Тонкостенные сосуды химических производств
С позиций конструктивного оформления сварных соединений и технологии изготовления сосуд считают тонкостенным, если толщина стенки не превышает 7-10 мм.
Тонкостенным сосудам обычно придают форму цилиндра, сферы или тора (рис. 10.12).
Рис.10.12. Характерные типы тонкостенных сосудов:
а – сферический; б – цилиндрический; в – торовый
Выбор формы может определяться различными соображениями. Сферический сосуд при заданной емкости имеет минимальную массу, который можно компактно разместить, например, вокруг камеры сгорания ЖРД, цилиндрическая форма сосуда обеспечивает наиболее технологичное конструктивное оформление. Соединения осуществляют продольными, кольцевыми и круговыми швами. Тонкостенные сосуды обычно являются конструктивными элементами различных транспортных установок. В тех случаях, когда не требуется экономия массы, используют хорошо сваривающиеся материалы невысокой прочности. В зависимости от свариваемости металла и его чувствительности к концентрации напряжений представления о технологичности одного и того же конструктивного оформления могут оказаться различными. Характерная для низкоуглеродистых сталей хорошая свариваемость и малая чувствительность к концентрации напряжений позволяют использовать любые типы сварных соединений. Поэтому при использовании таких материалов главной задачей ставится снижение трудоемкости изготовления изделия. Примером этого служат конструкции тормозных воздушных баллонов грузовых автомобилей, изготовляемых в условиях крупносерийного и массового производства, когда технологичность изделия особенно важна. Такой баллон (рис. 10.13 а) имеет обечайку из горячекатаной стали 20кп и два штампованных днища из стали 08кп толщиной 2,5 мм. К днищу дуговой или рельефной сваркой приварены бобышки. Соединение днища с обечайкой нахлесточное. Такое решение облегчает механизацию сборки путем одновременной запрессовки обоих днищ в обечайку. Для этого отбортованной части днищ придают коническую форму, обеспечивающую центровку их относительно обечайки при сборке. Ацетиленовый баллон (рис. 10.13 б) выполнен из более прочной низколегированной стали 15ХСНД, и нахлесточные соединения при его изготовлении недопустимы. Все рабочие соединения стыковые, причем кольцевые швы допускается выполнять на подкладках.
Рис.10.13. Тонкостенные сосуды:
а – тормозной резервуар грузового автомобиля; б – ацетиленовый баллон; в – сосуд высокого давления; г – шар-баллон из титанового сплава
При использовании высокопрочной стали 25ХСНВФА (σв =1400 МПа) подкладные кольца у стыковых соединений уже применять нельзя (рис. 10.13 в).
Иногда для понижения рабочих напряжений в зоне сварного соединения увеличивают толщину металла в местах расположения швов (рис. 10.13 г).
Напряжения в продольном шве цилиндрической части радиусом R с толщиной стенки s
σ =pR/s, (10.22)
а в поперечном шве
σ1=pR/(2s). (10.23)
Напряжения в сферической части радиуса Roс толщиной so составляют
σo =pRo /(2so). (10.24)
Действительная конструктивная прочность сосудов в результате концентрации напряжений может оказаться ниже предельной. Большое влияние оказывает отношение σт/σв. В случае если σт/σв=0,6 – 0,75, конструктивная прочность сосуда приближается к предельной. Если σт/σв=0,9, то конструктивная прочность может оказаться значительно меньше предельной.
Если в тонкостенном сосуде создается вакуум, то оболочки надо проверить на устойчивость. Цилиндрические оболочки при длине L<10r, где r -радиус цилиндра, проверяются по формуле
σкр=0,55Е r (s/r)3/2 /L, (10.25)
где σкр – критическое напряжение; s -толщина оболочки, Е – модуль упругости.
Устойчивость сферической оболочки определяется формулой
σкр=0,1 Es/r. (10.26)
Допускаемое напряжение [σ]≤ σкрm, где m=0,8 – коэффициент условий работы.
Тонкостенные сосуды в виде различных тормозных баллонов для наземного транспорта изготовляют крупными сериями, используя хорошо свариваемые материалы относительно невысокой прочности. Примером может служить воздушный тормозной резервуар железнодорожного вагона из углеродистой стали. Он имеет отбортованные днища, приваренные к обечайке стыковым соединением. Его выполняют либо на остающемся подкладном кольце (рис 10.14 а), либо с проточкой отбортованной части днища (рис 10.14 6).
Рис.10.14. Воздушный тормозной резервуар железнодорожного вагона
Чем больше диаметр DH, тем более нагруженными оказываются резервуары; при расчете на прочность учитывают возможность уменьшения толщины стенок в результате коррозии на 0,7-1 мм. Коэффициент запаса прочности n = σв/ [σ]рпринимают не менее 3,5.
Сосуды со стенками средней толщины (до 40 мм) широко используются в химическом аппаратостроении, а также как емкости для хранения и транспортирования жидкостей и сжиженных газов. Нередко требуется защита рабочей поверхности аппарата от коррозионного воздействия среды и сохранение вязкости и пластичности материала несущих конструктивных элементов при низкой температуре. Поэтому используемые материалы весьма разнообразны: углеродистые и высоколегированные стали, медь, алюминий, титан и их сплавы. Так как для обеспечения необходимого срока службы аппарата достаточно иметь слой коррозионно-стойкого материала толщиной всего несколько миллиметров, то нередко используют двухслойный прокат. Аппаратуру емкостного типа обычно выполняют в виде цилиндрических сосудов. При избыточном давлении 0,4-1,6 МПа и выше, а также в емкостях, используемых для транспортировки жидкостей, соединения листовых элементов обечаек и днищ выполняют только стыковыми.
Барабаны котлов
В состав котельных агрегатов входят барабан, экономайзеры, пароперегреватели и камеры. Барабаны котлов высокой производительности имеют диаметры 1600-1800 мм, толщина их стенок достигает 100 мм. Барабан по длине состоит из отдельных обечаек; днища барабанов, как правило, штампованные. Все соединения выполняются электрошлаковой и дуговой сваркой.
Для котельных сосудов типа барабанов (рис. 10.15) характерно большое число штуцеров различного назначения.
Рис.10.15. Общий вид сварного барабана котла
Поэтому при проектировании котельного оборудования большое внимание уделяют определению допустимого размера неукрепленного отверстия и расчету укрепления отверстий. Учет ослабления стенки отверстием осуществляют введением коэффициента φ. При продольном расположении отверстий
φпрод = (t – d)/ t, (10.27)
где t – расстояние между центрами отверстий в продольном направлении; d– диаметр отверстия.
Если диаметр отверстия превышает допускаемый (dпр), то должна быть увеличена толщина стенки сосуда или отверстие должно быть укреплено приваркой утолщенного штуцера или накладки (рис. 10.16).
В сосудах, работающих при температуре выше 300 °С при толщине обечайки более 40 мм, применение накладок не рекомендуется из-за опасности появления значительных температурных напряжений. Для них более рационально укрепление отверстия штуцером (рис. 10.16 б) или вваркой стыковым швом элемента большей толщины (рис. 10.16 г). Площадь сечения сварных швов fсв. присоединяющих штуцера или накладки к укрепляемому элементу, принимают без учета усиления.
Рис.10.16. Типы укрепления отверстий сосудов: а – утолщенным штуцером; б – штуцером, не испытывающем давления; в – накладкой; г – вваркой утолщенного листа
Разделка под приварку штуцеров должна обеспечивать соединение их с барабаном или камерой по всей толщине штуцера. Разрешается приваривать штуцера без разделки, если при ручной дуговой сварке толщина их стенки не более 10 мм и при автоматической дуговой сварке под флюсом – не более 15 мм.
Рассмотренный метод расчета не учитывает влияния местной концентрации напряжений у отверстий. Полагают, что при высокой пластичности сталей появление местных небольших упругопластических деформаций не снижает работоспособности конструкций. При действии переменных нагрузок прочность сосудов может снижаться, особенно при использовании высокопрочных сталей (σв =800 – 900 МПа). Разрушения образуются в зонах концентрации напряжений: в местах приварки фланцев, труб, патрубков, штуцеров. Вероятность малоциклового разрушения заметно возрастает, когда в зоне концентрации оказываются дефекты.
Для надежной работы котлов и сосудов большое значение имеют пластические свойства металла и низкий уровень остаточных напряжений. Поэтому сварные конструкции котлов подвергают термической обработке. Для устранения остаточных напряжений в конструкциях из низкоуглеродистой стали достаточно высокого отпуска при T=600 – 650 °С.
Источник
Распространяется на тонкостенные сосуды, аппараты и трубопроводы (оборудование), не склонные к закалке при сварке, работающие под действием внутреннего давления коррозионных сред, не вызывающих растрескивания. [c.342]
ГЛАВА VI ПРОЕКТИРОВАНИЕ СОСУДОВ I. ТОНКОСТЕННЫЕ СОСУДЫ [c.249]
Основы расчета и конструирования машин н аппаратов химических производств, Тонкостенные сосуды и аппараты Учебное пособие/Н. П. Третьяков, М. Ф. М и X а л е в, А. И. М и л ь ч е и к о, В. В.. 3 о б н и н. Л. ЛТИ им. Ленсовета, 1979. 80 с. [c.299]
Для просвечивания тонкостенных сосудов применяются источники бета-излучения 5г, для толстостенных сосудов — источники гамма-излучения Со. При больших толщинах стенок сосудов чувствительность радиоизотопного метода снижается из-за большого поглощения излучения в стенках. В таких случаях возможно применение источников нейтронного излучения, если исследуемая среда обладает большими сечениями захвата по сравнению с материалом стенок сосуда [26]. В качестве источников применяют источники быстрых нейтронов Ро—Ве или Ри—Ве. Работа с радиоактивными источниками требует соблюдения правил радиационной безопасности [52].. [c.419]
ТОНКОСТЕННЫЕ СОСУДЫ И АППАРАТЫ [c.8]
Вследствие этого получаемые результаты всегда имеют приближенный характер, причем приближение тем хуже, чем больше отношение б У . Поэтому возникает необходимость определить то максимальное значение отношения б Я, при котором отклонение результатов, получаемых по теории тонкостенных сосудов, от точных практически допустимо, т. е. определить предельное отношение б Я, до которого сосуд еще можно рассматривать как тонкостенный. [c.249]
ДО теории же тонкостенных сосудов, если г — средний радиус степки, [c.250]
Произведя такой же элементарный, как приведенный выше, анализ для сферы, легко установить, что для последней степень приближения теории тонкостенных сосудов лучше, чем для цилиндра, и установленные выше предо,лы тем более применимы и к сфере. [c.251]
Роликовая сварка весьма эффективна при изготовлении тонкостенных сосудов, при производстве сварных металлических труб и ряда других изделий. [c.318]
Формулы для расчета тонкостенных и толстостенных аппаратов различны. Мы будем рассматривать тонкостенные сосуды и аппараты. Они обычно. эксплуатируются при давлении не более 10 МПа. [c.11]
Особенно большие, но относительно тонкостенные сосуды требуют более сложного подхода во избежание возникновения высоких концентраций напряжения вблизи опор. Такие сосуды иногда монтируют на стойках, расположенных на равных расстояниях по периферии сосуда (см. рис. 7.6, в), причем нагрузка от сосуда к стойке передается соединением, работающим на сдвиг. [c.143]
Для тонкостенных сосудов т] 1. Учитывая это, из выражения (74) получаем [c.41]
Куркин С.А. Прочность сварных тонкостенных сосудов, работающих под давлением.-М. Машиностроение, 1976.-184 с. [c.410]
Высокочастотное титрование основано на действии высокочастотного электромагнитного поля внутри измерительной ячейки (электрический конденсатор или катушка индуктивности) в процессе титрования. Метод сходен с кондуктометрическим, ко в раствор не помещают электродов. Только с наружной стороны тонкостенного сосуда из стекла укрепляют проволочную спираль или две изолированные обкладки, соединенные с высокочастотным генератором. [c.455]
Рнс. 8. Зависимость относительной долговечности Т- тонкостенных сосудов от соотношения главных напряжений т [c.42]
На рис. 7 построены зависимости относительной долговечности от параметра т), характеризующего толстостенность сосудов. Как следует из графика, с уменьшением параметра т] долговечность сосудов снижается. Это связано с тем, что уменьшение коэффициента толстостенности повышает шаровую составляющую тензора напряжений, а, следовательно, и механохимический эффект. Аналогичным образом объясняется изменение долговечности тонкостенных сосудов от соотношения главных напряжений т (рис. 8). Как следует из графика, зависимость То (т) более слож-42 [c.42]
Окружающей среды на измеряемые объемы. Компенсатор состоит из и-образного жидкостного манометра 21, расположенного слева от измерительной бюретки, и тонкостенного сосуда в виде трубки с запаянным концом 28, помещенного в общую водяную рубашку с -измерительной бюреткой, [c.214]
Из сравнения формул (3-9) и (3-10) видно, что тангенциальные напряжения в тонкостенном сосуде в 2 раза больше осевых. [c.89]
При расчете тонкостенных сосудов из хрупких материалов, например из серого чугуна, следует пользоваться теорией максимальных нормальных напряжений. Расчетная формула для этого случая выражается следующим образом [c.90]
Один из способов осушения тонкостенных сосудов состоит в равномерном нагревании всей поверхности светящимся пламенем и высасывании влажного воздуха через трубочку, опущенную до дна сосуда. Однако, поскольку воздух в лаборатории обычно довольно влажный, таким путем не удается достигнуть полного осушения. Поэтому для окончательного осушения рекомендуется перед употреблением ополоснуть сосуд небольшим количеством абсолютированного растворителя. [c.589]
В настоящем разделе приводятся основные расчетные данные и формулы для онределення толщин стенок тонкостенных сосудов и многослойных рулоиированных сосудов высокого давления. [c.150]
Столь широкий диапазон области применения теории тонкостенных сосудов не должен удивлять, так как почти во всех известных случаях приближенные теории, основанные на строго научных, а не на произвольных положениях, оказываются применимыми в весьма широких пределах изменения основных параметров. В качестве примера укажем на следующий факт. Путем сравнения решений по теории тонких пластинок и по значительно более сложной теории толстых плит акад. Б. Г. Галеркии [71] показал, что квадратная плита может рассматриваться как тонкая, если ее толщина достигает одной трети длины стороны, и даже при толщине, равной одной второй длины стороны, отклонение оказалось хотя и более значительным, но все же гораздо меньше того, что можно было предполагать заранее. Между тем навряд ли, руководствуясь обычными представлениями, мы назовем тонкой квадратную пластинку со стороной 1 м и толщиной 33 см. [c.252]
Диапазон давлений, указанный в разд. 6.1.1, ограничивает предмет рассмотрения данной главы тонкостенными сосудами, у которых по определению [НРТА,1975] отношение внешнего диаметра к внутреннему К>1, 2. На рис. 6.2 представлена схема емкости под высоким давлением, которая может считаться типичной емкостью в соответствии с данным определением. Фактически это транспортная емкость с типичными размерами. [c.88]
Лекция 15. Тонкостенные сосуды. Основные допущения, применяемые в бе змоментной теории тонкостенных оболочек. Вывод уравнения Лапласа. Расчет тонкостенных цилиндрических аппаратов, нагруженных внутренним давлением. Учет гидростатического давления. [c.250]
Тонкостенные сосуды. Расчет корпусов тбнкостенных цилиндрических аппаратов, натруженных внутренним давлением. Учй гидростати- [c.251]
Зайнуллин P. . Оценка влияния напряженного состояния на долговечность тонкостенных сосудов, работающих под действием внешнего давления и коррозионных сред //Нефгь и газ,-1982.-№ 10.- с.79-82. [c.406]
Чувствительность при измерениях реактивной составляющей. Чувствительность емкостной ячейки при диэлкометрическом титровании ио реактивной составляющей не зависит от рабочей частоты. Вместе с тем повышению чувствительности способствует увеличение Сг и уменьшение . Это означает, что применение тонкостенных сосудов с большим значением диэлектрической проницаемости материала сосуда более эффективно, чем с низким значением диэлектрической проницаемости. Однако чувствительность при измерениях реактивной составляющей будет несколько повышаться в случае веществ с меньшим значением диэлектрической проницаемости. [c.121]
На практике [38, 70] для определения количества циклов на стадии стабильного развития трещины производят интегрирование уравнения (4.2). Как это было указано выше, использование только критической длины трещины, найденной через критический коэффициент интенсивности напряжения, в качестве верхнего предела интегрирования, без учета деформационного упрочнения и реальной геометрии трубы, некорректно. Так, прямое использование классических методов линейной механики разрушения для тонкостенных сосудов давления, изготовленных из высоковязких сталей, какими являются современные магистральные трубопроводы, приводит к результатам, не имеющим физического смысла. Так, в работе [74] рассчитанная критическая глубина трещины составляет около 1 км (толщина стенки большинства эксплуатирующихся трубопроводов не превышает 20 мм). Для нахождения верхнего предела интегрирования уравнения Пэриса используем силовой и деформационный критерии линейной и нелинейной механик разрушения [55, 89]. [c.101]
При расчете долговечности тонкостенных сосудов с произвольным соотношением главных напряжений т (т = oJoq, где и 02 — окружное и осевое напряжения соответственно) гидростатическое давление рассчитывают по следующим формулам [c.41]
В тонкостенных сосудах высокого давления критический размер трещины (дефекта) (a/Q)кp может быть больше, чем толщина стенки (рис. 33). В этом случае сосуд должен быть в безопасности при рабочем уровне длительно действующей нагрузки, равной Страб, как и в предыдущем случае. Максимальный размер первоначальной трещины a Q)i, который после пробного испытания остается неизменным меньше, чем необходимо для того, чтобы Ки стало больше Кгк – В таких сосудах, подверженных циклическим нагрузкам, размер трещины также увеличивается, однако в [c.187]
Много стеклянной посуды выбывает из строя из-за несоблюдения температурного перепада, который может выдержать тот или иной стеклянный прибор. Часто ошибочно считают, что толстостенный стакан лучше выдерживает нагревание, однако кипячение можно вести только в тонкостенных сосудах. При этом большое значение имеет их форма. Круглую колбу или колбу с вогнутым дном можно нагревать открытым пламенем (конечно, всегда лучше коптяш,им), в то время как с колбой с плоским дном так обра-ш,аться нельзя. [c.10]
В 1950 г. Научно-исследовательский центральный котлотурбинный институт выпустил нормы расчета на прочность котельных агрегатов, в которых рекомендовано рассчитывать цплиндрп-ческне корпусы, изготовленные нз пластических материалов, по единой формуле — как тонкостенные сосуды по усредненному напряжению. [c.57]
По проекту новых норм толщина цнлиндричеких стенок со судов групп А и Б, изготовленных нз пластических материалов, определяется по усредненному напряжению по формулам, принятым для тонкостенных сосудов, а толщина цилиндрических стенок сосудов группы В, изготовленных из пластических материалов, определяется ио приведенному напряжению на внутренней поверхности цилиндра по формулам, принятым для толстостенных сосудов. [c.57]
Если выделить из цилиндрической части сосуда прямоугольный элемент AB D, то он будет подвергаться растяжению в трех направлениях тангенциальными (кольцевыми) напряжениями Tj — по сечениям вдоль образующих, аксиальными (продольными) напряжениями Ста — по сечениям, перпендикулярным к образующим, II радиальными напряжениями стз, перпендикулярными к o i II с72, вызываемыми давлением газа на плоскость AB D и атмосферным давлением па поверхность стенкп сосуда. В тонкостенных сосудах напряжением стз пренебрегают в виду его малой величины по сравнению с Tj и аг. Обозначив через D, и S соответственно диаметр, длину и толщину стенки цилиндрической части сосуда в сантиметрах и пренебрегая величиной S, малой но сравнению с D, вычислим напряжения и a-i. [c.58]
Толщина степкп цилпндрической части сосуда, выраженная через средний, внутренний и наружный диаметры, с учетом коэффициента прочности сварных швов ф и добавки на коррозию С при расчете по четвертой теории прочности как тонкостенных сосудов — по усредненному напряжению, будет равна (п см) [c.60]
Источник