Коэффициенты прочности сварных и паяных соединений





 

Большое количество основных элементов машин и аппаратов пищевых производств вы-полняется с применением сварки и пайки. Некоторое ухудшение механических характери-стик материала сварных и паяных соединений, по сравнению с характеристиками основного металла, делает необходимым при расчёте на прочность сварных и паяных конструкций сни-жать допускаемые напряжения введением в расчётные формулы коэффициента прочности шва 1. Величина коэффициента прочности шва принимается в соответствии с Правилами Госгортехнадзора России и зависит от конструкции сварного или паяного соединения и спо-соба сварки или пайки,

 

Так, при расчёте на прочность сварных швов стальных сосудов и аппаратов, должны приниматься следующие значения коэффициента прочности :

 

а) для стыковых и тавровых сварных соединений с двухсторонним сплошным проваром, выполненных автоматической сваркой, допускается применение 1;

 

б) для стыковых сварных соединений с подваркой корня шва и тавровых соединений с двухсторонним сплошным проваром, выполненных вручную, 0,95;

 

в) для стыковых соединений, доступных к сварке только с одной стороны и имеющих в процессе сварки подкладку со стороны корня шва, прилегающую по всей длине шва к основ-ному металлу, коэффициент 0,9;


 

 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Расчёт сосудов работающих под действием внутреннего избыточного давления

г) для тавровых соединений, в которых не обеспечивается сплошное соединение свари-ваемых деталей, а также для соединений внахлестку при наличии швов с двух сторон -

 

0,8.

 

Коэффициент прочности соединений паяных твердыми и мягкими припоями в аппаратах из цветных металлов и их сплавов, изменяется от 0,7 до 1 (меньшее значение для композици-онной пайки, большее – для однородной).

 

Прибавки к расчётной толщине стенки конструктивных элементов

 

При расчёте сосудов и аппаратов необходимо учитывать коррозионное влияние рабочей среды на материал конструктивных элементов в эксплуатационных условиях. Поэтому для компенсации коррозии к расчётной толщине стенки обечаек, днищ, колец жесткости и дру-гих элементов дают прибавку С, величина которой устанавливается проектирующей органи-зацией и в общем случае определяется по формуле 1.5:

C C1 C2 C3, (1.5)

 

где C1 П прибавка на коррозию; П проницаемость среды в материал (скорость коррозии), мм/год; срок службы аппарата, равный обычно 10 ... 15 годам; С2 прибавка на эрозию или другой вид химического воздействия рабочей среды на материал; прибавку на эрозию рекомендуется учитывать лишь в тех случаях, когда имеет место движение среды в аппарате со значительными скоростями (для жидких сред более 20 м/с, для газообраз-ных сред более 100 м/с), при наличии в движущейся среде абразивных твердых частиц, а также при ударном действии среды на деталь. С3 прибавка на округление размера до ближайшего большего стандартного значения.

 

Расчёт обечаек сосудов

 

Цилиндрические обечайки – основной элемент многих аппаратов пищевых производств. Цилиндрическая форма обечайки весьма проста в изготовлении, экономична по расходу ма-териала и хорошо противостоит внутреннему давлению благодаря равномерному распреде-лению нагрузки по ее площади.

 

Расчёт толщины обечаек проводят в соответствии с ГОСТ 14249. Исполнительную тол-щину S (м) тонкостенной гладкой цилиндрической обечайки, нагруженной внутренним из-быточным давлением, рассчитывают по формуле 1.6:

  Рp D    
S       C , (1.6)  
     
  Рp    

где Рp – расчётное давление, МПа; D – внутренний диаметр аппарата, м; φ – коэффи-

 

циент прочности продольного сварного шва; [σ] – допускаемое напряжение, МПа; с – при-бавка к расчётной толщине, м.

  Эта формула применима при следующих условиях: во-первых, для труб и обечаек
с D ≥ 200 мм должно соблюдаться условие(S C)/D 0,1,для труб и обечаек
с D 200 мм (S C)/ D 0,3; во-вторых,расчётная температура обечайки из углеродистой

 

стали не должна превышать – 380 ºС, из низколегированной – 420 ºС, из аустенитной – 525 ºС. Рассчитанную толщину стенки обечайки, изготовленной из трубы, следует привести в соот-

 

ветствие с толщинами: 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 мм (ГОСТ 9931-85 «Корпуса цилиндриче-

 

ские стальных сварных сосудов и аппаратов» ).

 

Допускаемое внутреннее избыточное давление [Р] (МПа) рассчитывают по формуле 1.7:

 

P 2 S С . (1.7)  
   
  D S С    

 

 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач  
Расчёт сосудов работающих под действием внутреннего избыточного давления    
1.8 Расчёт крышек и днищ сосудов    
Днище (крышка) – составная часть корпуса аппарата. Оно, как правило, изготавливается  
из того же материала, что и обечайка. Днище составляет с обечайкой единое целое в литых  
аппаратах или соединяется с ней сваркой или пайкой. Форма днища определяется условиями  
работы аппарата (давление, температура), технологическими требованиями к аппарату и  
конструктивными со-      
ображениями.   По      
форме днища бывают      
эллиптические, полу-      
шаровые, сфериче-      
ские, конические и      
плоские.            
Эллиптические        
днища. Эллиптиче-      
ские днища, имеющие      
форму   эллипсоида      
вращения, широко      
применяют для аппа- а б  
ратов под давлением Рисунок 1.6 – Полушаровое (сферическое) днище (а),  
(рисунок1.6, б). В ре- эллиптическое днище (б)    
зультате непрерывно-      
го изменения радиуса      
кривизны днища внутренние напряжения распределяются равномерно, при этом не наблюда-  
ется опасных концентраций напряжений. Для того чтобы отнести сварной шов от закруглен-  
ной части и не нагружать его изгибающими моментами, днище снабжают цилиндрическим  
бортом. Длину борта принимают из нормального ряда величин.    
Толщину стенки сферического днища, работающие под действием внутреннего избы-  
точного давления, рассчитывают на прочность по формулам (1.8) и (1.9).  
    Pp D          
  Sсф     C ,   (1.8)  
  4 p    
  P 4 Sсф С . (1.9)  
  D Sсф С    
           
                                 

Наиболее распространены эллиптические отбортованные днища. Толщину стенок эл-липтического днища, работающих под действием внутреннего избыточного давления, если выполняется соотношение 0,2 H / D 0,5, рассчитывают на прочность по формулам (1.10)

 

и (1.11).

 

Sэ     Pp D   C , (1.10)  
2 0,5 p  
P   2 Sэ   С   , (1.11)  
D 0,5 Sэ С  
           

где D – внутренний диаметр цилиндрической части днища, м; φ – коэффициент сварно-го шва (для цельных днищ φ=1).

 

Расчётную толщину стенки эллиптического днища с базовым внутренним диаметром следует привести в соответствие с толщинами: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 30, 32, 34, З6, 38, 40, 45, 50, 55, 65, 70, 80, 90, 100 мм.Толщина эллиптического днища с наруж-

 

ным базовым размером принимается из ряда: 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 (ГОСТ 6533-78 «Днища эллиптические»).Толщина эллиптического днища во всех случаях не должна бытьменьше толщины обечайки.


 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Расчёт сосудов работающих под действием внутреннего избыточного давления

Конические днища. Их применяют в тех случаях,когда необходимо перейти от цилинд-рической части одного диаметра к цилиндрической части другого диаметра, и в вертикаль-ных аппаратах при работе с вязкими и сыпучими материалами. Коническая форма днища об-легчает удаление этих материалов. Наиболее распространены конические днища с углом у вершины , равным 60° и 90°, применяют также днища с углом , равным 120° и 140°.

 

Конические днища изготавливают, как правило, с отбортованным краем, а это сущест-венно снижает местные напряжения. Обычно радиус отбортовки r = 0,15D.

При расчёте толщину конической части определяют по формуле 1.12:

Pp D  
Sк 2 Рр cos C . (1.12)


При расчёте на внутреннее давление конических днищ, у которых половина центрального угла (угла при вершине) α ≤ 70° (рисунок 1.7), толщину стенки отбортовки, т. е. цилиндрической части S1 на рас-

стоянии l1 0,5 D S1 C и толщину стенки ко-

нического элемента (днища) S2 на расстоянии

 

l2 0,5   D S2 C    
      принимают большую из двух  
     
      cos  

величин, рассчитанных по формулам (1.12) и (1.13)

 

S1 S2max Sk ;S1р.

 

  Pp D  
S1р 4 C . (1.13)

За пределами указанного расстояния толщину конического днища SК определяют по (1.12). Но во всех случаях величины S1 и S2 должна быть не мень-ше S, определяемой по (1.12).


 

Рисунок 1.7 – Коническое днище с отбортовкой


 

Допускаемое давление определяется по формуле 1.14:

 

P 2 cos Sк С . (1.14)  
Dр cos Sк С    
       
             

В формулах (1.10) – (1.12), где D – внутренний диаметр аппарата, м; Dp – расчётный диаметр, м; принимается в зависимости от конструкции днища: для днищ с отбортовкой

 

       
  D Sк С  
(с тороидальным переходом, рисунок 1.7) Dp D 2 r 1 cos 0,5   sin ,  
cos  
     

где r – внутренний радиус отбортовки, м; для днищ с отбортовкой (с тороидальным пере-ходом) r выбирают конструктивно, обычно r=0,3D.

При расчёте толщины конического днища по (1.12) или (1.13) коэффициент прочности кольцевого сварного шва φ принимают равным 1, а в остальных случаях значение берут та-ким же, как и для обычных сварных швов.


 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Расчёт сосудов работающих под действием внутреннего избыточного давления

 

 

Пример расчёта

 

Рассчитать толщину стенки обечайки и (эллиптического и конического) днища для со-суда.

 

Исходные данные:внутренний диаметрD = 2800мм,угол наклона конического днища45º, избыточное внутреннее рабочее давление Р = 0,65 МПа, максимальная рабочая тем-пература 270 ºС (543 К). Срок службы – 10 лет. Материал – Сталь 20К ГОСТ 14249-89.

Решение.

Прибавка на коррозию при сроке службы τ =10 лет составит:

С1= П·τ =0,01·10 = 0,1 мм = 0,0001 м.

 

Допускаемые напряжения для стали 20К по таблице В.1, приложение В, [σ]20 = 147 МПа и при расчётной температуре 300 °С [σ] = 119 МПа .

 

Допускаемое напряжение для условий гидроиспытаний определяем по формуле (1.4)

 

.

 

1 119 119 МПа .

 

Пробное давление определяем по таблице 1.1:

 

                  1,00    
  1,25 P   20          
                     
               
Р max       1,25 0,65     max 1,00 МПа.  
  max      
        t           0,95    
  P 0,3   0,65 0,3    
                         
Далее находим толщину обечайки S (м) по формуле (1.6)    
S Pp D   C   0,65 106 2,8   0,0001 0,00807 м,  
2 P   2 0,9 119 106 0,65 106  
      p                        

где – коэффициент прочности продольного сварного шва = 0,9.

 

Ближайшая большая толщина листа по сортаменту равна 10 мм, которую и принимаем в качестве исполнительной.

 

Определяем допускаемое давление в условиях гидроиспытаний по формуле (1.7):

 

P 2 S С   2 0,9 119 106 0,01 0,0001 0,76 МПа.  
D S С   2,8 0,01 0,0001    
       

Толщину стенки эллиптического днища находим по формуле (1.10). Для стандартных эллиптических днищ R = D/2. Тогда, принимая, что днище изготовлено из стали 20К и рабо-тает в тех же условиях, что и обечайка, получаем:

Sэ   Pp D     C 0,65 106 2,8 0,0001 0,0086 м.  
2 0,5 P   2 0,9 119 106 0,65 106    
      p                    
Определяем допускаемое давление по формуле (1.11):          
P   2 σ Sсф С 2 0,9 119 106 0,01 0,0001      
                      0,756 МПа.    
  D 0,5 Sсф С 2,8 0,5 0,01 0,0001        
               

По условиям расчёта толщина эллиптического днища во всех случаях не должна быть меньше толщины обечайки сосуда, поэтому принимаем толщину эллиптического днища рав-ной толщине обечайки – 10 мм.

Толщину стенки конического днища находим по формулам (1.12) и (1.13)

Sк       Pp D   C     0,65 106 2,8 0,0001 0,01215 м.  
        cos45 2 0,9 119 106 0,65 106  
  cos 2 Pр  
S     PpD     C 0,65 106 2,8 0,0001 0,00425 м.      
р   4 0,9 119 106      
               
                                 


 

 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Расчёт сосудов работающих под действием внутреннего избыточного давления

Ближайшая большая толщина листа по сортаменту равна 14 мм, которую принимаем в качестве исполнительной. По условиям расчёта принимают толщину отбортовки коническо-

го днища большую из двух величин, рассчитанных     по формулам (1.12) и (1.13),  
S1 S2max Sk ;S , S1 S2 Sk мм.              
  При Sk S принимаем толщину конического днища Sk 14 мм.  
  Расчётный диаметр:                    
                   
            D Sк С  
    Dp D 2 r 1 cos 0,5       sin  
      cos  
                 
  2,8 2 0,3 2,8 1 cos45 0,5   2,8 0,012 0,0001   sin45 2,298 м.  
       
            cos45        
                   
  P 2 cosα σ Sк С   2 cos45 0,9 119 106 0,012 0,0001 0,78 МПа .    
        Dр cosα Sк С         2,298 cos45 0,012 0,0001      
                                     
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                 
                                                                                                     

а б

 

Рисунок 1.8 – Результаты расчётов: а – оболочка со сферическим днищем, б – оболочка с коническим днищем

 

Заключение:были рассчитаны параметры оболочки:его толщина в цилиндрической,конической и сферической части; толщина отбортовки конической части (рисунок 1.8) и до-пускаемое давление этой оболочки. При этих параметрах внутреннее рабочее давление меньше, чем допускаемое P P , что определяет работоспособность конструкции.


 


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Расчёт сосудов работающих под действием внутреннего избыточного давления

 

 

Задачи

 

1.10.1 Рассчитать толщину стенки обечайки и днища (эллиптического и конического) для сосуда по данным из таблицы 1.4.

 

Срок службы τ = 10 лет, П = 0,01 мм. Материал – Сталь 20К ГОСТ 5520-79. Выпол-нить рисунок эллиптического и конического днища по полученным данным. Допускаемые напряжения для стали 20К при различной температуре принять по ГОСТ 14249 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчёта на прочность», приложение В. Толщина листа, из кото-рого изготовлена обечайка и днища для сосуда, принять по ГОСТ 19903-74 «Сталь листовая горячекатаная. Сортамент», приложение Г.

 

Таблица 1.4 – Исходные данные для расчёта

 





Читайте также:
Виды функций и их графики: Зависимость одной переменной у от другой х, при которой каждому значению...
Основные факторы риска неинфекционных заболеваний: Основные факторы риска неинфекционных заболеваний, увеличивающие вероятность...
Теория по геометрии 7-9 класс: Смежные углы – два угла, у которых одна...
Образцы сочинений-рассуждений по русскому языку: Я думаю, что счастье – это чувство и состояние полного...

Рекомендуемые страницы:


Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-12 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Обратная связь
0.041 с.