В зависимости от практических целей выполняют проектные или проверочные расчеты на прочность.
Проектные расчеты выполняются при проектировании новых машин и аппаратов. Их выполнение, как правило, сочетают с элементами конструирования (т. е. выбор для определенных элементов определенной конфигурации, конструктивным заданием отдельных размеров, определение которых расчетным путем нецелесообразно).
Проверочные расчеты выполняются для проверки возможности использования выбранного аппарата в конкретных условиях эксплуатации. Определяются фактически возникающие в элементах напряжения и сравниваются с допускаемыми при заданных температурах.
2.2.1. Определение допускаемых напряжений
Напряжение, при котором обеспечивается прочность аппарата с расчетным запасом и минимальным расходом конструкционного материала, называют допускаемым напряжением:
Допускаемое напряжение для углеродистых и низколегированных сталей определяется по формуле:
[σ] = η ∙ min (σт или 
/ n т; 
/ n в; 
/ n д; 
/ n п);
где η (эта)– поправочный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации аппарата, принимают от 0,7 до 1,0 в зависимости от категории опасности химических продуктов, как правило, всегда равен 1,0 за исключением стальных отливок (для них η = 0,7–0,8);
– предел текучести материала при расчетной температуре; 
– предел прочности на растяжение (временное сопротивление) при расчетной температуре t 0;
– условный предел текучести, при котором остаточное удлинение составляет 0,2%;
–среднее значение предела длительной прочности за 105 ч при расчетной температуре;
– средний 1%-ный предел ползучести за 105 ч при расчетной температуре;
n в, n т, n д – коэффициенты запаса прочности по пределу прочности, пределу текучести, пределу длительной прочности;
Таблица2
Значения коэффициентов запаса прочности
| Условия нагружения | Запас прочности | |||
| n в | n т | n д | n п | |
| Рабочие условия | 2,4 | 1,5 | 1,5 | |
| Гидравлические испытания | 1,1 | - | - | - |
Для широко используемых в химическом машиностроении марок сталей значения допускаемых напряжений для рабочих условий, рассчитанные согласно формуле, при значении η = 1 приведены в справочниках (Лощинский, Толчинский Основы конструирования и расчета химической аппаратуры: справочник. – 1970; Смирнов Толчинский Конструирование безопасных аппаратов для химических и нефтехимических производств: справочник. – Л., 1988) и по ГОСТ 14249–80.∙В таблице 1 приведены значения допускаемые напряжения при различных температурах для углеродистых и легированных сталей.
Таблица 1
Допускаемые напряжения для углеродистых и легированных сталей
| tR,°C | Допускаемое напряжение [σ], МПа | ||
| ВСт3 | 10Г2 | 15Х5М | |
| … | |||
При температурах ниже 20°С и отрицательных расчетных температурах значение [σ] принимают равным [σ] при температуре 20°С.
Упругие свойства металлов характеризуются значениями модуля продольной упругости Еt, МПа, и коэффициентом Пуансона μ. Эти значения используются при расчетах на устойчивость формы.
Еt характеризует жесткость материала и его способность противостоять деформации, рассчитывается по закону Гука:
Еt = 
где ε – относительная продольная деформация.
Значения модуля продольной упругости Е приводятся в ГОСТе 14249–80 (приложение 4) либо в справочниках.
Коэффициент Пуансона – безразмерная величина, характеризующая способность металла к поперечной деформации. Значения коэффициента μ изменяются в следующих пределах: 0 ≤ μ ≤ 0,5. Для основных сортов сталей μ = 0,3.
При расчете на прочность и устойчивость сварных элементов аппаратов в расчетные формулы вводят коэффициент прочности сварных швов, значение которого зависит от типа шва и условий сварки [приложение 5].
Таблица
Коэффициенты прочности сварного шва
| Вид сварного шва | Коэффициент прочности сварного шва | |
| Длина контролируемых швов составляет 100% общей длины | Длина контролируемых швов составляет от 10 до 50% общей длины | |
| Стыковой или тавровый с двухсторонним проваром, выполненный автоматической и полуавтоматической сваркой | 1,0 | 0,9 |
| Стыковой с под варкой корня шва или тавровый с двухсторонним сплошным проваром, выполняемый вручную | 1,0 | 0,9 |
| Стыковой, доступный к сварке только содной стороны и имеющий впроцессе сварки металлическую подкладку со стороны корня шва,прилегающую по всей длине швак основному металлу | 0,9 | 0,8 |
| Стыковой, выполняемый автоматической и полуавтоматической сваркой с одной стороны с флюсовой или керамической подкладкой | 0,8 | 0,65 |
| Втавр с конструктивным зазором свариваемых деталей | 0,9 | 0,8 |
| Стыковой, выполняемый вручную с одной стороны | 0,9 | 0,65 |
2.2.2 Прибавки к номинальным расчетным толщинам
На практике к найденной номинальной расчетной толщине детали или аппарата обычно дается прибавка С, которая определяется по формуле:
С = С к + С э + С о + С д,
где С к – прибавка на коррозию материала, мм,
С к = (срок службы аппарата) ∙ (глубинный показатель коррозии);
С э – прибавка на эрозию, мм, определяется по опытным данным, учитывают при скорости жидкости более 20 м/с, газа – 100 м/с либо при наличии абразивных частиц;
С о – прибавка на округление размера до размера по стандарту (прибавка на минусовое значение предельного отклонения толщины листа), мм;
С д – прибавка по технологическим, монтажным и другим соображениям (изменение С происходит при вытяжке, штамповке, ковке) (С д = 0,8 мм).
Прибавки С о и С д учитываются, если их сумма составляет более 5% от С расч. Обычно в химическом машиностроении С принимается равной до 2 мм.
S = SR + C,
где S – исполнительная величина; SR – расчетная величина.
