днища эллиптические для чего

Как, где и для чего применяются эллиптические днища

Эллиптическое днище – элемент, входящий в конструкцию многих моделей резервуаров различного назначения. С его помощью обеспечивается полная герметичность ёмкости на протяжении всего срока использования, в процессе производства подобных приспособлений применяется методика вытяжки, благодаря которой изделие просто продавливается до нужной формы из стального листа, предварительно нагретого для определённой температуры, после чего благодаря изменению формы свойства его улучшаются в несколько раз.

Изготовленные из нержавейки эллиптические днища применяются в самых разнообразных промышленных сферах. Для них характерны повышенные показатели прочности, при этом овальность их составляет не более 1%. Если речь идет о крупногабаритных моделях, то дополнительно они оснащаются утолщенной окраиной в форме кольца, в центре же размеры создаются более тонкими, благодаря чему исключается деформация изделия в зоне соединения с основой. Благодаря использованию в качестве сырья нержавеющей стали эллиптические днища способны противостоять коррозии, они невосприимчивы к воздействию влаги, температурных перепадов и механических проявлений извне. Достаточно просто соблюдать элементарные правила эксплуатации для того, чтобы эллиптические днища, не повреждаясь и не деформируясь, можно было использовать по назначению на протяжении длительного срока.

По сути, выпуклые днища в форме эллипса можно назвать идеальным решением там, где нужно оборудовать вакуумные агрегаты, эксплуатация которых сопровождается повышенным уровнем давления. Использование современного оборудования для производства позволяет изготавливать изделия, размеры которые отличаются повышенной точностью. Обработка рабочей поверхности также получается максимально качественной.

Возможности и особенности эксплуатации

Как правило, днища, изготовленные из нержавеющей стали, приобретают представители компаний, специализирующихся в направлении химической, газовой, фармацевтической либо пищевой промышленности. Расценки на конкретные модели зависят от диаметра, габаритов и качества использованного сырья. Из нержавейки создаются прочные соединения отдельных элементов трубопроводов, изготавливаются производственные агрегаты и фильтры, применяемые в работе котельных.

Источник

Эллиптические и торосферические днища: особенности конструкции и производства, расчет днищ по напряжениям

Конструкция любого герметичного сосуда или аппарата имеет два днища, которые привариваются к обечайке корпуса или к корпусным фланцам. В зависимости от технических требований емкости могут комплектоваться различными типами днищ: эллиптическими, сферическими, плоскими, коническими.

В различных отраслях промышленности (нефтегазовой, химической, пищевой) считается, что наиболее оптимальной конструкцией днищ является эллиптическая, так как за счет геометрической формы она обладает высокими прочностными характеристиками, хорошо выдерживает перепады давления в емкости и гидродинамические удары (например, в ресиверах и воздухосборниках).

В данной статье мы подробно рассмотрим конструктивные отличия и особенности применения, конструкции и изготовления схожих внешне эллиптических и торосферических днищ.

Особенности применения, конструкции и производства эллиптических днищ

Эллиптические днища предназначены для эксплуатации при высоком давлении до 16 МПа в качестве деталей емкостей и аппаратов, (особенно подлежащих регистрации в Ростехнадзоре), ресиверов, сепараторов, отстойников, котлов, реакторов и реакторных колонн, а также заглушек на магистральных трубопроводах (диаметром до 720 мм.) и т.д.

Готовое эллиптическое днище имеет две части: выпуклый эллипсоид и цилиндрическую отбортованную обечайку (борт). Благодаря своей форме, а именно, постепенному и плавному уменьшению радиуса кривизны эллиптической части в сторону бортов, достигается равномерное и более эффективное распределение изгибных напряжений без их концентрации, что позволяет эксплуатировать эти днища при высоком давлении.

Корпус технологического аппарата приваривается к цилиндрической обечайке, которая необходима для того, чтобы сварной шов не проходил слишком близко к изогнутой части, так как это приводит к увеличению напряжений на днище.

Производство эллиптических днищ

Для получения нужной формы могут использоваться технологии горячей или холодной штамповки.

Днища изготавливаются из листового металлопроката, а именно, круглой плоской заготовки, которой придается нужные форма и габариты согласно ГОСТ 6533-78. Также возможен выпуск эллиптических днищ не типовых размеров и размеров, которые применяются в аппаратах высокого давления, как например, в реакторах АЭС.

В зависимости от технологии изготовления днища диаметром до 1200-1500 мм производятся как из цельной заготовки (без сварных швов), которую получают из листового металлопроката шириной 1500-2000 мм, так и из лепестков. Если производственные мощности завода позволяют, даже днища диаметром до 4000 мм могут изготавливаться из цельной заготовки, полученной из металлопроката шириной 4500-5000 мм.

Рисунок 1. Расположение сварных швов от оси заготовки

Горячая штамповка осуществляется согласно СТО 00220256-001-2005, которым регламентируется выпуск днищ с толщиной стенки 4-60 мм для емкостей с диаметром 400-4000 мм.

Этот метод представляет собой предварительный нагрев заготовки с последующим выдавливанием на гидравлических прессах необходимой формы, а именно, диаметра бортов и глубины эллиптической части.

В зависимости от толщины заготовки и марки стали на производстве выбирается температурный режим начала (600-1180ºС) и окончания (550-950ºС) штамповки и время выдержки заготовки (1-2,5 минуты на 1 мм толщины).

Для придания заготовке нужных габаритов в заводских условиях рассчитывается усилие пресса, которое необходимо для получения заданных габаритных размеров эллиптических днищ. Оно (усилие) рассчитывается по формуле:

Благодаря точным и правильным расчетам в процессе производства достигается равномерное распределение давления и изменение радиуса заготовки от бортов к центру, а значит, может гарантироваться высокое качество днищ с соблюдением требуемых геометрических размеров.

Технология холодного штампования отличается от горячей штамповки лишь отсутствием предварительного нагрева заготовок. Подробно о данном методе Вы можете прочитать здесь.

Специфика торосферических днищ

Торосферические днища изготавливаются на диаметр от 320 мм до 8000 мм и толщиной стенки от 2 мм до 40 мм.

В зависимости от эксплуатационных особенностей сосудов и емкостей, торосферические днища выпускаются в трех основных конструктивных исполнениях:

Производство торосферических днищ

Как и в случае с эллиптическими днищами, торосферические производятся из заготовок, которые, в зависимости от требуемого диаметра, могут быть бесшовными или сварными. Расположение сварного шва в заготовках также регламентируется ГОСТом 34347-2017 (см. рис. 1).

Процесс изготовления происходит поэтапно: сначала на прессах выдавливается сфера, радиус которой влияет на ее высоту: для меньшего радиуса сферы требуется большая высота, и наоборот. Далее на фланжировочных машинах формируется радиус отбортовки, то есть переход от сферы к цилиндрическим бортам, и непосредственно сами борта. Завершающим этапом является термообработка, которая снимает напряжения металла и повышает механические свойства металла.

За счет комбинированного способа изготовления торосферических днищ, они могут выпускаться любого диаметра без типизации габаритов, так как не требуется специальная оснастка. Максимальная геометрическая точность размеров и отсутствие необходимости в удалении окалин также являются существенными преимуществами данной технологии.

Расчет эллиптических и торосферических днищ

При проектировании торосферических и эллиптических днищ, а именно, для расчета габаритных размеров и воспринимаемого давления, следует руководствоваться расчетными схемами, приведенными в ГОСТ 34233.2-2017 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек»:

Учитываются необходимые габаритные размеры, расчетная температура, допускаемое напряжение металла, прибавки к размерам и другие параметры.

Для расчета толщины днища и допускаемого избыточного давления применяются следующие формулы:

За счет схожести параметров зачастую встает вопрос, какой тип днища выдержит большее давление при равных геометрических параметрах.

Одним из способов расчетов является расчет днищ по допускаемому напряжению, которое регламентируется требованиями ГОСТ 34233.1-2017 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования» (Приложение А).

Для примера, были проведены экспериментальные расчеты эллиптических и торосферических днищ при равных технических параметрах:

Для наглядного изображения воспринимаемых напряжений на оба типа днищ одинакового диаметра и работающих при одинаковом давлении были построены карты распределения напряжений:

Давление	Эллиптическое днище	Торосферическое днище
0,5 МПа
1,2 МПа
2,0 МПа

На картах распределения напряжений видно, что при заданных одинаковых габаритных размерах эллиптическое днище подвержено меньшему напряжению:

Выполненные расчеты подтверждают, что конструктивные особенности эллиптических днищ позволяют выдерживать бОльшее давление по сравнению с торосферическими, а значит, они в большей степени применимы в емкостях и аппаратах высокого давления. К тому же, проведенные расчеты показали, что при одинаковом давлении эллиптические днища можно изготавливать меньшей толщины (по сравнению с торосферическими).

Несмотря на существенные различия между эллиптическими и торосферическими днищами и отличительные преимущества каждого, оба типа находят свое специфическое применение в различных отраслях. Обе конструкции производятся способами, которые обеспечивают сохранение геометрических форм и герметичности технологического аппарата, котла или трубопровода высокого давления на протяжении всего срока службы изделий.

Список используемой литературы
ГОСТ 34347-2017 «Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия»
ГОСТ 34233.2-2017 «Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек»
Бердник В.М., Владимиров Б.Е., Коломиец Р.В. Расчет и конструирование тонкостенных аппаратов пищевых, химических и нефтехимических производств. Новочеркасск, 2013.
Лизин В.Т., Пяткин В.А. Проектирование тонкостенных конструкций. Москва, 1976.
Беляев В.М., Миронов В.М. Конструирование и расчет элементов оборудования отрасли. Тонкостенные сосуды и аппараты химических производств. Томск, 2016 г.
Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М., 2016.
Тимошенко С.П. Курс теории упругости. Киев, 1972.

Источник

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.

;

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:

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:

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.

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:

φ_р – коэффициент прочности продольного сварного шва;

• для конической обечайки без тороидального перехода (рис.Б, Д)

• для конической обечайки с тороидальным переходом (рис.а, в, г)

а₁ — расчетная длина переходной части обечайки, которая отделяется по следущей формуле:

• для конической отбортованной обечайки (рис. а, г)

• для конической неотбортованной обечайки (рис. в, г)

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 n_у при расчете на наружное (см. ГОСТ 142490 – 89) давление, cостовляет: n_у =2,4 – для рабочих условий; n_у = 1,8 – для условий испытаний и монтажа.

Источник

Стальные эллиптические днища, их применение и производство

Стальные эллиптические днища, их применение и производство.

Стальные эллиптические днища представляют собой днища резервуаров различного диаметра, имеющие эллиптическую форму, произведенные из стали. Для их производства подбирается такая сталь, характеристики которой подойдут для нужного рабочего давления, устойчивости к различного рода воздействиям и эксплуатации в определенных климатических условиях.

Применение эллиптических днищ:

Они нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, включая химическую, газовую, нефтяную, пищевую, фармацевтическую.

Благодаря своей форме, характеристикам материала и другим параметрам стальные эллиптические изделия с отбортованными кромками могут применяться при оборудовании коммунальных трубопроводных магистралей, для изготовления котельного оборудования, промышленной аппаратуры, емкостей для хранения горючих и пищевых продуктов, для оснащения вакуумных агрегатов, поддерживающих высокий уровень давления и в других направлениях.

Особенности производства эллиптического днища:

Использование стали для изготовления таких изделий за счет его собственных характеристик и при использовании определенных технологических операций может придавать им следующие свойства:

Для их производства чаще всего может применяться фланжировка, когда происходит раскатка роликами заготовки до придания необходимой формы, или штамповка, при которой нужная форма придается за счет выдавливания заготовки при помощи оснастки. За счет изменения формы металлической заготовки становятся лучше эксплуатационные качества готового изделия. Для того чтобы придать изделиям нужные механические свойства, их могут подвергать операциям, включающим нагрев, выдержку и охлаждение.

Центральная часть изделия характеризуется относительной тонкостью, что способствует исключению деформации изделий в процессе соединения донной части с основным корпусом резервуара. В зоне контакта деталей обычно появляется весьма высокое механическое напряжение. Днища с крупными габаритными размерами дополняются достаточно толстой окраиной с кольцеобразной формой.

При изготовлении эллиптических днищ могут опираться на ГОСТ 6533-78, ГОСТ 34347-2017 и ГОСТ Р 52630-2012. Отклонение внутреннего (наружного) диаметра в цилиндрической части отбортованных днищ и полусферического днища допускается не более ±1% номинального диаметра. Относительная овальность допускается не более 1%. Для днищ, изготовляемых штамповкой, допускается утонение в зоне отбортовки до 15% исходной толщины заготовки.

Источник