§ 11.5. Вакуумные трубопроводы

Элементы вакуумных систем размещаются в машинах и установках в соответствии с требованиями технологического процесса, удобства эксплуатации, ремонта и т. д. Связь между ними осуществляется с помощью соединительных элементов — трубопроводов.

Номинальный диаметр отверстия в трубе называется условным проходным диаметром и обозначается D_y. Размеры рекомендуемых условных диаметров даны в § 9.9.

Конструктивные формы трубопроводов показаны на рис. 11.22. Длина трубопровода обычно назначается из конструктивных соображений, связанных с удобством размещения элементов в каркасе вакуумной установки. Диаметр трубопровода определяют при проектировочном расчете исходя из требований к его проводимости.

Вакуумные трубопроводы должны выдерживать атмосферное давление без разрушения или потери устойчивости.

Толщину S стенок трубопровода из условия его прочности для тонких стенок S/D_y<0,05 определяют по формуле

где p_атм — атмосферное давление; С — прибавка на коррозию и технологический допуск; σ_доп — допускаемое напряжение.  

Допускаемое напряжение принимается равным наименьшему из трех значений:

где σ_вt, σ_тt, σ_дп — соответственно предел прочности, условный предел текучести, условный предел длительной прочности материала труб при их рабочей температуре.

Величина прибавки С колеблется в пределах (0,05... 0,18) S. Если в результате расчета S по формуле (11.10) окажется, что S/D_y≥0,05, то расчет следует уточнить по формулам, справедливым для толстостенных цилиндров. Распределение касательных σ_Т и нормальных σ_n напряжений толстостенной трубе может быть определено по формулам

где р₁ и p₂ — давления на наружной и внутренней стороне цилиндра; r₁ и r₂ — радиусы наружной и внутренней поверхностей цилиндра; r — текущее значение радиуса цилиндра.

Если p₂=0, то наиболее опасным является напряженное состояние внешних волокон трубы. Главные напряжения при r=r₁:

Применяя четвертую теорию прочности, убеждаемся, что выполняется условие

Толщину стенки цилиндрических трубопроводов (м), особенно в случае больших диаметров, обязательно следует проверять по условию устойчивости

где Е_г — модуль упругости материала трубопровода; D_y и l — диаметр условного прохода и длина трубопровода; С — допуск на толщину стенки, м. Зависимость модуля упругости от температуры для типовых конструкционных материалов трубопроводов показана на рис. 11.23.