Файл: Слюсарь, И. П. Тонкостенные аппараты, нагруженные внутренним давлением.pdf

- 59 -

ся причиной Появления трещин и аварийного разрушения аппаратов. По­ вышение температуры ведет к понижению прочности металлов. Все это

требует тщательного учета цри прочностных расчетах химической аппа­ ратуры.

§2 . Расчет цилиндрических оболочек (обечаек)

Сточки зрения расчета химической аппаратуры, вывод уравне­

ний безмоментной и моментной теорий был произведен при максимальной схематизации реальных объектов. Поэтому эти уравнения в том виде, в

котором они приведены выше, не могут быть использованы в практических расчетах.

Для использования их в практических расчетах необходимо:

во-первых, по одной из теорий прочности, наиболее полно отражающей поведение материала в данном расчетном случае, определить эквивалент­ ное напряжение;

во-вторых, учесть конкретные условия работы и эксплуатации -

аппарата, а также особенности его конструкции. '

Последнее предполагает: правильный выбор запасов прочности

и допускаемых напряжений, учет ослаблений конструкции сварными швами или другими соединениями, учет утоньшения стенок аппаратов, вызываемо­ го коррозионным воздействием среды в течение полного срока долговеч­ ности и др.

До недавнего времени норматиш ый расчет на прочность цилиндри­ ческих аппаратов и сосудов проводился преимущественно по котельным нормам, разработанным Центральным котлотурбинным институтом им.И.ШЬл зунова (ЦКТИ) и утвержденным Госгортехнадзором СССР.

Расчетные формулы этих норм основаны на безмоментной теории,

а эквивалентное напряжение определяется в соответствии с энергетичес­ кой теорией прочности.

- 60 -

Согласно этой теории условие прочности выражается следующий об­

разом:

так и в отношении коррозионного воздействия и возможных отклонений режимов технологических процессов от нормального. Поэтому рекомен­

дуется рассчитывать химическую аппаратуру, пользуясь не котельными,

а особыми нормами, учитывающими специфику ее работы. Такие нормы разработаны Всесоюзным научно-исследовательским и конструкторским институтом химического машиностроения (НШШШАШ), утверждены и вве­ дены е действие Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР- (ГОСТ 14249 -69).

Эквивалентное напряжение при составлении расчетных формул

НИИХИММлШа определяется на основе теории наибольших касательных на­

пряжений. Условия прочности в этом случае выражаются следующим об-

9

разом:

Для плоского напряженного состояния, принимаемого для мате­

риала стенок тонкостенных аппаратов;

пряжения, вытекающее из уравнения равновесия элемента по безмомент-

ной теории, становится расчетным:

7 7

Полная расчетная формула для определения толщины стенки ци-

- 62 -

лнндрических оболочек с учетом коэффициента прочности шва и конструк­ тивной прибавки 0 приобретает вид:

$ 3 £<% *„ /~ "р + с ( ”) ' (56)

Экспериментальная проверка и опыт эксплуатации химической

аппаратуры, рассчитанной по формуле (56) и изготовленной из пласти­ ческих материалов, покааал удовлетворительные результаты.

Очень важным в практическом отношении является выбор допуокае

Важнейшим вопросом при проектировании химического оборудова­

ния является правильный выбор допускаемого напряжения, которое наря­ ду с другими конструктивными мероприятиями должно обеспечить надежную и безопасную работу конструкции в течение запроектированного срока долговечности. При этом конструкцтионный материал должен иопользо-

ваться^экономно.,

Выбор оптимальной величины допускаемого напряжения зависит

от совокупности различных факторов: механических свойств конструк­

ционного материала, его стоимости и дефицитности, характера силовой

нагрузки и постоянства ее во времени, температуры, при которой бу­ дет эксплуатироваться проектируемый аппарат, метода расчета, степе­ ни схематизации расчетной схемы и др.

Характерным для оболочек химической аппаратуры является ста -

тичнооть механических нагрузок и большая неравномерность температур нагрева стенок аппарата. Последнее обстоятельство приводит к тому,

что один и тот же материал, например, углеродистая сталь, может оке-

- 64 -

■ритерия црочности можно считать оправданным для конструкционных

материалов,на диаграммах растяжения которых (диаграммах Гука) отсут­ ствуют точки перегиба кривой, соответствующие пределу пропорциональ­

ности, например для чуьуна (р и с .3 7 ,а ). Но для углеродистых сталей я других материалов^ где отчетливо видны характерные точки переги­ б а , ри с.3 7 ,б , соответствуют ie пределу пропорциональности А, пределу текучести В и пределу прочности С, выбор допускаемого напряжения

относительно предела прочности ничем не оправдан. Поэтому, для оп­ ределения допускаемого напряжения правильнее воспользоваться отноп^

но понижается, последним отношением для определения допускаемых на­

пряжений можно воспользоваться^подставляя в формулу значения преде­ ла текучести при данной температуре■

Г.

- 65 -

Значения 6 г * , соответствующие равнчм температурам,найдены

экспериментально для широко применяемых конструкционных материалов.

прочности практически приемлемо до определенных температур. Известно,

что при высоких температурах металл под действием нагрузок приобрета­ ет способность медленно пластически деформироваться, неомотря на то,

что приложенные силы постоянны, а возникающие в металле напряжения не превышают предела текучести. Это явле i называется ползучестью.

Чем выше температура, тем больше скорость ползучести и металл, вслед­ ствие больших остаточных деформаций, может разрушиться до наступления предела текучести.

Таким образом, при конструировании химической аппаратуры, ра­ ботающей в области высоких температур, т .е . в уоловиях полвучеоти,

допускаемое напряжение определяют относительно предела ползучести при

где h n - коэффициент запаса прочности по пределу подзучеоти.

Значения пределов ползучести для различных металлов определя­ ются экспериментально, что лишь приближенно отражает картину поведения металла в реальных уоловиях ползучести. 1гЬэтомуг в последнее время, в

качестве критерия для определения допускаемого напряжения вое чаще используют предел длительной прочности