Как происходит изготовление днищ и обечаек?

Характеристики и технология изготовления обечаек

Обечайка — открытая деталь цилиндрической или конической формы, применяемая в строительстве, машиностроении и других сферах. В сечении имеет вид кольца. Используется как составной элемент, узел конструкции, заготовка (труба, кольцо, обод, короткая труба, барабан).

  • днище — листовая конструкция, расположенная с торцов;
  • пояс — отдельный замкнутый элемент;
  • диафрагма — перегородка, полностью или частично перекрывающая поперечное сечение.

Области использования

Обечайки находят применение в машиностроении, ракето-, авиа- и судостроении, химической, нефтегазовой, оборонной промышленности.

  • прокладка различных коммуникаций;
  • стенки люков;
  • опоры мостов, водоводов, переходов, канализации;
  • дымовые трубы, водосток, вентиляция, газоходы;
  • сварные сосуды (котлы, емкости, баки, резервуары);
  • в машиностроении (ролики, патрубки, барабаны, конические переходы);
  • резонаторы музыкальных инструментов.

По типу поверхности:

  • гладкая обечайка;
  • с ребрами, зигами, отбортовками.

Для изготовления обечаек применяют заготовки:

Элементы до 600 мм в диаметре имеют один продольный шов, более 600 мм — несколько.

По форме сечения обечайки бывают цилиндрическими и коническими.

Материалы

Для изготовления могут применяться такие материалы: сталь низколегированная, углеродистая, нержавеющая, высокопрочная, жаропрочная, цветной сплав.

  • ст. 12Х18Н10Т — криогенная конструкционная, устойчивая к коррозии, выдерживает температурный режим до +600°С;
  • 09г2с — для систем с высоким давлением, температурный интервал составляет от -70°С до + 450°С;
  • Ст.20 — углеродистая;
  • ст.13Х1ФА — стойкая к износу и образованию трещин.

Изготовление

Типовой технологический процесс производства обечаек включает такие этапы:

  1. Очистка заготовки (удаление окалины и следов коррозии).
  2. Выполнение правки листового проката.
  3. Разметка заготовок, их раскрой.
  4. Резка листов на заготовки.
  5. Подготовка кромок под проведение сварочных работ.
  6. Сборка заготовок.
  7. Выполнение сварки карт.
  8. Вальцовка (круговая гибка) обечаек.
  9. Сварка стыков.
  10. Правка.
  11. Контроль.

Подготовка кромок

Операция необходима для получения требуемой формы кромки, избавления от дефектов, возникших при проведении резки листа. Форма кромок должна отвечать отраслевым стандартам, техническим условиям и требованиям. Методы обработки кромок обечаек под сварку не должны приводить их механическому повреждению. Возможные варианты:

  • Подготовка кромок с применением абразивного круга с зачисткой с двух сторон плоскости листа в зонах разделки кромок и точек будущей сварки, на расстоянии 40 мм от торцов.
  • Зачистка кромок с помощью электрической шлифовальной машины, на плиточном стенде, до абсолютного удаления трещин, ржавчины, окалины.
  • Обработка кромок способом фрезерования проводится с закреплением заготовок на столах фрезерных станков того или иного типа. Инструментами фрезерования служат фрезерные головки и фрезы. Кромки под поперечные швы в днищах и обечайках обрабатывают на токарных и расточных станках.
  • Местная зачистка кромок и небольшой объем работ выполняется с помощью пневмозубила.

Сборка заготовок

Собирать под сварку заготовки необходимо на специальных стендах, которые обеспечат точное взаимное расположение деталей и их фиксацию, ГОСТ 26 291. Выравнивание стыкуемых элементов производится с помощью угольника и линейки или по упорам. Если соединяемые детали имеют разную толщину, плавный переход выполняется с помощью постепенного утончения элемента большей толщины. Стыкуемые заготовки закрепляют прижимами.

Вальцовка

Вальцовка обечаек — деформирование листа металла вдоль определенного направления. В зависимости от толщины металла, вальцовка бывает:

  • холодной (изготовление тонкостенных обечаек);
  • горячей (толстостенных).

Выполняется на станке с помощью вальцов. Заготовка прокладывается между валами и с их помощью подгибается до требуемого радиуса. Для изготовления цилиндрической обечайки необходимо 3 вала, конической — четыре.

Правка

В этой операции особенно нуждаются цилиндрические обечайки, имеющие жесткий контур (не прогибающиеся под своим весом). Вследствие ранее проведенных этапов — подгибки кромок и сварки продольного стыка, деталь приобретает неправильную форму, с наибольшим искажением в околошовной зоне. Задачей правки является получение заданной геометрической формы, в соответствии с условиями нормативных документов . Правка выполняется между тремя валками способом увеличения кривизны на участке контура обечайки, расположенном между валками, а затем ее уменьшения.

Завершающий этап

В соответствии с требованиями к шероховатости поверхности изделия и точности выполнения работ, проводятся завершающие работы:

  • зигование;
  • разбортовку и отбортовку торцов;
  • шлифование.

Зигование

  • придача обечайке дополнительной жесткости;
  • монтаж и закрепление опорных разжимных колец, служащих для установки перегородок, тарелок, опор, решеток.

Зигование проводится на зиговочных машинах.

Разбортовка торцов

Цель — обеспечить поцарговую сборку. Работы производятся на бортовочных машинах. Возможные варианты: разбортовка наружу и внутрь.

Отбортовка торцов

Способы отбортовки аналогичны разбортовке:

  • вовнутрь (для охлаждения днищ и под рубашки охлаждения теплообменников);
  • наружу (для монтажа накидных фланцев).

Для выполнения действий используют фланце-бортовочные машины.

Шлифование

Является способом отделочной обработки, который может осуществляться:

  • ручной шлифовальной машиной, работающей от пневматического или электрического привода;
  • бескопирным (полусвободным) шлифованием маятниковыми головками.

Готовая продукция проверяется на соответствие нормативным характеристикам. Обечайки не должны содержать острых кромок, заусенцев и вмятин на поверхности. Допустимы небольшие дефекты и потертости, не влияющие на уменьшение толщины стенок.

Изготовление нестандартных обечаек

Производство обечаек с повышенными габаритами (более 20 тыс. мм), без последующей сборки, выполняется способом «временного деформирования». Последовательность операций:

  • вальцевание заготовки до требуемых размеров;
  • уменьшение поперечных размеров обечайки путем деформирования, с образованием нахлеста кромок;
  • закрепление наружной кромки планками, приваренными к обечайке;
  • сварка замыкающего продольного стыка.

Метод подходит для заготовок с толщиной листа ≤ 40 мм.

Методы изготовления эллиптических днищ

Эллиптические днища сосудов, аппаратов и котлов изготавливаются тремя основными методами:

Метод объемной штамповки (штамповка днищ) – изделия выдавливаются из цельной или сварной круглой заготовки на прессе в специальной оснастке (матрица и пуансон), при этом применяется заготовка диаметром больше диаметра готового эллиптического днища (например для изготовления днища эллиптического 09Г2С с внутренним диаметром 1800 миллиметров вырезается круглая заготовка диаметром 2260 миллиметров). Учитывая, что листовой прокат стали 09Г2С шириной более 2000 мм. почти не производится, в указанном примере заготовка будет сварная. Штамповка в свою очередь делится на так называемую “холодную” и “горячую”. Понятно, что в случае холодной штамповки заготовка после раскроя сразу подается непосредственно к прессу и штампуется, как правило, в “глухом” штампе, а во втором случае заготовка дополнительно нагревается в печи до определенной температуры и только потом устанавливается в матрицу пресса.

Технологический процесс изготовления эллиптических днищ методом объемной штамповки регламентируется техническим регламентом – ТР фирмы производителя. В ТР приводится таблица размеров днищ, таблица размеров заготовок, высота эллиптической, цилиндрической частей. Технический регламент также предусматривает перечень допускаемых марок сталей, температурные режимы. Клеймятся готовые изделия ударным способом, наносится номер ОТК фирмы производителя, марка материала, размер изделия (внутренний или внешний диаметр и толщина изделия) и порядковый номер эллиптического днища. В результате проведения указанных технологических операций получаются – стальные заготовки эллиптических, торосферических или коробковых днищ ГОСТ 6533-78. После механической обработки – снятия фаски под сварной шов (торцовки) получаем – эллиптические днища ГОСТ 6533-78.

Метод раскатки на фланжировочной машине (раскатка днищ). При изготовлении раскатных эллиптических, полусферических или торосферических днищ заготовка (без нагрева) устанавливается на фланжировочной машине и происходит выдавливание материла роликом до получения заданной формы. Дальнейшие операции фактически не отличаются от изготовления продукции, производимой методом объемной штамповки.

Сварка из секторов (лепестков). Третий метод изготовления эллиптических днищ несколько выходит за рамки данного обзора, так как в данный способ производства не предполагает объемную деформацию металлической заготовки. Днище изготавливается на специальном стапеле. Вальцованные сектора привариваются друг к другу по заданной модели, сварные швы зачищаются и, в случае необходимости, проводится ультразвуковой контроль. В основном, указанным способом производят изделия большого диаметра (от 3 метров и более) или сложной конфигурации.

Вывод: Каждый из указанных способов производства имеет свои преимущества и недостатки. Например штампованные днища, в силу специфики изготовления не имеют утонения металла (толщина по всей поверхности одинакова), не имеют каких-либо технологических отверстий и соответственно больше подходят для сосудов и аппаратов, работающих под избыточным давлением. Кроме того, штампованные днища гораздо дешевле в производстве, что обусловлено скоростью изготовления (рабочие в количестве 4-х человек штампуют 30-40 изделий диаметром 1800 мм. в смену). Основное преимущество раскатных днищ это использование относительно недорогого оборудования и широкий номенклатурный ряд, так-как оснастка под эти изделия дешевле, фактически форму днищу придает ролик раскатной машины.

Конструкции и способы изготовления днищ для горизонтальных резервуаров, емкостей, сосудов и аппаратов

02 Сентября 2015 г.

Наши Заказчики часто задают вопрос, по какому принципу мы на Заводе выбираем ту или иную форму днищ в различных горизонтальных резервуарах и емкостях или, например, на основе каких государственных стандартов проектируются днища. В данной статье мне бы хотелось представить обзор тематики, касающейся типов днищ, зависимость конструкции днища от условий эксплуатации и т.п.

Наш Завод изготавливает различные резервуары и емкости горизонтальной конструкции и различного назначения: для хранения жидкостей и газообразных сред, дренажные емкости и сосуды, работающие под давлением и без, что зависит от свойств эксплуатируемой рабочей среды.

Так, ассортимент предлагаемых нами горизонтальных емкостей включает в себя:

Все вышеперечисленные емкости представляют собой горизонтальный цилиндрический корпус с двумя днищами. В зависимости от характеристик рабочей среды (жидкость или газообразные составы, плотность, температурный режим) и условий эксплуатации (хранение под давлением или без) днища могут иметь различную конструкцию. Так, различают следующие виды днищ:

  • плоские днища
  • конические днища
  • сферические днища
  • торосферические днища
  • эллиптические днища
Читайте также:  Виды неисправностей электродвигателей

Выбор той или иной формы днищ зависит от многих параметров. Ниже мы подготовили краткую, но полную информацию по характеристикам днищ, выпускаемых Заводом САРРЗ в партнерстве с производителем днищ ООО “СП Бомбе”.

Процесс изготовления днищ для горизонтальных емкостей

Для изготовления качественной продукции, например, днищ, партнеры располагают всем необходимым оборудованием: оборудованием для плазменной резки металла, аппаратом для автоматической сварки, множеством токарно-фрезерных станков для обработки краев, фланжировочным станком, гидравлическими прессами и др.

Процесс производства днищ резервуаров условно можно разделить на этапы. Это:

  1. проектирование днищ в соответствии с государственными стандартами
  2. резка, формирование днищ из заготовок, обработка кромок и отбортовка
  3. сварка днищ и обечаек горизонтальных емкостей

В отделе проектирования наши инженеры-проектировщики оперируют и полагаются на требования нормативных документов. Их огромное множество, но мы определили наиболее значимые:

  • ГОСТ 17032-2010 “Резервуары стальные горизонтальные для нефтепродуктов. Технические условия”
  • ГОСТ Р 52630-2012 “Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия (с Изменением № 1)”
  • ПБ 03-584-03 “Правила проектирования, изготовления и приемки сосудов и аппаратов стальных сварных”
  • ГОСТ 12619-78 “Днища конические отбортованные с углами при вершине 60 и 90°. Основные размеры”
  • ГОСТ 12621-78 “Днища конические неотбортованные с углом при вершине 140 градусов. Основные размеры”
  • ГОСТ 12620-78 “Днища конические неотбортованные с углами при вершине 60, 90 и 120 градусов. Основные размеры”
  • ГОСТ 12622-78 “Днища плоские отбортованные. Основные размеры”
  • ГОСТ 12623-78 “Днища плоские неотбортованные. Основные размеры”
  • ГОСТ 6533-78 “Днища эллиптические отбортованные стальные для сосудов, аппаратов и котлов. Основные размеры”
  • ГОСТ 25221-82 “Сосуды и аппараты. Днища и крышки сферические неотбортованные. Нормы и методы расчета на прочность”

К описанию конструкций днищ я вернусь немного позже. Для начала мне бы хотелось рассказать Вам как изготавливаются сами днища.

После получения металлопроката и карт раскройки днищ от инженеров-проектировщиков начинается процесс производства днищ, который зависит от их (днищ) конструкций (конические, эллиптические, плоские, сферические) и марки стали.

Сначала наши специалисты осуществляют раскрой заготовки на станке плазменной или механической резки. Заготовки для эллиптических, сферических или плоских днищ отправляются на гидравлический пресс для штамповки или фланжировочную машину для холодной обкатки.

На гидравлическом прессе заготовке придается необходимая форма при ее нагреве под давлением. Далее уже сформированное днище проходит процесс отбортовки методом холодной накатки – пластической загибке бортов (кромок) днищ. Гибку кромок выполняют формовочные ролики, которые двигаются в горизонтальном и вертикальном направлении. Также для обработки бортов может использоваться метод вальцевания. Для получения ровных кромок их обрабатывают на шлифовочной машине или установке плазменной резки. На фланжировочном же станке происходит последовательно – придание формы днища и отбортовка кромок роликами. Для защиты днищ впоследствии во время эксплуатации, поверхность шлифуют, проводят электрохимическое травление, окрашивают, подвергают пескоструйной обработке или наносят специальное антикоррозионное покрытие. Выбор того или иного способа защиты зависит от требований Заказчика.

После получения готового элемента он проходит контроль качества в имеющейся на Заводе лаборатории визуально-измерительным методом, ультразвуковым или методом проникающего контроля.

Далее скажу несколько слов о различных конструкциях днищ.

Плоские днища

Плоские днища, в основном, применяются на резервуарах с малыми перепадами давления, рабочее давление в которых не превышает 0,07 МПа. Толщину металла, а также необходимость установки ребер жесткости наши специалисты рассчитывают исходя из давления внутри сосуда. Плоские днища бывают отбортованными или неотбортованными. Отбортованные днища имеют обработанные края и более удобны для получения качественного сварного шва со стенкой. Такие днища изготавливаются методом холодной накатки на фланжировочных машинах, на которых происходит отбортовка кромок. Предварительно заготовку могут подвергнуть термической обработке для повышения увеличения прочности.

Конические днища

Геометрия конических днищ характеризуется диаметрами широкой (место сварки с самим аппаратом) и узкой части, углом наклона от центра к краям (60°, 90°, 120°, 140°) и расстоянием от широкой до узкой частей. Конические отбортованные днища изготавливаются из нескольких элементов, которые сначала свариваются, а затем подаются на фланжировочную машину для отбортовки краев. Конические неотбортованные днища производятся на гидравлических прессах с последующей обработкой кромок и поверхности.

Эллиптические и торосферические днища

Наиболее распространенным видом днищ являются эллиптические, так как их применяют в сосудах, работающих под высоким давлением. Подобные днища изготавливаются двумя способами в зависимости от диаметра: днища диаметром до 2 м производят на гидравлических прессах, более крупные днища – на фланжировочных станках с последующей сваркой элементов. Края днищ проходят отбортовку кромок. Размеры эллиптических днищ типизированы. Но мы также предлагаем производство днищ по индивидуальным размерам. Единственное, что следует отметить: высота выпуклой части должна быть не менее 0,25 внутреннего диаметра днища.

Торосферические днища являются разновидностью эллиптических днищ. При этом они должны иметь высоту выпуклой части не менее 0,2 от внутреннего диаметра днища, радиус отбортовки не менее 0,095 внутреннего диаметра днища и внутренний радиус кривизны центральной части не более внутреннего диаметра днища.

Сферические днища

Сферические днища могут производиться как холодной, так и горячей штамповкой. Также если диаметр сферы слишком велик, такие днища состоят из нескольких свариваемых между собой отдельных”лепестков”. Для изготовления точного сферического днища важны такие параметры как внутренний диаметр и радиус сферы. При этом радиус сферы должен быть не менее 0,85 диаметра и не более диаметра.

Ниже для Вашего удобства привожу сводную справочную таблицу по соответствию типов емкостей и их днищ в зависимости от условий эксплуатации и соответствующие государственные стандарты.

Сводная таблица по конструктивным типам днищ горизонтальных емкостей

Типы
горизонтальных
емкостей
Тип днищаРабочая средаРабочее давлениеТемпературный
режим
эксплуатации
Нормативная база
Горизонтальные
резервуары РГС
(РГСН, РГСП, РГСД)
плоские отбортованныенеагрессивные
жидкие
продукты,
техническая
вода
плотностью
до 1300 кг/м3
до 0,04 МПаот -65ºС до +90ºС
  • ГОСТ 17032-2010
  • ГОСТ Р 52630-2012
  • ГОСТ 12619-78
  • ГОСТ 12621-78
  • ГОСТ 12620-78
  • ГОСТ 12622-78
  • ГОСТ 12623-78
плоские неотбортованные
конические отбортованныедо 0,07 МПа
конические неотбортованные
Дренажные
емкости
ЕП и ЕПП
коническиенефтепродукты,
масла,
кислоты,
щелочи
с плотностью
до 1000 кг/м3 и вязкостью
не более 30х10-6 м2/с
до 0,07 МПаот -15ºС до +80ºС
  • ГОСТ Р 52630-2012
  • ПБ 03-584-03
  • ГОСТ 12619-78
  • ГОСТ 12621-78
  • ГОСТ 12620-78
Аппараты ГЭЭэллиптическиежидкие и
газообразные
невзрывоопасные
и нетоксичные
среды
плотностью
до 1600 кг/м3
до 1,6 МПаот -60ºС до +50ºС
  • ГОСТ 6533-78
  • ГОСТ Р 52630-2012
  • ПБ 03-584-03
Аппараты ГККконическиежидкие и
газообразные
невзрывоопасные
и нетоксичные
среды
плотностью
до 1600 кг/м3
до 1,6 МПаот -60ºС до +50ºС
  • ГОСТ Р 52630-2012
  • ПБ 03-584-03
  • ГОСТ 12619-78
  • ГОСТ 12621-78
  • ГОСТ 12620-78
Аппараты ГППплоскиежидкие и
газообразные
невзрывоопасные
и нетоксичные
среды
плотностью
до 1600 кг/м3
до 1,6 МПаот -60ºС до +50ºС
  • ГОСТ Р 52630-2012
  • ПБ 03-584-03
  • ГОСТ 12622-78
  • ГОСТ 12623-78
Цилиндрические аппараты тип 1эллиптическиенеагрессивные
газовые и
жидкие
рабочие
среды
с плотностью
до 1000 кг/м3
до 2,5 МПаот -60ºС до +300ºС
  • ГОСТ Р 52630-2012
  • ПБ 03-584-03
  • ГОСТ 6533-78
Отстойникиэллиптическиесточная вода, нефть, попутный газдо 2,5 МПаот -60ºС до +100ºС
  • ГОСТ Р 52630-2012
  • ПБ 03-584-03
  • ГОСТ 6533-78

Если у Вас остались вопросы, звоните на Завод по телефону 8-800-555-9480 или пишите на электронную почту .

Директор Саратовского резервуарного завода Гамаюнов Михаил Михайлович

Технология и особенности изготовления и вальцовки обечаек

Вальцовка обечаек относится к одному из важнейших технологических процессов. Без этого этапа невозможно представить изготовление цилиндрических деталей. Особенности, сама технология и используемый инструмент заслуживают отдельного рассмотрения. Как и части валков.

Основная терминология, суть вальцовки

Сначала необходимо разобраться с основными понятиями, которые используются в такой сфере деятельности, как изготовление обечаек.

  1. Вальцевание – способ обработки заготовок с металлом при помощи высокого давления. Форма детали в результате изменяется, с равномерным распределением по длине. Без данного этапа невозможно представить создание большого количества деталей.
  2. Операция проводится при помощи вальцовочного инструмента. Название валков получили другие детали.
  3. После завершения операции появляются готовые детали либо заготовки, потом проходящие дополнительную штамповку. И поставляются, например, в Обнинск.

Обечайки, изготовление которых не так трудно организовать – конструкционный элемент цилиндрической либо конической формы. Выполняется с использованием нескольких форм:

  • барабан;
  • недлинная труба;
  • кольцо;
  • обод.

Особенности дефектов, описание технологии

При вальцовке работы проводятся с подгибом листа либо без выполнения данной операции, всё зависит от геометрических размеров детали, изначальных показателей по прочности. Когда выбирают оборудование, данные параметры играют не менее важную роль. При изготовлении обечайки могут иметь следующие размеры:

  1. Толщина в пределах от 3 до 100 мм.
  2. Длина – 30-3100 мм.
  3. Диаметр наружной стороны – 20-280 сантиметров.

При деформации внутри деталей из металла искажения доходят до предельных значений. Также меняется и толщина.

Сама операция по вальцеванию конструкций из металла и из нержавейки состоит из двух основных стадий – гибка, непосредственно сама вальцовка. Последняя часть процесса отличается тем, что способствует перемещению гибки по всей поверхности, подвергаемой обработке.

В металле могут возникать внутренние напряжения после того, как вальцевание металла заканчивается. Существует три разновидности подобных явлений. Их учитывают и те, кто работает в городе Обнинске.

  • Зональные напряжения появляются между отдельными зонами сечения и частями детали. Именно эта деформация больше всего способствует появлению дефектов, потому она считается наиболее опасной. После появляются коробления и трещины на поверхности валков, других деталей. Их свойства зависят от градиента температур, появляющегося между разными частями детали во время температурного воздействия. Для измерения также пользуются мм.
  • Изменения структурного типа происходят у зёрен внутри либо снаружи. Появление напряжений связано с различными расширительными коэффициентами, обладающими разными характеристиками. Образование новых фаз различных объёмов тоже может привести к дополнительным предметам. Это негативно влияет на изготовление рулонных и других видов деталей. Обнинск не исключение.
  • Напряжения третьей группы появляется внутри объёма нескольких ячеек, составляющих кристаллические решётки. Из-за этого может усложняться подгибка кромок.

У всех напряжений разная природа образования. Но последствия остаются одинаковыми – возникновение упругой деформации, искажение внутри кристаллической решетки. Но это не влияет на изготовление упаковки толстостенных изделий, к примеру.

Проблемы легко устраняются, для этого достаточно использовать термообработку. Ведь сам характер деформаций изменяется, если их сильно охладить либо нагреть. К примеру, при повышении температур происходит расширение поверхностных слоёв. Но сердцевина остаётся непрогретой, создаёт дополнительные препятствия. Это касается и кромок.

Это приводит к появлению напряжения сжатия. Обечайка 24 миллиметра не исключение. Но охлаждение делает так, что процессы происходят в обратном порядке. У поверхностных слоёв температура обычно меньше.

Именно поэтому они подвержены напряжениям больше, чем те слои, что находятся глубже. Но после окончательного охлаждения температура будет выровнена на всей поверхности металла. Развальцовка не нужна. А вот дополнительная настройка никогда не помешает.

При этом не стоит ждать, что дефекты будут устранены окончательно. Есть ещё напряжения, которые получили название остаточных. С ними знакомы и те, кому требуется проводить обработку кромок.

Термическая обработка, например, отпуск, имеет и другие полезные свойства для изделий с углом. Потребность в этой операции могут испытывать те, кто работает с закалённой сталью.

Вальцевание – как проводить, какими инструментами?

Специальные прессы или машины – вот какие приспособления могут справиться с подобными видами обработки. Гибку обечаек нельзя осуществить только ручным методом. То же самое касается и гибки. Технология вальцовок должна соблюдаться максимально строго, иначе нужного результата не добиться, работая с установкой, занимаясь прокаткой.

Трёхвалковые вальцы – разновидность оборудования, которая часто используется для решения подобных задач. Встречается несколько разновидностей приспособлений:

  1. Ручные.
  2. Механические – в Санкт-Петербурге и других городах они получили широкое распространение.
  3. С электрическим приводом – такие широко используются в городе Обнинске.

Чаще всего в СПб и других городах используется вариант, когда валки располагаются в виде треугольника. Два находятся снизу, а один – сверху. Диаметры валков бывают разными, всё определяют характеристики требуемой детали. Длина вальцевания находится в пределах 340-3000 мм.

Электрическое оборудование – гораздо более лёгкий вариант для использования. Это можно понять, ознакомившись с нормативной документацией. Но и его стоимость доступна далеко не каждому. Если не планируется открывать крупномасштабное производство, то можно обойтись и более простыми вариантами установок. Такие имеют простой угол.

Видео: изготовление обечайки из нержавейки толщиной 3 мм.

Почему обечайки так необходимы?

Эти детали становятся главными при построении корпусов. Среди узлов агрегата этот отличается материалоемкостью, наибольшей ответственностью. То есть, он принимает на себя максимум нагрузок. При прокладке технологических трубопроводов без данной конструкции вообще не обойтись, как и без валков.

Из обечаек изготавливают колонное оборудование, трубопроводы нестандартной формы. Каждое изделие сопровождается документом.

В машиностроении производство также невозможно представить без таких деталей. Обечайками можно назвать многие конструкции, имеющие коническую либо круглую форму. Главное – обращаться к изготовителю, который гарантирует полный контроль производственных процессов, соблюдение необходимых размеров.

Днища конические отбортованные

Днища конические отбортованные

Коническое отбортованное днище – часто используемая деталь аппаратов, ёмкостей и сосудов. Данный тип днищ применяется как в сосудах для сыпучих материалов, так и в газо-нефтеперерабатывающих аппаратах.

В соответствии с ГОСТ 34347-2017 ( Р 52630-2012) «СОСУДЫ И АППАРАТЫ СТАЛЬНЫЕ СВАРНЫЕ. Общие технические условия» основные размеры конических отбортованных днищ должны соответствовать ГОСТ 12619-78 «ДНИЩА КОНИЧЕСКИЕ ОТБОРТОВАННЫЕ С УГЛАМИ ПРИ ВЕРШИНЕ 60 и 90°». ООО «Реммашгрупп» производит конические отбортованные днища по чертежам заказчика любого промежуточного диаметра в диапазоне от 133мм до 6000 мм, с различными углами при вершине, по доступным ценам.

  • Диаметр внутренний Dв от 150 до 6000 мм
  • Диаметр наружный Dн от 133 до 6000 мм
  • Толщина стенки от 3 до 40 мм
  • Сталь: углеродистая, низколегированная, коррозионностойкая, жаропрочная, и др.

ПРОИЗВОДСТВО КОНИЧЕСКИХ ОТБОРТОВАННЫХ ДНИЩ

Материал

Для изготовления конических отбортованных днищ подбирается материал с учетом рабочего давления аппарата и климатических условий, при которых будут эксплуатироваться днища, а также рабочей среды.

Для производства используются высококачественные материалы российского производства, соответствующие ГОСТ или ТУ, и импортные материалы, соответствующие AISI:

  • углеродистые и низколегированные стали: Ст3, 09Г2С, 20, 13ХФА и др.
  • котельные стали по ГОСТ 5520-79: 09Г2С, 20К, 17Г1С, 12ХМ и др.
  • коррозионно-стойкие и жаропрочные стали: 08(12)Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 20Х23Н17 и др.
  • зарубежные аналоги по AISI: 304, 316, 321 и др.

Заготовка конических отбортованных днищ

Конические отбортованные днища ООО «Реммашгрупп» изготавливает сборкой отбортованной части, имеющей необходимый радиус закругления (либо с закруглением эллиптического профиля), с конической частью заданного угла при вершине, посредством приварки. При этом кольцевой сварной шов расположен на границе зоны закругления отбортованной части и кромки конуса (вне зоны закругления, согласно ГОСТ 12619-78)

Наибольшее распространение при изготовлении сварного варианта конических отбортованных днищ получили следующие виды сварки:

  1. Механизированная дуговая сварка в защитном газе
  2. Автоматическая дуговая сварка под флюсом

Сварные соединения должны пройти обязательный контроль. Применяются следующие методы контроля:

  1. Внешний осмотр и измерения
  2. Ультразвуковой
  3. Радиографический

По требованиям конструкторской документации осуществляются и другие виды контроля.

Формообразование

На нашем предприятии формообразование отбортованной части конических отбортованных днищ происходит с применением следующих методов:

  1. Горячая штамповка
  2. Холодное фланжирование

Формообразование конической части конических отбортованных днищ осуществляется следующими методами:

  1. Холодная вальцовка
  2. Холодная гибка (выпрессовка)

Особенности и преимущества указанных методов изготовления подробно указаны в соответствующих разделах сайта ООО «Реммашгрупп»

Термическая обработка

Для придания необходимых механических свойств изделий производят их термообработку.

Необходимость проведения термообработки при производстве устанавливается требованиями ГОСТ 34347-2017 ( Р 52630-2012) и конструкторской документации.

Механическая обработка

Для дальнейшего использования конических отбортованных днищ в качестве сборочной единицы при изготовлении сосудов и аппаратов в ряде случаев необходимо произвести механическую обработку, например: под приварку днища к обечайке/корпусу аппарата; под приварку штуцеров, отводов и др. элементов к днищу и т.д.

Производители сосудов и аппаратов, имеющие станочный парк, выполняют механическую обработку самостоятельно. Таким предприятиям днища поставляются без механической обработки цилиндрической части (далее – борта) или с подрезкой борта «наровно».

Подрезка борта «наровно» производится с целью уменьшения трудоемкости последующей механической обработки. Подрезка производится на станке газовой или плазменной резки. Рез производится в плоскости сечения борта перпендикулярно оси днища с оставлением припуска 10-15 мм на последующую механическую обработку.

Для производителей сосудов и аппаратов, не располагающих станочным парком или не имеющих специального оборудования, ООО «Реммашгрупп» выполняет механическую обработку любой сложности.

Очистка от окалины

В процессе изготовления днищ по технологии горячей штамповки на поверхности днища образуется окалина. Для последующего использования производится очистка поверхности днищ от окалины: дробеструйная, пескоструйная, химическая.

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.

Если заготовки состоят из нескольких сваренных между собой частей, то расстояние от оси заготовки до центра шва (l1 и l2) зависит от расположения шва. Так, для вариантов а, б, г, е и м это расстояние не должно превышать 1/5 диаметра днища. В вариантах в, д, ж, и, к, л – не менее 1/5. (см. рис. 1 по ГОСТ 34347-2017)

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:

P=π x DДН х S x σВ х n, где:
DДН – средний диаметр днища, мм
S – толщина заготовки, мм
σВ – временное сопротивление разрыву материала заготовки при температуре штамповки, кгс/см 2
n – поправочный коэффициент в зависимости от коэффициента вытяжки (m=Dднища/Dзаготовки)

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.

Они являются частным случаем сферических днищ: для них также характерно, что R≤D, но в конструкции предусмотрен тороидальный переход с радиусом r, то есть днище состоит из двух частей – элементов торы и сферы. Торовая часть – это цилиндрический “борт” днища, а сферическая – выпуклый элемент. Из-за “сплюснутой” формы сферы многие специалисты говорят о трех составляющих торосферических днищ – это плоская (центральная) часть, торовая переходная часть от сферы к цилиндрической части (бортам) и цилиндрический элемент.

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

Тип днищаСхемаГеометрические характеристики
Тип АR≈ D
s = 4…26 mm
r ≥ 0,095 D
h ≥ 3,5 s
H = h + (≥0,2D)
Тип ВR≈ 0,9D
s = 4…26 mm
r ≥ 0,170 D
h ≥ 3,5 s
H = h + (≥0,25D)
Тип СR ≈ 0,8D
s = 4…26 mm
r ≥ 0,150 D
h ≥ 3,5 s
H = h + (≥0,255D)
подробную информацию смотрите здесь

Производство торосферических днищ

При изготовлении применяются такие методы как холодная штамповка/выдавливание или фланжирование с последующей термообработкой. Традиционно сферическая часть производится штамповкой или с использованием прессов, а цилиндрическая – с применением роликов разного диаметра (метод фланжирования). Днища большого диаметра (более 2000 мм) могут быть полностью изготовлены при помощи технологии фланжирования. Оба способа позволяют выпускать торосферические днища произвольных размеров по требованию заказчика.

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”:

Эллиптическое днищеТоросферическое днище

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:

Расчет толщины днищаДопускаемое давление
Эллиптические днищаS1≥S1p+C, где
S1p=p+R / 2ϕ(δ)-0,5p
[p]=2[δ]p(s1-c) / R-0,5(s1-c)
Торосферические днищаS1≥S1p+C, где
S1p=pD1β1 / 2ϕ[δ]
[p] = 2(s1-c)ϕ[δ] / D1β1
D – диаметр днища, с- сумма прибавок к расчетным толщинам, c1 – прибавка для компенсации коррозии/эррозии, p – расчетное давление, [p] – допускаемое давление, s – исполнительная толщина обечайки сосуда, s1p – расчетная толщина днища, s1 – исполнительная толщина днища, β, β1 – коэффициенты формы днищ, [δ] – допустимое напряжение при расчетной температуре, ϕ – коэффициенты прочности сварных швов

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:

ПараметрыЭллиптическое днищеТоросферическое днище
Диаметр внутренний Dвн, мм20002000
Толщина s, мм1010
Высота выпуклой части0,25Dвн0,25Dвн
Внутренний радиус отбортовки, мм350
Внутренний радиус кривизны центральной части, мм2000
Материал09Г2С
Температура, ºС20

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

ДавлениеЭллиптическое днищеТоросферическое 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:

ДавлениеМаксимальное напряжение в днище, МПаНорма допускаемого напряжения
по ГОСТ 34233.1-2017, МПа
ЭллиптическомТоросферическом
0,5 МПа72,44115,7196
1,2 МПа173,9277,7
2,0 МПа289,8462,8

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.

Ссылка на основную публикацию