Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Обичайки та днища (стр. 1 из 74)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ СЄВЄРОДОНЕЦЬКИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ

О.І. Барвін, І.М. Гєнкіна, В.В. Іванченко,

Г.В. Тараненко, Ю.М. Штонда

КОНСТРУЮВАННЯ І РОЗРАХУНОК СТАЛЕВИХ ЗВАРНИХ ПОСУДИН ТА АПАРАТІВ.

ОБИЧАЙКИ ТА ДНИЩА

Луганськ 2005

ББК 34.42

УДК 66.02.001.24(075.8)

Т41

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів за спеціальністю “Обладнання хімічних виробництв та підприємств будівельних матеріалів”.

(лист № 14/18.2-2295 від 21.10.2005)

Рецензенти:

Панов Є.М., доктор технічних наук, проф. НТУУ ”КПІ“

Юшко В.І., доктор технічних наук, проф. УДХТУ

Склабінський В.І., доктор технічних наук, проф. СумДУ

Відповідальний редактор В.В. Іванченко

Т41 Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів. Обичайки та днища: / Укл. О.І. Барвін, І.М. Гєнкіна, В.В. Іванченко, Г.В. Тараненко, Ю.М. Штонда. Навч. посібник. – Луганськ: Вид-во Східноукр.

нац. ун-ту імені Володимира Даля, 2005. – 310 с., 56 іл., 42 табл., 33 бібліогр назв.

ISBN 966-590-5392

У даному навчальному посібнику викладено основні відомості про конструкції та розрахунки на міцність, жорсткість і стійкість основних елементів корпусів посудин та апаратів, які знаходять широке розповсюдження в хімічній та суміжних з нею галузях промисловості.

Методи розрахунків посудин та апаратів розроблені на базі діючої у хімічному машинобудуванні нормативно-технічної документації (державні і галузеві стандарти, технічні умови та ін).

Наведені приклади розрахунків обичайок, днищ та укріплення отворів у стінках елементів.

Посібник призначається для використання в навчальному процесі при підготовці фахівців за спеціальністю “Обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів” і може бути корисним інженерам-механікам, які займаються проектуванням, виготовленням і експлуатацією посудин та апаратів хімічних виробництв.

ISBN 966-590-5392	ББК 34.42 УДК 66.02.001.24 (075.8) Т41
©	О.І. Барвін , І.М. Гєнкіна, В.В. Іванченко, Г.В. Тараненко, Ю.М Штонда.
©	Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, 2005

ЗМІСТ

ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1 Терміни та визначення . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Загальні вимоги до конструкцій . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3 Вимоги до транспортування . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2 КОНСТРУКЦІЙНІ МАТЕРІАЛИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1 Вимоги до конструкційних матеріалів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.2 Вплив властивостей робочого середовища на вибір матеріалу . . . . . . 14

2.3 Вплив температури та тиску на вибір матеріалу . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.4 Матеріали для виготовлення сталевих зварних посудин та апаратів . . 21

2.4.1 Класифікація сталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.4.2 Сталь листова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.3 Сталь сортова . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.4.4 Труби сталеві . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4.5 Поковки сталеві . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2.4.6 Виливки сталеві . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.4.7 Матеріали для кріпильних деталей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4.8 Зварювальні матеріали . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4.9 Матеріали для прокладок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3 КОНСТРУЮВАННЯ ТА РОЗРАХУНКИ НА СТАТИЧНУ МІЦНІСТЬ

ОСНОВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ АПАРАТІВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1 Загальні положення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1.1 Температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1.2 Тиск . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1.3 Допустимі напружини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.1.4 Коефіцієнти міцності зварних швів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.1.5 Добавки до розрахункових величин конструктивних елементів 39

3.2 Обичайки циліндричні . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.2.1 Вимоги до конструювання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 3.2.2 Умови застосування розрахункових формул . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.2.3 Розрахунок гладких циліндричних обичайок, навантажених внутрішнім надлишковим тиском . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

3.2.4 Розрахунок гладких циліндричних обичайок, навантажених зо- внішнім тиском . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.2.5 Розрахунок гладких циліндричних обичайок, що працюють під

спільною дією навантажень кількох видів . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

3.2.6 Розрахунок циліндричних обичайок з кільцями жорсткості, що

працюють під внутрішнім надлишковим тиском . . . . . . . . . . . . . 83

3.2.7 Розрахунок циліндричних обичайок з кільцями жорсткості, що працюють під зовнішнім тиском (вакуумом) . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.2.8 Розрахунок циліндричних обичайок з кільцями жорсткості, що працюють під спільною дією навантажень кількох видів . . . . . . 98

3.3 Днища та переходи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.3.1 Загальні положення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

3.3.2 Еліптичні та напівсферичні днища . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.3.3 Сферичні невідбортовані днища . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

3.3.4 Конічні днища та переходи . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

3.3.5 Плоскі днища та кришки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

3.4 Зміцнення отворів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

3.4.1 Теоретичні основи зміцнення отворів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 3.4.2 Типові конструкції зміцнення отворів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

3.4.3 Визначення розрахункового діаметра поодинокого отвору, що не вимагає зміцнення . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

3.4.4 Визначення основних розрахункових величин . . . . . . . . . . . . . . . 194

3.4.5 Умови застосування розрахункових формул . . . . . . . . . . . . . . . . 196

3.4.6 Зміцнення поодиноких отворів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

3.4.7 Зміцнення взаємовпливаючих отворів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

3.4.8 Приклади розрахунку зміцнення отворів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

ДОДАТОК А Перелік матеріалів, що використовуються для виготов- лення посудин, які працюють під тиском. . . . . . . . . . . . . . 244

ДОДАТОК Б Механічні властивості матеріалів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

ДОДАТОК В Опуклі днища . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271

ДОДАТОК Г Конічні днища . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 ДОДАТОК Д Плоскі днища . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

ВСТУП

Навчальний посібник призначено для студентів спеціальності 7.090220 – обладнання хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів, які вивчають дисципліну “Розрахунок і конструювання машин та апаратів хімічних виробництв”.

Дана дисципліна відноситься до циклу професійно орієнтованих дисциплін при підготовці інженерів-механіків хімічної та суміжних з нею галузей промисловості.

Метою вивчення даної дисципліни є ознайомлення з основами розрахунку і конструювання машин та апаратів хімічних виробництв.

У даному посібнику розглядаються питання розрахунку і конструювання на міцність, жорсткість і стійкість елементів корпусів сталевих зварних посудин та апаратів, які базуються на теоретичних основах таких фундаментальних дисциплін як фізика, теоретична механіка, опір матеріалів, технологія конструкційних матеріалів, матеріалознавство та ін.

Професійна підготовка інженерів-механіків хімічних виробництв припускає уміння орієнтуватися у діючій в хімічному машинобудуванні нормативно-технічній документації з конструювання і розрахунку на міцність елементів сталевих зварних посудин та апаратів (державні та галузеві стандарти, технічні умови, альбоми типових конструкцій і та ін.). Як показує аналіз, часто-густо нормативно-технічна документація, у якій наводяться методики розрахунку елементів корпусів зварних сталевих посудин та апаратів, не завжди узгоджується з їхніми типовими конструкціями.

У посібнику приведені до відповідності методики розрахунків і конструкції складових частин посудин апаратів на основі діючої в хімічному машинобудуванні нормативно-технічної документації.

Структурно посібник має системний методично-практичний характер з великою кількістю прикладів розрахунку елементів корпусів апаратів, що дозволяє студентам ефективно освоювати навчальний матеріал у процесі самостійної роботи. Для рішення прикладів розрахунків наведені необхідні довідкові бази даних.

Посібник призначено для використання в навчальному процесі при підготовці інженерів-механіків хімічної та суміжних з нею галузей промисловості. Він може бути використаний інженерно-технічними працівниками КБ і НДІ, які займаються проектуванням та розрахунком апаратів хімічних виробництв.

1 ОСНОВНІ ВІДОМОСТІ

Посудини та апарати хімічних і нафтохімічних виробництв призначені для проведення в них технологічних процесів (хімічних реакцій, теплообміну зі зміненням або без змінення агрегатного стану речовин, кристалізації, розчинення, випарювання, абсорбції, адсорбції, ректифікації, сепарації, фільтрації та ін.), а також для збереження або переміщення в них різних хімічних речовин.

У даному посібнику наведені вимоги до проектування сталевих зварних посудин та апаратів, що працюють під тиском не більш 16 МПа (160 кгс/см²) при температурі стінки не нижче мінус 70 °С.