Расчет и конструирование типового оборудования (стр. 20 из 35)

Рис. 11.3. Сопряжение рубашки с корпусом а – при помощи отбортовки; б – при помощи кольца

Сопряжение рубашки с днищем приведено на рисунке 11.4.

а б

а – коническое; б – кольцевое

Рис. 11.4. Сопряжение рубашки с днищем

Рубашки из полутруб со змеевиковыми каналами применяют для вертикальных стальных сварных сосудов и аппаратов диаметром от 600 до 3000 мм при внутреннем давлении в рубашке не более 6,3 МПа и температуре стенки от минус 70 до плюс 300 °С.

Рубашка из полутруб со змеевиковыми каналами представляет собой полость из полутрубы, приваренную по винтовой линии к цилиндрической обечайке корпуса. На днище аппарата полутрубу приваривают по спирали. Теплоноситель подается отдельно в цилиндрическую и донную часть рубашки. Наружный радиус применяемых полутруб для аппаратов с внутренним диаметром от 600 до 1000 мм составляет R 28,5 мм (рисунок 11.6); для аппаратов с внутренним диаметром от 1200 до 3000 применяются полутрубы с наружным радиусом 28,5 и 44,5 мм. Шаг приварки полутруб составляет t 95 мм для труб с R 28,5 мм и t 125мм для труб с R 44,5 мм. Высота h 22 для труб с R 28,5 мм и h 35 мм для труб с R 44,5 мм.

1 – рубашка из полутруб; 2 – отвод; 3 – фланец; 4 – змеевик; 5 – фланец

Рис. 11.5. Сосуды с рубашками из полутруб

Рис. 11.6. Конструктивные элементы рубашек из полутруб

Для интенсификации процесса теплопередачи к корпусу сосуда может привариваться направляющая спираль, позволяющая значительно увеличить скорость движения охлаждающей жидкости. Конструкция рубашки с направляющей спиралью приведена на рис. 11.7.

Рис.11.7. Конструкция рубашки с направляющей спиралью

11.2. Расчет сосудов с рубашками

Введем следующие обозначения для сосудов с рубашками: Ð – расчетное давление в сосуде;

^Ð₁– расчетное давление в рубашке;

D – внутренний диаметр сосуда; ^D₁– внутренний диаметр рубашки; S – толщина стенки обечайки сосуда;

^S₁ – толщина стенки обечайки рубашки;

–

допускаемое напряжение материала обечайки сосуда при расчетной температуре;

– допускаемое напряжение материала обечайки рубашки при расчетной температуре6

C – сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки сосуда;

^C_c – сумма прибавок к расчетной толщине стенки обечайки рубашки.

Условия применения расчетных формул

1.

Расчетные формулы применимы при условии, что в рубашке действует внутреннее избыточное давление P₂ 0 .

2. Расчетная температура не превышает следующих значений:

– 380 °С – для углеродистой стали;

– 420 °С – для низколегированной стали; – 525 °С – для аустенитной стали.

3.

При N 10³ производят проверку на малоцикловую прочность.

4. Для сосудов с U – образной или цилиндрической рубашкой расчетные формулы применимы при соотношении:

– диаметров

^D1 1 2, ;

D

– толщины стенки и диаметров

0 001,

– толщин стенок

^S1 1 2, .

S

5. Для сопряжений при помощи конуса расчетные формулы применимы для углов

, и радиуса отбортовки

_r0 e0 0 5, S1 , 1 cos

где ^r0 внутренний радиус кривизны отбортовки для

– конических переходов; ^e0 расстояние от середины стенки рубашки до наружной

– стороны стенки сосуда;

угол конического сопряжения.

–

Расстояние ^e₀ определяют по формуле

e₀ 0,5 D₁ S₁ D 2S .

6. Расчетные формулы для сопряжений применимы при условии полной проварки сварных швов.

7. Расчетные формулы для сопряжения при помощи кольца применимы при исполнительной толщине кольца ^h₀ равной:

h₀ 1 5, S₁ äëÿ U î áðàçí î é ðóáàø êè;

0 5, D S h₀ S₁ äëÿ öèëèí äðè÷åñêî é ðóáàø êè.

8. Диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем ^d₁ сосуда согласно рисунку 11.5 должен удовлетворять условию

d₁ 0 4, D₁ .

При выполнении этого условия расчет сопряжения рубашки с днищем сосуда не проводят.

Порядок расчета

Расчет сосудов с рубашками производят в следующем порядке:

1. Определение расчетных параметров для корпуса сосуда и рубашки.

2. Определение толщин стенок элементов корпуса сосуда сначала по давлению в сосуде, затем по давлению рубашки (для тех элементов, которые испытывают давление рубашки). Сравнение полученных толщин и выбор большего значения толщины.

3. Определение допускаемых давлений для элементов сосуда по окончательному значению толщины стенок элементов.

4. Расчет толщин стенок обечайки и днища рубашки от действия давления в рубашке и определение допускаемого давления.

5.

Проверка условия ^d₁ 0 4, ^D₁ и расчет мест соединения рубашки с корпусом сосуда.

Сопряжение рубашки с корпусом сосуда при помощи конуса

Расчетная схема сопряжения рубашки с корпусом сосуда при помощи конуса приведена на рисунке 11.3а. Угол конуса принимают равным 45 .

Вспомогательные параметры определяют по формулам:

– коэффициент осевого усилия

A ^{D D1 d12} , (11.1)

D₁₂

где ^d₁ – диаметр окружности сопряжения рубашки с днищем, который принимается по стандарту на рубашки;

– коэффициент, учитывающий расстояние между корпусом сосуда и рубашкой

; (11.2)

– коэффициент радиуса конической отбортовки

, (11.3)

где ^r₀ – радиус отбортовки сопряжения рубашки с днищем, который принимается по стандарту на рубашки равным 50 мм;

– коэффициент длины сопряжения

(11.5)

; (11.6)

– относительная эффективная несущая длина конуса

. (11.8)

где – расчетный коэффициент прочности сварного шва сосуда; p1– расчетный коэффициент прочности сварного рубашки;

– коэффициент прочности сварного кольцевого шва сосуда;

T1 – коэффициент прочности сварного кольцевого шва рубашки.

Коэффициент сопряжения при помощи конуса

B

X ; X₂; X₃ , (11.9)

где X₁, X₂, X₃– вспомогательные величины.

Вспомогательные величины определяются по формулам:

X₁; (11.10)

; (11.11)

X₃f₄ . (11.12)

Коэффициенты прочности ^f₁ – ^f₄ определяют графически или рассчитываю по формулам, приведенным в пособии.