Расчет фланцевого соединения

Фланец воротниковый приварной встык. ГОСТ 12821-05. = 100 мм

при = 2,0 МПа

Рисунок 13 – Схема к расчету фланца

Марка стали фланца 09Г2С ГОСТ 19281-05.

Марка стали шпилек 35Х (ГОСТ 4543-71)

Температура расчётная t ºС = 170 ºС

Прибавка для компенсации коррозии

Таблица 9 – Расчетные параметры

								b
250мм	94мм	200мм	151мм	140мм	110мм	М 24		29мм	77мм	32мм
0,25м	0,094м	0,2м	0,151м	0,14м	0,11м	0,029м	0,077м	0,032м

Расчёт ведётся по определённому состоянию – при монтаже.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа

= max

(1)

Где F – внешняя осевая растягивающая ( + ) или сжимающая ( – ) сила, Н

М – внешний изгибающий момент, МН/м²

– допускаемое напряжение материала болтов при 20 ºС, МПа

– минимальное давление обжатия прокладки. Для сред с высокой проникающей способностью ( жидкий пропан – растворитель ) = 35 МПа

– расчётная площадь поперечного сечения болта, мм²

– равнодействующая внутреннего давления, МН

– реакция прокладки, МН

– коэффициент жёсткости фланцевого соединения

– эффективная ширина прокладки, мм

Так как фланец работает в условиях повышенного давления и температуры, по правилам Госгортехнадзора дополнительные нагрузки и изгибающие моменты не допускаются, поэтому F = 0, М = 0

Средний диаметр прокладки

= +

(2)

= + 0,094 = 0,123 м

Равнодействующая внутреннего давления

=

= == 0,053 МН

Реакция прокладки

= π· · · ·

– эффективная ширина прокладки

=

(5)

= = 0,03 м

При > 0,015 м = 0,12·

(6)

= 0,12· = 0,02 м

Материал для прокладки паронит толщиной 1 мм

толщина прокладки 3 мм

= 2,5 – коэффициент, зависящий от материала и конструкции

= π· · · ·

= 3,14 · 0,053 · 0,02 · 2,5 · 4,5 = 0,037 МН

Коэффициент жёсткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции

=

Линейная податливость прокладки (неметаллической)

= ,

Где = 1

= 1 – коэффициент обжатия прокладки (для паронита)

= 0,002 м – высота (толщина) прокладки

= 2000 МПа – модуль упругости материала

=

(8)

= = 0,000087

Угловая податливость фланца

= ,

Где ν и – безразмерные параметры

ν =

(10)

= ;

(11)

и – коэффициенты, определяемы по формулам

= 1,28·

Е – модуль упругости материала фланца

= 1,28 · = 0,544

= = 2,2

Эквивалентная толщина втулки

= ·

Высота втулки

= – b = 0,077 – 0,029 = 0,048 м

= =

(13)

= = 2,88

= ·

= · = 0,013 м

(14)

=

(15)

= = 0,914

ν =

(16)

ν = = 0,221

=

= =0,204

Линейная податливость болтов

= ,

Где – модуль упругости материала

– расчётная длина болта

расчётная площадь поперечного сечения

= 2·h + 0,03 + 2·0,7· + 0,006 = 2 · 0,032 + 0,03 + 2 · 0,7 · 0,024 + 0,006 = 0,134 м

и – температура фланца, болтов

= 0,96·t , = 0.95·t

= 0,96·t = 0,96 · 170 = 163,2ºС

= 0.95·t = 0,95 · 170 = 161,5ºС

= 1,97· МПа

=

= 0,00028

Коэффициент жёсткости фланцевого соединения

=

(20)

= =0,12

= max

Принимаем = 0,135 МН

Болтовая нагрузка в рабочих условиях

= ·(1 – )·( F) +

– усилие, возникающее от температурных деформаций

=

– коэффициент линейного расширения материала фланцев и болтов

= 12,2 · 2· м/^оС

= 13,3·

= = – 8,37· МН

При < 0 должно выполняться условие

· · – > ,

(23)

где – допускаемое напряжение для материала болтов при расчётной температуре

для = 161,5 ºС 225 МПа

225 · 8 · 0,0003 – = 0,539

= ·(1 – )·( F) +

= 0,135 + ( 1 – 0,12 ) · 0,053 – 8,37· = 0,181 МН

Условия прочности болтов

МПа

230МПа, 225МПа

Условие выполняется

Условие прочности неметаллической прокладки

,

(25)

= max

= = 0,181 МН

= 15,1 МПа 130 МПа

Условие выполняется

Условие прочности втулки фланца для сечения, ограниченного размером = 0,023 м

(26)

Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером

=

(27)

(28)

Где и – безразмерные параметры

=

(29)

– приведённый изгибающий момент, вычисляемый из условия

= max

(30)

Максимальное напряжение в кольце фланца

= ·

(31)

= =1,284

= max

= max = 0,0074 МН м

20 · 0,023 = 0,46

0,094 0,46

0,094 < 0,46 и = 1

= 0,117 м

= = 50 МПа

Максимальное напряжение в кольце фланца

= ·

(32)

= · =1,02· МПа

Допускаемое напряжение для фланца в сечении принимается равным пределу текучести материала фланца, то есть =

= = 222 МПа

(33)

= = 88,3 МПа

88,3 222МПа

Условие выполняется

Условие герметичности фланцевого соединения определяется углом поворота фланца

= ·

(34)

– допускаемый угол поворота фланца, принимаемый для приварных встык фланцев

= 0,009 рад. при 2000 мм

= ·

(35)

= · = 51,8· · 2,94 = 0,0015 рад.

0,0015 0,009

Условие выполняется