 |
|
ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ДНИЩА.
Наиболее распространённой формой днищ в сварных технологических аппаратах, особенно подведомственных Госгортехнадзору, является эллиптическая форма днищ с отбортовкой на цилиндр (рис. 2.1 а). Для технологического оборудования применяют днища, изготовляемые по ГОСТ 6533-78 – днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов; ГОСТ 11372-74 – днища эллиптические отбортованные латунные и алюминиевые.
Рациональная форма эллиптических днищ в цилиндрических аппаратах, с точки зрения восприятия давления, и объясняет их широкое применение в аппаратостроении. Прочностные преимущества объясняются тем, что распределение напряжений в них более равномерное, вследствие постепенного и непрерывного изменения радиусов кривизны от центра к краю.
Чаще всего эллиптические днища изготавливаются горячей штамповкой, отбортованные на цилиндр по соответствующим стандартам и нормалям, и, кроме того, вытяжкой на прессах без утонения стенки. Такие днища рекомендуются использовать в сварных и паянных цилиндрических аппаратах горизонтального исполнения независимо от давления, в вертикальных колонных аппаратах под вакуумом или наружным избыточном давлении более 0,07 МПа.
Таким образом, широкое приминение в химическом аппаратостроении штампованных из листового проката эллиптических днищ объясняется их прочностными премуществами вследствии рациональной формой и равномерным распределением напряжений.
При расчете на прочность эллиптических выпуклых днищ, работающие под внутренним или наружным давлением, следует пользоваться методикой по ГОСТ 14249 – 89 , согласно которой толщина эллиптического днища, работающего под внутренним давлением, определяется по формулам:
; 
где 
- расчетная толщина стенки эллиптического днища;
Р – расчётное давление;
R – внутренний радиус в вершине днища;
– исполнительная толщина;
С – суммарная конструктивная прибавка.
Допускаемое внутренное избыточное давление следует рассчитывать по формуле:
Радиус кривизны в вершине днища равен:
где R = Д - для стандартных эллиптических днищ H = 0,25Д.
H – высота выпуклой части днища, без учета цилиндрической части.
Условие прочности [Р] ≥ Р. Если условие прочности не выполняются, то необходимо увеличить толщину стенки днища до выполнения условия.
Расчетные формулы применимы при условии:
0,002 
≤ 0,1 ; 0,2
≤ 0,5 .
5.5 КОНИЧЕСКИЕ ДНИЩА.
Конические днища применяются в основном в вертикальных аппаратах снизу, в которых требуется полное удаление жидкого, сыпучего или кускового продукта, а также конические переходы применяют для равномерного распределения газа или жидкости в сечении аппарата и уменьшения гидравлических сопротивлений при изменении скоростей потока. Конические днища бывают с отбортовкой на цилиндр и без отбортовки (рис.)
Угол 
- называется углом полураствора конуса. В большинстве случаев конические днища имеют угол раствора конуса 60˚, 90˚, 150˚. Угол раствора конуса равный 60˚ и менее приминяется для работы с вязкими жидкостями и суспензиями материалами.
Неотбортованные конические днища, а также отбортованные при вершине 2 
> 60 , приминяются большей частью в аппаратах, работающих под избыточным давлением до 0,07 МПа и под наливом.
Гладкие конические обечайки, нагруженные внутренним избыточным давлением, рассчитывается следущим образом.
Рассчётная и исполнительная толщина стенки определяетя по формуле:
Допускаемое внутреннее избыточное давление следует рассчитывать по формуле:
φр – коэффициент прочности продольного сварного шва;
DК - рассчетный диаметр конуса, котрый определяется по следующей формуле:
• для конической обечайки без тороидального перехода (рис.Б, Д)
• для конической обечайки с тороидальным переходом (рис.а, в, г)
где Rб - внутренний радиус отбортовки, принимается равным
а1 - расчетная длина переходной части обечайки, которая отделяется по следущей формуле:
• для конической отбортованной обечайки (рис. а, г)
- С) , 
Т - С) ;
• для конической неотбортованной обечайки (рис. в, г)
- С) , 
2 – С) .
Расчетные формулы применимы при соотношении между толщиной стенки наружной обечайки и диамером в пределах
0,001 
≤ 0,05.
Выполнения этого условия не требуется, если α > 70°. Исполнительная толщина стенки цилиндрического элемента вместе соединения двух обечаек должна быть не менее минимальной толщины стенки, определяемой по формулам [см. ГОСТ 14249-89 или пособие по РИК], но из условии прочности и устойчивости в пределах упругости.
Коэффициент запаса устойчивости nу при расчете на наружное (см. ГОСТ 142490 – 89) давление, cостовляет: nу =2,4 – для рабочих условий; nу = 1,8 – для условий испытаний и монтажа.
ПЛОСКИЕ ДНИЩА
Неотбортованные и отбортованные днища приминяются премущественно при малых перепадах давлений, например, в резервуарах под наливом, в аппаратуре работающей под малым давлением (до 0,07 МПа) или атмосферным давлением.
Плоские неотбортованные днища просты в изготовлении, дешевы, но при значительных перепадах давления получается, тяжелыми и громозкими.
Плоские отбортованные днища более дорогие, зато обеспечивают более благоприятные условия работы сварного шва, чем неотбортованные. Они приминяются в тех случаях, когда необходима чистка аппарата от осадка, или если к сварке предъявляются повышенные требования, как, например, при изготовлении аппаратов из высоколегированных сталей.
Существует два подхода к расчёту и проектированию плоских днищ:
- расчет их как пластинок по теоретическим уравнениям;
- расчет по полуэмпирическим формулам, многие из которых нормализованы.
Так если рассмотреть днища как круглую пластинку, защепленную по краю и нагруженная давлением Р, то напряжение в центре будет равно:
а у края:
μ - коэффициент Пуассона.
У контура пластины от внутреннего давления нижние наружные волокна пластины сжаты.
Расчет толщины стенки плоского днища производится обычно по ГОСТ 14249 – 89 .
Толщину плоских круглых днищ и крышек аппаратов, работающих под внутренним избыточным или наружным давлением, следует рассчитать по формулам:
где ДR - расчетный диаметр днища или крышки;
К – коэфициент зависит от конструкции сварного соединения круглых днищ с обечайкой;
КО - коэфициент ослабления плоских днищ и крышек отверстиями, следует определять по формуле, если одно отверстие диаметром d:
если несколько отверстий:
Допускаемое давление на плоское днище или крышку, следует определять по формуле:
Формулы для расчета плоских днищ и крышек применимы при условии:
Допускается проводить расчёт при : 
> 0,11 , но значение допускаемого давления, рассчитанного по выше стоящей формуле, следует умножить на поправочный коэффициент КР ( см. ГОСТ 14249-89).
П р и м е ч а н и е : Коэффициент Пуассона – является одной из основныых механических характеристик.При растяжении стержня, кроме продольного удленения, наблюдается поперечное сужение.Отношение относительного поперечного сужения к относительному продольному удленению, взятое по абсолютной величине, называется коэффициент Пуассона. Для большинства материалов коэффициент Пуассона имеет величину равную 1/4 до 1/3.