Теория расчета оболочек нефтяных аппаратов

При наличии краевых нагрузок в зоне сопряжения, стенки оболочек выполняют утолщенными или в отельных случаях применяют укрепляющие элементы. В качестве примера для укрепляющего элемента можно привести оболочку с подкрепленным краем.

14.1. Врезки штуцеров

В местах сопряжения оболочек корпуса и цилиндрических оболочек штуцеров, то есть в местах пересечения оболочек, возникают краевые усилия и моменты.

Оболочка корпуса сосуда в зоне врезки рассчитывается на краевую нагрузку при изменении геометрии. Но не на компенсацию ослабление, вызванное выполнением в оболочке отверстия под врезку штуцера.

Правильная формулировка задачи расчета врезок штуцеров в том, что расчет выполняется для пересечения геометрии, но не укрепления отверстия.

Формулировка расчета укрепления отверстия означает:

– некоторые авторы полагают, что для оболочки необходимо скомпенсировать площадь материала, по которому передавалось силовой взаимодействия,

– некорректное описание напряженного состояния оболочки корпуса,

– некорректное прочтение геометрии и силового взаимодействия в оболочке корпуса, состоящее в том, что оболочку с отверстием нельзя рассматривать одинаково с оболочкой без отверстия.

Расчет врезок штуцеров проводится по моментному варианту теории оболочек. Для наиболее точных результатов применяют расчет методом конечных элементов. Для сварного шва используются конечные элементы пространственной формы.

14.2. Сравнение вариантов врезок штуцеров

Для восприятия краевых нагрузок конструктивные решения врезок оформляют двумя способами:

– выполнение отбортовки на цилиндрической оболочке штуцера,

– утолщение стенки оболочки штуцера или стенки оболочки корпуса сосуда.

Наихудшим решением является утолщение стенки сосуда накладными кольцами (укрепляющими кольцами) во избежание утолщение стенки оболочки сосуда. Такое конструктивное решение при возможности следует заменить другими вариантами.

Широко распространенным способом является применение штуцеров с утолщенной стенкой оболочки.

Лучшим решением по механике силового взаимодействия в сосуде является применение штуцеров с отбортовкой на цилиндрической оболочки. Отбортовка на оболочке штуцера снижает резкую смену геометрии оболочек в месте их пересечения и тем самым уменьшает краевые нагрузки. Такое конструктивное решение можно видеть на корпусах ядерных реакторов, корпусах нефтяных аппаратов колонного типа и реакторах. Штуцер с отбортовкой является наилучшим конструктивным решением по получению конструкции сосуда с минимальными краевыми нагрузками.

Стенка оболочки штуцера может быть утолщенной, то есть в этом случае наилучшее решение обеспечивается применением двух способов конструктивного оформления врезок.

Заключение

1. В монографии выявлено 2 подхода к расчету оболочек сосудов под давлением:

– на основе «надстройки» к теории упругости – теории оболочек.

– на основе осесимметричной теории оболочек (теории толстых оболочек) на основе задачи Ламе,

– пространственной задачи теории упругости.

2. Наиболее обоснованные научно-технически результаты расчета можно получить решая пространственную задачу теории упругости и рассматривая оболочку сосуда твердым телом.

3. При использовании для расчета теории оболочек, предложено ввести универсальную теорию оболочек, по которой можно выполнять расчет как толстостенных сосудов, так и тонкостенных.

Эту теорию можно поставить по обоснованности на второе место после пространственной задачи теории упругости.

4. Пространственная задача теории упругости более обоснована научно по сравнению с осесимметричной задачей теории упругости.

5. Необходим отказ от выполнения расчетов по осесимметричной теории упругости и в целом отказ от применения этой задачи теории упругости. После отказа задача сохранит историческое значение в рамках развития теории.

6. Оболочки сосудов необходимо конструировать с учетом пространственного силового взаимодействия.

7. Наиболее обоснованным прочностным расчетом является расчет методом конечных элементов с применением трехмерных конечных элементов и уравнений пространственной теории упругости.

__

Сосуды до 21 МПа и до 130 МПа на основе универсальной теории оболочек можно рассчитывать по одной нормативной теории.

Затем необходимо перейти от расчетов по формулам норм к расчетам методом конечных элементов. Из норм останутся востребованными экспериментально установленные механические характеристики материалов.

Библиография

1. Власов В.З. Избранные труды. Т.1. – М.: Изд-во Академии наук. 1962. – 528 с.

2. Власов В.З. Избранные труды. Т.3. – М.: Изд-во Академии наук. 1964. – 472 с.

3. Новожилов В.В. Теория тонких оболочек. – Л.: Судпромгиз. 1962. – 431 С.

4. Новожилов В.В., Черных К.Ф., Михайловский Е.И. Линейная теория тонких оболочек. – Л.: Политехника. 1991. – 656 с.