ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Важнейшим вопросом расчёта и конструирования технологического оборудования является выбор допускаемого напряжения, при котором обеспечивается безопасная работа аппарата. Величина допускаемых напряжений зависит:

- от механических свойств материала - его прочности и пластичности;

- от характера силовой нагрузки и постоянства ее во времени;

- от температуры, поскольку она влияет на прочность и пластичность материала;

- от метода расчета.

Корпуса аппаратов и их элементы чаще всего работают в условиях статических нагрузок под внутренним избыточным давлением, вакуумом или нарyжным избыточньш давлением, а также при действии ocевых или поперечных усилий, изгибающих моментов. В свою очередь, давление, действующее на аппарат, может быть рабочее, расчетное и пробное.

Под рабочим давлением следует понимать максимальное внутреннее избыточное или наружное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и без учета допускаемого кратковременного повышения давления вовремя действия предохранительного клапана или других предохранительных устройств.

Под расчетным давлением врабочих условиях следует понимать давление на которое производится их расчет на прочность. Расчетное давление, как правило, принимают равным рабочему давлению или выше в зависимости от обрабатываемых рабочих сред и условий нагрузок .

Для элементов, разделяющих пространоство с разными давлениями (например, в аппаратах с обогревающими рубашами), за расчетное давление следует принимать либо каждое давление в отдельности, либо давление, которое требует большей толщины стенки paссчитываемого элемента. Если обеспечиается одновременное действие давлений, то допускается производить расчет на разность давлений.

Если на элементы сосуда или аппарата действует гидростатическое давление, составляющее 5% и выше от рабочего, то расчетное давление для этого элемента должно быть повышену на эту величину.

Под пробным давлением в сосуде или аппарате следует понимать давление, при котором производится испытание сосуда или аппарата. Для сосудов высотой более 8 мпробное давление следует принимать с учетом гидростатического давления в рабочих условиях.

Расчетная температура ипользуется в расчетах для определения физико-механических характеристик материала и допускаемых напряжений. Данная температура определяется на основании тепловых расчетов или результатов испытания. При положительных t за расчетную температуру стенки аппарата следует принимать наибольшее, значение t стенки.

При отрицательной t стенки аппарата за расчетную t принимают 20˚С.

При расчете аппарата необходимо учитывать характер нагрузки. Обычно аппараты работают при однократной статической нагрузке. Статическая нагрузка считается тогда, когда общее число циклов изменения нагрузки за время эксплуатации составляет N ≤ 1000 циклов.

Для многократных статических нагрузок, если число циклов нагружения (от давления, стеснённости t деформаций или других воздействий) будет N > 1000циклов за весь срок службы эксплуатации, то рассчитываемые элементы подлежат проверке на усталостную прочность. Если колебания нагрузки не превышает 15% от расчетной, указанная проверка (не зависимо от числа циклов) не производится.

Допускаемое напряжение при расчете по определенным нагрузкам ∙определяется (ГОСТ 14249 - 89):

- для углеродистых и низколегированных сталей:

[σ ] = ∙min ( ; ; ; );

- для аустенитных сталей:

[σ ] = ∙min( ; ; ; ),

где [σ ] - допускаемое напряжение при расчетной t, МПа;

R_е, R_m – минимальное значение предела текучести и значение временного сопротивления (предела прочности) при расчетной t ,МПа;

R_p_0.2 – минимальное значение условного предела текучести при расчетной t (напряжение, при котором остальное удленение составляет 0,2%), МПа;

R_m/10⁵ - среднее значение предела длительной прочности за 10⁵ чпри расчетной t, МПа;

R_p1.0/10⁵ – средний 1% предел ползучести за 10⁵ч. при расчетной t, МПа;

R_p1.0 – минимальное значение условного предела текучести при расчетной t (напряжение, при котором остаточное удлинение составляет 1%), МПа;

n_T, n_B, n_Д, n_П - коэффициенты запаса прочности по пределу текучести, по временному сопротивлению(пределу прочности), по пределу длительной прочности и по пределу ползучести соответственно.

Предел ползучести используется для определения допускаемого напряжения в тех случаях, когда отсутствуют данные по пределу длительной прочности или по условям эксплуатации необходимо ограничить величину деформации (перемещения).

Для условий испытания допускаемое напряжение определяется:

[σ] = .

Коэффициент запаса прочности выбирается из таблиц: ГОСТ 14249 - 89

Условия нагружения	Коэффициент запаса прочности

Рабочие условия	1,5	2,5	1,5	1,0
Условия испытания: Гидравлические испытания Пневмонические испытания	1,1 1,2	_______ ______	________ ________	______ _______

Поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям( ) должен быть равен еденице, за исключением стальных отливок, для которых коэффициент имеет следующее значение:

0,8 – для отдивок, подвергающихся индивидуальному контролю неразрушающими методами;

0,7 – для остальных отливок,т.е. для неподвергающихся индивидуальному контролю;

1,0 – листовой прокат.

Для условий испытания допускаемое напряжение определяют по формуле

η .

Для условий испытаний сосудов и аппаратов из аустенитных сталей допускаемое напряжение определяют по формуле

, (1.4)

где – минимальное значение условного предела текучести при температуре 20 ^оС, напряжение при котором остаточное удлинение составляет 1 %; – минимальное значение условного предела текучести при температуре 20 ^оС, напряжение при котором остаточное удлинение составляет 0,2 %; η – поправочный коэффициент к допускаемым напряжениям.

Расчет на прочность цилиндрических обечаек и конических элементов, выпуклых и плоских днищ для условий испытания проводить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на .

4.4.4.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ ШВОВ

Коэффициент прочности входящий в расчетную формулу при определении толщины стенки цилиндрического корпуса, показывает отношении прочности шва к прочности цельного листа. Для сварных швов коэффициент прочности φ зависит от конструкции шва и способа сварки. На величину φ также влияет контроль шва (ГОСТ 14249 – 80 ) см. таблицу.

Стыкавой шов, работающий на сжатии – = 1. Для обечаек, ослабленных отверстиями одного и того же диаметра, расположенными вдоль обечайки коэффициента определяется по формуле:

= ,

где t – шаг между отверстиями;

d – диаметр отверстия.

Конструкция шва	Способ сварки	Значение коэффициента
100% длина к.шва	10-50% к. сварного

	Полуавтомат., автоматическ., с двухсторонним сплошным проваром. Стыковой с подваркой корня шва и тавровый с двухсторонним проваром, ручная сварка Стыковой, доступный сварки только с одной стороны и имеющий в процессе сварки металлическую подкладку со стороны корня шва, прилегающую по все длине шва к основному металлу. Стыкавой, выполняемый автоматической или полуавтоматической сваркой с одной стороны с флюсовой или керамической подкладкой. Стыковой, выполняемый в ручную с одной стороны. Втаву с констуктивным зазором свареваемых деталей.	1,0 1,0 0,9 0,9 0,9 0,8	0,9 0,9 0,8 0,8 0,6 0,6

4.4.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРИБАВКИ.

К расчетной толщине стенки добавляется еще некоторая величина С – конструктивная прибавка, которая определяется по формуле:

С=С₁+С₂+С₃,

где С₁ – прибавка для компенсации коррозии и эрозии;

С₂ – прибавка для компенсации минусового допуска на толщину листа;

С₃ - технологическая прибавка.

Прибавка для компенсации коррозии и эрозии

С₁= П ,

где – прибавка для компенсации эрозии, учитывается лишь в том случае, когда скорость среды в аппарате: для жидких сред превышает 20м/с, для газообразных – более 100м/с;

П – проницаемость среды в материал (скорость коррозии); для изготовления химического оборудования приминяют материалы, у которых скорость коррозии 0,1 мм/год;

– срок службы аппарата применяют в среднем 10 лет.

Величина прибавки С₃ предусматривает компенсацию утонения стенки элемента аппарата при технологических операциях (вытяжке, штамповке гибке, вальцовке и др.) и зависит от принятой технологии изготовления. Прибавка С₂ и С₃ учитывается в тех случаях , когда их суммарное значение превышает 5% расчетной толщины листа.

Технологическая прибавка С₃не включает в себя округления номинальной величины толщины до исполнительной по стандарту.