Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
16» 243 Рис. 79. Напряжения по длине фланца № 2 (см. рис. 78) при затяжке:
/ и 2 — соответственно Of н о2 на внутренней поверхности; 3 и 4 — соответственно Oj и ог на наружной поверхности; 5 и 6 — соответственно а/ и Oz на торце. Сплошные линии соответствуют затяжкам между отверстиями, пунктирные — напротив отверстий
Определение напряженного состояния фланцев выполнялось отдельно при предварительной затяжке шпилек и действии внутреннего давления в условиях нормальной температуры. Тензоре-зисторы были установлены на внутренней, наружной и торцевой поверхностях фланца в сечениях между и напротив отверстий.
Результаты исследования напряженного состояния фланца при затяжке (рис. 79) показывают, что величины напряжений быстро убывают по высоте и толщине. Практически на расстоянии, большем половины наружного радиуса г от торца, напряжения и перемещения во фланце равны нулю. Наблюдается расхождение в величинах напряжений в сечениях между и напротив шпилек. Максимальные эквивалентные напряжения имеют место на уплотнительной поверхности фланца и составляют 1,1 от контактной нагрузки в осевом направлении.
Анализ напряженного состояния при действии внутреннего давления (рис. 80) показывает, что местные нагрузки и отверстия под шпильки оказывают существенное влияние на характер напряжений по высоте и толщине фланца. Местные нагрузки на уплотнительной поверхности вызывают появление существенных сжимающих осевых напряжений на внутренней поверхности фланца вблизи уплотнения.
Экспериментами установлено, что наличие отверстий под шпильки и действующие в них нагрузки приводят к неравномерному распределению напряжений по окружности и высоте фланца и вызывают концентрацию напряжений. Максимальное расхождение обнаруживают напряжения в сечениях между и напротив отверстии. Причем на внутренней и наружной поверхностях фланца величины окружных напряжений и перемещений в сечениях между отверстиями под шпильки больше соответствующих 244 Рнс. 80. Напряжение по длине фланца № 2 (см. рис. 78) прн действии давления 120 МПа:
/ и 2 — соответственно о, н Ciz иа внутренней поверхности; 3 н 4 — соответственно о, и O2 на наружной поверхности; 5 и в — соответственно о, и Oj на торце. Сплошные линии соответствуют действию давления между отверстиями, пунктирные — напротив отверстий
величин напряжений и перемещений в сечениях напротив отверстий.
В исследованных фланцах коэффициент концентрации напряжений меняется от 1,2 до 1,5. При этом величина коэффициента концентрации зависит как от количества отверстий, так и от расположения по толщине фланца. Например, при наличии 12 отверстий, расположенных на расстоянии диаметра отверстий от внутренней поверхности фланца, можно исключить эффект концентрации напряжений.
Экспериментально показано, что наличие участка с переменной толщиной стенки в месте сопряжения фланца с основным корпусом не приводит в целом к концентрации напряжений. Напряжения на внутренней поверхности в этой области характеризуются напряжениями, определяемыми по формулам Ляме с учетом напряжений от действия осевых нагрузок, а на наружной поверхности на них накладываются незначительные по величине напряжения изгиба.
Проведенный комплекс исследований на моделях и промышленных сосудах позволил выработать практические рекомендации по конструированию и расчету на прочность фланцев сосудов
245 высокого давления. Основная цель рекомендаций заключается в создании фланца, равнопрочного с корпусом.
1. При выборе числа шпилек следует давать предпочтение размещению во фланце большего числа шпилек меньшего диаметра, а не уменьшению их числа за счет увеличения диаметра. Наиболее оптимальным с точки зрения прочности и герметичности следует считать число шпилек, равное 12 и более.
2. Диаметр окружности расположения центров отверстий под шпильки при их числе, равном 12 и более, определяется из выражения
D6> ?>» + 3dp,
а наружный диаметр корпуса — из выражения
A.<Ai,>D6 + 2dp,
где Db — внутренний диаметр фланца; dv — диаметр отверстия под шпильки; /)ф — наружный диаметр фланца.
3. Участок с переменной толщиной стенки рекомендуется размещать от торца на расстоянии половины наружного радиуса фланца при одновременном удалении от основания отверстия под шпильки на расстоянии не менее диаметра отверстия.
4. Усилие затяжки фланцевого соединения должно определяться не только из условия герметичности, но и с учетом прочности:
O^bx= l.lpm З<[О].
5. Поверочный расчет напряженного состояния фланца при затяжке и действии внутреннего давления рекомендуется проводить по вышеизложенной методике.
Прочность деталей несущего сосуда в реальных условиях технологического процесса
Промышленная эксплуатация сосудов синтеза минералов характеризуется не только высокими давлениями, но и повышенными температурами до 400 0C. Сложный характер обогрева создает неоднородные температурные поля в деталях сосуда, что приводит к появлению в них дополнительных термонапряжений, а также оказывает влияние на герметичность затворной части. Отсутствие достоверных данных о температурных полях в деталях и трудности расчета требуют применения экспериментальных методов определения фактических напряжений и проверки герметичности соединения.
