Способы укрепления отверстий
Отверстия ослабляют прочность элементов, в которых они выполнены.
Ослабление происходит за счет уменьшения площади поперечного сечениясоответствующего элемента и за счет концентрации напряжений, котораяимеет явно выраженный локальный характер и распространяется на часть детали, находящуюся в непосредственной близости к кромке отверстия. Укрепление отверстия осуществляется различными способами в соответствии с рисунком 1: утолщением укрепляемой стенки, с помощью укрепляющего элемента в виде штуцера, втулки, накладного кольца и другими.
Выбор рационального способа укрепления и метода его расчета имеет большое значение для надежности конструируемого сосуда или аппарата. Компенсация ослабления стенки сосуда или аппарата отверстиями путем увеличения исполнительной толщины стенки связана с дополнительным расходом конструкционного материала. Рациональнее для компенсации ослабления укрепить край отверстия, утолщая его и располагая добавочный материал, по возможности, в месте возникновения максимальных напряжений, как можно ближе к краю отверстия. Большинство отверстий, выполняемых в обечайках и днищах химических аппаратов, используют для приварных штуцеров, поэтому основным способом их укрепления является утолщение стенки штуцера в соответствии с рисунками 1а…1в. При этом, конструкции, выполненные в соответствии с рисунками 1а и 1б, применяются тогда, когда утолщение внутренней части штуцера нежелательно, например, препятствует монтажу и демонтажу внутренних устройств в аппарате. Иногда целесообразно укрепление отверстия проходным патрубком в соответствии с рисунком 1б или приваркой патрубка с внутренней стороны аппарата в соответствии с рисунком 1г.
Укрепление отверстий накладным кольцом в соответствии с рисунком 1д…1ж применяется, как правило, в том случае, когда укрепление стенкой штуцера недостаточно для выполнения условия прочности стенки. Надежнее укрепляющие кольца, изготовленные из цельной заготовки. Допускаются также кольца, составленные из нескольких, но не более четырех, частей. Укрепляющее кольцо должно плотно прилегать к укрепляемому элементу (допустимый зазор – не более 3 мм), а минимальная толщина кольца должна быть не менее 6 мм.
Рисунок 1 — Типовые конструкции укрепляющих элементов
В случае, когда штуцер расположен на цилиндрическом корпусе, сварные швы со сплошным проваром должны быть расположены под углом 45о к продольной оси аппарата. В каждом укрепляющем цельном кольце или в каждой части составного кольца должно быть контрольное отверстие. Контрольное отверстие выполняют сквозным, с резьбой М10х15 Оно необходимо для пневматического испытания герметичности сварных швов избыточным давлением 0,6 МПа. При эксплуатации аппарата отверстие остается открытым и позволяет обнаружить возможные дефекты сварных швов. Укрепляющее кольцо устанавливается чаще с наружной стороны стенки сосуда или аппарата в соответствии с рисунком 1д. Иногда возникает необходимость установки кольца с внутренней стороны в соответствии с рисунком 1е, что улучшает вид изделия. Для колец, размещенных внутри сосуда или аппарата, в расчетах необходимо учитывать конструктивную прибавку на коррозию. Если расчетная толщина укрепляющего кольца превышает исполнительную толщину укрепляемой стенки более чем в два раза, рекомендуется устанавливать два накладных кольца в соответствии с рисунком 1ж. Суммарная толщина обеих колец должна соответствовать расчетной толщине кольца. Наружный диаметр укрепляющего кольца не должен превышать двойное значение диаметра укрепляемого отверстия. Накладное кольцо приваривают как к обечайке (днищу), так и к штуцеру сплошным проваром. Если несколько штуцеров расположены близко друг к другу и укрепляющие кольца взаимно перекрываются, для них применяется общее накладное кольцо круглой или овальной формы. Укрепление отверстия отбортовкой в соответствии с рисунком 1и улучшает внешний вид аппарата, но является трудоемким и не всегда обеспечивает выполнение условия укрепления. Укрепление отверстий торообразной вставкой в соответствии с рисунком 1к обеспечивает высокую прочность и технологичность конструкции и улучшает внешний вид аппарата. Укрепление вварным кольцом в соответствии с рисунком 1з обеспечивает достаточную прочность, придает аппарату хороший внешний вид, но является трудоемким, поэтому применяются редко. Укрепление отверстий втулками, которые вваривают между укрепляемой обечайкой и патрубком штуцера в соответствии с рисунками 2а и 2 б позволяет размещать весь дополнительный материал непосредственно в зоне возникновения максимальных напряжений, что делает такой способ более совершенным и дешевым по сравнению со способом укрепления отверстий кольцами.
Сопряжение стенок различной толщины выполняют либо торовой поверхностью в соответствии с рисунком 2а, либо конической в соответствии с рисунком 2б.
Рисунок 2 — Конструкции укрепления отверстий втулкой
Сварные швы вварки штуцеров и люков должны выполнятся с полным проплавлением. В аппаратах также выполняют отверстия, не предназначенные для установки штуцеров, например, отверстия для ввода вала перемешивающего устройства.
В качестве укрепляющих элементов для таких отверстий применяют накладные или врезные бобышки. Укрепление отверстий бобышками в соответствии с рисунком 1л и 1м обеспечивает достаточную прочность конструкции. Бобышки также позволяют монтировать на корпусе аппарата дополнительные устройства, например, корпус сальникового или торцового уплотнения. Для крепления дополнительных устройств в бобышках выполняют отверстия с резьбой.