Подбор и расчет фланцевых соединений

Фланцы служат для присоединения к аппаратам съемных крышек, крышек, труб, отдельных частей аппарата и др.

Ответственная часть фланцевого соединения - это узел уплотнения.

Обычно между корпусом и крышкой помещают прокладку. Фланцевые болты при монтаже должны быть достаточно сильно затянуты с тем, чтобы была гарантирована герметичность соединения крышки и корпуса, когда в аппарат поступает газ под давление P. Цель расчета - проверка прочности фланцевых болтовой герметичности соединения.

Исходные данные:

Диаметр аппарата D_в = 1000 мм

Температура t= 200°C

Давление внутри аппарата р = 1,3 Н/мм²;

Выбор фланцевого соединения.

По ОСТу 26-427-79 (источник №3, стр. 13) подбираем фланцы приварные встык с размерами:

Dв	py	D1	D2	D3	D4	a	D5	D6	D7	b	H	d	Болты	Масса, кг
диаметр резьбы	Кол.
1000	1,6	1145	1105	1066	1065	15,5	1029	1024	1050	65	95	23	М20	44	200,9

Dв	py	D9	D10	a	a1
1000	1,6	1089	1059	3,4	4,3

По нормали ОН 26-02-106-68 (источник №2, табл.18.5, стр.550) подбираем асбостальную прокладку с размерами:

Расчет податливости болта.

Расчет проведем по источнику №4, п.1, стр 49.

С_б = Е_б∙F_б/l_б = 215∙10 ³∙π∙20 ²/140∙4= 4,8∙10 ⁵Н/мм,где
модуль упругости материала болта Е_б = 215∙10³Н/мм²
площадь поперечного сечения болта F_б = πd²/4

расчетная длина болта l_б = 140 мм

Расчет податливости прокладки.

Расчет проведем по источнику №4, п.2, стр 49.

С_п = Е_п∙F_п/l_п = Е_п∙F_п/a₁ =4∙10 ³∙1150/15= 3,1∙10 ⁵Н/мм, где
модуль упругости материала прокладки Е_п = 4∙10 ³Н/мм²

площадь прокладки, приходящейся на один болт

мм²

Расчет усилий от давления, приходящееся на один болт.

Расчет проведем по источнику №2, стр 540.

где средний диаметр прокладки D_сп= 0,5(D₉+D₁₀) = 0,5(1089+1059) = 1074 мм.

Расчет коэффициента основной нагрузки.

Расчет проведем по источнику №2, стр 541.

Расчет усилия предварительной затяжки.

Р = [K_ст(1-K)+K]Q =[1,4x(1-0,6)+0,6]x26,8=31 кН,

где К_ст = 1,3≑1,5=1,25– коэффициент запаса против раскрытия стыка.

[P]=31 кН для болта М20 из стали 40Х при 200⁰С, согласно источнику №1, стр. 551

Р≤[P], значит условие прочности выполняется

Усиление предварительной затяжки.

V=K_ст(1-к)Q=1,4(1-0,6)26,8=14,6 кH

Усиление остаточной затяжки.

V'=V-(1-k)Q=14,6-(1-0,6)26,8=4,1 кН

Расчет деформации болта и прокладки.

Расчет проведем по источнику №4, п.6, стр.50.

Δl_б = V/C_б = 14,6∙10 ³/4,8∙10 ⁵= 0,03 мм

Δl_п = V/C_п = 14,6∙10 ³/3,1∙10 ⁵= 0,05 мм

15.10 Суммарная сила, растягивающая болт.

Расчет проводим по формуле:

Полученное теоретическое значение меньше допустимого, то есть условие прочности выполняется.

Проверка прочности болта.

Проверим прочность болта по условию: P≤[P] (источник №4, п.8, стр.50).

Построив диаграмму совместной работы болта и прокладки, определили суммарное растягивающее усилие на один болт: P=30,9кН.

Допускаемая нагрузка для болтов при неконтролируемой затяжке [P]= 18кН при t= 200°Cдля стали 35Х, что меньше расчетного, поэтому берем сталь 40Х с [P]= 31 кН при t= 200°C
(источник №2, табл.18.6, стр. 551).

Расчет сварных швов.

Сварные соединения относятся к неразъемным и служат для соединений конструкций из листового проката и труб. Хорошо свариваются малоуглеродистые стали и низколегированные с малым содержанием углерода. Прочность сварных швов объемно ниже прочности основного материала, вследствие структурных изменений материала в зоне сварки. Наибольшее распространение получила электродуговая сварка, осуществляемая вручную или автоматически.

Исходные данные:

Диаметр аппарата D_в = 1000 мм

Давление внутри аппарата р = 1,3 Н/мм²

Толщина стенки δ = 8 мм

Согласно источнику №2, табл. 17.1, стр. 530, по ГОСТу 14249-69 для аппаратов, изготовленных из стали 10, при температуреt= 200°C нормативное допускаемое напряжение [σ]= 118 Н/мм².