Расчет АВД от действия температурных напряжений.

Если внутри цилиндра находится нагретая среда, то температура внутренней поверхности выше температуры нагревающей поверхности, поэтому внутренние слои металла, стремясь расшириться, создают растягивающие напряжения на наружной поверхности. А сами внутренние слои в силу противодействия наружным находятся в состоянии сжатия.

Если температура наружной поверхности стенки выше, чем внутренней, то наблюдается обратная “картина”.

Таким образом, при наличии внутреннего давления для АВД более опасным является наружный обогрев, т.к. в этом случае к растягивающим напряжениям от давления на внутренней поверхности добавляются еще и температурные напряжения.

Вычислить температурные напряжения в АВД возможно по обобщенному закону Гука, устанавливающему пропорциональную зависимость между деформацией и напряжениями. В этом случае к обобщенному закону Гука добавляется температурное расширение материала , α – коэффициент температурного расширения,  – изменение температуры от внутренней поверхности к внешней. В расчете величину считают постоянной.

Обобщенный закон Гука:  ,

где  – относительная продольная деформация.

.

обобщенный закон Гука применительно к аппаратам АВД с учетом температурных напряжений:

Значения искомых температурных напряжений выводятся из этого закона:

Это выражение определяет значения тангенсальных, меридиональных и радиальных напряжений возникающих от неравномерности распределения температуры по толщине стенки.

Если прочность АВД необходимо рассчитать с учетом внутреннего давления и температурных напряжений, то в вычислении эквивалентного напряжения по IV теории прочности значения тангенсальных, меридиональных и радиальных напряжений берется суммарным:

; ;  

.

Проектировочный расчет.

Расчетная толщина стенки:   ,

где  – расчетное значение коэффициента толстостенности.

.

Исполнительная толщина стенки: .

Полученная толщина стенки проверяется на прочность от действия только внутреннего давления:   

,

где Р – рабочее давление аппарата;

 – нормативно допускаемое давление.

,

β – действительное значение коэффициента толстостенности.

.

Проверочный расчет.

С учетом внутреннего давления и температурных напряжений:

.

:

если , то

;

если , то

,

где k₁, k₂ – коэффициенты, учитывающие температурные напряжения в поперечном сечении стенки аппарата;

 – коэффициент Пуассона.

Крышки и днища АВД.

Крышки и днища АВД разделены на плоские, слабовыпуклые, выпуклые и эллиптические. Реже применяются сферические.

Критерием, делящим по классам крышки и днища, является отношение внутренней высоты выпуклой части рассчитываемого элемента к внутреннему диаметру .

Если  – то данные элементы являются плоскими.

Если  – то выпуклые.

Плоские днища.

Проектировочный расчет.

Расчетная толщина стенки: ,

где  – коэффициент ослабления днища отверстиями.

,

где  – диаметр отверстия ослабляющего днище.

Если , то коэффициент ослабления принято брать .

Если днище ослаблено одним отверстием, то коэффициент ослабления рассчитывается:

.

Исполнительная толщина стенки: .

Проверочный расчет.

.

Плоские крышки.

Проектировочный расчет.

Расчетная толщина стенки: ,

где F – осевое усилие от действия на крышку нагрузки;

 – диаметр окружности центров шпилек;

 – средний диаметр уплотнительной поверхности;

 – наружный диаметр крышки:

;

 – диаметр резьбы шпильки;

 – диаметр под крепежную шпильку ;

 – максимальная сума длин хорд отверстий в наиболее ослабленном диаметральном сечении крышки.

Исполнительная толщина стенки: .

Проверочный расчет.

.

Выпуклые днища.

Проектировочный расчет.

Расчетная толщина стенки: .

Исполнительная толщина стенки: .

Проверочный расчет.

Выпуклые крышки.

Наибольшее применение получили сферические выпуклые крышки которые состоят из сферической части и приваренного плоского фланца.

В проектировочном расчете рассчитывается толщина стенки сферической части крышки и максимальная толщина Н_ф фланцев.

Проектировочный расчет.

1. Рассчитывают сначала в первом приближении: ,

где R – внутренний радиус сферической части.

Если фланец и сфера изготовлены из разных материалов:

2.

Принимается равным ближайшему значению из следующего ряда:

 1.06, 1.09, 1.12, 1.15, 1.18, 1.21.

3. Окончательно уточняется расчетная толщина стенки: .

4. Исполнительная толщина стенки: .

5. Максимальная толщина фланца: ,

где  – отношение высоты фланца крышки к толщине стенки сферической части. Определяется по графику в зависимости от расчетного значения коэффициента толстостенности, отношения наружного диаметра к внутреннему диаметру и отношения предела текучести к  ( ).

Расчет затворов.

 6. Затворы и их классификация. Требования, предъявляемые к ним.

Затвором называется узел, обеспечивающий герметичность между разъемными соединениями (корпус – крышка).

Обтюратор – прокладка и смежные с ней детали, обеспечивающие герметичность.

Классификация затворов происходит по следующим признакам:

1. по источнику затяга.

затворы с принудительным затягом или уплотнением. Характерно уплотнение за счет сил развиваемых болтами.

самоуплотняющиеся затворы. Уплотнение за счет давления среды внутри аппарата.

Замечание: если внутри аппарата давление более 100 МПа, то рекомендуются только самоуплотняющиеся затворы.

2. по типу применяемых обтюраторов.

с пластической деформацией обтюраторов.

жесткие обтюраторы, в которых наблюдается только упругая деформация.

3. в зависимости от формы поперечного сечения прокладки обтюратора.

плоские металлические прокладки.

двухконусные металлические прокладки.

дельтообразные металлические прокладки.

Замечание: вследствие того, что требуется большое удельное давление на прокладку, то в затворах АВД всегда рекомендуется изготавливать прокладки из мягких металлов (медь, алюминий, мягкое железо).

Рекомендации по выбору того или иного затвора Михалев, стр. 191.

Требования, предъявляемые к затворам:

1. Обеспечение герметичности соединения в рабочих условиях, т.е. при высоких давлениях и значительных перепадах температур между внутренней и наружной стенкой;

2. Безопасность и надежность во время эксплуатации АВД;

3. Простота изготовления и удобство разборки и сборки.