное напряжение на краю:
– эллиптического днища


 max ý  max  max
, tmax  max61,07, 1,91  61,07 ÌÏà;
m
ý
ý
– цилиндрической обечайки


 max 0  max  max
, tmax  max61,07, 1,91  61,07 ÌÏà.
m
0
0
79
Затем необходимо проверить, выполняются ли условия прочности в месте сопряжения эллиптического днища и цилиндрической
обечайки
 max    []êð  61,07 ÌÏà
 194,5 ÌÏà,
где допускаемое напряжение на краю элементов
êð  1,3  1,3 149,6  194,5 ÌÏà,
[σ] = 149,6 МПа – допускаемое напряжение стали 12Х18Н10Т при рабочей температуре t = 120 °С (табл. П3).
Таким образом, условие прочности в месте сопряжения элементов выполняется.
Вопросы для самоконтроля
1.
Почему в местах сопряжения элементов конструкции аппаратов возникают дополнительные напряжения?
2.
Что является причиной появления краевых нагрузок по
контуру сопряжения оболочек?
3.
Написать уравнения совместности деформаций оболочек
в общем виде и пояснить их сущность.
4.
Что такое распорная сила, действующая на край днища?
5.
Какие величины вычисляются в результате решения
уравнений совместности деформаций?
6.
В чем особенность краевых напряжений, и почему они
считаются менее существенными, чем мембранные?
7.
Поясните на примере правило знаков в уравнениях совместности деформаций.
8.
В формуле меридиональных краевых напряжений есть сла6 M
гаемое   m2 . Пояснить его сущность.
( s  c)
9.
Какой физический смысл величины  в формулах соответствующих краевых нагрузок y  Àe x sin x  cos x  .
10. Нарисовать типовую эпюру краевых напряжений.
11. Как определяется опускаемое напряжение на краю обечайки?
12. Как записывается условие прочности в краевой зоне?
80
5. УКРЕПЛЕНИЕ ОТВЕРСТИЙ В ОБОЛОЧКАХ
5.1. Геометрический критерий расчета укрепления и методы
компенсации ослабления
Корпус аппарата снабжается необходимым количеством штуцеров для подключения его к технологическим линиям, лазами – люками для осмотра и ремонта аппарата, смотровыми окнами для наблюдения за процессом и т. д. Отверстия не только уменьшают несущую
площадь материала корпуса, механически ослабляя конструкцию, но
и вызывают высокую концентрацию напряжений вблизи края отверстия.
Как показывают эксперименты, максимальные напряжения быстро уменьшаются по мере удаления от края отверстия, т. е. прирост
напряжений носит локальный характер. Таким образом, при проектировании аппаратуры необходимо решать задачу о снижении повышенных напряжений в области отверстий до допускаемых значений
за счет компенсации ослабления, вызванного наличием выреза.
Компенсация ослабления может производиться двумя способами:
1) увеличением толщины стенки всей оболочки исходя из максимальных напряжений у края отверстия;
2) укреплением края отверстия добавочным материалом, вводимым по возможности ближе к месту распределения максимальных
напряжений.
Первый способ применяется очень редко и не может быть признан рациональным, так как область повышенных напряжений незначительна и ограничивается диаметром
dí  d  2 Dð s  c  ,
где d – диаметр отверстия; Dр – расчетный диаметр оболочки.
На рис. 5.1 представлено несколько вариантов укрепления отверстий по второму способу.
В расчетной практике широкое распространение получил так
называемый геометрический критерий укрепления, предусматривающий компенсацию площади продольного сечения выреза с помощью
дополнительных укрепляющих элементов (дополнительной толщиной
81
стенки штуцера, накладного кольца и т. д.), расположенных в зоне
укрепления. Зоной укрепления отверстия (рис. 5.2) считается прямоугольник BCDE со сторонами:
EB  l1ð  l2ð  s  só.ð;
BC  D  2sø  2L0 ,
где l1р и l2р – соответственно расчетная длина внешней и внутренней
частей штуцера; d – диаметр отверстия штуцера; sш – толщина стенки
штуцера; sу.р – расчетная толщина усиливающего обечайку элемента
(накладного кольца); L0 – расчетная длина образующей оболочки в
зоне укрепления.
а)
г)
б)
в)
д)
е)
Рис. 5.1. Схемы для различных конструкций укрепления отверстий в стенках аппаратов, работающих при статических нагрузках: а – укрепление односторонним
штуцером; б – двусторонним штуцером; в – односторонним штуцером и накладкой; г – двусторонним штуцером и двумя накладками; д – отбортовкой и штуцером; е – бобышкой
Условие укрепления имеет вид
 À1Í  À1Â 1  À2  2  À0  À,
где А – площадь продольного сечения выреза, подлежащая компенсации; А0 – площадь продольного сечения оболочки, участвующая в укреплении; А2 – площадь продольного сечения усиливающего обечайку
элемента в зоне укрепления; А1Н и А1В – площади продольного сечения соответственно наружной и внутренней частей штуцера, участвующие в укреплении; 1  ø  и  2  ó  – соответственно
82
отношение допускаемого напряжения материала штуцера и усиливающего элемента к допускаемому напряжению материала укрепляемой оболочки.
Учитывая, что исполнительная толщина стенок обечайки s и
штуцера sш всегда больше их расчетных значений sр + c, sш.р + сш,
имеющийся «излишек» материала участвует в укреплении отверстия.
Относительно небольшая площадь сечения сварных швов обычно при
расчете укрепления отверстий не учитывается и идет в запас прочности. В случае если аппарат работает в условиях одновременного воздействия внутреннего и наружного давлений, расчет укрепления отверстий выполняется для обоих режимов работы.
Рис. 5.2. Схема к расчету укрепления отверстия
В необходимых случаях в расчет может быть включена площадь
сечения металла любого конструктивного элемента, находящаяся в
зоне укрепления.
5.2. Основные расчетные размеры
Расчетный диаметр укрепляемого элемента:
– цилиндрической оболочки
Dр = D;
– конического днища или перехода
Dр = Dк/cosα,
где Dк – внутренний диаметр днища (перехода) по центру укрепляемого отверстия;
83
– стандартного эллиптического днища (крышки)
Dð  2 D 1  3r / D 2 ,
где r < 0,4D – 0,5(d + 2sш) – расстояние от центра укрепляемого отверстия до оси эллиптического днища;
– сферической оболочки
Dр = Dс,
где Dс – внутренний диаметр сферической оболочки.
Расчетный диаметр круглого отверстия штуцеров (рис. 5.3): в
цилиндрических или конических обечайках, если ось отверстия нормальна к их оси или наклонена (рис. 5.3, б, г) в плоскости поперечного сечения обечайки, а также для нормального штуцера сферической
и эллиптической оболочек
dр = d + 2cш;
для смещенного штуцера на эллиптическом днище (рис. 5.3, д)
dð  d  2ñø 
1  (2r Dð )2 ;
в цилиндрической или конической обечайке, а также сферическом
днище, если ось отверстия лежит в плоскости продольного сечения
оболочки (рис. 5.3, а),
d ð d  2cø  cos 2  ,
где γ – угол наклона оси штуцера относительно нормали, γ = 45º;
Расчетная длина внешней и внутренней частей штуцера, участвующих в укреплении отверстия:


l2ð  min l2 ; 0,5 d  2cø sø  ñø ,
l1ð  min l1; 1,25 d  2cø sø  ñø  ;
где l1 и l2 – фактическая длина соответственно внешней и внутренней
частей штуцера.
Расчетная длина образующей оболочки в зоне укрепления (см.
рис. 5.2)


L0  Dð só.ð  s  ñ .
84
Рис. 5.3. Примеры укрепления отверстия штуцера: а – наклонного (γ = 45°);
б – лежащего в плоскости поперечного сечения; в – близкорасположенного к
несущей конструкции; г – тангенциально расположенного; д – смещенного на
эллиптическом днище (крышке)
Расчетная и исполнительная толщины стенки укрепляемой оболочки sр и s, расчетная и исполнительная толщины стенки штуцера
sшр и sш определяются в соответствии с формулами раздела 2, учитывая, что s > sp + c и sш > sшр + сш.
Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при
отсутствии избыточной толщины стенки укрепляемого элемента
85
d0ð  0,4 Dð s  c .
5.3. Условия укрепления одиночных отверстий
Наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления,


d 0  2 s  c  / sð  0,8 Dð s  c   cø

Минимальное расстояние между наружными поверхностями
двух соседних штуцеров, когда их можно считать одиночными
(рис. 5.4),




  sc ,
  Dp só.ð  s  c  Dp só.ð
(5.1)
где Dp и Dp – расчетные внутренние диаметры укрепляемой оболочки в месте расположения штуцеров соответственно диаметром d′ и d′′;
 – расчетные толщины укрепляющих накладных колец.
só.ð и só.ð
Рис. 5.4. Укрепление взаимовлияющих отверстий

При Dp = Dp и só.ð = só.ð


  2 Dp só.ð  s  c .
Условие укрепления отверстия утолщением стенки аппарата,
штуцером, накладным кольцом или комбинированным укреплением
(см. рис. 5.3, а):
86
l1ð  só.ð  s  sð  c sø  søð  ñø  l2ð  sø  2ñø  1 
 Dð  s ó.ð  s  c    2  s ó.ð  s  sð  c   0,5d ð  d 0ð  sð .
Расчетная толщина накладного кольца sу.р определяется методом последовательных приближений из условия укрепления отверстия.
Исполнительная толщина накладного кольца принимается по
конструктивным соображениям: sy  sу.р, если L > L0, или
sу  sу.р·L0/L, если L < L0.
5.4. Условия укрепления взаимовлияющих отверстий
Если оболочка ослаблена несколькими отверстиями (см.
рис. 5.4) и расстояние между наружными поверхностями соседних
штуцеров не удовлетворяет условию (5.1), то вначале рассчитывают
укрепления для каждого из этих отверстий отдельно по выше приведенным формулам, а затем определяют допускаемое давление для перемычки между отверстиями с целью проверки достаточности ее укрепления.
Допускаемое внутреннее давление для перемычки


 pï   2k1    []  (s  c)    ï ,

 0,5( Dp  Dp )  s  c 

(5.2)



l1p ( sø  cø )  l2 p ( sø  cø )  1  L0  s ó.ð  2  























l
(
s

c
)

l
(
s

c
)



L

s



1p ø
ø
2p ø
ø
1
0 ó.ð
2 

1
 ï  min 
,
  ( s  c)
1,0;







 d   2cø l1p d   2cø l1p  
dp  dp 





k
1

0
,
5

k


 

2
1




 

Dp
  


 Dp




где k2 = 0,5(1 + cos2γ2) – для цилиндрических и конических обечаек
(см. рис. 5.4); k2 = 1 – для выпуклых днищ (крышек).
Допускаемое наружное давление для перемычки
 pí  
 pí ï 
,
2
1  ( pí ï  / pí E )
87
где [рн]пσ – допускаемое наружное давление для перемычки в пределах пластичности, определяемое по формуле (5.2) при υ = 1.
При укреплении двух близкорасположенных отверстий другими
способами половина площади, необходимой для укрепления в продольном сечении, должна находиться между этими отверстиями.
Пределы применения расчетных формул ограничиваются условиями, приведенными в табл. 5.1.
Таблица 5.1
Условия применения формул для расчета укрепления отверстий
Отношение диаметров
Отношение толщины стенки
обечайки или днища к диаметру
Цилиндрические
dp/D ≤ 1,0;
S/D ≤ 0,1;
Конические
dp/Dк ≤ 1,0
s/Dк ≤ 0,1/cosα
dp/D ≤ 0,5
s/D ≤ 0,1
Обечайки или днища
Эллиптические
Сферические
Приведенные рекомендации справедливы для элементов, выполненных из пластичных материалов, работающих в условиях статических нагрузок и допускающих в зоне укрепления отверстий величину напряжения, близкую к пределу текучести.
В случае, когда аппараты изготовлены из хрупких материалов
или защищены от коррозии хрупкими покрытиями, а также при условии, что аппараты из пластичных материалов находятся под воздействием циклических нагрузок или работают при отрицательных температурах, необходимо использовать методы расчета, основанные на
недопустимости пластических деформаций материала оболочек, находящегося вблизи отверстия.
5.5. Пример расчета укрепления отверстий в аппарате
Рассчитать укрепление отверстия в цилиндрической обечайке
(рис. 5.5).
Исходные данные: внутренний диаметр оболочки D = 2500 мм;
расчетное давление рp = 0,8 МПа; расчетная температура t = 200 °С;
длина неукрепленной части оболочки l = 2900 мм; диаметр отверстия
d = 300 мм; длина внешней части штуцера l1 = 200 мм; длина внут88
d
d
sш
lук
ренней части штуцера l2 = 5 мм;
l1
бавка к расчетной толщине стенки
l2
с = 1,0 мм; тип оболочки – цилиндрическая; марка стали, из которой изготовлены оболочка, штуцер, укрепляющий элемент, – ВСт3; вид нагружения – наружное давление; тип укрепления отверстия – накладное кольцо;
D
sук
коэффициент прочности сварных швов
υ = 1,0.
s
Расчет: Определение основных
расчетных размеров. Расчетный диаРис. 5.5. Конструкция укрепления
метр, укрепляемого элемента опреде- отверстия накладным кольцом и
ляется по формуле для цилиндриче- утолщением стенки штуцера
ской обечайки Dp = D = 2500 мм.
Расчетный диаметр круглого отверстия штуцеров:
– так как для цилиндрической обечайки ось отверстия нормальна (см. рис. 5.5) к ее оси, расчетный диаметр отверстия
dp =d + 2cш =300 + 2 · 1 = 302 мм,
где сш = 1,0 мм – прибавка на коррозию к расчетной толщине стенки
штуцера.
Исполнительную s и расчетную sp толщину укрепляемой оболочки определяют по формулам
 K 2  D 10 2 ;
0,85  2500 10 2  21,25




3
sp  max 1,1 pí.ð  D   max  1,1  0,8  2500
  21,25 10 ì;
 8,73 



2

126




2



s = sp + с + с0 = 21,25 +1 + с0 = 25 мм,
где [σ]=126 МПа – допускаемое напряжение; К2 = 0,85 – коэффициент, находится по номограмме (см. рис. 2.6) при известных расчетных
коэффициентах
89
K3 
nó  ðí.ð
2,4  10 -6 Å
Ê1 

lp
D
2,4  0,8
2,4  10 -6  1,81  105

 4,42;
2900
 1,16,
2500
здесь пу = 2,4 – коэффициент запаса устойчивости в рабочих условиях; Е = 1,81·105 МПа – модуль упругости для стали ВСт3 при рабочей
температуре t = 200 °С (табл. П4); lр – расчетная длина обечайки, принимается
равной
длине
неукрепленной
части
оболочки
(lр = l = 2900 мм).
Расчетную sш.р и исполнительную sщ толщину стенки штуцера
находят по формулам
 K 2  d p 10 2 ;
0,73  302 10 2  2,2




3
spø  max 1,1 p  d p
  max  1,1  0,8  302
  2,2 10 ì;
 1,05 



2

126




2



sш = spш + c + c0 = 2,2 + l + c0 = 4,0 мм,
где К2=0,73 – коэффициент, находится по номограмме при известных
расчетных коэффициентах (см. рис. 2.6):
K3 
nó  ð
2,4  10 -6 Å
Ê1 

2,4  0,8
2,4  10 -6  1,81  105
lpø
dp

 4,42;
240
 0,8,
302
здесь lшр = 240 мм – расчетная длина штуцера, lшр = l1 + l2 + s + sy =
= 200 + 5 + 25 + 10 = 240 мм.
В расчетах по формуле sш = sшp + c + c0 необходимо добиться
(для обеспечения удобства сваривания) выполнения условия sш = s,
поэтому sш = 25 мм.
Расчетная длина внешней l1p и внутренней l2р частей штуцера,
участвующих в укреплении отверстия,
90


l1ð  min l1; 1,25 d  2cø sø  ñø  


l2ð  min l2 ; 0,5 d  2cø sø  ñø 
 min 5; 0,5 302  (25  1)  41,7 41,7 ìì .
 min 200 ; 1,25 302  (25  1)  106 ,4  106 ,4 ìì ;
Расчетная длина образующей оболочки в зоне укрепления
(см. рис. 5.2)
L0  Dр  sу.р  s  с   2500  (10  25  1)  291,5 мм,
где sy.p = 10 мм – расчетная толщина накладного кольца, определяется методом последовательных приближений из условия укрепления
отверстия. Как правило, sy.p <sy < s, поэтому принимаем
sy = sy.p = 10 мм (здесь sy – исполнительная толщина накладного
кольца).
Расчетный диаметр отверстия, не требующего укрепления, при
отсутствии избыточной толщины стенки укрепляемой оболочки
d 0ð  0,4 Dð  s  c   0,4 2500  (25  1)  98 ìì.
Так как d > d0p (300 > 98 мм), то отверстие необходимо укреплять. Наибольший диаметр одиночного отверстия, не требующего дополнительного укрепления,




d 0  2 s  c  / sð  0,8  Dð  s  c   cø 

 2 25  1 / 21,25  0,8 2500  25  1  1  159 ,7 ìì .
Так как d0 < d (159,7 мм < 300), следовательно, требуется укрепление отверстия.
Условие укрепления отверстия штуцером и накладным кольцом
l1ð  s ó.ð  s  sð  c  sø  søð  ñø  l2ð  sø  2ñø  1 
 Dð  s ó.ð  s  c    2  s ó.ð  s  sð  c   0,5d ð  d 0ð  sð 
 106 ,4  10  25  21,25  1  25  2,2  1  5  25  2 1 
 2500  10  25  1  10  25  21,25  1  0,5  302  98   21,25;
6429,7 мм2 > 2167,5 мм2,
91
следовательно, условие укрепления отверстия накладным кольцом
выполняется (здесь 1  ø   1,  2  ó   1 – соответственно отношение допускаемого напряжения материала штуцера и
усиливающего элемента к допускаемому напряжению материала укрепляемой оболочки; так как все элементы выполнены из одной марки стали, 1   2  1.
Вопросы для самоконтроля
1. Почему при проектировании аппаратов необходимо учитывать
наличие отверстий?
2. В чем сущность геометрического критерия укрепления отверстия?
3. Что такое «избыточная толщина стенки» в расчетах укрепления отверстий.
4. Какие способы конструктивной компенсации ослабления стенки от отверстий Вы знаете?
5. Почему штуцер имеет, как правило, большой избыток толщины стенки по сравнению с корпусом сосуда?
6. Как определяется расчетный диаметр укрепляемого элемента:
конического днища или перехода?
7. Как определяется расчетный диаметр укрепляемого элемента:
эллиптической крышки?
8. Как определяется расчетный диаметр круглого отверстия
штуцеров в цилиндрических или конических обечайках, если ось отверстия нормальна к их оси?
9. Как определяется расчетный диаметр круглого отверстия для
нормального штуцера сферической и эллиптической оболочек?
10. Как определяется расчетный диаметр круглого отверстия
штуцеров в цилиндрической или конической обечайке, а также сферическом днище, если ось отверстия лежит в плоскости продольного
сечения оболочки?
11. Чему равен расчетный диаметр d0p отверстия, не требующего
укрепления, при отсутствии избыточной толщины стенки укрепляемого элемента?
12. Чему равен наибольший диаметр d0 одиночного отверстия, не
требующего дополнительного укрепления?
92
6. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ
ПЛОТНОПРОЧНЫХ РАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
6.1. Основные типы фланцев и их применение
Фланцевые соединения (рис. 6.1) – наиболее широко применяемый вид разъемных соединений в аппаратах, обеспечивающий герметичность и прочность конструкций, а
также простоту изготовления, разборки и сборки. Соединение состоит из
двух фланцев, болтов и прокладки, которая устанавливается между уплотнительными поверхностями и позволяет обеспечить герметичность при
относительно небольшом усилии затяжки болтов.
По конструкции фланцы можно
разделить на цельные, когда корпус
аппарата и фланец работают под нагрузкой совместно, и свободные, когда
корпус аппарата разгружен от действия изгибающих моментов, возникающих при затяжке фланцевого соединения. Конструкция фланцев в значительной мере определяется давлением рабочей среды и
требованиями минимальных затрат времени на сборку или разборку
соединения.
По конструкции фланцы можно разделить на цельные, когда
корпус аппарата и фланец работают под нагрузкой совместно
(рис. 6.2, 6.3), и свободные, когда корпус аппарата разгружен от действия изгибающих моментов, возникающих при затяжке фланцевого
соединения (рис. 6.4).
Плоские приварные фланцы (см. рис. 6.2, табл. П16) представляют собой плоские кольца, приваренные к краю обечайки по еѐ периметру (рис. 6.2, а). Они также могут делаться с защитным кольцом
(рис. 6.2, б) в целях экономии конструкционного материала. Этот тип
фланца применяется при Ру = 0,3…1,6 МПа и температуре до 300 °С.
Рис. 6.1. Фланцевое соединение:
1 – фланцы; 2 – болтовое соединение; 3 – прокладка
93
а)
б)
Рис. 6.2. Фланец плоский с шейкой
а)
б)
Рис. 6.3. Фланец с шейкой, приварной встык
а)
б)
в)
Рис. 6.4. Свободные фланцы: а – на отбортовке;
б – на приварном кольце; в – на приварном бурте
94
Приварные встык фланцы (см. рис. 6.3, табл. П17) имеют конические втулки-шейки (рис. 6.3, а). Втулка фланца приваривается стыковым швом к обечайке и значительно увеличивает прочность фланца.
Если аппарат изготовлен из дорогостоящей легированной стали, то
такой фланец в целях экономии конструкционного материала делают
с защитным кольцом (рис. 6.3, б). Этот тип фланцев применяется при
Py = 1,6…6,4 МПа и температуре до 300 °С.
Свободные фланцы (см. рис. 6.4) представляют собой кольца,
имеющие внутренний диаметр несколько больше наружного диаметра
обечайки, на которую их свободно одевают. Фланец на отбортовке
(рис. 6.4, а) применяют в аппаратах из цветных металлов, на приварном кольце и бурте – в аппаратах из высоколегированных сталей.
Все свободные фланцы экономят дорогостоящие конструкционные материалы и изготавливаются из углеродистой стали обыкновенного качества – стали ВСт3. При затяжке фланец опирается в отбортовку обечайки (рис. 6.4, а), в кольцо, привариваемое к краю обечайки (рис. 6.4, б), или на бурт, привариваемый встык к обечайке
(рис. 6.4, в). Свободные фланцы на отбортовке применяются при давлении до 0,6 МПа, на кольце – до 1,6 МПа, на бурте – до 6,4 МПа.
Конструктивные формы уплотнительных поверхностей регламентированы ОСТ 26-426–79 и ОСТ 26-427–79 и представлены на
рис. 6.5. Плоская уплотнительная поверхность (см. рис. 6.5, а, б) применяется при внутреннем давлении до 0,6 МПа, фланцы с выступомвпадиной (см. рис. 6.5, в) – от 0,6 до 1,6 МПа, с шипом-пазом
а)
г)
б)
д)
в)
е)
Рис. 6.5. Форма уплотнительных (привалочных) поверхностей:
а – плоская; б – плоская с рисками; в – выступ-впадина; г – шиппаз; д – с овальным металлическим кольцом; е – с линзой
95
(рис. 6.5, г) – от 1,6 до 6,4 МПа. Уплотнительные поверхности под металлическую прокладку с овальным металлическим кольцом и с линзой (рис. 6.5, д, е) рекомендуются для давлений 6,4…16,0 МПа.
Прокладка должна отвечать следующим основным требованиям:
при сжатии с возможно малым давлением заполнять все микронеровности уплотнительных поверхностей; сохранять герметичность соединения при упругих перемещениях элементов фланцевого соединения (для этого материал прокладки должен обладать упругими свойствами); сохранять герметичность соединения при его длительной
эксплуатации в условиях воздействия коррозионных сред при высоких и низких температурах.
Различные условия работы прокладок обусловливают и многообразие применяемых прокладочных материалов: металлы – сталь,
никель, алюминий, медь, свинец; полимеры – фторопласт, полиэтилен, полихлорвиниловый пластикат, асбест, паронит, резина; комбинированные прокладки – асбест в металлической обкладке из листового металла, полимеры в сочетании с металлами и т. д.
Материал прокладок выбирают в зависимости от параметров (давление, температура) и химических свойств среды, воздействующих на
прокладку (табл. 6.1).
Таблица 6.1
Прокладочные материалы
Предельная Рабочее давление, МПа,
температура при уплотнительной
Материал и
t, ºC
поверхности
конструкция
Выступ
прокладки
гладот
до
– впади- шип-паз
кой
на
1
2
3
4
5
6
Резина техническая кисло–30
тощелочная
КЩ (7338–77)
Резина техническая масло–30
бензостойкая
МБ (7338–77)
Резина техническая тепло–
стойкая
Т (7338–77)
Паронит общего назначения –35
ПОН (481–80)
Среда
7
+50
1,0
–
–
Вода, воздух, нейтральные растворы солей, нейтральные газы и
пары, HSO концентрация до 56 %
+50
1,0
–
–
Тяжѐлые нефтепродукты, керосин, масла, бутанол
+140
–
–
–
Водяной пар, сухие нейтральные
и инертные газы
+90
+250
+450
1,0
2,5
2,5
6,4
6,4
Вакуум Воздух, вода, водяной пар, сухие
50…99% нейтральные и инертные газы
96
Продолжение табл. 6.1
1
2
Паронит маслобензостой–40
кий
ПМБ (481–80)
3
+200
+300
+60
+150
+490
Картон асбестовый
–15 +450
(2850–75)
Фторопласт-4
–269 +250
(10007–80Е)
4
2,5
2,0
1,6
2,5
2,5
5
6
7
5,0
6,4
0,15
–
–
Углеводороды жидкие и газообразные (мазут, масла, смолы)
–
–
2,5
Кислоты и щѐлочи любой концентрации, растворители
Лѐгкие нефтепродукты.
Вакуум Тяжѐлые нефтепродукты Сжи50…99% женные углеводороды Кислород
и азот. Коксовый газ
6.2. Расчет фланцевого соединения,
работающего под внутренним давлением
Комплексный расчет фланцевого соединения состоит из определения геометрических размеров его основных элементов (фланцев,
прокладки, болтов), удовлетворяющих условиям герметичности и
прочности.
Ниже приведен порядок расчета стальных фланцевых соединений аппаратов, работающих под внутренним давлением, как наиболее
распространенных в аппаратостроении.
Расчетные формулы применимы (см. рис. 6.2 – 6.4) при Dн/D< 2.
При работе аппарата в условиях нескольких расчетных режимов по
температуре и давлению расчет производится на наиболее тяжелый
режим.
1. Расчетная температура элементов фланцевого соединения устанавливается в соответствии с данными табл. 6.2.
Таблица 6.2
Расчетная температура элементов фланцевого соединения
Изолированные
Неизолированные
Тип фланцевого
соединения
tф
tc
tб
tф
tc
tб
Приварные встык
Плоские приварные
t
–
0,97t
0,96t
–
0,95t
Примечание: tф, tc, tб, t – расчетная температура соответственно фланцев, свободного
кольца, болтов и обечайки.
2. Допускаемое напряжение для материала болтов (шпилек) определяется по табл. 6.3; для материала болтов, не указанных в таблице, определяется по формуле
á   ò nòá ,
97
если расчетная температура болтов (шпилек) не превышает для углеродистых сталей 280 °С, низколегированных 420 °С, аустенитных
525 °С.
3. Толщина s0 втулки фланца (см. рис. 6.2, 6.3) в зависимости от
его конструкции принимается:
 для приварного встык s  s0  1,3s, но во всех случаях
s0 – s  5 мм;
 для плоских приварных и свободных s0  s, где s – исполнительная толщина обечайки аппарата.
Таблица 6.3
Допускаемое напряжение [σ]б (МПа) для стальных болтов (шпилек)
Расчетная
температура t, ºС
35; 40
Вст5
45Х14Н14В2М
12Х18Н10Т;
10Х17Н13М2Т
35Х;
40Х;
37Х12Н8Г8МФБ;
38ХА; 20ХН3А
25Х2МФА;
25Х1МФ
25Х2М1Ф
Марка стали
20
100
200
250
300
350
375
400
425
450
475
500
130
126
120
107
97
86
80
75
68
–
–
–
160
150
138
132
126
120
117
114
110
107
104
100
110
105
98
95
90
86
85
83
82
80
79
78
230
230
225
222
220
185
175
160
–
–
–
–
230
230
225
220
215
215
210
210
182
156
127
–
230
230
225
220
215
215
210
210
195
180
165
150
4. Толщина s1 у основания втулки приварного встык фланца
(см. рис. 6.3):
s1  1  s0 ,
при этом β1 определяется из рис. 6.6.
5. Высота hв втулки фланца:
 приварного встык
1
hâ   s1  s0 ,
i
где i – уклон втулки (i = 1/3);
98
β1
2,5
βmax=2,5
2,3
βmax=2,2
2,1
βmax=2,2
βmax=2,0
1,9
1,7
1,5
20
40
60
80
100 D/s0
Рис. 6.6 График для определения коэффициента β1:
2,5<pу≤4,0 МПа;
4,0<pу≤6,4 МПа;
1,6<pу≤2, МПа;
0,6<pу≤1,6 МПа
 плоского приварного или свободного
hâ  0,5 D  s0  c .
6. Диаметр Dб болтовой окружности фланцев:
 приварных встык
Dá  D  2s1  dá  u ,
где и – нормативный зазор между гайкой и втулкой (и = 4…6 мм);
dб – наружный диаметр болта, выбираемый по табл. 6.4;
 плоских приварных
Dб ≥ D + 2(2s0 + dб + u).
Таблица 6.4
Рекомендуемые диаметры болтов (шпилек) dб (мм) в зависимости от давления pp и
диаметра аппарата D
pp,
МПа
0…0,6
0,6…1,0
1,0…1,6
1,6…2,5
2,5…4,0
4,0…6,4
6,4…8,0
8,0…10,0
800
1000
1200
D, мм
1400
1600
20
20
20
20
30
30
30…36
36…42
20
20
20
20
30
42
42
48
20
20
24…30
24…30
36
42
48
52…56
20
20
24…30
24…30
36
48
52…56
56…64
20
24…30
24…30
24…30
36
48
52…56
56…64
1800
2000
2200
20
24…30
24…30
30
42
52
–
–
24
30
30
30
42
52
–
–
24…30
30
30
–
–
–
–
–
7. Наружный диаметр фланцев всех рассматриваемых типов
Dн ≥ Dб + a,
99
где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру
фланца, принимаемая по табл. 6.5.
8. Наружный диаметр прокладки приварных встык и плоских
приварных фланцев
Dнп = Dб – e,
где е – нормативный параметр, зависящий от типа прокладки и принимаемый по табл. 6.5.
Таблица 6.5
Вспомогательные величины для определения размеров фланца
Диаметр
болта
dб, мм
Диаметр
отверстия
под болт
d, мм
20
22
24
27
30
36
42
48
52
56
60
64
23
25
27
30
33
40
46
52
58
60
66
70
Конструктивная добавка а, мм
для гаек шесдля гаек
тигранных с
шестигранных уменьшенным
(обычных)
размером под
ключ
40
42
47
52
58
60
80
92
97
110
115
120
36
40
42
47
52
63
69
80
86
–
–
–
Нормативный параметр е, мм
для прокладок
для
овального и
плоских
восьмиугольного
прокладок
сечения
30
32
34
37
41
48
55
61
65
–
–
–
50
52
57
60
64
71
78
84
88
195
240
240
9. Средний диаметр прокладки
Dñï  Díï  b,
где b – ширина прокладки, принимаемая по табл. 6.6.
Размеры прокладок
Прокладки
Плоские неметаллические
Плоские металлические
Плоские в металлической оболочке и зубчатые
металлические
Овального и восьмиугольного сечения для
р > 6,4 МПа
100
Диаметр аппарата D, мм
D ≤ 1000
1000 < D ≤ 2000
D > 2000
D ≤ 1000
D > 1000
D ≤ 1600
D > 1600
D ≤ 600
600 < D ≤ 800
800 < D ≤ 1000
1000 < D ≤ 1600
Таблица 6.6
Ширина
прокладки b, мм
12…15
15…25
25
10…12
12…15
12…18
13…25
12…13
16…22
18…28
22…42
10. Количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения,
ná    Dá / tø ,
где tш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления по табл. 6.7.
Таблица 6.7
Рекомендуемый шаг расположения болтов
(2,1…2,8)dБ
(2,3…3,0)dБ
(2,7…3,5)dБ
(3,0…3,8)dБ
(3,5…4,2)dБ
(3,8…4,8)dБ
Шаг расположения болтов tш
До 0,3 0,3…0,6 0,6…1,0 1,0…1,6 1,6…2,5 2,5…4,0 4,0…10,0
(4,2…5,0)dБ
Давление в
аппарате рр,
МПа
11. Высота (толщина) фланца ориентировочно
hô   ô D  sýê ,
где λф – принимается согласно рис. 6.7; sэк – эквивалентная толщина
втулки,


hâ 1  1
sýê  s0 1 
.


h

0
,
25


1

D

s
â
1
0

Рис. 6.7. График для определения коэффициента λф:
1 – плоские фланцы; 2 – фланцы, приварные встык
12. Болтовая нагрузка, необходимая для обеспечения герметичности соединения, определяется исходя из схемы нагружения
(рис. 6.8).
101
Расчет сводится к определению нагрузок для двух различных
состояний: при монтаже – Fб1 и в рабочих условиях – Fб2.
Рис. 6.8. Схема действия нагрузок на
фланец в рабочих условиях
Болтовая нагрузка в условиях монтажа

k æ  Fä  F   Rï  4 M Dñï


Fá1  max 
0,5  Dñï  b0  pïð


0,4á 20  ná  f á ïðè pð  0,6 ÌÏà



,



где F – внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (–) сила;
М – внешний изгибающий момент; [σ]б20 – допускаемое напряжение
для материала болтов при 20 °С (см. табл. 6.3); pпр – минимальное
давление обжатия прокладки (табл. 6.8); fб – расчетная площадь поперечного сечения болта; Fд – равнодействующая внутреннего давления; Rп – реакция прокладки; kж – коэффициент жесткости фланцевого соединения; b0 – эффективная ширина прокладки; при b < 15 мм
b0 = b, при b > 15 мм b0  0,12 b . В данном выражении b и b0 измеряются в метрах.
Равнодействующая внутреннего давления Fд и реакция прокладки Rп определяются по формулам:
2
Fä  Pð    Dñï
/ 4;
102
Rï    Dñï  b0  kïð  pp ,
где kпр – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки (табл. 6.8).
Таблица 6.8
Характеристика плоских неметаллических прокладок
Материал прокладки
Давление обжатия прокладки,
Модуль
МПа
Коэффициент
Минимальное Допускаемое упругости Eп,
kпр
МПа
pпр
[pпр]
Резина с твердостью по
прибору ТШР от 0,76 до
0,5
2
18
3[1+b/(2hП)]
1,2 МПа
Резина с твердостью по
прибору ТШР свыше
1
3
20
4[1+b/(2hП)]
1,2 МПа
Картон асбестовый тол2,5
20
130
2000
щиной 3 мм
Паронит толщиной более
2,5
20*
130
2000
1 мм
Фторопласт – 4
2,5
10
40
2000
толщиной 1…3 мм
* Для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы и т. п.) рпр = 35 МПа.
Расчетная площадь поперечного сечения fб болта (шпильки) по
внутреннему диаметру резьбы принимается из следующих соотношений:
dб, мм
20
22
24
27
30
36
42
fб · 10-4, мм2
2,35
2,95
3,4
445
5,4
7,9
10,9 14,4 18,2 19,65 23,3 26,0
48
52
56
60
65
В случае применения шпилек с проточкой стержня до диаметра,
меньшего внутреннего диаметра резьбы, значение площади поперечного сечения определяется по диаметру проточки.
Коэффициент жесткости соединения kж = 1 для приварных
встык фланцев с овальными или восьмигранными металлическими
прокладками, а также для фланцев со свободными кольцами. В остальных случаях для определения kж вычисляются предварительно
следующие вспомогательные величины:
– линейная податливость прокладки (неметаллической)
óï  kï  hï / Eï    Dñï  b,
103
где hп – высота (толщина) прокладки; kп – коэффициент обжатия прокладки (для прокладок: из резины kп = 0,09; из картона, паронита,
фторопласта и т. п. kп = 1); Еп – модуль упругости материала прокладки (см. табл. 6.8);
– угловая податливость фланца





óô  1    1  0,9ô   2 hô3  Å ,
где
 ,  ô – безразмерные параметры,


1
1  0,9ô 1  1  hô2
2
sýê

; ô  hô
D  sýê ;
ψ1 и ψ2 – коэффициенты, определяемые по формулам:
1  1,28 lg Dí / D;  2  Dí  D Dí  D;
Е – модуль упругости материала фланца (см. табл. П4);
– линейная податливость болтов
óá  lá Eá  fá  ná ,
где Еб – модуль упругости материала болтов (см. табл. П4); lб – расчетная длина болта,
lá  láî  0,28d ,
где lбо – расстояние между опорными поверхностями головки болта и
гайки (определяется конструктивно); d – диаметр отверстия под болт.
Тогда коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции
kæ 
yá  0,5 óô  Dá  D  sýê   Dá  Dñï 
óï  óá  0,5 óô  Dá  Dñï 2
.
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
Fá 2  Fá1  1  kæ   Fä  F   Ft ,
где Ft – усилие, возникающее от температурных деформаций, определяемое по формуле, для плоских приварных и приварных встык
фланцев:
Ft 

óá  ná  f á  Åá   ô  tô   á  tá
óï  óá  0,5 óô  Dá  Dñï 2
104
,
где αф, αб – соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланцев, болтов (в табл. П7); tф, tб – соответственно температура фланца, болтов (см. табл. 6.2).
При Ft < 0 должно выполняться условие
á  ná  f á  Ft  Fá 2 ,
где [σ]б – допускаемое напряжение для материала болтов при расчетной температуре.
13. Условия прочности болтов
Fá1
 á 20 ;
ná  f á
Fá 2
 á ,
ná  f á
где [σ]б20 – допускаемое напряжение для материала болтов при 20 °С.
14. Условие прочности неметаллических прокладок
Fá max
  Dñï  b
 
 pïð ,
где [pпр] – допускаемое давление на прокладку (см. табл. 6.8);
Fá max  maxFá1; Fá 2.
Условие прочности втулки фланца для сечения, ограниченного
размером s1 (см. рис. 6.3):
12  ê2  1  ê  1.
Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером
s1 :


1  Tô  Ì 0   / D * s1  c 2 ;
D* = D при D ≥ 20s1;
D* = D+s0 при D < 20sl и fф > 1;
D* = D+s1 при D < 20sl и fф = 1,
где fф, Тф – безразмерные параметры, определяемые соответственно
по рис. 6.9 и формуле
Òô 
Dí2  1  8,55 lg Dí D   D 2
1,05D
2
 1,945 Dí2
105
Dí D  1
;
вия
M0 – приведенный изгибающий момент, вычисляемый из усло0,5Dá  Dñï Fá1


M 0  max 
.










0
,
5
D

D

F

D

D

s

F


/

á
ñï
á2
ñï
ýê
ä
20


Рис. 6.9. График для определения коэффициента fф
Максимальное напряжение в кольце фланца
 



ê  M 0  1   1  0,9ô   2 / D  hô2 .
Допускаемое напряжение для фланца в сечении s1 принимается
равным пределу текучести материала фланца, т. е. [σ]1 = σт (см.
табл. П5, П6).
15. Условие прочности втулки фланца для сечения, ограниченного размером s0 (см. рис 6.2, 6.3), имеет вид
0  m 2  t2  0  m   t    0 ,
106
где σ0 – максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером s0, определяемое по формуле 0  f ô  1; σt и σт – соответственно тангенциальное и меридиональное напряжения во втулке фланца
от внутреннего давления,
σt = pp · D/[2(s0 – c)];
σm = pp · D/[4(s0 – с)];
[σ]0 – допускаемое напряжение для фланца в сечении s0, принимаемое при количестве нагружений соединения (сборка – разборка)
не более 2 · 103 из условий: [σ]0 = 0,003E при рр < 4 МПа;
[σ]0 = 0,002E при рр  4 Мпа.
16. Условие герметичности фланцевого соединения определяется углом поворота фланца:


  ê Å   D hô  ,
где [θ] – допускаемый угол поворота фланца, принимаемый для плоских фланцев, [θ] = 0,013 рад; для фланцев, приварных встык,
[θ] = 0,009 рад при D < 2000 мм, [θ] = 0,013 рад при D > 2000 мм.
6.3. Пример расчета фланцевого соединения на прочность
и герметичность
Выбрать конструкцию и рассчитать основные размеры фланцевого соединения аппарата, а также его прочность и герметичность.
Исходные данные: внутренний диаметр
обечайки аппарата D = 2,5 м; высота цилиндрической обечайки аппарата Н = 2,4 м; температура t = 350 °С; материал фланца – сталь
12ХМ; материал болтов – сталь 35Х; внутреннее давление в аппарате рр = 0,32 МПа;
толщина стенки аппарата s = 18 мм. Фланцы
неизолированные,
плоские
приварные
(рис. 6.10), имеют уплотнительную поверхРис. 6.10. Плоский
ность типа «гладкая с рисками». Внешний изприварной тип фланца
гибающий момент и осевая сила отсутствуют.
Расчет. Толщину втулки фланца принимаем s0 = 20 мм, что
удовлетворяет условию
s0 ≥ s
(20 мм > 18 мм).
107
Высота втулки
hâ  0,5  D  s0  ñ  0,5· 2500·(20  1,2) = 108 ìì.
Принимаем hв = 110 мм = 0,11 м.
Диаметр болтовой окружности
Dб  D + 2(2s0 + dб + u) = 2500 + 2(2 · 20 + 30 + 6) = 2652 мм,
где u – нормативный зазор между гайкой и втулкой (u = 4…6 мм),
u = 6 мм; dб – наружный диаметр болта, dб = 30 мм при рр = 0,32 МПа
и D = 2500 мм (см. табл. 6.4).
Принимаем Dб = 2660 мм = 2,66 м.
Наружный диаметр фланца
Dн ≥ Dб + a = 2660 + 58 = 2718 мм,
где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру
фланца, а = 58 мм – для шестигранных гаек (см. табл. 6.5).
Принимаем Dн = 2720 мм = 2,72 м.
Наружный диаметр прокладки
Dн.п = Dб – е = 2660 – 41 = 2619 мм,
где е – нормативный параметр, е = 41 мм – для плоских (см. табл. 6.5).
Средний диаметр прокладки
Dс.п = Dн.п – b = 2619 – 25 = 2594 мм = 2,594 м,
где b = 25 мм – ширина плоской неметаллической прокладки для диаметра аппарата D = 2500 мм (см. табл. 6.6).
Количество болтов
nб ≥ π · Dб / tш = 3,14 · 2660 / 120 = 69,6,
где tш = 120 мм – шаг расположения болтов при рр = 0,32 МПа
(табл. 6,7).
Принимаем nб = 72, кратное четырем.
Высота (толщина) фланца
hô   ô  D  sýê  0,38· 2500·20 = 84,97 ìì,
где λф = 0,38 при рр = 0,32 МПа - для плоских приваренных фланцев
(см. рис. 6.7); sэк – эквивалентная толщина втулки фланца,
sэк = s0 = 20 мм, так как для плоских фланцев β1 = s1/s0 = 1; s1 – толщина
втулки.
108
Принимаем hф = 90 мм = 0,09 м.
Расчетная длина болта
lá  lá.î  0,28dá  0,182 + 0,28  0,030 = 0,190 ì,
где lб.о ≈ 2hф + hп = 2 · 90 + 2 = 182 мм = 0,182 м – расстояние между
опорными поверхностями головки болта и гайки при высоте (толщине) стандартной прокладки hп = 2 мм для фланцевого соединения с
уплотнительной поверхностью типа «шип-паз» (ориентировочно).
Равнодействующая внутреннего давления
2
Fä  ðð    Dñ.ï
/ 4 = 0,32 · 3,14 · 2,5942 / 4 = 1,58 ÌÍ.
Реакция прокладки
Rï    Dñ.ï  b0  kïð  pp  3,14 · 2,594 · 0,019 · 2,5 · 0,32 = 0,12 ÌÍ ,
где kпр = 2,5 для паронита (см. табл. 6.8) – коэффициент, зависящий от
материала и конструкции прокладки; b0 – эффективная ширина прокладки, при b > 15 мм b0  0,12 b  0,12 0,025  19 ìì .
Усилие, возникающее от температурных деформаций
Ft 

y á  ï á  f á  Eá   ô  t ô   á  t á
óï  óá  0,5  óô  Dá  Dñ.ï 2
,
где αф = 12,9 · 10-6 1/°С и αб = 14,2 · 10-6 1/°С – соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланцев (12ХМ) и болтов
(35Х)
(табл.
П6);
tф = 0,96t = 0,96 · 350 =336 °С
и
tб = 0,95t = 0,96 · 350 = 332,5 °С – соответственно расчетная температура фланцев и болтов (см. табл. 6.2); Eб = 1,86 · 105 МПа – модуль
продольной упругости материала болтов из стали 35Х (табл. П4);
fб = 5,4 · 10-4 м2 – расчетная площадь поперечного сечения болтов
диаметром dб = 30 мм; yб, уп, уф – податливости болтов, прокладки,
фланцев соответственно.
óá  lá Eá  fá  ná   019 /(1,86 105  5,4 10 4  72)  26,3 10 6 ì/ÌÍ
óï  k ï  hï / Eï    Dñ.ï  b   2 ·10 -3 / (2000 · 3,14 · 2,594 ·19 ·10 -3 ) =
= 4,91 ·10 -6 ì/ÌÍ,
109
,
где kп – коэффициент обжатия прокладки из паронита, kп = 1 (см.
стр. 103); Eп = 2000 МПа – модуль упругости материала прокладки из
паронита (см. табл. 6.8).





óô  1  v  1  0,9  ô   2 / hô3  Å 


 1  0,59  1  0,9  0,40  23,73 / 0,09 3 1,86 10 5  0,035 1 (ÌÍ
· ì) ,
где  ô , v – безразмерные параметры; ψ2 – коэффициент;
ô  hô / D  sýê  0,09 / 2,5  20 10 3 = 0,40;
ψ2 = (Dн + D)/(Dн – D) = (2,72 + 2,50)/(2,72 – 2,50) = 23,73;
v


1
2
1  0,9  ô  1  1  hô2 / sýê

1

1  0,9  0,40  1  0,047  0,09 / 0,020
2
2

 0,59,
где ψ1 = 1,28 · lg(Dн / D) = 1,28 · lg(2,72 / 2,50) = 0,047 – коэффициент;
Е = 1,86  105 МПа – модуль упругости материала фланца из стали
12ХМ.
Тогда
Ft 

26,3 10 6  72  5,4 10  4 1,86 10 5  12,9 10 6  336  14,2 10 6  332 ,5
4,91 10 6  26,3 10 6  0,5  0,035  2,66  2,594 2
 0,682 ÌÍ .

Коэффициент жесткости фланцевого соединения
kæ 

óá  0,5  óô  Dá  D  sýê   Dá  Dñ.ï 
óï  óá  0,5  óô  Dá  Dñ.ï 2



26,3 10 6  0,5  0,035  2,66  2,50  20 10 3  2,66  2,594 
4,91 10
6
 26,3 10
6
 0,5  0,035  2,66  2,594 
2
 1,75.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего
давления
k æ  Fä  Rï  1,75 1,58  0,12  2,89 ÌÍ


Fá1  max 

3
0
,
5



D

b

p

0
,
5

3
,
14

2
,
594

19

10

20

1
,
55
ÌÍ
ñ.ï
0
ïð


= 2,89 МН,
110
где рпр = 20 МПа – минимальное давление обжатия паронитовой прокладки (табл. 6.8)
Болтовая нагрузка в рабочих условиях
Fб2 = Fб1 + (1 – kж) · Fд + Ft = 2,89 + (1 – 1,75) · 1,58 + (– 0,682) =
= 1,02 МН.
Приведенный изгибающий момент
0,5  Dá  Dñ.ï   Fá1  0,5  2,66  2,594   2,89 




 0,095 ÌÍ  ì;





20 


Ì 0  max  0,5  Dá  Dñ.ï   Fá 2  Dñ.ï  D  sýê   Fä 







2
,
66

2
,
594

1
,
02



147



0
,
5



0
,
10
ÌÍ

ì,




3
 2,594  2,50  20 10 1,58  137


 max{0,095; 0,10}  0,10 ÌÏà,


где [σ]20 = 147 МПа; [σ] = 137 МПа – соответственно для материала
фланца при температуре +20 °С и расчетной температуре t = 350 °С
(табл. П1).
Условия прочности болтов при монтаже фланцевого соединения
и в его рабочем состоянии выполняются:
Fб1 / (nб · fб) < [σ]б 20 = 2,89 / (72·5,4·10-4) = 74,4 МПа < 155 МПа;
Fб2 / (nб · fб) < [σ]б = 1,02 / (72·5,4·10-4) = 26,2 МПа < 142 МПа,
где [σ]б 20 = 155 МПа, [σ]б = 142 МПа – допускаемое напряжение для
материала болтов при +20 °С и расчетной температуре t = 350 °C (см.
табл. 6.3).
Условие прочности неметаллической прокладки из паронита
выполняется:
Fб max / (π · Dс.п · b) < [рпр];
2,89 / (3,14 · 2,594 · 19 · 10-3) = 14,2 МПа < 130 МПа,
где [рпр] = 130 МПа – допускаемое давление обжатия паронитовой
прокладки (см. табл. 6.8);
Fб max = max {Fб1; Fб2} = max {2,89 МПа; 1,02 МПа} = 2,89 МПа.
Максимальное напряжение в сечении фланца, ограниченном
размером s0:
σ0 = fф · σ1 = fф · Tф · М0 · v / [D* (s1 – c)2] =
111
= 1 · 1,88 · 0,10 · 0,59 / [2,50 · (0,020–0,0012)2] = 123,4 МПа,
где s1 = s0 = 20 мм, так как у плоского приварного фланца втулка цилиндрическая; fф = 1, так как s1/s0 = 1; D* = D = 2,50 м при D ≥ 20 s0
(2500 мм > 20 · 20 = 400 мм).
Òô 

Dí2  1  8,55  lg Dí / D   D 2
1,05  D2  1,945  Dí2  Dí / D 1 
2,72 2  1  8,55  lg 2,72 / 2,50   2,50 2
1,05  2,50  1,945  2,72  2,72 / 2,50 1
2
2
 1,88 .
Напряжение во втулке от внутреннего давления:
 тангенциальное
σt = pp · D/[2(s0 – c)] = 0,32 · 2,50/[2 · (20 – 1,2) · 10-3] = 19,95 МПа;
 меридиональное
σm = pp · D/[4(s0 – c)] = 0,32 · 2,50/[4 · (20 – 1,2) · 10-3] = 9,97 МПа.
Условие прочности для сечения фланца, ограниченного размером s0 = 20 мм, выполняется:
0  ò 2  t2  0  ò   t    0 

123,4  9,97 2  19,95 2  123,4  9,97  19,95  0,9  558;
124,6 < 502,2,
где [σ]0 = 0,003Е = 0,003 · 1,86 · 105 = 558 МПа – допускаемое напряжение для фланца из стали 12ХМ в сечении s0 при рр < 4 МПа.
Окружное напряжение в кольце фланца





ê  Ì 0  1  v  1  0,9  ô   2 / D  hô2
 0,10 ·[1  0,59 · (1 + 0,9 · 0,40)] · 23,73 / (2,50 · 0,092) = 23,38 ÌÏà.
Условие герметичности, определяемое углом поворота фланца,
выполняется:


  ê Å   D hô  ,
θ = (23,38 / 1,86 · 105) (2,50 / 0,09) = 0,003 < 0,013,
где θ – угол поворота плоского приварного фланца; [θ] = 0,013 рад –
допустимый угол поворота плоского приварного фланца при
D = 2500 мм > 2000 мм.
112
Вопросы для самоконтроля
1. Каково назначение фланцевого соединения и из каких элементов
оно состоит?
2. Какие типы фланца Вы знаете?
3. В чем преимущества свободных фланцев?
4. Какие параметры аппарата определяют выбор типа фланца?
5. Какой тип фланца наиболее совершенен в отношении прочности?
6. Как называются поверхности фланца, контактирующие с прокладкой?
7. Какие типы «привалочных» поверхностей Вы знаете?
8. Каким требованиям должна соответствовать прокладка?
9. Перечислите основные материалы фланцевых прокладок?
10. В чем заключается комплексный расчет фланцевого соединения?
11. Как определяются допускаемое напряжение для материала болтов?
12. Как устанавливается расчетная температура элементов фланцевого соединения?
13. Как принимается толщина s0 втулки для приварного встык
фланца?
14. Как принимается толщина s0 втулки для плоского приварного
фланца?
15. Чему равна конусность втулки для приварного встык фланца?
16. По какой формуле определяется количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения?
17. Нарисуйте схему нагружения фланцевого соединения?
18. К определению каких нагрузок сводится расчет фланцевого соединения?
19. От каких характеристик элементов фланцевого соединения зависит его жесткость?
20. Что такое «реакция прокладки»?
21. Какие соображения лежат в основе определения монтажного
болтового усилия фланца?
22. Какие две задачи решаются при расчете фланцевого соединения?
23. Что такое коэффициент kпр и давление обжатия прокладок.
Что будет, если выйти за допускаемые пределы этих величин?
24. Поясните монтажную и рабочую болтовую нагрузку фланцевого
соединения.
25. Как записываются условия прочности болтов и прокладки?
26. Как записываются условие герметичности фланцевого соединения?
113
7. ОПОРЫ АППАРАТОВ
7.1. Конструкции опор
Установка аппаратов на фундаменты или специальные несущие
конструкции осуществляется большей частью с помощью опор. Непосредственно на фундаменты устанавливают лишь аппараты с плоским днищем, предназначенные главным образом для работы под наливом.
В зависимости от рабочего положения аппарата различают опоры для вертикальных аппаратов и опоры для горизонтальных аппаратов.
Вертикальные аппараты обычно устанавливают или на стойках,
когда их размещают внизу в помещении, или на подвесных лапах, когда аппарат размещают между перекрытиями в помещении или на
специальных стальных конструкциях.
Аппараты с соотношением высоты к диаметру H/D > 5, размещаемые на открытой площадке, устанавливают на так называемых
юбочных (цилиндрических и конических) опорах.
Горизонтальные аппараты независимо от их размещения (в помещении или на открытой площадке) устанавливают на седловых
опорах.
Все указанные опоры для стальных сварных аппаратов стандартизованы. Конструкции стандартных опор для вертикальных аппаратов приведены на рис. 7.1, а их основные характеристики – в
табл. П21, П22. Тип 1 (лапы) служит для аппаратов без теплоизоляции, тип 2 (лапы) – для аппаратов с теплоизоляцией, тип 3 (стойки) –
для аппаратов с эллиптическими и коническими (с углом при вершине конуса 2α < 120°) днищами. В зависимости от толщины стенки
корпуса аппарата лапы привариваются или непосредственно к корпусу, или к накладному листу.
Материал деталей этих опор выбирается из условий эксплуатации. Накладной лист приваривается к корпусу аппарата сплошным
швом. Если опоры выполнены из углеродистой стали, а аппарат – из
коррозионностойкой стали, накладные листы должны выполняться из
стали той же марки, что и корпус аппарата.
Число опор определяется расчетом и конструктивными соображениями: лап должно быть не менее двух, стоек – не менее трех.
На рис. 7.2 приведены конструкции седловых опор, а их основные характеристики – в табл. П23, П24. Тип 1 предназначен для аппа114
ратов с наружным диаметром D = 159…630 мм (исполнение 1 – с одним отверстием под фундаментный болт; исполнение 2 – с двумя
овальными отверстиями под фундаментные болты), тип 2 – для аппаратов c D = 800…2000 мм (исполнение 1 – с допускаемой нагрузкой
на опору Q = 80…250 кН; исполнение 2 – с Q = 160…400 кН); тип 3 –
для аппаратов c D = 2200…4000 мм (исполнение 1 – с
Q = 250…530 кН; исполнение 2 – с Q = 500…1400 кН).
Скольжение опоры от температурных удлинений аппарата, устанавливаемого на бетонном фундаменте, должно происходить по
опорному листу (ОСТ 26-1267–75), а для аппарата, устанавливаемого
на металлоконструкции, – по листу, предусматриваемому в последней.
Рис. 7.1. Конструкции стандартных опор (лап и стоек) для стальных сварных вертикальных цилиндрических аппаратов: а – типы 1 и 2 (лапы); б – тип 3 (стойки);
в – схема расположения опор на днище аппарата; г – накладной лист
115
116
Рис. 7.2. Конструкция стандартных седловых опор под стальные горизонтальные цилиндрические аппараты
117
Рис. 7.3. Конструкции стандартных цилиндрических опор для стальных сварных колонных аппаратов: а – тип 1 (с местными косынками); б – тип 2 (с наружными стойками под болты); в – тип 3 (с кольцевым опорным поясом); г – тип 5 (с внутренними стойками
под болты)
Материал седловых опор выбирается в зависимости от температуры рабочей среды, емкости аппарата и температуры самой холодной пятидневки в месте их установки.
Число седловых опор, располагаемых вдоль аппарата, определяется расчетом в зависимости от длины и массы аппарата и может
быть равно двум и более. При этом одна опора должна быть неподвижной, остальные подвижными. Расстояние между неподвижной и
подвижной опорами выбирается так, чтобы температурные удлинения
аппарата между смежными опорами не превышали 35 мм.
Регулировочные болты, предусмотренные в стандартных седловых опорах, допускают нагрузку на одну опору (при незаполненном
аппарате) не более 160 кН. После выверки аппарата на фундаменте и
затвердении бетонной подливки регулировочные болты и болты,
предназначенные для крепления подкладного листа к опоре на время
установки аппарата на фундамент, удаляются.
Сварка деталей седловых опор между собой выполняется
сплошными односторонними угловыми или тавровыми швами, а опоры и опорного листа – прерывистым двусторонним угловым швом.
Приварка опоры сплошным односторонним угловым швом без опорного листа непосредственно к корпусу аппарата допускается только
для опоры типа 1, при этом R = 0,5Dн.
Фундаментные болты у подвижной опоры должны быть снабжены контргайками и не затягиваться (устанавливаться с зазором
1…2 мм). Расположение фундаментных болтов в опорах должно
обеспечивать свободное перемещение их вследствие температурного
удлинения.
Конструкции, основные характеристики и размеры стандартных
опор колонных аппаратов, области их применения в зависимости от
диаметра колонны и минимальной приведенной нагрузки приведены
в АТК 24.200.04–90 «Опоры цилиндрические и конические вертикальных аппаратов. Типы и основные размеры».
Конструкции стандартных опор для колонных аппаратов приведены на рис. 7.3 и 7.4, пределы применения стандартных опор в зависимости от диаметра колонны и минимальной приведенной нагрузки
– в табл. 7.1, а основные размеры – в табл. П25, П26.
Высота опор колонных аппаратов должна быть не менее 600 мм
и выбираться по условиям эксплуатации аппарата.
118
Рис. 7.4. Конструкция
стандартной конической опоры (тип 4) с
кольцевым опорным
поясом
Предел текучести материала должен быть не менее 210 МПа при
температуре 20 °С.
Необходимое количество отверстий, лазов (люков), их размеры,
расположение и форма выбираются из условий эксплуатации и монтажа и должны соответствовать требованиям ОСТ 26-291–94 и
ГОСТ Р 51274–99. Для вентиляции внутренней полости опоры в
верхней части должно быть предусмотрено не менее двух отверстий
диаметром не более 100 мм.
При приварке опор из углеродистых сталей к аппаратам из коррозионно-стойких сталей длина переходной обечайки из коррозионно-стойких сталей определяется в соответствии с обязательным приложением 2 ГОСТ Р 51274–99.
Конструкция и технические требования для фундаментных болтов должны соответствовать требованиям ГОСТ 24379.0–80 и
ГОСТ 24379.1–80.
119
Таблица 7.1
Пределы применения типов опор (см. рис. 7.3)
в зависимости от минимальной приведенной нагрузки
Диаметр
аппарата,
мм
Минимальная приведенная нагрузка Qmax, МН
0,125
0,2
0,32
0,5
0,8
1,32
2
3,2
5
8
10
400
500
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2500
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
4500
5000
5500
5600
6000
6300
Примечание:
,
,
– зоны типов 1, 2, 3 опор соответственно (см. рис. 7.3).
7.2. Расчет опор-лап для вертикальных аппаратов
Собственно опоры расчетом не проверяются и выбираются стандартные на требуемую нагрузку. Расчету подлежит обечайка цилинд-
120
рического аппарата, на которую действуют местные нагрузки, вызываемые опорными лапами.
Расчетные нагрузки. При определении нагрузки на опору-лапу
действующие на аппарат нагрузки приводятся к осевой силе Р и моменту М относительно опорной поверхности лапы. Расчетные нагрузки показаны на рис. 7.5.
Нагрузка на одну опору определяется по формуле
 P  M
,
Q 1  2
z
D  2e
где е = 0,5 (b + fmax + s0 + sн); fmах, b – значения, принимаемые по
табл. П21; s0 = s – с – с1 – толщина стенки
аппарата в конце срока службы; s – исполнительная толщина стенки аппарата;
с – прибавка для компенсации коррозии;
с1 – дополнительная прибавка; sн – толщина накладного листа; λ1, λ2 – коэффициенты, зависящие от числа опор z:
z……………….2
3
4
λ1………………1
1
21
λ2………………12
1,3
1
Проверка прочности стенки вертикального цилиндрического аппарата
под опорой-лапой без накладного листа.
Осевое напряжение от внутреннего давления р и изгибающего момента определяется по формуле
 m0 x 
b
pD
4M
.

4 s 0   D 2  s0
Окружное напряжение от внутреннего давления
 m0 y 
Рис. 7.5. Нагрузки, действующие на аппарат
1
pD
.
2 s0
Допускается принимать λ1 = 1 в технически обоснованных случаях, обеспечивающих
равномерное распределение нагрузки между опорами.
2
Момент передается только в плоскости опор.
121
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок
определяется из соотношения


 m0  max  m0 x ;  m0 y .
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и
реакции опоры определяется по формуле
K Q e
 m   m0  1 2 ,
D  s0
где коэффициент К1 принимается по рис. 7.6 в зависимости от параметров γ = D/(2s0) и h/D (h – высота опоры (см. рис. 7.1)).
Рис. 7.6. Коэффициент K1: a – для опор-лап типа 1; б – для опор-лап типа 2
Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры определяется по формуле
è 
K2  Q  e
h  s02
,
где коэффициент К2 принимается по рис. 7.7 в зависимости от тех же
параметров γ и h/D.
Условие прочности имеет вид
2
 m 
0,8  è

 

 1,
À ò
 ò 
122
где А = 1,0 – для эксплуатационных условий; А = 1,2 – для условий
транспортирования, монтажа и гидравлических испытаний.
Если условие не выполняется, требуется применить накладной
лист.
Рис. 7.7. Коэффициент К2: а – для опор-лап типа 1; б – для опор-лап типа 2
Проверка прочности стенки вертикального цилиндрического аппарата под опорой-лапой с накладным листом. Максимальное
мембранное напряжение от основных нагрузок и реакции опоры определяется по формуле
 m   m0 
Ê3 Q e
D  s02
,
где коэффициент К3 принимается по рис. 7.8 в зависимости от параметров γ и H/D (Н – высота накладного листа (см. рис. 7.5)).
Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры определяется по формуле
Ê Q e
è  4 2 ,
H  s0
где коэффициент К4 принимается по рис. 7.9 в зависимости от параметров γ и H/D.
Условие прочности определяется выражением
2
 m 
0,8  è

 

 1.

À

 ò
ò
123
Рис. 7.8. Коэффициент К3: а – для опор-лап типа 1; б – для опор-лап типа 2
Рис. 7.9. Коэффициент K4: а – для опор-лап типа 1; б – для опор-лап типа 2
Толщину накладного листа определяют по формуле
sí 
K5  Q
,
A  ò
124
где коэффициент К5 принимается по рис. 7.10, а коэффициент А – по
приведенным выше условиям.
Рис. 7.10. Коэффициент К5: а – для опор-лап типа 1; б – для опор-лап типа 2
7.3. Расчет опорных пластинчатых стоек
для вертикальных аппаратов
Основные размеры опорных пластинчатых стоек приведены на
рис. 7.11 и в табл. 7.2. Метод расчета применяют только для эллиптических днищ, работающих под внутренним избыточным давлением.
Расчетные усилия. Вертикальное усилие на опорную стойку
вычисляют по формуле
M
G

 3 0,75 d

4
F1  
G  M
 2 d 4
ïðè n  3;
ïðè n  4.
При числе стоек n = 4, обеспечивающих равномерное распределение нагрузки между всеми опорными стойками (точный монтаж,
установка прокладок, подливка бетона и т. п.), усилие вычисляют по
формуле
F1 
G M
 .
2 d4
125
Рис. 7.11. Опорные стойки на эллиптическом днище
Таблица 7.2
Опоры (стойки) для вертикальных аппаратов (рис. 7.11, тип 3), АТК 24.200.03–90
Q,
кН
а,
мм
а1,
мм
b,
мм
b1,
мм
с,
мм
c1, bmax, h1,
мм мм мм
s1 ,
мм
К,
мм
К1,
мм
d,
мм
dб
4,0
75 110 85 120 22
30 220 10
6
6
60
19 M12
10,0 90 125 115 160 22
60 295 14
8
10
80
19 М16
25,0 125 165 140 200 22
80 365 16
10
10 105 24 М20
40,0 150 205 180 240 40 100 440 20
12
12 125 35 М24
63,0 185 245 210 280 40 120 515 24
14
15 150 35 М30
100,0 250 325 250 360 40 160 660 30
18
20 180 42 М36
160,0 300 390 340 480 60 200 875 36
24
25 250 42
–
250,0 360 480 490 680 60 240 1240 40
34
35 350 42
–
Примечание. Размеры b1 и K1 в опорах для конических днищ справочные.
Пример условного обозначения опоры типа 3 с допускаемой нагрузкой Q = 63 кН:
«Опора 3-6300 АТК 24.200.04-90».
126
Меридиональный момент, передаваемый опорой на днище, вычисляют по формуле
F (b
 B  K)
.
M1  1 1max
2
При действии изгибающего момента М необходимо выполнить
расчет на прочность фундаментного болта от действия растягивающего усилия:
G
 M

ïðè n  3;
 0,75 d
3

F 
M  G
ïðè n  4.
 d
4
Расчет на прочность фундаментного болта проводить не следует
при выполнении условий
M
G

0,75 d
3
ïðè n  3;
M G

d
4
ïðè n  4.
Проверка несущей способности эллиптического днища. Несущую способность днища в месте приварки опорной лапы следует
проверять по формуле
F1 sin  2 M 1
p


 1,
F 1 [M ]1 [ p]
где [р] – допускаемое внутреннее избыточное давление в серединной
области выпуклого днища по ГОСТ Р 52857.2–2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических
и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек»,
[ p] 
2( sý  ñ)    []
;
R  0,5( sý  ñ)
D2
R
.
4H
Допускаемое нормальное усилие для неподкрепленного эллиптического днища вычисляют по формуле
127
[ F1 ]  0,25 K 20  []  (s1  c) 2  (0,2  d 4 / D),
где d4 – диаметр сечения, проходящего через середину линии контакта опоры с днищем,
d4  d  2C1  K  b1max .
Допускаемый меридиональный момент для неподкрепленного
эллиптического днища вычисляют по формуле
[M ]1  0,25 K 21  []  (s1  c) 2  D  (0,2  d 4 / D).
Коэффициенты К20 и К21 определяют по графикам, приведенным на
рис. 7.12 и 7.13 соответственно, в зависимости от относительной толщины днища (s1 – с)/D и относительной длины линии контакта опоры
с днищем l/D.
Рис. 7.12. Коэффициент К20
Рис. 7.13. Коэффициент К21
Длину линии контакта опоры с днищем вычисляют по формуле
b
K
l  1max
.
sin  2
Допускаемое нормальное усилие для подкрепленного подкладным листом эллиптического днища вычисляют по формуле
[ F1 ]  0,25 K 20  K 22  []  (s1  c) 2  (0,2  d 4 / D),
128
Допускаемый меридиональный момент для подкрепленного
подкладным листом эллиптического днища вычисляют по формуле
[M ]1  0,25 K 21  F23  []  (s1  c) 2  D  (0,2  d 4 / D). )
Коэффициенты К22 и К23 определяют по графикам, приведенным
на рис. 7.14 и 7.15 соответственно.
Рис. 7.14. Коэффициент К22
Рис. 7.15. Коэффициент К23
7.4. Расчет горизонтальных аппаратов,
установленных на седловых опорах
Формулы применимы для расчета на прочность и устойчивость
гладких и подкрепленных кольцами жесткости цилиндрических аппаратов, установленных на седловых опорах, работающих под внутренним избыточным давлением, вакуумом или под налив.
129
Расчетные нагрузки. Расчетные нагрузки в горизонтальном аппарате, установленном на двух седловых опорах, показаны на
рис. 7.16.
Реакция опоры для аппарата, установленного на
двух опорах,
Q  0,5G ,
где G – сила тяжести аппарата в рабочем состоянии, МН.
Изгибающий момент в
середине аппарата
M1  Q   f1  L  a  ,
где f1 – коэффициент, принимаемый по рис. 7.17 в зависимости от параметров
L/D и H/D; а ≈ 0,2D для аппаратов без колец жесткости
и а ≈ 0,2L для аппаратов,
Рис. 7.16. Расчетные нагрузки в горизонтальном
подкрепленных
кольцами
аппарате, установленном на двух седловых опорах
жесткости.
Изгибающий момент в сечении над опорой
Ì 2
Q  a  a 0,5  f3  D

 1  
 f2  ,
f2  L
a

где f2, f3 – коэффициенты, принимаемые по рис. 7.18, 7.19 в зависимости от параметров L/D и H/D.
Изгибающий момент в сечении над приварной седловой опорой
в случае еѐ скольжения по опорной плите определяется по формуле
Ì 2  Ì 2  0,08Q  h1  h2  ,
где hl, h2 – высота ребер опоры (см. рис. 7.2).
130
Рис. 7.17. График для определения коэффициента f1
Рис. 7.18. График для определения коэффициента f2
Перерезывающая сила для аппарата, установленного на двух
опорах,
Qï  f 4  Q ,
где f4 – коэффициент, определяемый по рис. 7.20.
Рис. 7.19. График для определения
коэффициента f3
Рис. 7.20. График для определения
коэффициента f4
131
Расчет седловой опоры. На опору действуют вертикальная сила
Q (реакция опоры), горизонтальная сила Р1 (перпендикулярная к оси
аппарата) и горизонтальная сила трения Р2 (параллельная оси аппарата).
Реакция опоры определяется по формуле, в которой учитывается
максимальная сила тяжести аппарата (в том числе и при гидравлическом испытании):
Qmax  0,5Gmax .
Горизонтальная сила (перпендикулярная к оси аппарата)
P1  K18  Qmax ,
где K18 – коэффициент, определяемый по рис. 7.21.
Горизонтальная сила трения (параллельная оси аппарата)
Ð2  fî  Qmax ,
где fo = 0,15 – коэффициент трения
между аппаратом и опорой (или между
опорой и опорной плитой).
Площадь опорной плиты принимается конструктивно и должна удовлетворять условию
Fï R 
Qmax
,
áåò 
где [σбет] – допускаемое напряжение
сжатия бетона фундамента, принимаемое в зависимости от марки бетона
(СНиП 2.03.01–84):
Рис. 7.21. График для определения
коэффициентов К6, К12 – К15, К18
Марка бетона
[σбет], МПа
500
10
300
8
200
6
В случае, если принятая площадь опорной плиты Fп > FпR, напряжение сжатия бетона определяют по формуле
F
 áåò   áåò  ï R .
Fï
Расчетная толщина опорной плиты
132
sï R  2,45b 
Рис. 7.22. График для определения
коэффициента К19
K19   áåò
,
1,1 ï 
где К19 – коэффициент, определяемый по рис. 7.22 в зависимости от отношения b/а;
b – ширина поперечных ребер; а – расстояние между
поперечными
ребрами
(рис. 7.23); [σп] – допускаемое напряжение для материала опорной плиты. Исполнительная
толщина
опорной плиты
sï  sï R  c ;
во всех случаях sп > 10 мм.
1
2
Рис. 7.23. Конструктивные элементы седловой опоры с поперечными ребрами 2, расположенными симметрично по обе стороны продольного ребра 1
Расчетная толщина ребра 1 (см. рис. 7.23) из условия прочности
на изгиб и растяжение определяется по формуле
spR  42
P1
.
1,1  D
133
Толщины ребер 1 и 2 (см. рис. 7.23) проверяют на устойчивость
от действия сжимающей нагрузки q. Нагрузка на единицу длины ребра
Q
q  1,2 max .
lîáù
Здесь lобщ – общая длина всех ребер на опоре:
а) для опоры с расположением ребер по схеме 1 (см. рис. 7.2)
lîáù  à  m  1  b  m ;
б) для опор с расположением ребер по схеме 2 (см. рис. 7.3)
lîáù  à  m  1  2b  m ,
где m – число ребер на опоре.
Расчетная толщина ребер из условия устойчивости
spR 
q
,
 êð
 
где [σкр] – допускаемое напряжение на устойчивость, принимаемое из
условия
êð   3ò .
Условие прочности опоры при действии изгибающей силы Р2

Ð2  h1
   ;
W
в случае приварной опоры
Ð  h  h 
  0,5 2 1 2     ,
W
где W – момент сопротивления горизонтального сечения по ребрам у
основания опоры (из рис. 7.23 – заштрихованное сечение ребер);
h1 – высота среднего ребра опоры.
7.5. Расчет опор для колонных аппаратов
Определение максимальной и минимальной приведенных
нагрузок для выбора стандартных опор колонных аппаратов. За
134
максимальную приведенную нагрузку Qmax принимают большее из
значений:
Qmax  4
M1
 P1;
D
Qmax  4
M2
 P2 ,
D
где M1 M2 – расчетные изгибающие моменты в нижнем сечении опорной обечайки соответственно в режимах эксплуатации и гидравлического испытания; P1, P2 – осевые сжимающие силы, действующие в
нижнем сечении. Минимальная приведенная нагрузка
Qmax  4
M3
 P3 ,
D
Н1
Н
Н2
где М3 – расчетный изгибающий момент в нижнем сечении опорной
обечайки при пустом (без тепловой изоляции и устанавливаемых на
месте монтажа внутренних устройств) аппарате; Р3 – осевая сжимающая сила, действующая в нижнем сечении опорной обечайки при пустом аппарате.
Определение М1; М2; M3; Р1; Р2 и Р3 производится по
ГОСТ Р 51274–99. «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на
прочность. Аппараты колонного типа».
D
Рис. 7.24. Эскиз к расчету аппаратов на ветровую нагрузку
Расчет ветровых нагрузок, действующих на колонные аппараты. Высокие вертикальные аппараты (рис. 7.24),
находящиеся вне цехового помещения,
проверяются на устойчивость против опрокидывания их ветром.
Предполагается, что высота и диаметр аппарата уже определены, предварительные данные о конструкции опоры
(обычно опорные обечайки) известны и
рабочий эскиз крепления опоры к фундаменту составлен.
Ветровая нагрузка на аппарат зависит от его высоты и площади продольного сечения, формы аппарата, района установки и собственной резонансной частоты колебания аппарата.
Динамический напор, создаваемый
ветром, зависит от высоты над поверх135
ностью земли. Поэтому величину опрокидывающего момента от действия ветра Мв (ветровой момент) определяют различно для аппаратов до 20 м и свыше 20 м.
Для аппаратов до 20 м ветровой момент
M â  Ð1
Í
,
2
где Н – высота аппарата (рис. 7.24).
Для аппаратов высотой от 20 м до 40 м
Í
Í 

M â  Ð1 1  Ð2  Í 1  2 ,
2
2 

где Н1 – высота нижней части аппарата 20 м (см. рис. 7.24); Н2 – высота верхней части аппарата.
В этих формулах Р1 и Р2 являются силами, возникшими от действия ветрового давления q на продольное сечение аппарата,
P1  k1  k2  q1  H1  D; P2  k1  k2  q2  H 2  D,
где k1 – представляет собой аэродинамический коэффициент обтекания, зависящий от формы аппарата. Для цилиндрических аппаратов
k1 = 0,7; для аппаратов, ограниченных плоскими стенками, k1 = 1,4; k2
– динамический коэффициент, зависящий от собственной частоты аппарата, определяемый по графику (рис. 7.25) в зависимости от параметра
  Ò q 260 .
k2
2
1
0
0,05
0,1
0,15
ε
Рис. 7.25. График для определения коэффициента динамичности k2
Собственную резонансную частоту аппаратов приходится учитывать потому, что в некоторых районах аппаратура может подвергнуться колебаниям, вызванным тектонической деятельностью. Кроме
того, колебания весьма низкой частоты могут возникнуть и в результате разности частот колебаний работающих машин или механизмов.
Период собственных колебаний определяется по формуле
136
T  1,79 H 
mmax  H
,
EJ
где Е – модуль упругости материала; mmax – масса аппарата; J – момент инерции поперечного сечения аппарата.
Динамический коэффициент k2 вводится в расчет только при
проверке высоких аппаратов, у которых отношение H/D > 5.
Величины скоростного напора принимаются в зависимости от
географического района, в котором будет находиться установка, согласно табл. 7.3.
Таблица 7.3
Величины скоростного напора
Географический район
Скоростной напор на высоте над поверхностью земли q, Па
до 20 м
от 20 до 100 м
свыше 100 м
Первый район – вся территория РФ,
за исключением второго и третьего
районов
400
700
1000
Второй район – береговая полоса
морей и океанов, за исключением
третьего
700
1000
1500
Третий район – береговая полоса
Черного моря длиной 100 км с центром в г. Новороссийске
1000
1500
2000
Эти данные, особенно для прибрежных районов, в которых свирепствуют ветры, должны быть дополнительно уточнены. Рекомендуется для всех аппаратов с Н > 12 м и H/D > 5 величину скоростного
напора принимать не менее 800 Па.
Расчет элементов опоры колонных аппаратов. Конструктивные элементы опор колонных аппаратов показаны на рис. 7.26.
Расчет проводится для рабочих условий и для условий гидравлического испытания колонны. Используются расчетные нагрузки в трех сечениях опоры: х–х – в основании опоры; у–у – в месте
сварного соединения опоры с корпусом аппарата; z–z – по центрам отверстий в опоре.
На опору действуют: Р = G – осевая сжимающая нагрузка от силы тяжести аппарата и среды, вспомогательных устройств, установленных на колонне, изоляции; М – суммарный изгибающий момент от
ветровой и сейсмической нагрузок и от эксцентрично приложенных к
137
оси аппарата сил тяжести отдельных внутренних и внешних устройств.
исполнение 1
исполнение
4
Г-Г
исполнение 2
Д – Д
Узел I
исполнение 3
a1
a1
s1
Рис. 7.26. Конструктивные элементы опор для колонных аппаратов: исполнение 1 – опорный узел выполнен в форме отдельных столиков под каждый анкерный болт; исполнение 2 – опорный узел выполнен в виде двух горизонтальных колец, подкрепленных ребром в промежутке между двумя смежными анкерными болтами; исполнение 3 – то же, но подкрепленных двумя
ребрами у каждого анкерного болта; исполнение 4 – опорный узел облегченной конструкции с одним кольцом.
Узел I - конструкция соединения опорной обечайки с корпусом (см. рис. 7.3).
Обечайка опоры. Прочность сварного соединения опоры с корпусом определяется условием
138

 4M y

1
 
 Pè    s  min  î ;  ê ,
  D  a1  D

где Му – максимальный изгибающий момент в сечении у–у; Ри – осевая сжимающая сила в условиях гидравлического испытания аппарата;
а1
–
расчетная
толщина
сварного
шва,
а 1 ≈ s1 ;
[σо] – допускаемое напряжение для материала опоры; [σк] – допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата; υs – коэффициент
прочности сварного шва. Для сварного шва, показанного на выносном
узле 1 (см. рис. 7.26), υs = 0,7.
Показанная на выносном узле 1 конструкция соединения опорной обечайки с корпусом недостаточно надежна, так как сварной шов
не может быть выполнен двусторонним и качество исполнения не может быть проверено рентгеноскопией из-за малого острого угла между
обечайкой и днищем. Для колонных аппаратов с соотношением
H/D > 20 рекомендуется конструкция соединения опоры с корпусом с
использованием торообразного перехода, при котором угол между
днищем и обечайкой должен составлять 60…90°. Это решение обеспечивает возможность качественного выполнения двустороннего
сварного шва и его рентгеноскопический контроль. Для такой конструкции υs = 1.
Прочность и устойчивость обечайки опоры в сечении z–z, проходящем по центру наибольшего отверстия в опоре, определяется условием
M  Pzè   3  D
Ðzè
 z
 1,
1  P
 2  M 
где Мz – максимальный изгибающий момент в сечении у–у; Pzи – осевая сжимающая сила в том же сечении в условиях гидравлического
испытания; ψ1, ψ2, ψ3 – коэффициенты, определяемые по рис. 7.27 (если кольцевой шов находится вне зоны отверстий, то ψ1 = ψ2 = 1 и ψ3 =
0); [Р], [М] – допускаемые осевая сила и изгибающий момент.
Если в сечении z–z имеется несколько отверстий, то расчет ведут
для наибольшего из них при условии, что для остальных отверстий
ψ1 > 0,95 и ψ2 > 0,95. Если для остальных отверстий ψ1 < 0,95 и
ψ2 < 0,95, то принимают:
139
1 
Fz
;
  D  s1  c 
2 
4W
  D 2  s1  c 
;
3 
Js
,
D
где Fz – площадь наиболее ослабленного поперечного сечения обечайки опоры; W – наименьший момент сопротивления того же сечения;
Js – эксцентриситет центра тяжести того же сечения.
Если в зоне отверстий обечайки опоры имеется кольцевой сварной шов, то проверяется его прочность по условию

 4M z  Pz   3  D Pz 
1
   ò   î ,
 

  D  s1  c  
2  D
1 
где ψт – коэффициент прочности кольцевого сварного шва.
ψ1
ψ2
ψ3
Рис. 7.27. Графики для определения ψ1, ψ2, ψ3:
_________(s4 – c)/(s1 – c)=2
- - - - - - - - - - - (s4 – c)/(s1 – c)=1;
Нижнее опорное кольцо. Ширина кольца b1 = 0,5(D1 – D2) (см.
рис. 7.26) устанавливается конструктивно и должна удовлетворять условию
b1  b1R 
 4M z

1
 
 Pz ,
  Dá   áåò   Dá

где Dб – диаметр болтовой окружности анкерных болтов (по
табл. П25).
140
Выступающая наружу от обечайки опоры ширина кольца b2 принимается из соотношения
2
2d á  30 ìì  b2  b1 ,
3
где dб – внутренний диаметр резьбы анкерной шпильки (по табл. П26).
Напряжение сжатия в бетоне определяется по формуле
áåò  áåò b1R / b1.
Прочность сварного соединения опорного кольца с обечайкой
опоры в исполнении 4 опорного узла (см. рис. 7.26) проверяется по
условию
1
 4M õ



 Ðõ   0,6 î ,
2  D  à 2  D

где а2 – расчетный катет сварного шва.
Толщина нижнего опорного кольца


3 áåò
s2  max 1  b2 
 ñ; 1,5s1 ,



где κ1 – коэффициент: для опорного узла исполнения 4 (см. рис. 7.26)
κ1 = 1; для опорных узлов исполнений 1, 2 и 3 (см. рис. 7.26) κ1 определяется по рис. 7.28 в зависимости от параметра b2/b7.
Рис. 7.28. График для определения коэффициента κ1
Для кольца опорного узла исполнения 4 толщина s2 дополнительно должна быть проверена на условие
4e
 M

s2   4 x  Px  
 c,


D




D


где е – значение, определяемое как 0,5b2 (см. рис. 7.26).
141
Если получится s2 > 2s1, то опорный узел исполнения 4 неприменим.
Толщина верхнего кольца в опорных узлах исполнений 1, 2 и 3
определяется по формуле


F   á 
s3  max  2  á
 ñ, 1,5s1 ,



где κ2 – коэффициент, определяемый по рис. 7.29 в зависимости от параметра e1/b6; e1 – диаметр окружности, вписанной в шестигранник
гайки анкерной шпильки.
Рис. 7.29. График для определения коэффициента κ2
Толщина ребра
 Fá  á 

s7  max 
 ñ, 0,4s2 ,
  3  b2  

где κ3 = 2 – для опорных узлов исполнений 1 и 3; κ3 = 1 – для опорного
узла исполнения 2.
Для конструкции ребер с соотношением b2/s7 > 20 их необходимо
дополнительно проверять на устойчивость.
Напряжение изгиба в обечайке опоры от действия верхнего
кольца должно удовлетворять условию

6 4  Fá   á  å
s1  c   h1
2
  îï ,
где κ4 – коэффициент, определяемый по рис. 7.30; [σоп] – предельное
напряжение изгиба в обечайке опоры, определяемое по формуле
142
îï   Ê 20   nò .
Ê 21
Рис. 7.30. График для определения коэффициента κ4 (для
опорных узлов исполнения 2 (см. рис. 7.26) вместо b4
принимают b6, а исполнения 3 – сумму b6 + b7)
Здесь К21=1,2 – для рабочих условий и К21=1,0 – для условий монтажа
и гидравлического испытания аппарата; nт – коэффициент запаса
прочности по отношению к пределу текучести материала обечайки
опоры; K20 – коэффициент, определяемый по рис. 7.31 в зависимости
от параметра  :

1
 4M x


 Px ,
     D  s1  c   D

где υ – коэффициент прочности сварного шва обечайки, расположенного в области опорного узла.
Если будет получено s2 > 2s1, рекомендуется применять конструкции нижнего опорного узла исполнений 2 или 3.
143
К20
1,2
0,8
0,4
0
0,2
0,4
0,6
0,8
υ
Рис. 7.31. График для определения коэффициента K20
Высота нижнего опорного узла исполнений 2 и 3 при b2 = b5
Dá  å  b1   áåò  1
6,58 Dá 
h1 
 
,
2s3  c   b5     5 zá2   6  b5 
 s  c 7 
;

где 5  1   7 ;  6  1  2 7  1  1
b
2
5


7 
1,56s1  c   D  s1  c 
,
b  s3  c 
при этом рекомендуется принимать s2 = s3 = 2s1.
Анкерные шпильки. Число анкерных шпилек устанавливается
конструктивно и может составлять 4, 6, 8, 12 и далее кратное четырем.
Внутренний диаметр резьбы шпильки
d á  2,3
Ì õ  0,44 Ðõ  Dá
 ñ,
zá   á  Dá
где zб – число анкерных болтов.
В зависимости от диаметра аппарата D принимают
D, мм
<1400
1400…2200
свыше 2200
M24
M30
М36
dб, мм
4
6
≥12
zб, шт.
7.6. Расчет днищ аппаратов в месте установки опорных стоек
Наклонные опорные обечайки рассчитывают, если исключено
перемещение стоек по днищу и соблюдается условие d3 ≤ 1,6d2.
К эллиптическим днищам опорные стойки должны быть прикреплены в области 0 < х < 0,4D, а к торосферическим – в области сфери144
ческого сегмента. Характерные размеры для расчетных моделей приведены на рис. 7.32.
а)
б)
Рис. 7.32. Характерные размеры для расчетных моделей опорных
стоек: а – вертикальная; б – наклонная
Вертикальное усилие, действующее на опорную стойку, определяют по формуле
G M
 2  d
4
F1  
G
M
 
 3 0,75 d 4
ïðè n  4;
ïðè n  3,
где G – вес аппарата; M – изгибающий момент.
За счет точности монтажа достигается равномерное распределение нагрузки между всеми четырьмя опорными стойками, усилие будет определяться по зависимости
F1 
G M

äëÿ n  4.
3 d4
Действие момента М учитывается только в том случае, если
опорные стойки связаны между собой жесткой рамой, препятствующей взаимному перемещению стоек.
Несущая способность выпуклого днища должна удовлетворять
следующим условиям:
145
  d e2
F1  p 
4  p  1;
F 1
 p 1
F1
 1,
F 1
где [F]1 – допускаемое вертикальное усилие; de – эффективный диаметр опорной стойки; de = d2 – для опорных стоек без подкладного
листа; de = d3 – для опорных стоек с подкладным листом; [р]1 – допускаемое внутреннее избыточное давление в серединной области выпуклого днища, по ГОСТ Р 52857.2–2007.
Величина допускаемого вертикального усилия определяется по
формуле
d e2
cos 
F 1 1,57 (s1  c) 
1 5
,
cos( 2  )
rm  ( s1  c)
2
где rm и α2 определяют по табл. 7.4
Таблица 7.4
Значения rm и α2 в зависимости от формы днища
Форма днища
Эллиптическое
Тип
H=0,25D
rm
3 d 
2D  1   4 
4 D 
1
1
2
3  d4 
 
4 D 
А
B
C
D
0,9D
0,8D
d4
2D
d4
1,8 D
d4
1,6 D
2
d4
sin α2
Торосферическое
3d 
2D  1   4 
4 D 
2
Метод расчета применим для аппаратов, работающих под внутренним избыточным давлением.
146
7.7. Примеры расчета опорных конструкций аппаратов
Пример 1. Выбрать стандартную опору – лапу и рассчитать обечайку цилиндрического аппарата
(рис. 7.33), на которую действуют
нагрузки, вызванные опорными лапами.
Исходные данные. Внутренний
диаметр аппарата D = 1000 мм, толщина стенки s = 7 мм, прибавка к
расчетной толщине стенки на коррозию с = 1 мм, материал корпуса –
листовой
прокат
из
стали
12Х18Н10Т,
масса
аппарата
m = 1000 кг, давление в аппарате Рис. 7.33. Аппарат с опоройр = 1,0 МПа, температура среды лапой, нагруженный внутренним
давлением: 1 – крышка; 2 – обе95 °С.
Решение. Расчетная нагрузка чайка; 3 – опора; 4 – днище;
5 – штуцер; 6 – люк-лаз
на одну опору
  P   M 11000  9,81
Q 1  2

 0  3270 Í.
z
D  2e
3
где е = 0,5 (b + fmax + s0 + sн); fmах, b – значения, принимаемые по
табл. П21; s0 – толщина стенки аппарата в конце срока службы,
s0 = s – с – с1; с1 – дополнительная прибавка; sн – толщина накладного
листа; λ1, λ2 – коэффициенты, зависящие от числа опор z; Р и М – осевая сила и момент соответственно, действующие на опорные поверхности лап.
В соответствии с приложением (табл. П21) принимаем опорулапу «Опорная лапа 1-400 ГОСТ 26296–84» на максимальную нагрузку 4,0 кН.
Проверка прочности стенки вертикального цилиндрического аппарата под опорой-лапой без накладного листа. Осевое напряжение
от внутреннего давления р и изгибающего момента определяется по
формуле
 m0 y 
pD
4 M
1,0 1000


 0  41,7 ÌÏà .
4s0   D 2  s0 4  (7  1)
Окружное напряжение от внутреннего давления
147
 m0 y 
p  D 1,0 1000

 83,4 ÌÏà .
2 s0
2  (7  1)
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок
определяется из соотношения

 m0  max  m0 ;  m0
x
y
 max41,7;83,4  83,4 ÌÏà .
Максимальное мембранное напряжение от основных нагрузок и
реакции опоры определяется по формуле
K Q e
 m   m0  1 2 
D  s0
 83,4 
2,2  3,270  0,5  (95  25  6  0)10 6
1,0  (6 10
3 2
 96 ÌÏà,
)
где коэффициент К1 находится из рис. 7.6 в зависимости от параметров γ = D/(2s0) и h/D (h – высота опоры);
γ = D/(2s0) = 1000/12 = 83,3;
h/D = 95/1000 = 0,095;
К1 = 2,2.
Максимальное напряжение изгиба от реакции опоры определяется по формуле
è 
K2  Q  e
h  s02

0,85  3,27 10 3 126 10 3
95 10
3
 (6 10
3 2
 102 ,4 ÌÏà,
)
где коэффициент К2 = 0,85 находится из рис. 7.7 в зависимости от тех
же параметров γ и h/D.
Условие прочности имеет вид
2
2
 m 
0,8  è  96 
0,8 102 ,4

 



 0,536  1,
 

A

228
1
,
0
228

 ò
ò 
где А = 1,0 – для эксплуатационных условий.
Пример 2. Выбрать стандартную опору – стойку и проверить
несущую способность эллиптического днища вертикального аппарата
(рис. 7.34).
Исходные данные. Внутренний диаметр аппарата D = 1200 мм,
рубашки Dруб = 1300 мм; толщина стенки корпуса и рубашки соответственно s = 7 мм, sруб = 5 мм; прибавка к расчетной толщине стенки
на коррозию с = 1 мм, материал корпуса и рубашки – листовой прокат
148
5
Н
из стали 12Х18Н10Т (Е = 2,0  10 МПа, [σ] = 130 МПа); масса аппарата
m = 4000 кг; давление в аппарате р = 1,0 МПа; давление в рубашке
рруб = 0,5 МПа; коэффициент прочности сварного шва υ = 0,9; температура среды t = 105 °С. Аппарат установлен в помещении (М = 0).
Решение:
В
соответствии
с
АТК 24.200.03-90 «Опоры-стойки вертикальных аппаратов. Типы, конструкция и
размеры» (см. табл. 7.2) принимаем 4 опоры
D
(стойки) «Опора 3–1000 АТК 24.200.03–90»
Dруб
на максимальную нагрузку 10,0 кН.
Вертикальное усилие на опорную
стойку вычисляют по формуле
F1 
G M 4000  9,8


 0  39,2 êÍ.
2 d4
2
Меридиональный момент, передаваемый опорой на днище, вычисляют по формуле
А
F (b
b  K)
M1  1 1max

2
39,2(160  115  6) 10 3

 1,0 êÍì.
2
Несущую способность днища в месте
приварки опорной лапы следует проверять Рис. 7.34. Вертикальный аппарат
по формуле
pðóá 39,2 10 3  0,486 1,0 10 3 0,5
F1 sin  2 M1





 0,69  1,
F 1 [M ]1 [ p]
0,78
0,08
0,72
где [р] – допускаемое внутреннее избыточное давление в серединной
области выпуклого днища по ГОСТ Р 52857.2–2007 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических
и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек»,
[ p] 
2( sðóá  ñ)    []
R  0,5( sðóá  ñ)
R

Dðóá 2
4H
2  (5  1) 10 3  0,9 130
1,3  0,5  (5  1) 10

Dðóá 2
4  0,25  Dðóá
149
3
 1,3 ì .
 0,72 ÌÏà ;
Значения rm и α2 определяют по формулам (см. табл. 7.4)
rm 
3 d 
2D  1   4 
4  Dðóá 
1
sin  2 
1
3  d 4 
4  Dðóá 
d4
2
2
2
3  850 
2 1300  1  

4  1300 

 419 ,2 ìì ;
1
1
2
3  850 


4  1300 
3 d 
2D  1   4 
4  Dðóá 
2
850

3  850 
2 1300  1  

4  1300 
2
 0,486 .
Допускаемое нормальное усилие для неподкрепленного эллиптического днища вычисляют по формуле
[ F1 ]  0,25 K 20  []  ( sðóá  c) 2  (0,2  d 4 / Dðóá ) 
 0,25 175 130  4 2 10 6  (0,2  850 / 1300 )  0,78 ÌÍ.
где d4 – диаметр сечения, проходящего через середину линии контакта опоры с днищем,
d4  d  2C1  K  b1max  900  2  60  10  160  850 ìì.
К эллиптическим днищам опорные стойки должны быть прикреплены в области 0 < d < 0,8 Dруб, принимаем d = 900 мм.
Допускаемый меридиональный момент для неподкрепленного
эллиптического днища вычисляют по формуле
[ M ]1  0,25 K 21  []  ( sðóá  c) 2  Dðóá (0,2  d 4 / Dðóá ) 

K 21
14
 [ F1 ]  Dðóá 
1,3  0,78  0,08 ÌÍì.
K 20
175
Коэффициенты К20 и К21 определяют по графикам, приведенным
на рис. 7.12 и 7.13 соответственно, в зависимости от относительной
толщины днища (sруб – с)/Dруб и относительной длины линии контакта
опоры с днищем l/Dруб.
Длину линии контакта опоры с днищем вычисляют по формуле
150
b
 K 160  10
l  1 max

 308,6 ìì.
sin  2
0,486
Следовательно, l/Dруб = 0,24, (sруб – с)/Dруб = 0,003 и К20 = 175.
Несущая способность эллиптического днища в месте приварки
опорной лапы (стойки) выполняется
0,69  1 .
Пример 3. Рассчитать седловую опору горизонтального аппарата.
Исходные данные. Объем аппарата V = 3,5 м3; внутренний диаметр
D = 1000 мм; длина цилиндрической обечайки L = 2500 мм; толщина
стенки s = 10 мм; масса аппарата mа = 5000 кг. Материал – сталь
12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72); прибавка к расчетной толщине с = 2 мм;
допускаемое напряжение и модуль продольной упругости при рабочей
температуре [σ] = 152 МПа, E = 2·105 МПа; плотность обрабатываемой среды ρс = 1200 кг/м3; остаточное давление рост = 0,01 МПа. Материал опоры – сталь Ст3сп.
Решение. Расчетные нагрузки в горизонтальном аппарате, установленном на двух седловых опорах, показаны на рис. 7.16.
Реакция опоры для аппарата, установленного на двух опорах,
Q  0,5G  0,5(ma  V  ñ )  g 
 0,5  (500  3,5 1200 )  9,81  23,5 10 3 ÌÍ,
где G – сила тяжести аппарата в рабочем состоянии.
Изгибающий момент в середине аппарата
M1  Q  ( f1  L  a)  23,5 10 3  (0,23  2,5  0,16)  11,5 10 3 ÌÍì,
где f1 = 0,23 при L/D = 2,5/1,0 = 2,5, H/D = 0,25 (см. рис. 7.17);
a = 0,2 мм – для аппарата без колец жесткости.
Изгибающий момент в сечении над опорой
M2 
Q  a  a 0,5 f3  D

 f2  
1  
f2  L
a

23,5  10 3  0,16  0,16 0,5  0,08  1,0


 1 

 1,15   117 ,6  10 6 ÌÍì,
1,15
2,5
0,16


где f2 = 1,15, f3 = 0,08 при тех же параметрах L/D = 2,5, H/D = 0,25 (см.
рис. 7.18, 7.19 соответственно).
151
Перерезывающая сила для аппарата, установленного на двух
опорах,
Qï  f 4  Q  0,57  23,5 10 3  13,4 10 3 ÌÍ,
где f4 – коэффициент, определяемый по рис. 7.20 в зависимости от параметров a/L и H/L; a/L = 0,08, H/L = 0,1, отсюда f4 = 0,57.
В соответствии с весом аппарата и его диаметром выбираем опору «Опора 125-514-2-1 ОСТ 26-2091–93» (табл. П23).
На опору действуют вертикальная сила Q (реакция опоры), горизонтальная сила Р1 (перпендикулярная к оси аппарата) и горизонтальная сила трения Р2 (параллельная оси аппарата).
Реакция опоры определяется по формуле, в которой учитывается
максимальная сила тяжести аппарата (в том числе и при гидравлическом испытании):
Qmax  0,5Gmax  0,5  23,5 10 3  11,75 10 3 ÌÍ .
Горизонтальная сила (перпендикулярная к оси аппарата)
P1  K18  Qmax  0,25  23,5 10 3  5,9 10 3 ÌÍ,
где K18 – коэффициент, определяемый по рис. 7.21, K18 = 0,25.
Горизонтальная сила трения (параллельная оси аппарата)
P2  fî  Qmax  0,15  23,5 10 3  3,52 10-3 ÌÍ,
где fo = 0,15 – коэффициент трения между аппаратом и опорой (или
между опорой и опорной плитой).
Площадь опорной плиты принимается конструктивно и должна
удовлетворять условию
Qmax 23,5 10 3
Fï R 

 2,35 10 3 ì 2 ,
áåò 
10
где [σбет] – допускаемое напряжение сжатия бетона фундамента, принимаемое в зависимости от марки бетона, [σбет]=10 МПа.
Принимаем площадь опорной плиты Fп = 3·10-3 м2.
В этом случае напряжение сжатия бетона равно
Fï R
2,35 10 3
 áåò   áåò 
 10 
 7,8 ÌÏà .
Fï
3 10 3
Расчетная толщина опорной плиты
152
sï R  2,45b
K19   áåò
0,30  7,8
 2,45  250 
 79,5 ìì,
1,1 ï 
1,1140
где К19 – коэффициент, определяемый по рис. 7.22 в зависимости от
отношения b/а; b – ширина поперечных ребер, b=250 мм; а – расстояние
между
поперечными
ребрами,
а = (L – 20)/2 =
= (1000 – 20)/2 = 490 мм (рис. 7.23, табл. П23), К19 = 0,30; [σп] – допускаемое напряжение для материала опорной плиты (сталь Ст3сп),
[σп] = 140 МПа.
Исполнительная толщина опорной плиты
sï  sï R  c  80 ìì.
Расчетная толщина поперечного ребра (см. рис. 7.23) из условия
прочности на изгиб и растяжение определяется по формуле
42 P1
42  5,9 10 3
spR 

 16,1 ìì .
1,1D   1,11,0 140
Толщины ребер (см. рис. 7.23) проверяют на устойчивость от
действия сжимающей нагрузки q. Нагрузка на единицу длины ребра
Qmax
23,5 10 3
ÌÍ
q  1,2
 1,2
 16,3 10 3
lîáù
1,73
ì
,
где lобщ – общая длина всех ребер на опоре,
lîáù  a  (m  1)  b  m  490  (3  1)  250  3  1730 ì,
здесь m – число ребер на опоре, m = 3.
Расчетная толщина ребер из условия устойчивости
q
16,3 10 3
spR 

 0,23 ìì ,
 êð
70
 
где [σкр] – допускаемое напряжение на устойчивость, принимаемое из
условия
êð   3ò  210
 70 ÌÏà.
3
Принимаем sp  max16,1; 0,23  16,1  20 ìì.
Условие прочности опоры при действии изгибающей силы Р2
153
P h
  2 1    ,
W

3,53 10 3  0,2
0,69 10
3
 9,22 ÌÏà
 0,9 152  137 ÌÏà,
где W – момент сопротивления горизонтального сечения по ребрам у
основания опоры (из рис. 7.23 – заштрихованное сечение ребер);
h1 – высота среднего ребра опоры, h1 = 0,2 м.
W 3
sð  b2
6

2a  sð2
6
20  250 2  10 9
3

6
2  490  20 2  10 9

 0,69  10 3 ì 3.
6
Пример 4. Рассчитать стандартную цилиндрическую опору колонного аппарата (рис. 7.35).
I
H1
6
а1
s1
A
A
Рис. 7.35. Юбочная цилиндрическая опора
Считать, что изгибающие моменты от ветровой нагрузки в нижнем сечении опорной обечайки отсутствуют.
Исходные данные: Внутренний диаметр аппарата D = 1000 мм;
толщина стенки s = 7 мм; масса аппарата в рабочем состоянии
m = 5000 кг; материал корпуса – листовой прокат из стали
12Х18Н10Т, [σк] = 160 МПа; плотность среды в аппарате
154
ρс = 1200 кг/м3; материал опоры – Сталь 10; [σо] = 130 МПа; материал
фундамента – бетон марки 500, [σбет] = 10 МПа.
Расчет элементов опоры колонных аппаратов. Расчет проводится для рабочих условий, т.к. плотность среды больше плотности
воды, заполняющей аппарат при гидравлических испытаниях.
Так как нагрузка, действующая на опору, равна G = 0,049 МПа,
выбираем опору «Опора 2-1000-25-20-800 АТК 24.200.04-90»
(табл. П26).
На опору действуют Р = G – осевая сжимающая нагрузка от силы тяжести аппарата и среды, вспомогательных устройств, установленных на колонне, изоляции; М – суммарный изгибающий момент от
ветровой и сейсмической нагрузок, и от эксцентрично приложенных к
оси аппарата сил тяжести отдельных внутренних и внешних устройств, М = 0.
Обечайка опоры. Прочность сварного соединения опоры с корпусом в сечении у–у определяется условием

 4M y

1
 
 Pè    s  min  î ;  ê ,
  D  a1  D

где Му – максимальный изгибающий момент в сечении у–у; Ри – осевая сжимающая сила в рабочих условиях; а1 – расчетная толщина
сварного шва, а1 ≈ s1; [σо] – допускаемое напряжение для материала
опоры; [σк] – допускаемое напряжение для материала корпуса аппарата; υs – коэффициент прочности сварного шва, υs = 0,7.

1
 1,0  6 10
2
 49,05 10 3  26,03 ÌÏà
 0,7 130  91 ÌÏà .
Нижнее опорное кольцо. Ширина кольца b1 = 0,5(D1 – D2) =
= 0,5·(1280 – 950) = 165 мм (см. рис. 7.35) устанавливается конструктивно и должна удовлетворять условию
b1  b1R 
 4M z

1
1
 
 Pz  
 49,5 10 3  1,36 ìì ,
  Dá   áåò   Dá
 3,14 1,16 10
где Dб – диаметр болтовой окружности анкерных болтов,
Dб = 1160 мм (табл. П25); Мz – максимальный изгибающий момент в
сечении z–z; Pz – осевая сжимающая сила в том же сечении в рабочих
условиях или гидравлического испытания.
155
Выступающая наружу от обечайки опоры ширина кольца b2 принимается из соотношения
2dá  30 ìì
2
2
 2  24  30  78  b2  b1  165  110 ,
3
3
где dб – внутренний диаметр резьбы анкерной шпильки (табл. П25).
Принимаем b2 = 90 мм.
Напряжение сжатия в бетоне определяется по формуле
áåò  áåò  b1R / b1  10 1,36 / 165  0,08 ÌÏà.
Толщина нижнего опорного кольца


3 áåò
s2  max 1  b2 
 ñ; 1,5s1  





3  0,08
 max 0,7  90
 1,0; 1,5  6  max1,9; 9,0  9 ìì ,
130


где κ1 – коэффициент: для опорных узлов исполнения 2 (см. рис. 7.28)
в зависимости от параметра b2/b7 = 90/160 = 0,56, κ1 = 0,74.
Принимаем s2 = 10 мм.
Пример 5. Определить расчетные нагрузки для аппарата колонного типа (рис. 7.36), работающего под действием внутреннего избыточного давления, собственного веса, изгибающих моментов от ветровых нагрузок или сейсмических воздействий.
Исходные данные: внутренний диаметр аппарата D = 1,2 м; высота H = 15 м; толщина стенки аппарата s = 5 мм; материал корпуса
сталь Х18Н10Т; ветровое давление q = 800 Па; плотность стали
ρст = 7850 кг/м3.
Расчет. Минимальный вес аппарата (табл. П28):


Ðmin  ñò  g  2 1,24 D 2    D  H  s 


 7850  9,8  2 1,24 1,2 2  3,14 1,2 15  0,005  23,1 êÍ .
Аналогичным способом определим максимальный вес аппарата, т. е.
при гидравлических испытаниях, по формуле
156


Ðmax  ñò  g  2  1,24 D    D  H  s  âîäû
2

 D3 D 2  H 
 
 g 2

 24
4 


 7850  9,8  2  1,24  1,2 2  3,14  1,2  15  0,005 
 1,23 1,2 2  12 
  3,14  66,55 êÍ .
 1000  9,8   2 


24
4 

P
MB
a)
в)
H
б)
q
D
Рис. 7.36. Нагрузки, действующие на аппарат: а – схема аппарата; б – схема ветровых
нагрузок; в – эпюра иэгибающих моментов
Сила, создаваемая ветровым давлением, равна
F  k1  k2  q  H  D  0,7 1,5  800 15 1,2  15,12 êÍ ,
где k1 – представляет собой аэродинамический коэффициент обтекания, зависящий от формы аппарата. Для цилиндрических аппаратов
k1 = 0,7; для аппаратов, ограниченных плоскими стенками, k1 = 1,4;
k2 – коэффициент динамичности, определяемый по графику (см.
рис. 7.25) в зависимости от параметра
  Ò  q 260  0,31  800 260  0,034 .
Период собственных колебаний определяется по формуле
157
Ðmax  H
66,55 103 15
Ò  1,79  Í 
 1,79 15 
 0,31 c,
11
EJ g
2 10  0,0034  9,8
где Е – модуль упругости материала; g – ускорение свободного падения; J – момент инерции поперечного сечения аппарата,
J
 3
3,14
D s 
1,23  0,005  0,0034 ì 4 .
8
8
Тогда ветровой момент равен
Mâ 
F  H 15,12 15

 114 êÍì .
2
2
Пример 6. Рассчитать эллиптическое днище аппарата в месте
установки опорных стоек (рис. 7.37).
D
s2
d3
s1
α
d2
d4=d1
F1
Рис. 7.37. Характерные размеры
для вертикальной опорной стойки
Исходные данные: Внутренний диаметр аппарата D = 1000 мм;
толщина стенки s = 7 мм; прибавка к расчетной толщине стенки на
коррозию с = 1 мм; коэффициент прочности сварного шва υ = 0,9;
масса аппарата в рабочем состоянии m = 5000 кг; материал корпуса –
сталь 12Х18Н10Т; [σк] = 160 МПа; плотность среды в аппарате
ρс = 1200 кг/м3.
Решение. Исходя из веса аппарата G = 49,05 кН, выбираем три
стойки типа «Опора-стойка 2-25 АТК 24.200.03–90» (табл. П27).
Вертикальное усилие, действующее на опорную стойку, определяют по формуле
158
F1 
G
M
49,05


 16,35 10 3 ÌÍ.
3 0,75d 4
3
Несущая способность выпуклого днища должна удовлетворять
следующим условиям:
  d e2
  (76 10 3 ) 2
3
F1  p 
16,35 10  1,0
1,0
4  p 
4

 0,95  1;
F 1
 p 1
0,02
2,79
F1
16,35 10 3

 0,82  1,
F  1
0,02
где [F]1 – допускаемое вертикальное усилие; de – эффективный диаметр опорной стойки; de = d2 – для опорных стоек без подкладного
листа; de = d3 – для опорных стоек с подкладным листом (табл. П27);
[р]1 – допускаемое внутреннее избыточное давление в серединной области выпуклого днища, по ГОСТ 14249–89.
 ð1  2sý  ñ      2  6  0,9 160  3,43 ÌÏà.
R  0,5sý  ñ
500  0,5  6
Величина допускаемого вертикального усилия определяется по
формуле
d e2
cos 
F 1 1,57 (s1  c) 
1 5

cos( 2  )
rm  ( s1  c)
2
 1,57 160  (6 10
1
(76 10 3 ) 2
) 
 1 5
 0,02 ÌÏà,
3
3
0,826
458 10  6 10
3 2
где rm и α2 для эллиптического днища:
2
2
3d 
3  800 
2D  1   4 
2 1000  1  

4 D 
4  1000 
rm 

 458 ìì ;
1
1
1
1
2
2
d
3  800 
3 4 
 


4  1000 
4 D 
d4
800
sin  2 

 0,563 .
2
2
3  800 
3d 
2 1000  1  
2D  1   4 

4  1000 
4 D 
159
Вопросы для самоконтроля
1. На каких опорах обычно устанавливают вертикальные аппараты?
2. Какие опоры применяются для аппаратов с соотношением высоты к диаметру H/D > 5, размещаемых на открытой площадке?
3. От чего зависит количество опор-лап и опор-стоек?
4. Какие конструкции стандартных опор для колонных аппаратов Вы знаете?
5. Для каких аппаратов применяются «седловые» опоры?
6. Для какой цели часть «седловых» опор аппарата выполнятся
скользящими?
7. От чего зависит число седловых опор, располагаемых вдоль
аппарата?
8. Как выбирается расстояние между неподвижной и подвижной опорами?
9. Перечислите типы юбочных опор для колонных аппаратов.
10. Как определяются расчетные нагрузки, действующие на опору?
11. Какой вид имеет условие прочности стенки вертикального цилиндрического аппарата под опорой-лапой без накладного листа?
12. В каком случае применяется накладной лист под опоройлапой?
13. Какие силы действуют на «седловую» опору горизонтальных
аппаратов?
14. От действия каких нагрузок необходимо проверить на прочность корпус горизонтального аппарата, установленного на «седловых» опорах?
15. По какой формуле определяется реакция «седловой» опоры?
16. По какой формуле определяется горизонтальная сила трения
(параллельная оси аппарата) в «седловой» опоре?
17. От каких величин зависит площадь опорной плиты «седловой»
опоры?
18. Какую нагрузку принимают за максимальную приведенную нагрузку Qmax при выборе опор колонных аппаратов?
19. Какие сечения юбочной опоры подлежат проверке на прочность?
20. Каким условиям должна удовлетворять несущая способность
выпуклого днища при установке аппарата на опорные стойки?
160
№ вопроса
Вопрос
№ варианта
8. ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ
Варианты ответа
1
2
3
4
1
(pг/р)100% < 5%
2
(pг/р)100% > 5%
3
pг>>р
4
pг ≈ р
При определении расчетного давления рр
1. гидростатическое давление р среды учиг
тывается, если
Что такое избыточная толщина стенки
2.
элементов сосудов и аппаратов?
1
s – sp – c
2
прибавка на коррозию
3
4
3. Как рассчитывается пробное давление ри,
если рабочее давление р = 0,6 МПа?
Чему равен коэффициент К, учитывающий
тип закрепления днища или крышки, показанной на рисунке?
разница между исполнительной
и расчетной толщинами
прибавка для округления толщины стенки до стандартной
1
1,5 p  20 /
2
max 1,25 p  20 /; ( p  0,3)
3
max 1,5 p  20 /; 0,2
4
( p  0,3)
5
max 1,5 p  20 /; 0,3
1
0,4
2
0,5
3
0,41
4.
4
K  0,41
1  3  Dá / Dñ.ï  1
,
Dá / Dñ.ï
ãäå   1  Rï / Fä
5
161
0,53
1
2
3
4
Как определяется расчетный диаметр Dр
плоской крышки (см. рис.)?
1
Dp=D
2
Dp=D+2s
3
Dp=Dб – 2r
4
Dp=D+s
5
Dp=Dб – r
1
а)
2
б)
3
в)
4
а) и в)
5
б) и в)
5.
Для какой схемы плоской крышки равен
расчетный диаметр Dp=Dб?
а)
б)
6.
в)
162
1
2
3
1
7.
Выберите правильную комбинацию значений из предложенных:
– коэффициент запаса прочности по пределу текучести nт;
– коэффициент запаса прочности по пределу временного сопротивления nв;
– коэффициенты запаса прочности по
пределу длительной прочности nд;
– коэффициенты запаса прочности по
пределу ползучести nп
2
3
4
5
8.
Какие напряжения в тонкостенных оболочках всегда больше:
меридиональные σm, кольцевые σt или
4
nт = 1,0; пв =2,4;
пд = 1,5; пп = 1,5
nт = 2,4; пв = 1,5;
пд = 1,5; пп = 1,0
nт = 1,5; пв =2,4;
пд = 1,0; пп = 1,5
nт = 1,5; пв =2,4;
пд = 1,5; пп = 1,0
nт = 1,5; пв = 1,5;
пд = 2,4; пп = 1,0
1
σt> σr> σm
2
σm> σt> σr
3
σt> σm> σr
4
σm> σr> σt
5
σr> σm> σt
радиальные σr?
1
2
9.
Какой вид имеет условие устойчивости
тонкостенных оболочек при совместном
действии изгибающего момента М, осевой сжимающей силы F и наружного
давления среды рн
163
3
pí.ð
F
M

1
 pí  F  M 
4M
pí.ð 
 F  [ pH ]
D

F  0,25[ pH ]    D 2

[F ]
M
p

 í 1
[ M ] [ pí ]
4M
F 0
D
4
pí.ð 
5
pí.ð
F
M


F  M   pí 
1
2
3
1
Допускаемое наружное давление для обечаек
Эффективный момент инерции расчетного поперечного
сечения кольца жесткости
Расстояние между двумя соседними кольцами жесткости
по их осям
Коэффициент жесткости обечайки с кольцами жесткости
Расстояние между двумя соседними кольцами жесткости
по их осям и площадь поперечного сечения кольца жесткости
а)
2
б)
3
в)
4
Прочность не зависит от α
1
2
10.
Какие параметры подлежат определению
при расчете обечаек, подкрепленных
кольцами жесткости?
3
4
5
11.
Какое коническое днище (с углом при
вершине 2α) более прочное:
а) 60°
б) 90°
в) 120°
1
12.
13.
14.
Какие из приведенных выражений являются основными уравнениями безмоментной теории оболочек
Расположите оболочки вращения, имеющие равную прочность, по мере уменьшения толщины стенки:
а) – цилиндрическая;
б) – коническая;
в) – сферическая;
г) – эллипсоидная
Как определяется расчетное наружное
давление рн.р для аппаратов с «рубашкой», если внутри аппарата вакуум
164
4
2
m t
p

 ï
R1 R2
s
p
m  ï R2
2s
3
U  m  s и T  t  s,
4
p
m t
p

 ï ; m  ï  R2
2s
R1 R2
s
1
а); б); в); г)
2
а); в); г); б)
3
г); а); б); в)
4
б); а); г); в)
1
pí.ð  pð.ð  pðóá  pã.ð
2
pí.ð  pð.ð  ( pà  pîñò )
3
рн.р = ра – рост
4
pí.ð  pð.ð  ( pà  pîñò )
5
pí.ð  pð.ð  ( pà  pîñò )
1
15.
2
Почему цилиндрические обечайки, работающие под наружным давлением, принято делить на «длинные» и «короткие»?
3
4
1
«короткие» обечайки не рассчитываются на устойчивость
2
при
потере
устойчивости
«длинные» и «короткие» обечайки рассчитываются по разному
3
критическое наружное давление не зависит от размера
«длинных» обечаек
4
1.
16.
Особенностью напряженного состояния
материала стенок оболочек, вызванного
краевыми моментами и силами, являются
2
3
4
К какому варианту укрепления отверстий
относится показанный на рисунке
17.
165
1
у «длинных» обечаек число
волн деформации всегда равно
двум, а у «коротких» три и более
деформации и напряжения изгиба от действия краевых нагрузок носят локальный характер и имеют существенную
величину лишь в окрестности
непосредственного действия
нагрузок
изменение значений вызываемых ими сил, моментов, напряжений и деформаций по
мере удаления от края по линейному закону
деформации и напряжения изгиба от действия краевых нагрузок не существенны по
сравнению с деформациями и
напряжениями от внутреннего
давления pр
максимальные напряжения в
краевой зоне всегда меньше,
чем вдали от нее
укрепление
односторонним
штуцером
2
односторонним штуцером и
накладкой
3
двусторонним штуцером
двумя накладками
4
отбортовкой и штуцером
5
бобышкой
и
1
2
3
1
2
18.
В чем сущность геометрического критерия расчета укрепления обечайки в области отверстия?
3
4
19.
В чем преимущество свободных фланцев
по сравнению с цельными?
Какая конструктивная форма уплотнительной поверхности представлена на рисунке
20.
166
4
предусматривает
компенсацию площади отверстия площадью накладного кольца
предусматривает
компенсацию площади поперечного сечения выреза с помощью дополнительных укрепляющих
элементов
(дополнительной
толщиной стенки штуцера,
накладного кольца и т. д.),
расположенных в зоне укрепления
предусматривает
компенсацию площади продольного
сечения выреза с помощью
дополнительных
укрепляющих элементов (дополнительной толщиной стенки штуцера, накладного кольца и т. д.),
расположенных в зоне укрепления
предусматривает
компенсацию площади продольного
сечения выреза площадью избыточных толщин оболочки,
штуцера и накладного кольца
1
возможность применения при
более высоких давлениях
2
простота конструкции
3
экономия материалов
4
корпус аппарата разгружен от
действия изгибающих моментов, возникающих при затяжке
фланцевого соединения
1
плоская
2
плоская с рисками
3
выступ-впадина
4
шип-паз
5
с овальным металлическим
кольцом
1
21.
22.
23.
24.
2
По какой теории прочности проверяется
условие прочности втулки фланца?
Как записывается условие герметичности
фланцевого соединения?
Прочность болтов фланцевого соединения определяется из условия работы последних на
В каких пределах изменения температур
применяются прокладки из картона асбестового
167
3
4
1
наибольшей удельной потенциальной энергии формоизменения
2
наибольших деформаций
3
наибольших нормальных напряжений
4
наибольших касательных напряжений
1
  ê Å   Dá hô  
2
  [] Å   D hô  
3
  [] Å   Dá hô  
4
  0 Å   Dá hô  
5
  ê Å   D hô  
1
изгиб
2
кручение
3
смятие
4
растяжение
5
срез
1
–55
+450
2
–15
+350
3
–15
+450
4
–15
+50
5
–25
+150










1
2
3
4
Расположите формулы в порядке расчета
укрепления отверстий:
à) d0ð  0,4 Dð  s  c .

1
а); г); в); б)
2
а); г); б); в)
3
а); в); г); б)
4
а); б); г); в)

 l1ð  só.ð  s  sð  c 

á) 

 sø  sø.ð  ñø  l2ð  sø  2ñø 




 1  Dð  só.ð  s  c 
25.




  2  só.ð  s  sð  c  0,5 d ð  d îð  sð .



 l1ð  s  sð  c  sø  søð  ñø 
â) 

 l2ð  sø  2ñø 



 1  Dð  s  c   s  sð  c 


 0,5 d ð  d îð  sð .


 s  c  / sð  0,8 
ã) d 0  2
  cø
 Dð  s  c 

26.
Что следует предпринять, если условие
прочности стенки вертикального цилиндрического аппарата под опоройлапой не выполняется?
1
2
3
4
1
27.
Температурные удлинения аппарата ме- 2
жду смежными опорами не должно пре- 3
вышать:
4
5
В какой форме выполнен опорный узел
1
юбочной опоры (см. рис)
2
28.
168
выбрать другой типоразмер
опоры-лапы
увеличить толщину стенки
аппарата
применить накладной лист
увеличить количество опор
3% расстояния между неподвижной и подвижной опорами
1% длины аппарата
35 мм
50 мм
70 мм
в форме отдельных столиков
под каждый анкерный болт
в виде двух горизонтальных
колец, подкрепленных ребром
в промежутке между двумя
смежными анкерными болтами
3
в виде двух горизонтальных
колец, подкрепленных двумя
ребрами у каждого анкерного
болта
4
опорный узел облегченной
конструкции с одним кольцом
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Абрамов О.М. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств: учеб. для вузов. – СПб.: Изд – во «РАПП»,
2009. – 408 с.
2. АТК 24.200.03–90. Опоры-стойки вертикальных аппаратов.
Типы, конструкция и размеры. Дата введения 01.01.1991. – 13 с.
3. АТК 24.200.04–90. Опоры цилиндрические и конические
вертикальных аппаратов. Типы и основные размеры. Дата введения
01.01.91. – 53 с.
4. АТК 24.218.06–90. Штуцера для сосудов и аппаратов стальных сварных. Типы, основные параметры, размеры и общие технические требования. Дата введения. 01.12.1995. – 127 с.
5. Бабицкий И.Ф., Вихман Г.Л., Вольфсон С.И. Расчет и конструирование аппаратуры нефтеперерабатывающих заводов; под ред.
Г.Л. Вихмана. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: «НЕДРА», 1965. – 246 с.
6. Беляев В.М., Миронов В.М. Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли: Часть 1. – Тонкостенные сосуды и аппараты химических производств: учеб. пособие. – Томск: ТПУ, 2009.
– 288 с.
7. Коптева В.Б., Коптев А.А. Фланцевые соединения: конструкции, размеры, расчѐт на прочность: метод. указания. – Тамбов:
Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2011. – 24 с.
8. Васенев А.Д., Поникаров С.И., Николаев Н.А. Расчет и конструирование оборудования пищевых и химических производств. –
Казань: «Печатный двор», 2002. – 200 с.
9. Виноградов С.Н., Таранцев К.В. Конструирование и расчет
элементов тонкостенных сосудов: учеб. пособие. – Пенза: Изд-во
Пенз. гос. ун-та, 2004. – 136 с.
10. Вихман Г.Л., Круглов С.А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов: учеб. для студентов
вузов; – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: «Машиностроение», 1978. –
328 с.
11. Волошин А.А., Григорьев Г.Т. Расчет и конструирование
фланцевых соединений: справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр.
отд-ние, 1979. – 125 с.
12. ГОСТ 12619–78. Днища конические отбортованные с углами при вершине 60 и 90°. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1978. – 23 с.
13. ГОСТ 12620–78. Днища конические неотбортованные с углами при вершине 60, 90 и 120 град. Основные размеры. – М.: Изд-во
169
стандартов, 1978. – 11 с.
14. ГОСТ 12622–78. Днища плоские отбортованные основные
размеры. – М.: Изд-во стандартов, 1978. – 4 с.
15. ГОСТ 14249–89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. – М.: Изд-во стандартов, 1989. – 62 с.
16. ГОСТ 19903–74. Сталь листовая горячекатаная. – М.: Изд-во
стандартов, 1974. – 17 с.
17. ГОСТ 24755–89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность укрепления отверстий. – М.: Изд-во стандартов, 1989.
– 20 с.
18. ГОСТ 26296–84. Лапы опорные подвесных вертикальных
сосудов и аппаратов. – М.: Изд-во стандартов, 1984. – 15 с.
19. ГОСТ 28759.2–90. Фланцы сосудов и аппаратов стальные
плоские приварные. Конструкция и размеры. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1990. – 13 с.
20. ГОСТ 28759.3–90. Фланцы сосудов и аппаратов стальные
приварные встык Конструкция и размеры. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1990. – 12 с.
21. ГОСТ 28759.6–90. Прокладки из неметаллических материалов. Конструкция и размеры. Технические требования – М.: ИПК
Изд-во стандартов, 1990. – 6 с.
22. ГОСТ 6533–78. Днища эллиптические отбортованные
стальные для сосудов, аппаратов и котлов. Основные размеры. – М.:
Изд-во стандартов, 1979. – 38 c.
23. ГОСТ 9617–76. Сосуды и аппараты. Ряды диаметров. – М.:
Изд-во стандартов, 1979. – 3 с.
24. ГОСТ Р 52857.4–2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2007. – 36 с.
25. ГОСТ Р 51273–99. Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность. Определение расчетных усилий для аппаратов
колонного типа от ветровых нагрузок и сейсмических воздействий. –
М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. – 17 с.
26. ГОСТ Р 51274–99. Сосуды и аппараты. Аппараты колонного
типа. Нормы и методы расчета на прочность. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 1999. – 11 с.
27. ГОСТ Р 52857.5 – 2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия
опорных нагрузок. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2008. – 22 с.
170
28. ГОСТ Р 52857.8–2007. Сосуды и аппараты. Нормы и методы
расчета на прочность. Сосуды и аппараты с рубашками. – М.: ИПК
Изд-во стандартов, 2008. – 27 с.
29. Гусев Ю.И. Конструирование и расчет машин химических
производств: учеб. для вузов. – М.: Изд-во «ЁЁ Медиа», 2012. – 408 с.
30. Дворецкий С.И., Кормильцин Г.С., Калинин В.Ф. Основы
проектирования химических производств: учеб. пособие. – М.: Издательство “Машиностроение-1”, 2005. – 280 с.
31. Домашнев А.Д. Конструирование и расчет химических аппаратов: учеб. – М.: Машгиз, 1961. – 624 с.
32. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. – М.: Машгиз, 1960. – 743 с.
33. Ким В. С. Конструирование и расчет механизмов и деталей
машин химических и нефтеперерабатывающих производств: Изд-во
“КолосС”, 2007. – 440 с.
34. Конструирование безопасных аппаратов для химических и
нефтехимических производств / Г.Г. Смирнов, А.Р. Толчинский,
Т.Ф. Кондратьева; под общ. ред. А.Р. Толчинского. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. – 303 с.
35. Поникаров И.И., Поникаров С.И. Конструирование и расчет
элементов химического оборудования: учеб. для вузов по специальностям 240801 “Машины и аппараты химических производств”,
130603 “Оборудование нефтегазопереработки”. – М.: Альфа-М, 2010.
– 382 с
36. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: справочник; под ред. А.Р. Толчинского. –3-е изд., стер. – М.:
Альянс, 2011. – 381 с.
37. Курочкин А.А., Зимняков В.М. Основы расчета и конструирования машин и аппаратов перерабатывающих производств / под
ред. А.А. Курочкина – М.: КолосС, 2006 – 320 с.
38. Лащинский А.А., Толчинский А.Р. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. – Л.: “Машиностроение”,
1970. – 752 с.
39. Лащинский А.А. Конструирование сварных химических аппаратов: справочник. – Л.: Машиностроение. Ленигр. отд-ние, 1991. –
382 с.
40. Опоры вертикальных и горизонтальных аппаратов: метод.
указания / Сост. В.Б. Коптева. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та,
2005. – 24 с.
41. Опоры колонных аппаратов: метод. указания / сост. В.Б.
Коптева. – Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2007. – 24 с.
171
42. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. справочник / А.А. Лащинский, А.Р. Толчинский. – 3-е изд. стер. –
М.: Альянс, 2008. – 752 с.
43. Основы расчета и конструирования машин и автоматов пищевых производств / под ред. А.Я. Соколова. – М.: “Машиностроение”, 1969. – 637 с.
44. ОСТ 26-2091–93. Опоры горизонтальных сосудов и аппаратов. Конструкция. Дата введения 01.07.1993.
45. Остриков А.Н., Абрамов О.В. Расчет и конструирование
машин и аппаратов пищевых производств: учеб. для вузов. – СПб.:
ГИОРД, 2004. – 352 с.
46. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Хоменко А.А. Конструирование и расчет элементов химического оборудования: учеб. для вузов. – Мультимедийное информационное электронное издание. № гос.
регистрации – 0321103656. Казань. Издатель – КНИТУ, 2011.
47. Поникаров И.И., Поникаров С.И., Рачковский С.В. Расчеты
машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки
(примеры и задачи): учеб. пособие. – М.: Альфа-М, 2008. – 720 с.
48. Практикум по курсу «Расчет и конструирование машин и
аппаратов пищевых производств»: учеб. пособие / А.Н. Остриков,
В.Е. Игнатов, В.Е. Добромиров, А.А. Шевцов; Воронеж. гос. технолог. акад. – Воронеж, 1997. – 192 с.
49. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых
производств: учеб. для вузов. / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов,
Г.В. Калашников, Ф.Н. Вертяков. – изд-во “РАПП”, 2009. – 416 с.
50. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических
производств: Примеры и задачи: учеб. пособие для студентов втузов /
М.Ф. Михалев, Н.П. Третьяков, А.И. Мильченко, В.В. Зобнин; под
общ. ред. М.Ф. Михалева. – Л.: “Машиностроение”, Ленингр. отд ние, 1984. – 301 с.
51. Рахмилевич З.З., Радзин И.М., Фарамазов С.А. Справочник
механика химических и нефтехимических производств. – М.: Химия,
1985. – 592 с.
52. РД 26-01-169–89. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность днищ в местах крепления опор-стоек.
53. Рубашки неразъемные стальных сварных сосудов и аппаратов. Конструкция и размеры: – [Сборник]: OCT 26-01-982–82 –
ОСТ 26-01-987–82. – М.: НИИхиммаш, 1982. – 92 с.
54. Сеселкин И.В., Яровой В.С. Расчет и конструирование оборудования предприятий химических производств: учеб. пособие /
172
Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул. Изд-во АлтГТУ.
2005. – 80 с.
55. Соколов В.И. Основы расчета и конструирования машин и
аппаратов пищевых производств: – М.: “Машиностроение”, 1983. –
447 с.
56. Тимонин А.С. Основы конструирования и расчета химикотехнологического и природоохранного оборудования: справочник.
Т.1. – Калуга: Изд-во Н.Бочкаревой, 2002. – 852 с.
57. Харламов С.В. Конструирование технологических машин
пищевых производств: учеб. пособие. – Л.: “Машиностроение”. Ленингр. отд-ние, 1979. – 224 с.
58. Харламов С.В. Практикум по расчету и конструированию
машин и аппаратов пищевых производств: учеб. пособие. – Л.: Агропромиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. – 256 с.
173
ПРИЛОЖЕНИЯ
Таблица П1
Допускаемые напряжения [σ] для углеродистых и низколегированных сталей
Значения [σ], МПа, для сталей
t, °C
Ст3
20
100
150
200
250
300
350
375
400
410
420
430
440
450
154
149
145
142
131
115
105
93
85
81
75
71
–
–
09Г2С
16ГС
196
177
171
165
162
151
140
133
122
104
92
86
78
71
20
20К
147
142
139
136
132
119
106
98
92
86
80
75
67
61
10Г2
09Г2
180
160
154
148
145
134
123
108
92
86
80
75
67
61
10
130
125
122
118
112
100
88
82
77
75
72
68
60
53
17ГС
17Г1С
183
160
154
148
145
134
123
116
105
104
92
86
78
71
Таблица П2
Допускаемые напряжения [σ] для теплоустойчивых хромистых сталей
Значения [σ], МПа, для сталей
t, °C
20
100
150
200
250
300
350
375
400
410
420
430
440
450
12ХМ
147
146,5
146
145
145
141
137
135
132
130
129
127
126
124
12МХ
147
146,5
146
145
145
141
137
135
132
130
129
127
126
124
15ХМ
155
153
152,5
152
152
147
142
140
137
136
135
134
132
131
174
15Х5М
146
141
138
134
127
120
114
110
105
101
99
96
94
91
15Х5М-У
240
235
230
225
220
210
200
180
170
160
150
140
135
130
Таблица П3
Допускаемые напряжения [σ] для жаропрочных, жаростойких и
коррозионно-стойких сталей аустенитного класса
03Х17Н14М3
08Х18Н10Е
08Х18Н12Т
08Х17Н13М2Т
08Х17Н15М3Т
12Х18Н10Т
12Х18Н12Т
10Х17Н13М2Т
10Х17Н13М3Т
20
100
150
200
250
300
350
375
400
410
420
430
440
450
03Х18Н11
t, °C
03Х21Н21М4ГВ
Значения [σ], МПа, для сталей
180
173
171
171
167
149
143
141
140
–
–
–
–
–
160
133
125
120
115
112
108
107
107
107
107
107
107
107
153
140
130
120
113
103
101
90
87
83
82
81
81
80
168
156
148
140
132
123
113
108
103
102
101
100,5
100
99
184
174
168
160
154
148
144
140
137
136
135
134
133
132
Таблица П4
Расчетные значения модуля упругости Е
Значения E · 10-5, МПа, при t, °C
Стали
углеродистые и низколегированные
теплоустойчивые и коррозионно-стойкие хромистые
жаропрочные,
жаростойкие
аустенитного класса
20
100
150
200
250
300
350
1,99
1,91
1,86
1,81
1,76
1,71
1,64
2,15
2,15
2,05
1,98
1,95
1,90
1,84
2,00
2,00
1,99
1,97
1,94
1,90
1,85
Значения E · 10-5, МПа, при t, °C
Стали
углеродистые и низколегированные
теплоустойчивые и коррозионно-стойкие хромистые
жаропрочные,
жаростойкие
аустенитного класса
400
450
500
550
600
650
700
1,55
1,40
–
–
–
–
–
1,78
1,71
1,63
1,54
1,40
–
–
1,80
1,74
1,67
1,60
1,52
1,43
1,32
175
Таблица П5
Минимальное значение предела текучести σт
для углеродистых и низколегированных сталей
Значения σт, МПа, для сталей
t, °C
20
100
150
200
250
300
350
375
400
410
420
Ст3
09Г2С
16ГС
20
20К
10
10Г2
09Г2
250
230
224
223
197
173
167
164
–
–
–
300
265,5
256,5
247,5
243
226,5
210
199,5
183
–
–
220
213
209
204
198
179
159
147
–
–
–
195
188
183
177
168
150
132
123
–
–
–
270
240
231
222
218
201
185
162
–
–
–
17ГС
17Г1С1
10Г2С1
280
240
231
222
218
201
185
174
158
156
138
Таблица П6
Минимальное значение предела текучести σт
для теплостойких и кислотостойких сталей
12Х18Н10Т
12Х18Н12Т
10Х17Н13М2Т
10Х17Н13М3Т
08Х18Н10Е
08Х18Н12Т
08Х17Н13М2Т
08Х17Н15М3Т
20
100
150
200
250
300
350
375
400
410
420
15Х5М
t, °C
12ХМ
12МХ
15ХМ
Значения σт, МПа, для сталей
240
235
226
218
218
212
206
202
198
195
194
220
210
207
201
190
180
171
164
158
155
152
240
228
219
210
204
195
190
186
181
180
180
210
195
180
173
165
150
137
133
129
128
128
200
195
180
173
165
150
137
133
129
128
128
176
Таблица П7
t, °C
10
20
35
35Х
12ХМ
15Х5М
15ХМ
08Х18Н10Т
12Х18Н10Т
12Х18Н12Т
Коэффициент линейного расширения сталей α · 106, 1/°C
20 – 100
20 – 200
20 – 300
20 – 400
20 – 500
20 – 600
20 – 700
12,2
12,5
12,8
13,3
13,8
14,2
–
12,0
12,4
12,9
13,3
13,7
14,1
–
11,2
12,1
12,8
13,4
13,9
14,4
–
13,1
13,3
13,8
14,2
14,6
14,8
–
11,2
12,5
12,7
12,9
13,2
13,9
–
12,0
12,1
12,2
12,3
12,7
13,0
13,1
11,9
12,6
13,2
13,7
14,0
14,3
–
16,0
16,8
17,5
18,1
–
–
–
16,6
17,0
17,2
17,5
17,9
18,2
18,6
16,0
17,0
18,0
18,0
18,0
18,5
19,0
Таблица П8
Размеры эллиптических отбортованных днищ
с внутренними базовыми диаметрами (см. рис. 2.8, а), ГОСТ 52630–2006
Пример условного обозначения днища с
D = 1000 мм и s = 10 мм:
«Днище 1000–10 ГОСТ 52630–2006».
D, мм
sд ,
мм
Hд,
мм
hд,
мм
Fд ,
м2
Vд,
м2
1
2
4–25
28–30
4–20
4–20
22–36
4–18
20
4–16
18–40
4–14
16–20
4–14
16–36
40
3
4
25
40
25
25
40
25
40
25
40
25
40
25
40
60
5
0,20
0,22
0,25
0,31
0,33
0,37
0,40
0,44
0,47
0,51
0,54
0,59
0,62
0,66
6
0,0115
0,0134
0,0158
0,0212
0,0241
0,0276
0,0312
0,0352
0,0395
0,0441
0,0491
0,0543
0,0601
0,0678
400
(450)
500
(550)
600
(650)
700
101
112
125
137
150
162
175
177
Продолжение табл. П8
1
800
900
1000
(1100)
1200
1300
1400
(1500)
1600
(1700)
1800
(1900)
2
4–12
14–32
34–50
5–10
12–28
30–32
5–10
12–25
28–55
60–80
6–8
10–22
5–32
6–8
10–20
22–45
50–80
6–8
10–20
22–32
6
8–18
20–40
45–70
80–100
6
8–16
18–38
40–60 6
6
8–16
18–36
38–60
65–100
6–14
16–32
36–50
6–14
16–32
34–55
60–90
100
6–12
14–20
3
200
225
250
275
300
325
350
375
400
425
450
475
178
4
5
6
25
40
60
25
40
60
25
40
60
80
25
40
60
25
40
60
80
25
40
60
25
40
60
80
100
25
40
60
80
25
40
60
80
100
40
60
80
40
60
80
100
120
0,76
0,79
0,84
0,95
0,99
1,05
1,21
1,21
1,27
1,34
1,40
1,45
1,52
1,65
1,71
1,79
1,86
1,93
2,00
2,08
2,23
2,30
2,39
2,48
2,56
2,56
2,63
2,72
2,82
2,90
2,98
3,08
3,18
3,28
3,35
3,45
3,56
3,74
3,85
3,96
4,08
4,19
0,0793
0,0868
0,0969
0,1109
0,1204
0,1331
0,1617
0,1617
0,1774
0,1931
0,1972
0,2114
0,2304
0,2534
0,2704
0,2930
0,3156
0,3195
0,3394
0,3659
0,3960
0,4191
0,4499
0,4807
0,5114
0,4840
0,5104
0,5458
0,5814
0,5840
0,6141
0,6543
0,6945
0,7347
0,7310
0,7763
0,8217
0,8617
0,9126
0,9634
1,0143
1,0652
40
60
4,15
4,27
1,0072
1,0638
Продолжение табл. П8
1
2000
2200
2400
2500
2600
2800
3000
3200
3400
3600
2
6–12
14–28
30–50
55–80
90–100
8–10
12–25
28–45
50–70
80–100
8–10
12–22
25–40
45–65
70–100
8–10
12–22
25–40
45–60
65–100
8
10–22
25–38
40–60
65–100
8
10–20
22–36
38–55
60–100
8
10–18
20–34
36–50
55–100
10–18
20–32
34–50
55–100
12–16
18–30
32–45
50–100
12–20
22–28
30–40
45–100
3
4
40
60
80
100
120
40
60
80
100
120
40
60
80
100
120
40
60
80
100
120
40
60
80
100
120
40
60
80
100
120
40
60
80
100
120
60
80
100
120
60
80
100
120
60
80
100
120
500
550
600
625
650
700
750
800
850
900
179
5
4,59
4,71
4,84
4,96
5,09
5,52
5,66
5,80
5,94
6,08
6,54
6,70
6,85
7,00
7,15
7,09
7,25
7,40
7,56
7,72
7,65
7,82
7,98
8,14
8,31
8,85
9,03
9,20
9,38
9,55
10,13
10,32
10,51
10,70
10,89
11,70
11,90
12,10
12,30
13,17
13,38
13,60
13,81
14,73
14,95
15,18
15,40
6
1,1681
1,2309
1,2937
1,3565
1,4200
1,5395
1,6155
1,6915
1,7675
1,8444
1,9823
2,0727
2,1631
2,2536
2,3452
2,2323
2,3305
2,4286
2,5267
2,6262
2,5026
2,6087
2,7149
2,8210
2,9286
3,1067
3,2298
3,3529
3,4760
3,6009
3,8010
3,9423
4,0836
4,2249
4,3681
4,7523
4,9131
5,0738
5,2373
5,6662
5,8477
6,0292
6,2138
6,6902
6,8936
7,0971
7,3043
Окончание табл. П8
1
2
14
16–25
28–40
45–100
16–25
28–40
45–90
16–22
25, 28
3800
4000
4500
3
4
60
80
100
120
80
100
120
80
100
950
1000
1125
5
16,37
16,61
16,84
17,08
18,35
18,60
18,85
23,08
23,36
6
7,8305
8,0572
8,2839
8,5149
9,3446
9,5958
9,8520
13,1529
13,4710
Примечания: 1. Днища с диаметрами, заключенными в скобки, допускается применять
для рубашек аппаратов. 2. Днища из двухслойной cтали допускается изготовлять с
толщиной стенки 24 и 26 мм вместо 25 мм.
Таблица П9
Размеры конических отбортованных стальных днищ
с внутренними базовыми диаметрами (см. рис. 2.8, д), ГОСТ 12619–78
Пример условного обозначения днища с 2α = 60°, D = 500 мм и s=6 мм:
«Днище 60–500–6 ГОСТ 12619–78».
D, мм
sц,
мм
hц,
мм
1
2
4, 6
8, 10
12, 14
4, 6
8
10, 12
14
4
6, 8
10, 12
14, 16
3
30
40
50
30
40
50
60
30
40
50
60
800
900
1000
2α = 60°
Hд, мм
4
735
821
908
2α = 90°
Fд, мм2 Vд, мм3
5
1,22
1,25
1,28
1,50
1,53
1,56
1,59
1,81
1,84
1,88
1,93
180
6
0,152
0,157
0,162
0,211
0,217
0,224
0,230
0,283
0,291
0,299
0,307
Hд, мм
7
466
516
566
Fд, мм2 Vд, мм3
8
1,00
1,03
1,06
1,20
1,23
1,26
1,30
1,42
1,45
1,49
1,53
9
0,115
0,120
0,125
0,156
0,162
0,169
0,175
0,206
0,214
0,222
0,229
Продолжение табл. П9
1
2
6, 8
(1100) 10 12, 14
16
1200
(1300)
1400
(1500)
1600
(1700)
1800
(1900)
2000
6
8, 10
12, 14
16, 18
6
8, 10
12
14, 16
18, 20
6, 8
10, 12
14, 16
18, 20
6, 8
10, 12
14
16, 18
20, 22
6, 8
10
12, 14
16, 18
20–25
6, 8
10
12, 14
16
18
6
8, 10
12
14, 16
18–25
6
8, 10
12
14, 16
18
6
8
10, 12
14
16–22
25–30
3
40
50
60
70
40
50
60
70
40
50
60
70
80
50
60
70
80
50
60
70
80
100
50
60
70
80
100
50
60
70
80
100
50
60
70
80
100
50
60
70
80
100
50
60
70
80
100
120
4
997
1080
1168
1254
1340
1439
1525
1612
1698
1785
5
2,19
2,22
2,26
2,30
2,55
2,60
2,64
2,68
2,95
3,00
3,04
3,08
3,13
3,43
3,47
3,52
3,57
3,89
3,94
3,99
4,04
4,14
4,49
4,54
4,59
4,65
4,76
5,01
5,07
5,12
5,18
5,29
5,56
5,62
5,68
5,74
5,86
6,15
6,20
6,27
6,33
6,46
6,76
6,82
6,89
6,95
7,09
7,22
181
6
0,380
0,389
0,399
0,408
0,485
0,496
0,508
0,519
0,608
0,621
0,634
0,647
0,661
0,765
0,780
0,795
0,811
0,929
0,946
0,964
0,982
1,017
1,136
1,156
1,177
1,197
1,237
1,348
1,371
1,394
1,416
1,462
1,585
1,611
1,636
1,662
1,712
1,850
1,880
1,910
1,930
1,990
2,139
2,170
2,201
2,233
2,296
2,358
7
616
666
716
766
816
882
932
982
1032
1082
8
1,69
1,73
1,77
1,81
1,95
1,99
2,04
2,08
2,23
2,28
2,32
2,37
2,41
2,58
2,62
2,67
2,72
2,89
2,94
2,99
3,05
3,15
3,40
3,45
3,51
3,57
3,68
3,76
3,82
3,88
3,94
4,06
4,14
4,20
4,26
4,33
4,45
4,54
4,61
4,67
4,74
4,87
4,96
5,03
5,09
5,16
5,30
5,44
9
0,275
0,284
0,294
0,303
0,346
0,357
0,368
0,380
0,428
0,441
0,454
0,468
0,481
0,537
0,553
0,568
0,584
0,646
0,664
0,682
0,699
0,735
0,802
0,822
0,843
0,863
0,903
0,944
0,966
0,989
1,012
1,057
1,100
1,126
1,151
1,177
1,228
1,273
1,302
1,330
1,358
1,415
1,463
1,495
1,526
1,557
1,620
1,683
Окончание табл. П9
1
2
8
10
12, 14
16–22
25–30
8
10
12
14–18
20–28
8
10
12
14–18
20–25
8
10, 12
14–18
20, 22
8
10
12–16
18–22
10
12–16
18
10
12–16
18
3
60
70
80
100
120
60
70
80
100
120
60
70
80
100
120
70
80
100
120
70
80
100
120
80
100
120
80
100
120
3400
10–14
16, 18
100
120
3600
12, 14
16, 18
3800
4000
2200
2400
2500
2600
2800
3000
3200
4
5
8,14
8,20
8,28
8,42
8,57
9,56
9,64
9,72
9,88
10,04
10,32
10,40
10,48
10,65
10,81
11,20
11,28
11,45
11,62
12,86
12,95
13,13
13,31
14,74
14,93
15,13
16,92
17,12
17,33
6
2,845
2,883
2,921
2,997
3,073
3,647
3,693
3,738
3,828
3,919
4,100
4,149
4,198
4,296
4,394
4,640
4,693
4,800
4,906
5,737
5,799
5,922
6,045
7,065
7,206
7,348
8,611
8,771
8,932
3010
19,17
19,39
10,426
10,608
100
120
3185
21,33
21,57
12,
14–18
100
120
3358
12
14, 16
100
120
3530
1958
2130
2218
2303
2478
2650
2837
7
8
5,92
6,00
6,07
6,22
6,37
6,90
6,97
7,06
7,21
7,38
7,41
7,49
7,57
7,74
7,90
8,03
8,11
8,28
8,45
9,15
9,24
9,42
9,61
10,44
10,64
10,84
12,13
12,34
12,55
9
1,935
1,973
2,011
2,087
2,163
2,454
2,499
2,544
2,635
2,725
2,745
2,794
2,843
2,941
3,039
3,110
3,163
3,269
3,375
3,812
3,874
3,997
4,120
4,683
4,824
4,965
5,762
5,923
6,084
1804
13,72
13,95
6,989
7,170
12,277
12,480
1904
15,18
15,42
8,175
8,378
23,61
23,86
14,334
14,560
2004
16,72
16,96
9,486
9,713
26,01
26,26
16,608
16,859
2104
18,32
18,58
10,930
11,181
1182
1282
1332
1382
1482
1582
1704
Примечания: 1. Rб = 80 мм – для D < 700 мм, Rб = 160 мм – для D = 800…500 мм,
Rб = 200 мм – для D = 1600…3000 мм, Rб = 250 мм – для D > 3200 мм.
2. Диаметры днищ, заключенные в скобки, предусмотрены только для обогревающих
и охлаждающих рубашек.
3. Значения толщин стенок при s > 22 мм – 25, 28 и 30 мм.
182
Таблица П10
Размеры конических неотбортованных стальных днищ
с внутренними базовыми диаметрами (см. рис. 2.8, е), ГОСТ 12620–78
Пример условного обозначения днища с 2α = 60° с D = 1000 мм и s = 6мм:
«Днище 60–1000–6 ГОСT 12620–78».
D,
мм
2α = 60°
sд ,
мм
Hд, мм
1
2
3
3, 4, 6*1,
400
346
3, 4, 6,
500
433
3*2, 4, 6,
600
520
3
8*
700
606
800
692
900 4, 6, 8
779
1000
866
1200
1039
2α = 90°
Fд,
мм2
4
Vд,
мм3
5
Hд, мм
0,25
0,39
0,56
2α = 120°
Vд,
мм3
8
Hд, мм
6
Fд,
мм2
7
9
Fд,
мм2
10
Vд ,
мм3
11
0,02
0,03
0,05
200
250
300
0,18
0,28
0,40
0,01
0,02
0,03
115
144
173
0,14
0,23
0,32
0,01
0,01
0,02
0,76
1,02
1,27
1,56
2,25
0,08
0,12
0,17
0,23
0,39
350
400
450
500
600
0,55
0,71
0,90
1,12
1,60
0,05
0,07
0,10
0,13
0,23
202
230
260
288
346
0,44
0,58
0,74
0,90
1,30
0,03
0,04
0,06
0,08
0,13
1400 6, 8, 10
1212
3,06
0,62
700
2,20
0,36
404
1,78
0,21
1600
6*2, 10,
1800
12*3
2000
2200
2400
8, 10, 12
2500
2600
2800 8, 10,
3000 12, 14*3
1386
1559
1732
1905
2078
2165
2252
2425
2598
3,99
5,05
6,24
7,55
8,99
9,81
10,55
12,23
14,04
0,93
1,32
1,82
2,42
3,14
3,56
3,99
4,98
6,13
800
900
1000
1100
1200
1250
1300
1400
1500
2,86
3,63
4,48
5,42
6,45
6,93
7,56
8,78
10,08
0,54
0,76
1,05
1,40
1,80
2,04
2,30
2,88
3,54
462
520
577
635
692
722
750
808
866
2,32
2,93
3,62
4,38
5,22
5,66
6,12
7,10
8,15
0,31
0,44
0,60
0,80
1,04
1,18
1,331,65
2,04
8*4, 10,
12, 14*5
2771
16,07
7,42
1600
11,35
4,30
924
9,27
2,48
10, 12,
14*5
2944
3117
3290
3464
18,15
20,34
22,65
25,10
8,90
10,55
12,42
14,50
12, 14,
16
–
–
–
1700
1800
1900
2000
2250
2500
12,82
14,37
16,00
17,74
22,45
27,72
5,14
6,10
7,18
8,38
11,93
16,36
981
1039
1097
1155
1299
1443
10,47
11,73
13,08
14,49
18,34
22,64
2,97
3,52
4,15
4,84
6,88
9,44
3200
3400
3600
3800
4000
4500
5000
183
Продолжение табл. П10
1
2
3
5600 12* , 14,
16, 18*1,
6300 12*3,
14*3, 16,
18*1
*1 Только для
*2
-//*3
-//4
*
-//*5
-//-
3
4
5
6
2800
7
34,76
8
22,98
9
1616
10
28,40
11
13,26
–
–
–
3150
44,00
32,72
1818
35,94
18,89
2α = 120°;
2α = 60 и 90°;
2α = 90°;
2α = 60°;
2α = 90 и 120о.
Таблица П11
Размеры плоских стальных отбортованных (ГОСТ 12622–78) и неотбортованных
(ГОСТ 12623–78) днищ для корпусов с внутренними базовыми диаметрами
Пример условного обозначения отбортованного днища с D = 1000 мм и s = 6 мм:
«Днище 1000–6 ГОСТ 12622–78»
Отбортованные (см. рис. 2.8, ж)
D, мм
1
400
500
600
700
800
900
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2500
2600
2800
3000
Неотбортованные (см.
рис. 2.8, и)
sд, мм
Fд, мм2
Vд, мм3
sд, мм
Dн, мм
2
3
0,18
0,26
0,36
0,48
0,62
0,77
0,93
1,30
1,75
2,25
2,80
3,43
4,12
4,88
5,28
5,69
6,57
7,50
4
0,007
0,010
0,015
0,021
0,030
0,038
0,046
0,067
0,091
0,120
0,152
0,187
0,227
0,270
0,293
0,317
0,368
0,422
5
3–6
3–6
4, 6
4–10
4–10
4–12
4–12
4–12
4–12
4–12
4–14
4–14
6
430
530
630
740
840
940
1040
1240
1440
1640
1840
2040
2250
2450
2550
2650
2850
3060
4, 6
6, 8
8, 10
184
6–16
Продолжение табл. П11
1
2
3
4
5
6
3200
8–12
8,51
0,500
6–16
3260
3400
10, 12
9,58
0,565
6–16
3460
3600
10, 12
10,70
0,633
6–20
3660
3800
10, 12
11,90
0,706
6–20
3860
4000
10, 12
13,15
0,782
6–20
4060
4500
4560
5000
–
–
–
8–20; 25
5060
5600
5660
Примечание: Rб = 30 мм; hц =25 мм – для D < 700 мм, hц = 30 мм – для D > 800 мм.
Таблица П12
Основные данные неразъемных рубашек
с эллиптическими днищами
Пример условного обозначения рубашки исполнения 1 при D1 = 1100 мм,
Н = 1197 мм, р = 0,6 МПа с отбортовкой (О) и с кольцом (К):
«Рубашка 1100–1197–6–O ОСТ 26-01-985–82»
«Рубашка 1100–1197–6–К ОСТ 26-01-986–82»
Dв,
мм
1
219
Dр,
мм
2
273
273
325
325
377
377
426
400
450
500
550
4
0,16
0,18
0,26
Н,
мм
5
234
197
297
H1,
мм
6
150
100
200
0,025
0,040
0,28
0,45
260
430
150
320
0,040
0,040
0,063
0,100
0,125
0,100
0,100
0,160
0,320
0,40
0,40
0,60
0,80
1,30
0,60
0,80
0,90
l,50
302
255
410
580
780
305
435
605
1355
180
125
4,000 9,40
280
5,000 10,50
450
6,300 13,40
650 1800 1900
8,000 17,90
150
10,000 21,40
280
12,500 27,10
450
1200
V, м3
F, м2
3
0,010
0,010
0,016
Dв,
мм
7
Dр,
мм
8
1600 1700
185
V, м3
F, м2
9
3,200
4,000
4,000
5,000
6,300
8,000
10
7,80
9,60
10,40
11,40
15,50
19,50
Н,
мм
11
1349
1699
1849
2049
2849
3649
H1,
мм
12
900
1250
1400
1600
2400
3200
1399
1599
2099
2899
3499
4499
900
1100
1600
2400
3000
4000
Продолжение табл. П12
1
2
3
4
5
6
7
600
650
0,160
0,200
0,250
0,320
0,90
1,10
1,50
1,90
400
530
730
930
220
350
550
750
700
800
0,250
0,320
0,400
1,20
1,70
2,10
459
659
859
250
450
650
0,400
0,500
0,500
0,630
0,800
1,000
1,250
1,70
2,00
2,40
2,60
3,40
4,40
5,90
554
684;
834,
934
1234
1634
2234
8
9
6,300
8,000
2000 2200
10,000
16,000
8,000
10,000
2200 2400 12,100
16,000
20,000
10
11
12
13,00
16,20
21,30
31,50
16,00
17,40
23,00
28,60
35,60
1659
2153
2953
4553
2013
2213
3013
3813
4813
1100
1600
2400
4000
1400
1600
2400
3200
4200
320
450
12,500 19,60 2263 1600
600
12,500 22,60 2663 2000
800 900
700 2400 2600 16,000 26,40 3163 2500
1000
20,000 31,70 3863 3200
1400
25,000 39,30 4863 4200
2000
16,000 25,10 2713 2000
0,400
1,60
439
180
20,000 30,00 3313 2600
0,630
2,30 709 | 450
900 1000
2600 2800 20,000 31,70 3513 2800
0,800
3,40 1059 800
25,000 38,30 4313 3600
1,000
3,90 1259 1000
32,000 48,10 5513 4800
16,000 24,20 2363 1600
0,630
2,20
579
280
20,000 28,60 2863 2100
0,800
3,00
849
550
20,000 31,30 3163 2400
1,000
3,50
999
700
25,000 34,80 3563 2800
1000 1100 1,250
4,50 1299 1000 2800 3000
25,000 36,60 3763 3000
1,600
5,70 1699 1400
32,000 43,70 4563 3800
2,000
7,70 2299 2000
32,000 47,20 4963 4200
2,500
9,30 2799 2500
40,000 56,00 5963 5200
1,000
3,10
669
320
1,250
3,90
899
550
1,600
5,30 1249 900
1200 1300
2,000
6,10 1449 1100
25,000 33,30 3113 2300
2,500
7,60 1849 1500
25,000 35,20 3313 2500
3,200 10,30 2549 2200 3000 3200 32,000 41,80 4013 3200
32,000 43,70 4213 3400
1,600
4,50
849
450
50,000 66,40 6613 5800
2,000
5,40 1049 650
1400 1500 2,500
6,90 1399 1000
3,200
8,70 1799 1400
5,000 14,50 3099 2700
Примечания: 1. Указанные диаметры аппарата D для значений до 377 мм и рубашек Dр
для значений до 426 мм наружные (обечайки изготовляются из сварных труб), остальные диаметры – внутренние (обечайки – из вальцованных листов).
2. Значения D2 соответствуют следующим значениям D, мм:
D
До 500
600 – 1000
1200 – 1800
Cв. 2000
D2
100
140
200
250
3. Для Dр ≤ 2200 мм h = 30 мм, для Dр > 2200 мм h = 40 мм (см. рис. 2.20).
186
Таблица П13
Основные данные неразъемных рубашек
с коническими днищами (по ОСТ 26-01-985-82; ОСТ 26-01-986-82)
исполнение 1 исполнение 2
Условное обозначение рубашки Dp = 800 мм,
Н = 900 мм, α= 90º, s = 4 мм, s1 = 6 мм, исполнения 1: «Рубашка 1–800–900–4/6 ОСТ 26-01985–82»
Условное обозначение рубашки Dp = 1200
мм, Н = 1510 мм, α= 60º, s = 6 мм, s1 = 6 мм, исполнения 2: «Рубашка 2–1200–600–4/6 ОСТ 2601-986–82»
При 2α = 90°
F, м2 H, мм Н1, мм
4
5
6
При 2α =60°
F, м2
H, мм Н1, мм
8
9
10
D,
мм
Dр,
мм
1
2
273
325
0,010
0,018
0,2
0,3
224
274
100
150
0,016
0,3
336
150
325
377
0,025
0,3
302
150
0,025
0,3
358
125
377
426
0,063
0,7
581
400
0,040
0,5
427
150
400
450
0,063
0,100
0,5
0,8
367
637
180
450
0,063
0,100
0,7
0,8
503
623
200
320
500
550
0,100
0,160
0,6
1.2
378
703
125
450
0,125
0,200
0,9
1,6
613
943
220
550
600
650
0,160
0,250
0,9
1,4
474
744
180
450
0,250
1,6
858
400
700
800
0,250
0,400
1,2
1,9
559
879
180
500
0,320
0,400
0,500
1,6
2,3
2,7
795
1045
1245
200
450
650
800
900
0,400
0,630
1,8
2,7
715
1085
280
650
0,500
0,630
2,1
2,7
1035
1335
350
650
900
1000
0,630
2,4
891
400
0,630
2,3
1056
280
3
V, м
3
187
3
V, м
7
Продолжение табл. П13
1
2
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2200
2200
2400
2400
2600
2600
2800
2800
3000
3
0,800
1,000
1,250
1,600
1,25
1,60
2,00
2,50
2,00
2,50
3,20
3,20
4,00
5,00
4
2,9
3,7
4,8
6,1
3,7
4,9
6,4
7,9
5,4
6,5
8,5
7,3
9,3
11,4
5
947
1197
1547
1947
1034
1334
1734
2134
1296
1546
1996
1558
1958
2358
6
400
650
1000
1400
400
700
1100
1500
1550
800
1250
700
1100
1500
7
0,800
1,000
1,250
1,600
1,25
1,60
2,00
2,50
2,00
2,50
3,20
3,20
4,00
5,00
8
2,7
3,3
4,5
6,1
3,6
4,6
6,1
7,6
4,7
6,0
8,3
6,9
8,7
11,8
9
1147
1317
1667
2117
1285
1505
1905
2255
1466
1736
2186
1817
2167
2767
10
280
450
800
1250
280
500
900
1250
280
550
1000
450
800
1400
5,00
6,30
11,0
13,3
2070
2470
1100
1500
5,00
6,30
10,4
12,7
2348
2748
800
1200
8,00
8,00
–
–
8,00
10,00
12,50
12,50
12,50
12,50
16,00
16,00
16,00
20,00
20,00
20,00
20,00
25,00
25,00
32,00
32,00
40,00
14,8 2492
16,1 2692
–
–
–
–
14,0 2190
17,5 2690
22,4 3390
23,8 3590
19,9 2702
20,4 2902
25,7 3602
26,0 3414
28,5 1 3714
29,4 3814
31,0 4014
25,3 3126
29,7 3626
35,9 4326
37,7 4526
43,0 5126
46,6 5526
55,4 6526
1400
1600
–
–
1000
1500
2200
2400
1400
1600
2300
2000
2300
2400
2600
1600
2100
2800
3000
3800
4000
5000
8,00
12,50
16,00
16,00
8,00
8,00
10,00
10,00
14,1
23,0
30,7
32,0
13,0
14,4
15,5
17,2
2855
4255
5355
5555
2517
2717
2917
3117
1100
2500
3600
3800
600
800
1000
1200
10,00
15,9
2899
800
10,00
16,00
16,00
–
16,00
16,00
20,00
20,00
25,00
25,00
–
13,4
22,1
24,6
–
20,3
22,5
25,6
29,2
34,5
36,3
–
2500
3480
3780
–
3211
3461
3711
4061
4761
4961
–
220
1200
1500
–
750
1000
1250
1600
2300
2500
–
Примечания: 1. Указанные диаметры аппарата D для значений до 377 мм и рубашек
Dр для значений до 426 мм наружные (обечайки изготовляются из сварных труб), остальные диаметры внутренние (обечайки – из вальцованных листов).
2. Значениям D соответствуют следующие значения D2, мм,
D До 500
600–1000
1200–1800
2000 и более
D2
90
120
170
220
3. Для Dр ≤ 2200 мм h = 30 мм, для Dр > 2200 мм h = 40 мм (см. рис. 2.20).
188
Таблица П14
Рубашки отъемные с эллиптическим отбортованным днищем
стальные (по МН 4061–62)
Условное обозначение рубашки типа I с
Dв = 800 мм, H1 = 715 мм на рр = 1,0 МПа:
«Рубашка I–800–715–10 МН 4061–62»
Расчетное давление в рубашке рр, МПа
0,3
0,6
1,0
m1*, m2*, m1*, m2*, Dф, Dб, dб, m1*, m2*,
кг
кг
кг
кг
мм мм мм кг кг
Dв,
мм
Н,
мм
H1,
мм
0,1
m1*, m2*,
кг
кг
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
500
820
705
70,0
84,0
70,0
84,0
72,0
86,0
690 650 М20 94,2 108
600
945
830
87,0
91,0
90,0
104
108
122
800 750
11
12
13
14
132 146
М24
700
1090
950
142
156
146
160
160
174
950 900
201 215
800
855 715
1305 1165
146
182
160
196
151
187
165
201
166
201
180
221 235
1050 1000 М27
215
266 277
900
1030 890
1630 1490
219
273
233
287
206
280
219
294
230
304
244
1185 1125
318
338 342
428 442
М30
1355 1215
1000 1655 1515
2255 2115
271
313
392
285
327
406
272
314
394
276
327
408
189
298
340
420
312
354 1285 1225
434
476 490
541 555
672 686
Продолжение табл. П14
1
2
3
1555 1415
1200 1805 1665
2305 2165
4
5
6
7
8
9
10
11
359
399
479
373
413
493
369
409
489
483
423
503
433
473
553
447
487 1485 1425
567
12
13
14
668 681
732 745
860 873
М30
1465 1320
1400 1765 1620
2165 2020
1680
2230
1600
2680
3130
1730
2080
1800
2580
3280
456
510
585
469
523
598
479
535
610
493
584
622
589
654
744
602
667 1685 1625
757
1535 698 711 760
2085 840 853 902
2535 949 962 1012
2985 1062 1075 1125
1585 800 813 871
1935 899 912 970
2435 1038 1051 1109
3135 1235 1248 1305
773
915
1024
1138
784
983
1122
1318
870
1013
1122
1236
1099
1225
1417
1679
883
1025
1135
1249
1112
1238
1430
1692
827 840
894 1007
1114 1127
2160 1965 1250 1263 1310 1323 1603 1616
2000 2810 2615 1360 1373 1523 1536 1883 1897
3360 3165 1442 1455 1703 1716 2123 2136
2310 2115 1468 1481 1588 1601 1875 1888
2200 2860 2665 1664 1677 1784 1797 2073 2086
3410 3215 1858 1871 1978 1991 2383 2396
2400
3060 2865 2225 2238 2354 2367
3860 3665 2635 2648 2764 2777
–
–
3210 3015 2670 2683
2600 4010 3815 3205 3218
5010 4815 3799 3812
–
–
–
–
2860 2665 2888 2901
2800 3560 3365 3298 3311
5460 5265 4425 4438
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Примечания:
Масса рубашек подсчитана для углеродистой стали при ρ = 7850 кг/м3. Для получения
массы рубашек из высоколегированной стали надлежит применить коэффициент 1,01
*m1 и m2 – масса для I и II типов рубашек
190
Таблица П15
Рубашки отъемные с коническим отбортованным днищем и
нижним выпуском стальные (по МН 4062–62)
Условное обозначение рубашки с Dр = 800 мм,
Н1 = 1065 мм на рр = 0,6 МПа:
«Рубашка 800–1065–6 МН 4062–62»
0,1
Расчетное давление в рубашке, рр, МПа
0,3
0,6
Н,
мм
H1,
мм
500 985
875
670 630
84,3
670 630
84,3
670 630
87,5
600 1045 930
770 730
99,1
770 730
103
770 730
122
700 1205 1065 920 880
145
920 880
150
920 880 М20
164
900 1265 1125 1130 1090
219
1130 1090 М20
224
1130 1090
246
282
1230 1190
284
1230 1190
310
Dв,
мм
Dф, Dб, dб, Масса, Dф, Dб, dб, Масса, Dф, Dб, dб, Масса,
кг
кг
кг
мм мм мм
мм мм мм
мм мм мм
1000 1575 1435 1230 1190
2185 2045
1430 1390
2685 2545
1805 1660
1400
1630 1590
2605 2460
2520 2375
1600
1830 1790
3020 2875
2630 2485
1800
2030 1990
3030 2885
1200
2000 3260 3065 2350 2300
2200
М20
429
510
432
584
679
907
896
1015
440
516
455
1630 1590
609
841
1850 1800
969
М24
966
2050 2000
1084
503
585
М24
613
1650 1600
834
944
1860 1800
1072
1297
2060 2000
М30 1445
1191 2350 2300 М27 1453 2360 2300
1790
1430 1390
1450 1400
М24 1584
3375 3180
1705
2550 2500
2560 2500
2560 2500
4075 3880
1837
М30 1957
2400 4385 41901 2760 2710
2526 2760 2710
2209
2459
2654
–
–
–
–
2800 4110 3915 3160 3110 М27 2922
–
–
–
–
5210 5015
3570
Примечания:
Масса рубашек подсчитана для углеродистой стали при ρ = 7850 кг/м3. Для получения
массы рубашек из высоколегированной стали надлежит применить коэффициент 1,01.
191
Таблица П16
Фланцы сосудов и аппаратов стальные плоские приварные ГОСТ 28759.2–90
Пример условного обозначения фланца
исполнения 1 диаметром 1200 мм на условное давление 0,6 МПа при высоте втулки 150 мм из стали 20
«Фланец 1–1200–0,6–150 Ст 20
ГОСТ 28759.2–90»
D2,
мм
D3,
мм
D4,
мм
а,
мм
D5, а1, b, s, d,
мм мм мм мм мм
1
2
3
4
5
6
7
520 480 444 452
400
(450)
500
(550)
600
(650)
700
800
443
8
9
25
30
535 495 458 466
457
35
570 530 494 502
493
25
30
590 550 514 522
513
40
13,5
620 580 544 552
543
25
35
640 600 564 672
663
40
670 630 594 602
593
25
35
690 650 614 622
613
40
25
720 680 644 652
643
30
12
35
740 700 664 672
663
40
25
770 730 694 702
693
30
35
790 750 714 722
713
45
14
25
820 780 744 752
743
35
840 800 764 772
763
50
25
920 880 842 852
841
35
40
945 905 866 876
865
55
192
10 11
количество,
шт
D1,
мм
диаметр,
мм
Внутренний
диаметр аппарата
D, мм
Болты,
шпильки
Давление
условное,
МПа
12
13
14
16
0,6
1,0
1,6
0,6
1,0
1,6
0,6
1,0
1,6
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
6
20
8
24
10
20
8
24
10
20
8
28
10
8
23 М20
20
24
10
28
8
24
28
10
12
32
8
24
28
10
12
32
8
28
32
10
12
40
Продолжение табл. П16
1
2
3
4
5
1000
1100
1200
(1300)
1400
(1500)
1600
(1700)
1800
7
8
9
30
35
14
12
50
1045 1005 966 976
965
60
30
1130 1090 1052 1062
1050
40
50
1145 1105 1066 1076
1064
65
30
1230 1190 1150 1162
1148
40
55
1250 1210 1168 1180
1166
70
35
1,26
1330
1248 1260
1246
0
45
15,5
13
60
1350 1310 1268 1280
1266
75
35
1430 1390 1348 1360
1346
45
60
1450 1410 1368 1380
1366
75
35
1530 1490 1448 1460
1446
50
60
1550 1510 1470 1484
1468
80
35
1630 1590 1548 1560
1545
55
17
1650 1610 1570 1584
1568
65
1680 1630 1582 1598
1580
80
35
1730 1690 1648 1660
1645
55
70
1780 1730 1682 1696
1679
85
14
40
1830 1790 1748 1760
1745
60
17,5
75
1880 1830 1782 1795
1779
90
40
1930 1890 1848 1860
1845
60
80
1980 1930 1882 1896
1879
95
1030 990 952 962
900
6
951
193
10 11
12
8
10
12
8
10
13
14
32
36
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
40
36
12
44
8
10
40
М20
12
52
8
10 23
12
14
8
10
12
14
8
10
14
44
56
44
48
60
48
52
М23
68
8
10
14
16 27 М24
52
56
10 23 М20
60
16 27 М24
68
76
10 23 М20
64
16 27 М24
80
84
64
68
10 23 М20
16 27 М24
68
84
Окончание табл. П16
1
2
3
4
5
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
7
8
9
10 11
45 10
65 12
85 16
2085 2035 1986 2000 17,5 1983 14
96 18
50 10
2130 2090 2046 2060
2043
70 12
85 16
2185 2135 2086 2100 21,5 2083 18
100 18
55 10
22,4
2330 2290
2260 17,5 2243 14
6
70 12
90 18
2385 2335 2286 2300 21,5 2283 18
100 20
60 10
2530 2490 2446 2460 17,5 2443 14
80 12
2595 2540 2490 2505
2487
100 18
21,5
2610 2550 2496 2510
2493
130 20
65 10
2750 2705 2656 2670
2653
95 12
2800 2745 2695 2710
2692
115 18
65
2950 2905 2856 2870
2853
12
18 105
3000 2945 2895 2910 22 2892
120 20
70
3150 3105 3066 3070
3053
12
115
3220 3160 3106 3120
3103
135 20
80
3350 3305 3256 3270
3253
12
130
3420 3360 3306 3320 27 3303 23 145 20
3580 3520 3466 3480
3463
95
3780 3720 3666 3680 22 3663
105
18
12
3980 3920 3866 3880
3863
115
4180 4120 4066 4080 23 4063
125
2030 1990 1946 1960
(1900)
6
1943
12
23 М20
27 М24
23 М20
27 М24
23 М20
27 М24
23 М20
30 М27
33 М30
27 М24
30 М27
27 М24
30 М27
27 М24
33 М30
27 М24
М30
33
М20
13
14
64
68
84
92
68
72
84
92
72
80
88
104
80
88
92
88
84
88
96
88
92
108
92
100
96
100
108
104
88
92
96
104
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
1,6
0,3
0,6
1,0
0,3
0,6
1,0
0,3
0,6
1,0
0,3
0,6
1,0
0,3
Примечания:
1. При применении прокладки из фторопласта - 4 размер D3 равен D5 и размер а равен
а + 0,6.
2. Размеры, указанные в скобках, применять не рекомендуется.
194
Таблица П17
Фланцы сосудов и аппаратов стальные приварные встык ГОСТ 28759.3–90
Пример условного обозначения
фланца исполнения 1 диаметром
1200 мм на условное давление 2,5 МПа
из стали 12Х18Н10Т
«Фланец 1–1200–2,5–12Х18Н10Т
ГОСТ 28759.3–90»
D1,
мм
D2,
мм
D3,
мм
D4,
мм
а,
мм
D5, а1, D6,
мм мм мм
D7,
мм
b,
мм
H, d,
мм мм
1
2
3
4
5
6
7
10
11
12
535 495
400
13,5
458
466
590 530
590 550
12
457
15,5
514
450
640 580
508
15,5 507
640 600
564
13,5 563
572
695 635
558
15,5 557
740 700
664
14
600
795 735
820 750
658
670
672
685
16
663
657
669
9
412
418
424
14
428
13,5 513 12
522
500
8
464
432
436
440
454
460
482
486
490
472
474
14
510
478
532
514
12
536
522 544
524 560
14
532 568
614 634
12 616 640
624 648
630 664
14
640 680
195
35
40
50
70
35
45
50
75
35
45
60
75
35
50
65
85
65
70
75
95
120
65
70
75
105
120
65
70
80
115
130
65
70
85
115
145
13
диаметр,
мм
количество,
шт
Давление условное,
МПа
Внутренний диаметр
аппарата,
D, мм
Болты,
шпильки
14
23 М20
15
20
24
33 М30 20
23 М20 24
33 М30 20
23 М20
24
28
33 М30 24
23 М20
28
32
33 М30 28
16
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
Продолжение табл. П17
1
2
3
11
12
736 35
14
740 45
850 810 774 782
754 50
895 835 758 772
766 75
16
945 875 775 790
792 95
838 40
945 905 866 876
865
818
14
12
846 45
955 915 876 88
875
830 860 55
1005 945 870
868
838 876 75
20,5
18
1055 985 885 910
883
848 904 95
918 940 45
1045 1005 966 976
965
14
12 920 948 50
1070 1020 978
977
932 962 55
978
1110 1050 970
968
940 980 80
20,5
18
1180 1110 900 1005
988
952 1020 105
1020 1044 50
1145 1105 1066 1076
1064
15,5
13 1024 1050 55
1175 1125 1030
1078
1036 1066 60
1092
1240 1170 1075
1073
1042 1088 90
20,5
18
1300 1220 1095 1110
1093
1056 1126 115
1120 1144 50
1250 1210 1168 1180 15,5 1166 13
1124 1152 60
1285 1235
1136 1172 65
1190 1205
1188
1345 1275
28
25 1144 1192 100
1410 1330 1206 1224
1203
1164 1236 120
1220 1248 50
1350 1310 1268 1280
1266
15,5
13 1224 1256 60
1400 1345 1206
1294
1238 1276 70
1310
1455 1385 1290
1287
1248 1302 105
28
25
1520 1440 1310 1326
1307
1268 1346 120
1320 1352 55
1450 1410 1368 1380
1363
15,5
13 1326 1360 65
1505 1450 1400
1398
1338 1380 70
1414
1560 1190 1390
1387
1350 1408 105
28
25
1655 1565 1418 1435
1115
1372 1456 130
1420 1452 55
1550 1510 1470 1484
1168
15,5
13 1430 1460 65
1610 1555 1506
1504
1438 1484 75
1520
1670 1600 1495
1492
1454 1516 105
28
25
1770 1075 1522 1545
1519
1176 1562 145
65
80
90
125
165
70
85
100
130
180
80
95
100
140
205
85
95
105
160
220
85
100
120
170
225
95
110
130
185
235
105
115
135
190
255
105
110
115
200
275
840 800
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
4
764
5
772
6
7
8
9
716
12 718
773
728
757
732
14
774
744
763
196
10
13
14
15
23 М20
32
40
33 М30 32
40 М36 28
23 М20
40
48
33 М30
36
40 М36
23 М20 40
27 М24 48
33 М30
40
40 М36
23 М20 44
27 М24 52
40 М36
40
46 М42
23 М20 52
27 М24 56
40 М36
44
46 М42
23 M20
56
30 М27
40 М36
48
46 М42
23 М20
60
30 М27
40 М36 52
52 М48 48
23 М20 68
30 М27 64
40 М36 56
58 М52 44
16
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4.0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
Окончание табл. П17
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
1650 1610 1570 1584
1568
1524 1558 55
1680 1633 1582 1598 17 1580 14 1532 1564 65
(1500) 1720 1660 1603
1606
1542 1590 75
1620
1815 1730 1604
1601
1560 1632 115
28,5
25
1880 1785 1627 1645
1624
1580 1672 150
1626 1660 55
1780 1730 1682 1696
1679
17,5
14 1634 1668 65
1600 1820 1760
1642 1690 80
1708 1720
1705
1915 1830
1664 1732 125
28,5
25
1995 1900 1732 1750
1729
1686 1784 155
1828 1864 60
1980 1930 1882 1896
1879
1800
17,5
14 1836 1872 70
2025 1965 1910 1928
1907
1842 1896 90
2028 2064 65
2185 2135 2086 2100
2083
2000
2036 2074 80
2235 2175 2116 2130
2113
2044 2104 105
21,5
2228 2270 70
2200 2385 2335 2286 2300
2283
2236 2273 85
2595 2540 2490 2505
2487
2432 2470 80
2400
2610 2550 2496 2510
2493 18 2440 2480 110
2800 2745 2695 2710
2692
2632 2676 85
2600
2815 2755 2700 2715
2697
2644 2684 115
3000 2945 2895 2910
2392
2836 2876 90
2800
22
3020 2960 2906 2920
2903
2848 2884 125
3036 3080 100
3000 3220 3160 3106 3120
3103
3048 3090 135
3236 3284 105
3200 3420 3360 3306 3320
3303
3252 3292 145
3600 3540 3486 3500
3483
3466 75
3400
3440
3620 3560 3506 3520
3503
3486 115
27
3800 3740 3686 3700
3083
3640 3666 75
23
3600
3820 3760 3706 3720
3703
3644 3686 125
4010 3950 3896 3910
3893
3840 3870 85
3800
4050 3980 3916 3930
3913
3848 3890 125
4220 4160 4106 4120 27,5 4103
4040 4080 90
4000
4250 4180 4116 4130 28 4113
4050 4096 125
105
115
145
215
285
105
115
155
225
300
115
125
170
130
140
195
135
150
135
170
150
175
150
180
160
200
175
205
115
185
115
190
130
190
150
195
23 M20
27 М24
33 М30
46 М42
58 М52
27 М24
33 М30
46 М42
58 М52
15
68
64
56
52
68
76
68
60
56
27 М24 84
33 М30 80
84
27 М24
92
33 М30 80
88
27 М24
104
30 М27 92
33 М30 88
30 М27
96
33 М30
30 М27 108
104
96
116
104
33 М30 124
100
108
104
112
33 М30 108
40 М36 100
33 М30 112
40 М36 108
16
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
4,0
6,3
1,0
1,6
2,5
1,0
1,6
2,5
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
1,0
1,6
0,6
1,0
0,6
1,0
0,6
1,0
0,6
1,0
Примечания: 1. При применении прокладки из фторопласта - 4 размер D3 равен D5 и размер а равен а1 + 0,6.
2. Размеры, указанные в скобках, применять не рекомендуется.
197
Таблица П18
Типы штуцеров и пределы их применения в зависимости от давления
и температуры среды, ОСТ 26-1403–76
Тип и исполнение
Обозначение
стандарта
Пределы
применения
ру,
МПа
Dу, мм
125–500
25–500
50–500
50–500
20–500
Штуцера с фланцами стальными плоскими приварными
с соединительным выступом
(рис. 2.21, а)
ОСТ 20-1404–70
0,25
0,6
1,0
1,6
2,5
Штуцера с фланцами стальными плоскими приварными
с выступом (исполнение 1)
или впадиной (исполнение 2)
ОСТ 26-1405–76
1,0
1,6
2,5
50–500
50–500
20–500
ОСТ 26-1406–76
0,6
1,0
1,6
2,5
25–500
50–500
50–500
20–500
ОСТ 26-1407–76
0,6
1,0
1,6
2,5
25–500
200–500
50–500
20–500
0,6
1,0
1,6
2,5
4,0
6,4
0,6
1,0
1,6
2,5
4,0
6,4
25–500
200–500
50–500
200–500
20–500
20–500
25–500
200–500
50–500
200–500
20–500
20–500
6,4
10,0
16,0
20–400
20–400
20–400
Штуцера с фланцами стальными плоскими приварными
с шипом (исполнение 1) или
пазом (исполнение 2)
Штуцера с фланцами стальными приварными встык с
соединительным
выступом
(рис. 2.21, б)
Штуцера с фланцами стальными приварными встык с
выступом (исполнение 1)
или впадиной (исполнение 2)
ОСТ 26-1408–76
Штуцера с фланцами стальными приварными встык с
шипом (исполнение 1) или
пазом (исполнение 2)
ОСТ 26-1409–76
Штуцера с фланцами стальными приварными встык
под прокладку овального сечения
ОСТ 26-1410–76
198
Допускаемая
рабочая
температура,
°С
от
до
+300
–70
+550
+600
Продолжение табл. П18
Тип и исполнение
Штуцера толстостенные кованые с соединительным выступом, тип 1 (рис. 2.21, в)
Обозначение
стандарта
ОСТ 26-1412–76
Пределы
применения
ру,
МПа
Dу, мм
1,6
2,5
50–80
20–80
Допускаемая
рабочая
температура,
о
С
от
до
+550
Штуцера толстостенные кованые с выступом (исполнение 1) или впадиной
(исполнение 2), тип 1
ОСТ 26-1413–76
1,6
4,0
50–80
20–80
Штуцера толстостенные кованые под прокладку овального сечения, тип 1
ОСТ 26-1415–76
6,4
10,0
16,0
20–80
20–80
20–80
Штуцера с толстостенными
патрубками, с фланцами приварными встык, с соединительным выступом, тип 2
(рис. 2.21, г)
ОСТ 26-1412–76
1,6
2,5
50–500
50–500
ОСТ 26-1413–76
1,6
2,5
4,0
6,4
50–500
200–500
50–500
50–500
Штуцера с толстостенными
патрубками, с фланцами приварными встык, с шипом (исполнение 1) или пазом (исполнение 2), тип 2
ОСТ 26-1414–76
1,6
2,5
4,0
6,4
50–500
200–500
50–500
50–500
Штуцера с толстостенными
патрубками, с фланцами
приварными встык под прокладку овального сечения,
тип 2
ОСТ 26-1415–76
6,4
10,0
16,0
50–400
50–400
50–400
Штуцера с толстостенными
патрубками, с фланцами приварными встык, с выступом
(исполнение 1) или впадиной
(исполнение 2), тип 2
199
+600
–70
+550
+600
Таблица П19
Штуцера с фланцами стальными плоскими приварными
с соединительным выступом (АТК 24.218.06–90)
D
D1
D2
b
d
d
l
H
Пример условного обозначения
штуцера Dу = 500 мм, Ру = 1,0 МПа, типа 1, исполнения 1, l = 230 мм, фланец
из стали 20, патрубок из стали 20:
h
dв
B
«Штуцер 500–1,0–1–4–230–20
АТК 24.218.06–90»
s
dн
Dy,
мм
dв,
мм
D,
мм
D1,
мм
D2,
мм
b,
мм
h,
мм
d,
мм
n,
шт
l,
мм
H,
мм
dн,
мм
s,
мм
Масса,
кг
10
11
12
13
14
150
210
150
210
150
210
150
210
150
210
150
210
150
210
150
210
150
210
180
240
180
240
200
260
200
260
155
215
155
215
155
215
155
215
155
215
155
215
155
215
160
220
160
220
190
250
193
253
213
273
213
273
рy = 0,6 МПа (6 кгс/см2)
1
2
3
4
5
6
7
8
25
33
100
75
60
12
2
11
32
39
120
90
70
40
46
130
100
80
13
9
14
4
50
59
140
110
90
80
91
185
150
128
100
110
205
170
148
150
161
260
225
202
15
3
17
18
8
200
222
315
280
258
250
276
370
335
312
19
20
300
328
435
395
365
350
380
485
445
415
12
22
4
400
429
535
495
465
24
500
534
640
600
570
25
22
16
200
32
38
45
57
89
108
159
219
273
325
377
426
530
1,1
1,2
1,4
3,5
1,6
1,7
2,0
2,1
4,0
2,4
4,0
5,0
4,6
5,2
6,1
6,0
7,9
9,2
12,1
8,0
14,6
17,4
21,3
10,0
24,3
28,9
32,0
38,5
40,0
12,0
47,5
51,5
60,5
Продолжение табл. П19
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
180
190
240
250
180
191
240
251
200
211
260
271
200
213
260
273
200
213
260
273
230
243
290
303
160
165
220
225
160
165
220
225
180
185
240
245
160
190
240
250
180
190
240
250
200
210
260
270
200
210
260
270
230
240
290
300
240
255
12
13
219
8
14
рy = 1,0 МПа (10 кгс/см2)
200
222
335
295
268
21
8
3
250
276
390
350
320
23
22
300
328
440
400
12
370
24
350
380
500
450
430
4
400
429
565
515
482
16
26
26
500
534
670
620
585
28
20
18,0
22,4
273
10
325
26,3
28,4
33,0
37,5
377
426
15,5
44,0
12
46,0
53,5
63,0
530
72,0
рy = 1,6 МПа (16 кгс/см2)
80
91
195
160
133
21
4
18
100
110
215
180
158
23
8
150
161
280
240
212
25
3
22
203
222
335
295
258
27
250
276
405
355
320
28
12
26
300
328
460
410
370
28
350
380
520
470
430
30
400
429
580
525
462
34
500
534
710
650
585
44
4
30
33
201
16
20
89
5
6
153
8
12,0
17,6
20,0
26,0
10
325
30,0
33,3
38,0
44,5
377
530
8,0
13,2
273
426
6,0
7,1
108
219
5,4
51,0
12
59,2
66,5
93,8
Окончание табл. П19
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
150
155
210
215
150
155
210
215
150
155
210
215
160
165
220
225
160
165
220
225
160
165
220
225
160
165
220
225
180
185
240
245
180
185
240
245
180
190
240
250
180
190
240
250
200
210
260
270
230
243
290
303
250
263
310
323
260
273
320
333
12
13
14
рy = 2,5 МПа (25 кгс/см2)
15
19
95
65
47
20
26
105
75
58
14
14
16
25
33
115
85
2
68
4
32
39
135
100
78
18
40
46
145
110
88
19
18
50
59
160
125
102
21
80
91
195
160
133
23
6
100
110
230
190
158
25
150
161
300
250
212
27
3
22
8
26
200
222
360
310
278
29
12
250
276
425
370
335
31
30
300
328
485
430
390
32
350
380
550
490
450
38
16
4
400
429
610
550
505
40
500
534
730
660
615
48
33
39
202
20
0,9
18
1,0
1,3
25
32
1,4
3,5
2,4
2,8
45
3,0
57
4,5
89
5,5
108
6,5
159
6
219
8
3,5
3,9
5,8
6,4
8,6
9,6
20,9
23,4
14,3
15,6
30,6
273
10
325
34,5
39,5
44,2
59,2
377
530
1,7
2,3
38
426
1,6
65,7
12
75,3
82,6
107,2
116,4
Таблица П20
Штуцера с фланцами стальными приварными встык
с соединительным выступом АТК 24.218.06–90
D
D1
2
Пример условного обозначения штуцера с
фланцем
стальным
приварным
встык
Dу = 250 мм на Ру = 1,6 МПа, типа 2 исполнения 1, l = 180 мм, фланец из стали 20, патрубок из стали 20:
b
D2
«Штуцер 250–1,6–2–4–180–20
АТК 24.218.06–90»
l
H
d
s
dн
Dy,
мм
D,
мм
D1 ,
мм
D2,
мм
b,
мм
d,
мм
n,
шт
l,
мм
H,
мм
dн,
мм
s,
мм
Масса,
кг
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
89
5
рy = 1,6 МПа (16 кгс/см2)
80
195
160
133
100
215
180
158
4
8
150
280
240
212
200
335
295
268
250
405
355
320
300
460
410
370
350
520
470
430
17
18
12
16
400
580
525
482
500
710
650
585
20
203
120
180
120
180
120
180
120
180
120
180
150
210
150
210
160
220
180
240
173
233
173
233
180
240
181
241
188
248
220
280
224
284
239
299
274
334
108
6
159
219
8
273
10
325
377
426
530
12
5,4
6,1
6,7
7,6
11,0
12,5
16,8
19,3
25,2
29,0
34,5
39,0
48,2
54,7
62,6
70,0
98,5
107,8
Продолжение табл. П20
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
рy = 2,5 МПа (25 кгс/см2)
100
230
190
158
21
22
8
150
300
250
212
25
26
200
360
310
278
27
12
250
425
370
335
29
30
300
485
430
390
32
350
550
490
450
36
16
33
400
610
550
505
40
500
730
660
615
44
39
20
120
132
180
242
120
192
180
252
120
199
180
259
120
199
180
259
150
234
210
294
150
239
210
299
160
264
220
324
180
284
240
344
8,3
108
6
159
219
15,2
16,6
8
22,5
25,0
32,2
273
10
325
36,1
45,0
49,6
63,0
377
426
9,3
69,5
12
84,5
92,0
116,5
530
125,7
рy = 4,0 МПа (40 кгс/см2)
15
95
65
47
20
105
75
58
25
115
85
66
14
14
4
32
135
100
78
16
40
145
110
63
18
50
160
125
102
17
80
195
160
133
21
8
204
120
155
180
215
120
156
180
216
120
158
180
218
120
165
160
225
120
168
180
228
120
168
180
228
120
178
180
238
0,9
18
1,0
1,2
25
32
1,3
3,5
1,5
1,7
2,2
38
2,4
2,7
45
2,9
57
4
89
5
3,5
3,8
6,1
6,7
Таблица П21
Опоры (лапы) для вертикальных аппаратов (см. рис. 7.1, а, типы 1 и 2), ГОСТ 26296–84, мм
Q,
кН
Тип
опоры
а
A1
а2
b
b1
b2
с
c1
h
h1
sl
K
K1
d
1
60
–
–
85
15
45
65
40
15
40
8
4
10
2
100
50
45
120
25
12
1
95
–
–
140
25
4,0
75
95
60
50
10
5
15
2
160
70
65
190
40
20
1
115
–
–
170
30
10,0
90
115
80
85
14
6
20
2
195
85
80
235
50
24
1
155
–
–
230
40
25,0
125
155
100
16
8
25
2
255
120
115
310
65
45
90
1
185
–
–
295
60
40,0
150
190
120
20
10
30
2
315
150
140
390
80
35
63,0
1
230
–
–
360
70
185
230
150
60
130
24
12
35
2
380
170
160
470
100
1
310
–
–
475
95
100,0
250
310
200
160
30
16
40
2
520
230
220
620
130
1
390
–
–
585
115
160,0
300
380
250
65
200
36
20
60
42
2
650
290
280
780
180
1
480
–
–
695
135
250,0
360
455
300
240
40
24
75
2
800
360
350
940
220
1
520
–
–
810
150
400,0
430
540
375
70
280
45
30
85
2
890
420
410
1100
255
50
1
680
–
–
1100
170
630,0
540
690
460
80
400
55
40
110
2
1150 550
540
1420
280
Примечание: Величина зазора между аппаратом и подпорной рамой f принимается конструктивно, но не более fmax.
Пример условного обозначения опоры типа 1 с допускаемой нагрузкой Q = 25 кН:
«Опорная лапа 1–2500 ГОСТ 26296–84»
dб
1,6
201
205
M12
M16
M20
M24
M30
M36
–
–
–
–
fmax
10
40
25
80
30
105
40
140
50
160
60
210
80
280
100
350
120
435
145
470
180
600
Таблица П22
Накладные листы под опоры (лапы) типов 1 и 2
для вертикальных аппаратов (см. рис. 7.1, г), ГОСТ 26296–84, мм
Тип
Тип
В
H
с
Q, кН
В
H
с
s
sн
н
опоры
опоры
1
120
4; 6; 8;
1
650
10; 12;
1,6
75
8
100,0
400
32
2
155
10
2
820
16; 20
1
200
4,0
125
10
1
810
12; 16;
2
255
160,0
500
40
6; 8;
2
1020
20; 24
10; 12
1
250
10,0
150
12
2
310
1
970
16; 20;
250,0
600
48
2
1230
24; 28
1
330
25,0
200
16
2
410
8; 10;
1
1140
400,0
700
50
12;
16
2
1440
1
405
40,0
250
20
20; 24;
2
510
28
1
1480
900
55
1
490
10; 12; 630,0
2
1860
63,0
300
24
2
620
16; 20
Примечания: 1. Размер sн определяется расчетом и округляется до ближайшего большего значения по табл. П.22, и должен быть не менее толщины обечайки. 2. Сторона накладного листа с размером В изгибается по наружному диаметру аппарата.
Пример условного обозначения накладного листа для опоры типа 1 допускаемой нагрузкой Q = 25 кН и толщиной 12 мм:
«Накладной лист 1–2500–8 ГОСТ 26296–84».
Q, кН
Таблица П23
Опоры седловые типа 1 (см. рис. 7.2), ОСТ 26-2091–93, мм
Q, кН
s1
s2
R
L
l
h
А
A1
Dн
159
16
84
180
90
75
140
219
20
114
240
140
75
–
200
6
10
273
20
141
290
190
100
250
325
20
167
125
400
240
377
193
135
400*
214; 222;230
330
130
50
8
14
426
217
135
450
250
480
244
145
500*
264; 272; 282;
60
500
300
380
160
530
271
10
16
200
600*
314; 322; 332;
80
600
340
450
200
630
325
Примечания: 1. Для аппаратов с Dн < 273 мм В = 120 мм; для аппаратов с Dн > 325 мм
В = 180 мм. 2. Размеры опорной плиты L1 = L + 20 мм; В1 = В + 80 мм. 3. Втулки резьбовые: для Dн < 325 мм d = M16; для Dн = 377…480 мм d = M24; для
Dн = 500…630 мм d = M36.
Примеры условного обозначения: опора типа 1 исполнения 1 с Q = 20 кН, радиусом
R = 167 мм, исполнения по материалу 1 (см. табл. 14.8 [36]), без опорного листа:
«Опора 20–167–1 ОСТ 26-2091–93»;
то же с опорным листом:
«Опора 20–167–1–II ОСТ 26-2091–93».
* Внутренний диаметр D
206
Таблица П24
Опоры седловые типа 2 (см. рис. 7.2), ОСТ ОСТ 26-2091–93, мм
Q, кН
1
s1
s2
Исполнение
2
1
2
1
2
800
80
160
1000
125
200
1200
125
200
1400
160
250
1600
160
300
D
14
8
18
14
12
8
20
1800
160
300
2000
250
400
2200
250
500
2400
400
630
2600
400
750
2800
400
750
3000
630
900
14
3200
630
900
14
3400
630
1400
12
16
8
14
10
14
18
18
22
20
24
3600
630
1400
26
12
18
3800
630
1400
12
22
24
4000
630
1400
12
20
18
R
414; 422;
432; 442
514; 522;
532; 546
614; 622;
630; 638
714; 722;
732;.744
814; 822;
832
914; 922;
930; 936
1014; 1022;
1032; 1042
1116; 1124;
1132; 1146
1216; 1224;
1232; 1246
1316; 1324;
1332; 1346
1416; 1424;
1432; 1446
1520; 1528;
1540
1620; 1628;
1634; 1640
1720; 1726;
1732; 1740
1820; 1822;
1834
1920; 1928
1934
2020; 2028
2034
А
А1
А2
500
400
250
650
550
400
1100
800
700
550
1250
950
850
700
1420
1100 1000 850
L
l1
740
1000
–
–
1600
1100 1000 850
1700
1500 1400 1250
1940 940
1500 1300 750
2120 1050 1800 1600 750
2290 1100 1800 1600 750
2460 1200 2200 2000 1000
2460 1300 2200 2000 1000
2810 1360 2200 2000 1200
2990 1470 2390 2190 1200
3160 1570 2800 2600 1400
3330 1650 2800 2600 1400
3510 1740 2800 2600 1400
Примечания: 1. Для всех опор l = L – 20 мм. 2. Ширина опоры: для D < 1400 мм
В = 250 мм; для L > 1600 мм В = 300 мм. 3. Размеры опорной плиты: L1 = L + 20 мм;
В1 = B + 100 мм. 4. Втулки резьбовые для всех опор имеют диаметр d = M48. 5. Размер
В2 см. в табл. 14.7 [36].
Примеры условного обозначения: опора типа 2 исполнения 2 с Q = 200 кН, с радиусом
R = 630 мм, исполнения по материалу 2 (см. 1 табл. 14.8 [9]), без опорного листа:
«Опора 200–630–2–I ОСТ 26-2091–93»;
то же с опорным листом:
«Опора 200–630–2–II ОСТ 26-2091–93»
207
Таблица П25
Диаметры опор колонных аппаратов, АТК 24.200.04-90, мм
D
Цилиндрические опоры
типов 1, 2, 3 (см. рис. 7.3)
Конические опоры, тип 4
(см. рис. 7.4)
D1
D2
Dб
D1
D2
D3
Dб
400
600
350
520
1280
950
1000
1160
500
700
450
620
1380
1050
1100
1260
600
800
550
720
1480
1150
1200
1360
800
1080
750
960
1680
1300
1400
1560
1000
1280
950
1160
1880
1500
1600
1760
1200
1480
1150
1360
2100
1700
1800
1980
1400
1680
1300
1560
2300
1900
2000
2180
1600
1880
1500
1760
2500
2100
2200
2380
1800
2100
1700
1980
2720
2250
2400
2580
2000
2300
1900
2180
2920
2450
2600
2780
2200
2500
2100
2380
3120
2650
2800
3000
2400
2720
2250
2580
3360
2850
3000
3220
2500
2820
2350
2680
3460
2950
3100
3320
2600
2920
2450
2780
3560
3050
3200
3420
2800
3120
2650
3000
3760
3200
3400
3620
3000
3360
2850
3220
3960
3400
3600
3820
3200
3560
3050
3420
4160
3600
3800
4020
3400
3760
3200
3620
4360
3800
4000
4220
3600
3960
3400
3820
4560
4000
4200
4420
3800
4160
3600
4020
–
–
–
–
4000
4360
3800
4220
–
–
–
–
4500
4860
4300
4720
–
–
–
–
5000
5360
4800
5220
–
–
–
–
5500
5860
5300
5720
–
–
–
–
5600
5960
5400
5820
–
–
–
–
6000
6360
5800
6220
–
–
–
–
6300
6650
6100
6520
–
–
–
–
208
Таблица П26
Основные размеры цилиндрических опор типов 1, 2, 3
для колонных аппаратов (см. рис. 7.3, а – в), АТК 24.200.04-90, мм
Приведенная
нагрузка, МН
D
s1
6
Qmax
Qmin
0,25
До 0,125
» 0,20
400–1200
До 0,32
500–1600
1800–3000
0,63
20
s3
d2
dб
12
16
28
М24
6
20
16
6
8
8
До 0,50
800–3000
До 0,80
1400–1800
2000–4000
10
8
До 1,32
1800
2000–3600
3800; 4000
10
8
8
До 1,32
1800; 2000
2200–2500
2600–3800
4000–5000
12
10
10
10
До 2,0
2000
2200–2500
2600–5000
2000–2500
2600
2800–3200
3400; 3600
3800–6300
2400; 2500
2600–3200
3400; 3600
3800–6300
2600
2800–3600
3800
4000–6300
2600
2800; 3000
3200–3800
4000–6300
20
1,6
35
До 2,0
4,0
До 3,2
До 3,2
До 5,0
М30
20
8
16
25
2,5
6,3
s2
Число
болтов
zб
25
25
20
42
42
35
М36
М36
М30
16
16
24
30
30
25
25
25
25
25
20
42
42
42
35
М36
М36
М36
М30
16
16
16
24
12
10
10
30
30
25
30
30
25
48
48
42
М42
М42
М36
16
16
24
16
16
12
10
10
16
12
10
10
20
16
16
12
20
16
16
12
30
30
30
30
25
30
30
30
25
36
30
30
30
36
30
30
30
30
25
25
25
25
30
30
30
25
30
30
30
25
36
36
30
30
48
42
42
42
42
48
48
48
42
48
48
48
42
56
56
48
48
М42
М36
М36
М36
М36
М42
М42
М42
М36
М42
М42
М42
М36
М48
М48
М42
М42
16
24
24
24
24
16
16
16
32
24
24
24
32
24
24
32
32
209
Продолжение табл. П26
Приведенная
нагрузка, МН
Qmax
D
s1
s2
s3
d2
dб
Число
болтов
zб
36
30
56
48
М48
М42
24
32
36
62
М56
32
Qmin
2800
3000–6300
До 5,0
10,0
20
До 8,0
3200–6300
До 8,0
3400
3600–6300
25
20
3800–6300
20
16,0
До 10,0
36
36
32
40
62
М56
40
36
Примечания: 1. Размеры d и d1 в зависимости от D для опор типов 1, 2 и 3
D, мм……………..400 – 600
800 – 1600
1800 – 6300
d, мм………………….45
60
70
d1, мм…………………70
90
100.
2. При всех значениях D принимают s4 > 0,5s2; для опор типа 2 при всех значениях D
принимают l = 160 + 4s1.
Пример условного обозначения опоры типа 2 при диаметре колонны 1000 мм,
Qmax = 0,25 МН, Qmin = 0,2 МН, Н1 = 1200 мм:
«Опора 2–1000–25–20–1200 АТК 24.200.04–90».
Таблица П27
Основные размеры опор-стоек типа 2
для вертикальных аппаратов (см. рис. 7.11), АТК 24.200.03–90, мм
Нагрузка на
опору, кН, не
более
Ds
a
b
b1
b2
10
573,5
110
170
70
50
c
hmax
h1
d
d1
1200
14
19
М16
24
М20
25
25
763,5
130
200
90
60
1300
16
40
894,0
150
250
100
70
1400
20
40
63
1084,5
170
280
110
90
100
1335,0
200
340
130
110
1596,0
230
310
140
–
35
М30
25
М36
1600
50
160
М24
30
42
–
Пример условного обозначения опоры типа 2 с нагрузкой на опору Qmax = 10 кН
«Опора-стойка 2–10 АТК 24.200.03–90»
210
Таблица П28
Определение массы корпуса аппарата и его внутреннего объема
Эскиз
Объем
Элемент корпуса
Масса
s
D2H
V 
4
H
Цилиндр
D
mê  ñò    D  H  s
D
Коническое днище
(переход)
sк
H
2α
V
211
1
( D 2  DD0  D02 ) H
12
mê  ñò  
( D  D0 )
 H  sê
2 cos 
D0
h
sс
2α
Сферическая крышка
R
c
h

V  h 2  R  ;
3

h  R(1  cos )
mê  2ñò    R  h  sñ
D3
V 
24
mê  1,24ñò  D 2  sý
H
sэ
Стандартная
эллиптическая крышка
D
211
КЛЮЧИ К ТЕСТОВЫМ ЗАДАНИЯМ
№ тестового
задания
1
1
2
+
№ ответа
3
2
4
+
+
+
3
+
4
+
5
+
6
+
7
+
8
9
+
+
10
11
+
12
+
13
+
+
14
+
15
+
16
+
17
+
18
+
19
+
20
21
+
+
22
+
23
+
24
25
5
+
26
+
27
+
28
+
212
+
*****
Учебное издание
Бердник Виталий Михайлович
Владимиров Борис Ефимович
Коломиец Роман Вячеславович
Расчет и конструирование тонкостенных аппаратов
пищевых, химических и нефтехимических
производств
Редактор Д.В. Малыгина
Подписано в печать 12.02.2013.
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Печать цифровая.
Усл. печ. л. 12,32. Уч.-изд. л. 13. Тираж 300. Заказ 48-3885.
Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)
Редакционно-издательский отдел ЮРГТУ (НПИ)
Отпечатано в ИД “Политехник”
346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132
213