Дно для сосудов под давлением
В цилиндрических емкостях и аппаратах наибольшее давление приходится на днище. Поэтому они должны обладать повышенной прочностью и устойчивостью к агрессивным воздействиям.
По форме они бывают:
- плоские;
- скругленные;
- конические.
Кроме того, отличают отбортованные и неотбортованные днища. Округлые (выпуклые) днища подразделяются на сферические или полусферические, торосферические или эллиптические. По мнению специалистов, наиболее рациональная форма днища – эллиптическая поверхность. Она позволяет при минимальной толщине листа равномерно распределить давление на поверхность, хорошо противостоят перепадам давления и гидродинамическим ударам, прост в производстве. Равномерность распределения давления достигается непрерывным плавным изменением радиуса поверхности от краев к центру.
В сварном емкостном оборудовании чаще всего встречаются эллиптические днища ГОСТ 6533-78. Они предназначаются для использования в аппаратах, котлах, трубопроводах и других емкостях с жидкими и газообразными средами. Они изготавливаются из отбортованной высококачественной стали и полностью отвечают всем требованиям Госгортехнадзора. Еще один популярный вид – эллиптические днища ГОСТ 11372-74, изготавливаемые из алюминия или латуни. Они применяются в агрессивных средах, где нельзя применять сталь. Для изготовления эллиптических днищ применяется технология горячей штамповки. В процессе производства они вытягиваются на прессах и отбортовываются по размеру соответствующих цилиндров. Контроль толщины стенок позволяет гарантировать ее постоянную величину, что позволяет четко прогнозировать технические и эксплуатационные характеристики. Преимуществом отботрованных днищ являются ровные края, что ускоряет изготовление емкостей и другого оборудования и делает процесс производства безопаснее. Поскольку днище подвергается избыточному давлению, в нем возникает растягивающее напряжение. Его воздействие на металл находится в прямой зависимости от толщины листа и силы внутреннего напряжения, возникающего в нем. Хуже всего с такими нагрузками справляются плоские днища, по этой причине они устанавливаются на аппараты диаметром не более 1200 мм, эксплуатирующиеся при небольшом давлении, например, наливные емкости. Для емкостей, работающих с высоким давлением, предназначаются эллиптические днища. Они применяются в различных промышленных отраслях, в том числе фармацевтической, химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и т.д. Для их изготовления используется металлический лист толщиной от 4 до 100 мм. Рабочий диаметр изделий может достигать 4500 мм. Для производства днищ, диаметр которых превышает 2000 мм, применяется технология фланжирования со сваркой.
Торосферические днища имеют характеристики с эллиптическими конструкциями. Меридиональное сечение таких днищ состоит из трех частей – центральной (плоской), переходной (с радиусом кривизны) и цилиндрической. Они предназначаются для установки в аппаратуру, работающую под давлением не более 6 бар. Они изготовляются при помощи холодной штамповки, для днищ больших диаметров применяется технология фланжирования.
Для аппаратуры, емкостей и трубопроводов, работающих с рабочими средами под высоким давлением, применяются полусферические днища, которые еще называют гемисферическими. В разрезе они представляют собой полусферу. Сферические сегменты производятся при помощи штамповки, а затем соединяются сварочными швами. Среди конических днищ чаще всего встречаются конструкции с углом 90 градусов при вершине. При диаметре более 1200 мм днище составлено из двух конструктивных элементов – конического и кольцевого, который отбортовывается. Иногда кольцевая часть сваривается из стальных лепестков.
Вернуться к списку статей
Источник
Что это такое?
В сосуде, заполненном водой, на дно давит сила, равная весу столба жидкости. Это вызванное силой тяжести давление называется гидростатическим.
Оно определяется отношением силы к площади, то есть его физический смысл – это сила, действующая на единицу площади (см2).
Законы гидростатики описал Блез Паскаль. В 1648 г. он удивил горожан опытом, демонстрирующим свойства воды.
Вставив в бочку, заполненную водой, длинную узкую трубку, он налил в нее несколько кружек воды, и бочку разорвало.
Согласно закону Паскаля, приложенное к H2O усилие распространяется равномерно во всем объеме. Это объясняется тем, что вода почти не сжимается. В гидравлических прессах используют это свойство.
Плотность воды все же растет при высоком давлении. Это учитывается при расчетах конструкций глубоководных аппаратов.
Факторы, влияющие на показатель
При отсутствии внешнего воздействия, играют роль два фактора:
- высота столба;
- плотность.
Выше уровень воды, налитой в сосуд, — выше напор на дно. Если в одной емкости ртуть, а в другой вода и при этом уровни жидкостей одинаковы, то в первом случае давление на дно больше, так как ртуть имеет большую плотность.
Сверху на содержимое сосуда давит также атмосферный воздух. Поэтому в сообщающихся сосудах уровень одинаков, ведь в каждом из них над поверхностью атмосфера одна и та же.
Если же к поверхности приложить поршень и давить на него, то напор будет складываться из:
- внешней силы;
- веса воды.
При этом форма сосуда не определяет размер усилия, создаваемого столбом. Оно будет одним и тем же при равной высоте столба, хотя стенки емкости могут расширяться кверху или сужаться.
На дно и стенку сосуда – в чем разница?
Вода, заполняющая емкость, оказывает давление по направлению всегда перпендикулярно поверхности твердого тела, по всей площади соприкосновения с дном и стенками.
Усилие на дно распределено равномерно, то есть оно одинаково в любой точке. Заполнив водой сито, можно увидеть, что струи, текущие через отверстия, равны по напору.
Наполнив сосуд, имеющий отверстия одного диаметра в стенках на разной высоте, можно наблюдать различный напор вытекающей струи. Чем выше отверстие – тем слабее струя. То есть, давление на стенки емкости тем больше, чем ближе ко дну.
Единицы измерения
Давление воды измеряют в:
- паскалях – Па;
- метрах водяного столба – м. в. ст.
- атмосферах – атм.
Практически достаточно знать, что 1 атмосфера равна 10 метрам водяного столба или 100000 Па (100кПа).
Формулы расчета
Давление на дно сосуда рассчитывается делением силы на площадь, то есть оно равно произведению плотности воды, высоты столба и ускорения свободного падения g (величина постоянная, равна 9,8 м/с2).
Пример расчета: бак наполнен водой (плотность 1000 кг/м3) до высоты 1,2 м. Нужно найти, какое давление испытывает дно бака. Решение: P = 1000*1, 2*9, 8 = 11760 Па, или 11, 76 кПа.
Для расчета давления на стенки сосуда применяют все ту же формулу напора, приведенную выше. При расчете берется глубина от точки, в которой нужно рассчитать напор, до поверхности воды.
Пример расчета: на глубине 5 м на стенку резервуара с водой будет оказываться давление P=1000 *5 * 9, 8=49000 кПа, что составляет 0,5 атмосферы.
Расчет давления воды на дно и стенки сосуда в видео:
Применение на практике
Примеры использования знаний свойств воды:
- Подбирая насос для водоснабжения дома высотой 10 м, понимают, что напор должен быть минимум 1 атм.
- Водонапорная башня снабжает водой дома ниже ее по высоте, напор в кране у потребителей обеспечен весом столба воды в баке.
- Если в стенках бочки появились отверстия, то, чем ниже они расположены, тем более прочным должен быть материал для их заделки.
- Замеряют дома напор холодной воды в кране манометром. Если он менее чем 0,3 атм (установлено санитарными нормами), есть основания для претензий к коммунальщикам.
Используя гидравлический пресс, можно получить большое усилие, при этом приложив малую силу. Примеры применения:
- выжимка масла из семян растений;
- спуск на воду со стапелей построенного судна;
- ковка и штамповка деталей;
- домкраты для подъема грузов.
Заключение
Такие свойства воды, как текучесть и несжимаемость, дают возможность использовать силу ее давления для самых различных целей.
Опасность этого явления учитывают при расчетах на прочность корпусов подводных лодок, стенок и днищ резервуаров, в которых хранят воду. Сила давления воды совершает полезную работу, она же способна и разрушать.
А какова Ваша оценка данной статье?
Источник
Версия для печати
4.1 Общие требования
4.1.1 Конструкция сосудов должна быть технологичной, надежной в течение установленного в технической документации срока службы, обеспечивать безопасность при изготовлении, монтаже и эксплуатации, предусматривать возможность осмотра (в том числе внутренней поверхности), очистки, промывки, продувки и ремонта, контроля технического состояния сосуда при диагностировании, а также контроля за отсутствием давления и отбора среды перед открытием сосуда.
Если конструкция сосуда не позволяет при техническом освидетельствовании проведение осмотра (наружного или внутреннего), гидравлического испытания, то разработчик сосуда должен в технической документации на сосуд указать методику, периодичность и объем контроля сосуда, выполнение которых обеспечит своевременное выявление и устранение дефектов.
4.1.2 Срок службы сосуда устанавливает разработчик сосуда, и он указывается в технической документации.
4.1.3 При проектировании сосудов следует учитывать требования Правил перевозки грузов железнодорожным, водным и автомобильным транспортом.
Сосуды, которые не могут быть транспортированы в собранном виде, должны проектироваться из частей, соответствующих по габаритам требованиям к перевозке транспортными средствами. Деление сосуда на транспортируемые части следует указывать в технической документации.
4.1.4 Расчет на прочность сосудов и их элементов следует проводить в соответствии с ГОСТ Р 52857.1 – ГОСТ Р 52857.11, ГОСТ Р 51273, ГОСТ Р 51274, ГОСТ 30780.
Допускается использование настоящего стандарта совместно с другими международными и национальными стандартами на расчет на прочность при условии, что их требования не ниже требований российских национальных стандартов.
4.1.5 Сосуды, транспортируемые в собранном виде, а также транспортируемые части должны иметь строповые устройства (захватные приспособления) для проведения погрузочно-разгрузочных работ, подъема и установки сосудов в проектное положение.
Допускается использовать технологические штуцера, горловины, уступы, бурты и другие конструктивные элементы сосудов при подтверждении расчетом на прочность.
Конструкция, места расположения строповых устройств и конструктивных элементов для строповки, их количество, схема строповки сосудов и их транспортируемых частей должны быть указаны в технической документации.
4.1.6 Опрокидываемые сосуды должны иметь приспособления, предотвращающие самоопрокидывание.
4.1.7 В зависимости от расчетного давления, температуры стенки и характера рабочей среды сосуды подразделяют на группы. Группу сосуда определяет разработчик, но не ниже, чем указано в таблице 1.
Таблица 1 – Группы сосудов
| Группа | Расчетное давление, МПа | Температура стенки, °С | Характеристика рабочей среды |
|---|---|---|---|
| 1 | Независимо | Независимо | Взрывоопасная, пожароопасная, токсичная 1-го, 2-го, 3-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007 |
| 2 | До 2,5 | Выше 400 | Любая, за исключением указанной для 1-й группы сосудов |
| 2,5 до 5,0 | Выше 200 | ||
| 5,0 и более | Независимо | ||
| До 5,0 | Ниже минус 40 | ||
| 3 | До 2,5 | От минус 40 до 400 | |
| От 2,5 до 5,0 | От минус 40 до 200 | ||
| 4 | До 1,6 | От минус 20 до 200 | |
| 5 | От вакуума до 0,07 | Независимо | Взрывобезопасная, пожаробезопасная или 4-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007 |
Группу сосуда с полостями, имеющими различные расчетные параметры и среды, допускается определять для каждой полости отдельно.
4.1.8 Базовые диаметры сосудов рекомендуется принимать по ГОСТ 9617.
4.2 Днища, крышки, переходы
4.2.1 В сосудах применяют днища: эллиптические, полусферические, торосферические, сферические неотбортованные, конические отбортованные, конические неотбортованные, плоские отбортованные, плоские неотбортованные, плоские, присоединяемые на болтах.
4.2.2 Заготовки выпуклых днищ допускается изготовлять сварными из частей с расположением сварных швов согласно указанным на рисунке 1.
Рисунок 1 – Расположение сварных швов заготовок выпуклых днищ
Расстояния l и l1 от оси заготовки эллиптических и торосферических днищ до центра сварного шва должны быть не более 1/5 внутреннего диаметра днища. При этом для вариантов в), д), ж), и), к), л) сумма расстояний l + l1 должна быть не менее 1/5 внутреннего диаметра днища.
При изготовлении заготовок с расположением сварных швов согласно рисунку 1 м) количество лепестков не регламентируется.
4.2.3 Выпуклые днища допускается изготовлять из штампованных лепестков и шарового сегмента. Количество лепестков не регламентируется.
Если по центру днища устанавливают штуцер, то шаровой сегмент допускается не изготовлять.
4.2.4 Круговые швы выпуклых днищ, изготовленных из штампованных лепестков и шарового сегмента или заготовок с расположением сварных швов согласно рисунку 1 м, должны быть расположены от центра днища на расстоянии по проекции не более 1/3 внутреннего диаметра днища. Для полусферических днищ расположение круговых швов не регламентируется.
Наименьшее расстояние между меридиональными швами в месте их примыкания к шаровому сегменту или штуцеру, установленному по центру днища вместо шарового сегмента, а также между меридиональными швами и швом на шаровом сегменте, должно быть более трехкратной толщины днища, но не менее 100 мм по осям швов.
4.2.5 Основные размеры эллиптических днищ должны соответствовать ГОСТ 6533. Допускаются другие базовые диаметры эллиптических днищ при условии, что высота выпуклой части не менее 0,25 внутреннего диаметра днища.
4.2.6 Полусферические составные днища (см. рисунок 2) применяют в сосудах при выполнении следующих условий:
– нейтральные оси полушаровой части днища и переходной части обечайки корпуса должны совпадать; совпадение осей должно быть обеспечено соблюдением размеров, указанных в конструкторской документации;
– смещение t нейтральных осей полушаровой части днища и переходной части обечайки корпуса не должно превышать 0,5(S – S1);
– высота h переходной части обечайки корпуса должна быть не менее 3у.
Рисунок 2 – Узел соединения днища с обечайкой
4.2.7 Сферические неотбортованные днища допускается применять в сосудах 5-й группы, за исключением работающих под вакуумом.
Сферические неотбортованные днища в сосудах 1-й, 2-й, 3-й, 4-й групп и в сосудах, работающих под вакуумом, допускается применять только в качестве элемента фланцевых крышек.
Сферические неотбортованные днища (см. рисунок 3) должны:
– иметь радиус сферы R не менее 0,85D и не более D;
– привариваться сварным швом со сплошным проваром.
Рисунок 3 – Сферическое неотбортованное днище
4.2.8 Торосферические днища должны иметь:
– высоту выпуклой части, измеренную по внутренней поверхности, не менее 0,2 внутреннего диаметра днища;
– внутренний радиус отбортовки не менее 0,095 внутреннего диаметра днища;
– внутренний радиус кривизны центральной части не более внутреннего диаметра днища.
4.2.9 Конические неотбортованные днища или переходы допускается применять:
а) для сосудов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й групп, если центральный угол при вершине конуса не более 45°. Допускается использование конических днищ и переходов с углом при вершине более 45° при условии дополнительного подтверждения их прочности расчетом по допускаемым напряжениям в соответствии с ГОСТ Р 52857.1, подраздел 8.10;
б) для сосудов, работающих под наружным давлением или вакуумом, если центральный угол при вершине конуса не более 60°.
Части выпуклых днищ в сочетании с коническими днищами или переходами применяют без ограничения угла при вершине конуса.
4.2.10 Плоские днища (см. рисунок 4), применяемые в сосудах 1-й, 2-й, 3-й, 4-й групп, следует изготовлять из поковок.
При этом следует выполнять следующие условия:
– расстояние от начала закругления до оси сварного шва не менее (D – внутренний диаметр обечайки, S – толщина обечайки);
– радиус закругления r ≥ 2,5S [см. рисунок 4а)];
– радиус кольцевой выточки r1 ≥ 2,5S, но не менее 8 мм [см. рисунок 4б)];
– наименьшая толщина днища [см. рисунок 4б)] в месте кольцевой выточки S2 ≥ 0,8S1, но не менее толщины обечайки S (S1 – толщина днища);
– длина отбортовки днищ h1 ≥ r;
– угол проточки γ должен составлять от 30° до 90°;
– зона А контролируется в направлениях Z согласно требованиям 5.4.2.
Рисунок 4 – Плоские днища
Допускается изготовление плоского днища (см. рисунок 4) из листа, если отбортовка выполняется штамповкой или обкаткой кромки листа с изгибом на 90°.
4.2.11 Основные размеры плоских днищ, предназначенных для сосудов 5-й группы, должны соответствовать ГОСТ 12622 или ГОСТ 12623.
4.2.12 Длина цилиндрического борта l (l – расстояние от начала закругления отбортованного элемента до окончательно обработанной кромки) в зависимости от толщины стенки S (см. рисунок 5) для отбортованных и переходных элементов сосудов, за исключением штуцеров, компенсаторов и выпуклых днищ, должна быть не менее указанной в таблице 2. Радиус отбортовки R ≥ 2,5S.
Рисунок 5 – Отбортованный и переходный элементы
Таблица 2 – Длина цилиндрического борта
| Толщина стенки S, мм | Длина цилиндрического борта l, мм, не менее |
|---|---|
| До 5 включ. | 15 |
| Св. 5 до 10 включ. | 2S + 5 |
| Св. 10 до 20 включ. | S + 15 |
| Св. 20 до 150 включ. | S/2 + 25 |
| Св. 150 | 100 |
4.3 Люки, лючки, бобышки и штуцера
4.3.1 Сосуды должны быть снабжены люками или смотровыми лючками, обеспечивающими осмотр, очистку, безопасность работ по защите от коррозии, монтаж и демонтаж разборных внутренних устройств, ремонт и контроль сосудов. Количество люков и лючков определяет разработчик сосуда. Люки и лючки необходимо располагать в доступных для пользования местах.
4.3.2 Сосуды с внутренним диаметром более 800 мм должны иметь люки.
Внутренний диаметр люка круглой формы у сосудов, устанавливаемых на открытом воздухе, должен быть не менее 450 мм, а у сосудов, располагаемых в помещении, – не менее 400 мм. Размер люков овальной формы по наименьшей и наибольшей осям должен быть не менее 325×400 мм.
Внутренний диаметр люка у сосудов, не имеющих корпусных фланцевых разъемов и подлежащих внутренней антикоррозионной защите неметаллическими материалами, должен быть не менее 800 мм.
Допускается проектировать без люков:
– сосуды, предназначенные для работы с веществами 1-го и 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007, не вызывающими коррозии и накипи, независимо от их диаметра, при этом следует предусмотреть необходимое количество смотровых лючков;
– сосуды с приварными рубашками и кожухотрубчатые теплообменные аппараты независимо от их диаметра;
– сосуды, имеющие съемные днища или крышки, а также обеспечивающие возможность проведения внутреннего осмотра без демонтажа трубопровода горловины или штуцера.
4.3.3 Сосуды с внутренним диаметром не более 800 мм должны иметь круглый или овальный лючок. Размер лючка по наименьшей оси должен быть не менее 80 мм.
4.3.4 Каждый сосуд должен иметь бобышки или штуцера для наполнения водой и слива, удаления воздуха при гидравлическом испытании. Для этой цели допускается использовать технологические бобышки и штуцера.
Штуцера и бобышки на вертикальных сосудах должны быть расположены с учетом возможности проведения гидравлического испытания как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях.
4.3.5 Для крышек люков массой более 20 кг должны быть предусмотрены приспособления для облегчения их открывания и закрывания.
4.3.6 Шарнирно-откидные или вставные болты, закладываемые в прорези, хомуты и другие зажимные приспособления люков, крышек и фланцев должны быть предохранены от сдвига или ослабления.
4.4 Расположение отверстий
4.4.1 Расположение отверстий в эллиптических и полусферических днищах не регламентируется.
Расположение отверстий на торосферических днищах допускается в пределах центрального сферического сегмента. При этом расстояние от наружной кромки отверстия до центра днища, измеряемое по хорде, должно быть не более 0,4 наружного диаметра днища.
4.4.2 Отверстия для люков, лючков и штуцеров в сосудах 1-й, 2-й, 3-й, 4-й групп должны быть расположены, как правило, вне сварных швов.
Расположение отверстий допускается:
– на продольных швах цилиндрических и конических обечаек сосудов, если диаметр отверстий не более 150 мм;
– кольцевых швах цилиндрических и конических обечаек сосудов без ограничения диаметра отверстий;
– швах выпуклых днищ без ограничения диаметра отверстий при условии 100-процентной проверки сварных швов днищ радиографическим или ультразвуковым методом;
– швах плоских днищ.
4.4.3 Отверстия не разрешается располагать в местах пересечения сварных швов сосудов 1-й, 2-й, 3-й, 4-й групп.
Данное требование не распространяется на случай, оговоренный в 4.2.3.
4.4.4 Отверстия для люков, лючков, штуцеров в сосудах 5-й группы разрешается устанавливать на сварных швах без ограничения по диаметру.
4.5 Требования к опорам
4.5.1 Опоры из углеродистых сталей допускается применять для сосудов из коррозионно-стойких сталей при условии, что к сосуду приваривается переходная обечайка опоры из коррозионно-стойкой стали высотой, определяемой расчетом, выполненным разработчиком сосуда.
4.5.2 Для горизонтальных сосудов угол охвата седловой опоры, как правило, должен быть не менее 120°.
4.5.3 При наличии температурных расширений в продольном направлении в горизонтальных сосудах следует выполнять неподвижной лишь одну седловую опору, остальные опоры – подвижными. Указание об этом должно содержаться в технической документации.
4.6 Требования к внутренним и наружным устройствам
4.6.1 Внутренние устройства в сосудах (змеевики, тарелки, перегородки и др.), препятствующие осмотру и ремонту, как правило, должны быть съемными.
При использовании приварных устройств следует выполнять требования 4.1.1.
4.6.2 Внутренние и наружные приварные устройства необходимо конструировать так, чтобы были обеспечены удаление воздуха и полное опорожнение аппарата при гидравлическом испытании в горизонтальном и вертикальном положениях.
4.6.3 Рубашки и змеевики, применяемые для наружного обогрева или охлаждения сосудов, могут быть съемными и приварными.
4.6.4 Все глухие части сборочных единиц и элементов внутренних устройств должны иметь дренажные отверстия для обеспечения полного слива (опорожнения) жидкости в случае остановки сосуда.
<< назад / к содержанию ГОСТа Р 52630-2012 / вперед >>
Источник