где [σ]t и [σ]20 – допускаемое контактное напряжение на уплотнительных поверхностях при температуре соответственно расчетной и 20 °С;

σсм и σсм.пр – напряжение смятия материала прокладки при давлении соответственно рабочем и пробном гидравлическом;

pp – пробное гидравлическое давление.

Расчет основных размеров шпилек. Расчетный диаметр стержня шпильки по ГОСТ 26303−84

d1 і 6πKz2σK3Q + d0 , òø

где K2 – коэффициент, учитывающий тангенциальные напряжения при ее затяжке (для плоских прокладок – K2 = 1,1; для остальных – 1,0;

K3 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между шпильками (К3=1,5);

Q – расчетное усилие, действующее на все шпильки; z – число шпилек (должно быть кратно четырем);

d0 – диаметр центрального отверстия в шпильке (назначается конструктивно или по ОСТ 26 01−139−81);

σтш – предел текучести материала шпильки. Расчетную длину l свинчивания резьбы для со-

пряжения «шпилька-гнездо» корпуса определяют из соотношений

Пример 11.2. Рассчитать толщину стенки кованой обечайки колонны синтеза аммиака. Исходные данные к расчету:

− внутренний диаметр аппарата 1,2 м;

Рис. 11.9. К расчету шпилек

263

Решение. Определим допускаемое напряжение для стали 12ХМ при расчетной температуре. Предел прочности и предел текучести для этих условий равны соответственно:

s 200B = 458 МПа; s T200 = 254 МПа.

Запасы прочности по пределу прочности и пределу текучести равны:

nB = 2,5; nT = 1,5.

Тогда номинальное допускаемое напряжение выбирается как меньшее из двух:

Толщина стенки обечайки аппарата, работающего под высоким давлением определяется условиями [119]:

s = sR + c , где sR – расчетная толщина стенки;

s – исполнительная толщина стенки;

с – конструктивная прибавка к расчетной толщине стенки; R – внутренний радиус обечайки аппарата;

рR – расчетное давление в аппарате; [s] –допускаемое напряжение;

j - коэффициент прочности сварного шва (для кованых обечаек j=1). Подставляя известные значения, получим:

Принимая конструктивную прибавку равной 10 мм, получим окончательно s=0,125+0,01=0,135 м.

Наружный диаметр обечайки аппарата будет равен Dн=1,2+2×0,135=1,47 м.

Уточненный расчет толщины стенки обечайки толстостенного аппарата предполагает определение осевых, радиальных и тангенциальных напряжений от внутреннего давления и температуры на внутренней стороне стенки с дальнейшим расчетом эквивалентных напряжений и сравнении их с допускаемыми.

264

Пример 11.3. Рассчитать кованое плоское днище колонны синтеза аммиака. Основные размеры приведены на рис. 11.10. Исходные данные к расчету:

Примем конструктивную прибавку равной 9 мм, тогда окончательно sд=0,281+0,009=0,29 м.

Пример 11.4. Рассчитать толщину стенки катализаторной коробки колонны синтеза аммиака. Исходные данные к расчету:

Решение. Примем коэффициент y=1, тогда расчетное допускаемое напряжение будет равно номинальному. Определим толщину обечайки. Рассчитаем коэффициенты К1 и К3:

265

Из номограммы на рис. 11.1 определим коэффициент К2. Он равен 1,35. Тогда толщина обечайки будет определяться соотношением

Пример 11.5. Рассчитать обтюрацию колонны синтеза аммиака с двухконусным уплотнительным кольцом по размерам, приведенным на рис. 11.11. Исходные данные к расчету:

диаметр высота кольца высота зазора величина

угол трения на уплотнительной поверхности aТ=15°.

где Dп – средний диаметр уплотнительной поверхности,

Dï = Dâ + 0,5(H - h)tgg ,

g - угол конусности прокладки, равный 30°; а=0,16 м;

σñì20 = 68,6 МПа (для алюминия);

σT20 = 343 МПа (для материала кольца).

Расчетная сила, действующая на крепежные элементы в рабочих условиях, равна

Q = Qä + Qâ ,

где Qд – равнодействующая внутреннего давления р на крышку;

Qв – осевая составляющая равнодействующей внутреннего давления на уплотнительное кольцо.

При этом: Qä = 0,25π Dï p ;

Qâ = 0,5kπDï hñð ptgγ ,

266