Расчет фланцевых соединений
Цель работы: ознакомится с основными видами конструкции фланцевых соединений, методикой расчета фланцевых соединений на прочность.
9.1 Основные сведения
В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения преимущественно круглой формы. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными для сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандартизованы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов. Конструкции стандартных стальных фланцев для труб и арматуры показаны на рисунке 9.1.1. Рисунок 9.1.1– Типы фланцев а – стальной приварной к корпусу; б – приварной встык с плоской поверхностью; в – приварной встык с выступом и впадиной; г – приварной встык с шипом и пазом (1: 2, 5 – рекомендуемый угол конусности)
9.2 Расчет фланцевых соединений Расчет фланцевого соединения требует вычисления следующих расчетных величин. Меньшая толщина конической втулки фланца (рисунок 8.2.1), м: Отношение большей толщины втулки фланца к меньшей Большая толщина втулки фланца Рисунок 9.2.1 – Конструктивные размеры 4, 0 < PУ ≤ 6, 4 МПа фланца
Высота втулки приварного встык фланца Рисунок 9.2.2 – График для определения коэффициента β
Кроме того, определяют эквивалентную толщину втулки фланца, м: для плоского приварного фланца Диаметр болтовой окружности а) для приварных встык фланцев б) для приварных плоских фланцев Наружный диаметр фланца, м: где
Наружный диаметр прокладки, мм: где Средний диаметр прокладки, м: где Эффективную ширину прокладки находим по формулам, м: а) для плоских прокладок: б) для прокладок восьмиугольного и овального сечений: Ориентировочное число болтов (шпилек): где Окончательное число болтов определяют как ближайшее большее кратное четырем; Ориентировочную толщину фланца определяют по формуле: где значение Расчет фланцевого соединения, работающего под внутренним давлением, проводят следующим образом. Определяют нагрузку, действующую на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления: где Находят реакцию прокладки в рабочих условиях: где Болтовую нагрузку в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) определяют по формулам, МПа: а) при где
б) при Таблица 9.2.1 – Значение
Рисунок 9.2.3 – График для определения коэффициента 1 – для плоских приварных фланцев; 2 – для приварных встык фланцев Таблица 9.2.2 – Расчетные параметры прокладок (ОСТ 26-373-78)
Болтовая нагрузка в рабочих условиях определяется по формуле: Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца: За расчетное значение Условие прочности болтов: где Условие прочности прокладки (только для неметаллических прокладок): где В случае неудовлетворения условия следует увеличить ширину прокладки. Расчет на прочность приварных плоских фланцев и приварных встык фланцев проводят следующим образом. Определяют: Максимальное напряжение в сечении где параметр безразмерные параметры где Рисунок 9.2.4 – График для определения коэффициента Максимальное напряжение в сечении Окружное напряжение в кольце фланца от действия где Напряжение во втулке фланца от внутреннего давления, МПа: тангенциальное меридиональное Условие прочности фланца: а) в сечении б) в сечении Если не соблюдается любое из условий прочности фланца, следует увеличить толщину фланца
9.3 Пример расчета фланцевого соединения Исходные данные: Необходимо произвести расчет плоского приварного фланца внутренним диаметром Меньшая толщина конической втулки фланца (рисунок 9.2.1), м Принимаем При этом должно выполняться условие Для плоских фланцев Большая толщина втулки фланца принимаем Определим эквивалентную толщину втулки фланца Диаметр болтовой окружности (основные размеры болта для крепления фланца, принимая, что используется шестигранная гайка с уменьшенным размером «под ключ» и плоская прокладка, по таблице 9.2.1 принимаем Наружный диаметр фланца, м: Наружный диаметр прокладки, мм: Средний диаметр прокладки (примем ширину прокладки Эффективную ширину прокладки находим по формуле, м: Ориентировочное число болтов (шпилек), примем Окончательное число болтов Ориентировочную толщину фланца определяют по формуле: по рисунку 9.2.3. определяем Определяем нагрузку, действующую на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления: Находим реакцию прокладки в рабочих условиях ( Болтовая нагрузка в условиях монтажа ( Болтовая нагрузка в рабочих условиях определяется по формуле: Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца (допускаемые напряжения материала болта при 20 °С За расчетное значение Условие прочности болтов (расчетная площадь поперечного сечения болтов определяется по формуле
Условие прочности прокладки (из таблицы 9.2.2 Условие прочности прокладки выполнено. Расчет на прочность приварных плоских фланцев проводят следующим образом. Определим: Максимальное напряжение в сечении где параметр безразмерные параметры Максимальное напряжение в сечении Окружное напряжение в кольце фланца от действия безразмерный параметр Напряжение во втулке фланца от внутреннего давления, МПа: тангенциальное меридиональное Условие прочности фланца: а) в сечении б) в сечении Условие прочности фланца выполняется.
9.4 Задание для самостоятельного расчета фланцевого соединения
Выполнить расчет на прочность фланцевого соединения работающего под действием внутреннего давления. Варианты задания представлены в таблице 9.4.1
Таблица 9.4.1 – Исходные данные для расчета фланцевого соединения
|