Нагрузки. Расчет деталей на прочность. Сдвиг, кручение
Методическое пособие - Разное
Другие методички по предмету Разное
,
тогда:
.
Сопоставление ?t и ?m показывает, что:
,
т.е. наиболее опасным напряжением является напряжение в продольном сварном шве, и все обечайки под действием внутреннего давления разрушаются именно по продольному шву.
При заданном внутреннем диаметре D корпуса аппарата:
,
где Dн - наружный диаметр корпуса аппарата,
толщина Sr стенки обечайки аппарата:
,
где ? - коэффициент сварного шва, показывающий, на сколько прочность сварного шва меньше прочности основного материала.
Коэффициент сварного шва ? зависит от конфигурации шва, а также режима сварки и, как правило, принимает значения:
.
Остальные элементы корпуса аппарата рассчитываются исходя из подобных соображений. Толщина SEr эллиптического днища корпуса:
. (14. 1)
Множитель 0,5 в произведении с величиной давления р показывает, что эллиптическое днище является наиболее рациональной формой с точки зрения металлоемкости.
Исполнительная толщина Sисп стенки обечайки учитывает прибавку С1 для компенсации коррозии и эрозии, прибавку С2, обеспечивающую компенсацию минусового допуска в условиях проката и технологическую прибавку С3:
.
Расчетная толщина Sr не зависит от длины (высоты) обечайки, если в качестве давления, действующего на нее, рассматривать только внутреннее давление. Наружное давление рн не разрушает корпус аппарата, но способно привести к потери устойчивости обечайки (Рис. 14.6).
Рис. 14.6
Вид деформации в этом случае зависит от габаритов обечайки корпуса. Расчет корпуса на устойчивость проводится с использованием полуэмпирической формулы:
,
где lр - расчетная длина обечайки корпуса аппарата,
Е - модуль упругости материала обечайки.
Днища и крышки аппаратов часто представляют собой штамповочные изделия. Эллиптические днища применяются в аппаратах, обрабатывающих невязкие жидкости и материалы, в случае вязкой среды используются конические днища. Конфигурация днища определяется выпуском (сливом) продукта (из эллиптического днища трудно слить вязкую смесь).
Сварные швы.
Сварка обычно производится для деталей равной толщины и одинакового материала. При сварке цилиндрической обечайки корпуса и днища аппарата в зоне А возникают термические (остаточные) напряжения, в зоне изгиба (зона Б) остается район с остаточными механическими напряжениями (Рис. 14. 7). Наложение этих двух зон (А и Б) опасно, поэтому для того, чтобы их разнести используют отбортовку (цилиндрический участок у штамповочного днища), позволяющую разнести опасные зоны остаточных напряжений.
Рис. 14.7
Наиболее часто используются сварные швы, выполненные встык или (реже) внахлест, швы тавровые и угловые. Наиболее простым и надежным (прочным) из них является стыковой шов (Рис. 14.8).
Рис. 14.8
Рассчитывается стыковой сварной шов исходя из того, что при нагружении шов терпит усилия (чаще растягивающие, реже - сжимающие), что ведет к возникновению нормального напряжения ?:
,
где l - длина сварного шва.
Угловой шов представляет собой зону расплава, и при любом нагружении детали в металле шва появляются либо касательные, либо нормальные напряжения, вызванные усилием среза Qср моментом работающей на плече силы F (Рис. 14.9).
Рис. 14.9
В угловых швах разрушение происходит по диагонали А1А2. Если k - катет сварного шва, то сечение излома рассматривается как некая доля от сварного габарита, то возникающее при срезе касательное напряжение ? (или нормальное напряжение ? при изгибе) определяется:
,
где l - длина сварного шва;- коэффициент пропорциональности (порядка 0,9).
Множитель 0,6 в формуле (XIV. 2) вводится для перехода к касательному напряжению.
Допускаемое напряжение углового сварного шва меньше, чем допускаемое напряжение стыкового шва, что объясняет стремление использовать стыковой шов, особенно для работающих при больших давлениях аппаратов.
Мешалки.
Конфигурацию мешалки определяет назначение аппарата, в следствие чего мешалки (активаторы) делят на:
мешалки ламинарного типа;
турбинные мешалки;
Мешалки ламинарного типа (Рис. 14.10) организуют механический процесс перемешивания в ламинарном (безвихревом) режиме. Например, при коническом днище рамная мешалка гасит вихри, однако для вязких сред мешалки с большой поверхностью работают при малых оборотах.
Рис. 14.10
Турбинные мешалки (Рис. 14.11) обеспечивают турбулентный (вихревой) режим перемешивания, возникающие при этом вихри распределяются по всему объему невязкой жидкости. Лопастная мешалка при своем вращении заставляет среду обтекать лопасть с образованием вихрей, обеспечивая при этом механическое и гидромеханическое перемешивания. Турбинные мешалки работают при больших частотах (100-250 об/мин).
Рис. 14.11
По технологии изготовления активаторы выполняются либо сварные, либо сборные с использованием различных соединений.
Фланцевые соединения.
Надежность и прочность аппарата во многом определяется конструкцией фланцевого соединения, предназначенного для прочного и герметичного соединения деталей и узлов реактора. Фланцевые соединения обеспечивают удобства при монтаже, сборке и разборки аппарата. Выбор фланцевого соединения определяется давлением в аппарате. При относительно малы?/p>