WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 16 |

Усилие затяга, необходимое для достижения герметичности фланцевого соединения, зависит от конструкции прокладки, ее ширины и толщины, от механических свойств материала, от формы и чистоты обработки привалочных поверхностей.

Рис. 6.9. Форма сечения металлических прокладок:

а – круглая; б – овальная; в – восьмиугольное; г – линза В результате сжатия в прокладках возникает напряжение, минимально необходимая величина которого называется посадочным. Величина посадочного напряжения зависит не только от материала прокладки, но и от ее толщины. Более толстые прокладки являются и более мягкими и посадочное напряжение в них меньше. Усилие затяга при данной величине посадочного напряжения пропорционально площади Рис. 6.прокладки, поэтому нерационально располагать прокладку на всю поверхность фланца (рис. 6.10). Хотя в этом случае фланец работает в лучших условиях, но увеличивается болтовое усилие.

Чем больше давление в аппарате, тем уже должна быть прокладка. Во фланцах высокого давления площадь касания металлических шлифованных элементов привалочной поверхности определяется шириной полоски упругой деформации сжатых частей.

Форма привалочной поверхности существенно влияет на работу прокладки и величину болтового усилия. Поэтому при его определении в расчет вводится не действительная ширина прокладки, а только ее часть, которая называется эффективной шириной прокладки. Это объясняется тем, что внешний диаметр прокладки сжат сильнее, чем внутренний.

Фланцы могут работать и совсем без прокладок, если их привалочные поверхности пришабрены и плотно прижаты друг к другу. Такие фланцы очень дороги и применяются в весьма жестких условиях.

Различные виды привалочных поверхностей приведены на рис. 6.11.

Плоская поверхность (рис. 6.11,а) применяется до ру=2,5 МПа. На плоских поверхностях иногда наносят от двух до четырех рисок треугольного сечения (рис. 6.11,б), полагая, что это улучшает уплотнение и уменьшает вероятность его пробоя.

Рис. 6.11. Форма привалочных поверхностей а) плоская; б) плоская с рисками; в) выступ-впадина;

г) шип-паз; д) с овальным металлическим кольцом; е) с линзой Фланцы выступ-впадина (рис. 6.11,в) предусмотрены для работы до Dу=800 мм и ру=16 МПа, а до Dу=250 мм при ру=20 МПа. Однако опыт эксплуатации показал, что ширина прокладки у таких фланцев слишком велика, что увеличивает их затяжку. Поэтому это соединение не имеет преимуществ перед предыдущим типом, за исключением самоцентрирования и меньшей вероятности пробоя прокладки.

Гораздо более надежно уплотнение «шип-паз» (рис. 6.11,г). При условном давлении до 10 МПа «шип-паз» допустим до Dу=800 мм, а при меньших давлениях это соединение работает хорошо до самых больших диаметров.

Уплотнение со шлифованным кольцом овального сечения (рис. 6.11,д) и линзовое уплотнение (рис. 6.11,е) пригодны для высоких давлений. Первое – до 20 МПа, а второе – до 100 МПа.

Привалочные поверхности под мягкую прокладку достаточно обработать по третьему или четвертому классу чистоты. Для металлических шлифованных прокладок требуется более высокая чистота обработки – седьмой или восьмой класс.

6.4. Сущность расчета фланцев Рассмотрим метод расчета фланцев, предложенный С.П.Тимошенко, отличающийся ясностью предпосылок. Разберем вначале работу свободного фланца. Свободный фланец – это кольцо прямоугольного сечения, нагруженное равномерно распределенными по окружности моментами (рис. 6.12).

Рис. 6.12. К расчету свободного фланца Допустим, что под действием моментов деформация кольца будет состоять только в повороте сечения на угол без искажения формы сечения кольца.

Относительное удлинение исследуемого волокна радиусом r при повоy Ey роте сечения на угол будет = и, следовательно, =.

r r Согласно условиям равновесия половины кольца сумма всех нормальных сил, действующих на его поперечное сечение, должна равняться нулю, а момент этих сил по отношению к оси х должен равняться моменту M=Mt, где Mt – момент, приходящийся на единицу длины осевой линии;

- радиус осевой линии.

Для кольца любого сечения условия равновесия будут Ey EydF = 0; dF = M.

F F Для кольца прямоугольного сечения t / 2 Rн t / 2 Rн Ey Ey drdy = 0; drdy = M.

r r -t / 2 Rв -t / 2 Rв После интегрирования последнего уравнения имеем Et3 Rн ln = M, 12 Rв откуда 12M 12Mt = =.

Rн Rн Et3 ln Et3 ln Rв Rв Тогда Ey 12My = =.

Rн r rt3 ln Rв Максимальные напряжения возникнут у внутренних углов сечения кольца. В этом случае t 12M 12Mt r = Rв; y = ± ; max = =.

Rн Rн t2Rв ln t2Rв ln Rв Rв Отсюда прямо можно определить напряжение и толщину свободного фланца 6Wl Wl Wl max = =1,66, и t =1,Dн Dн Dн t2Dв ln t2Dв ln []Dв ln Dв Dв Dв где W – болтовая нагрузка;

l – плечо момента.

Более сложен расчет цельного фланца, гомогенно соединенного с трубой. В этом случае фланец не только поворачивается на угол, но и изгибает саму трубу. Благодаря разной жесткости трубы и фланца в месте их соединения возникают перерезывающие силы Р0 и изгибающие моменты М (рис. 6.13). Найдем значения Р0 и М0, отнесенные на единицу длины внутренней окружности трубы. Угол поворота края трубы равен углу поворота фланца.

Из ранее рассмотренного примера жесткого соединения трубы и фланца имеем:

P0 - kM0 P0 - 2kM= 0; - =.

2k3D 2k D 3(1 - 2 ) Коэффициент k равен k =, Рис. 6.13 Rв sоткуда P0 = kM0; M = 2kD; P0 = 2k D.

Крутящий момент, отнесенный к единице длины осевой линии фланца и возникающий под действием болтовой нагрузки W, Rв t Rв t W (Rн - Rв ) - M - P0 W (Rн - Rв ) - M - kMM1 = =.



0 2 Подставим это значение в уравнение для определения угла поворота свободного фланца, определим его значение и вычислим момент М0:

24kDRв t W (Rн - Rв ) - M - kMM0 =.

Rн Et3 ln Rв EsВводя значение цилиндрической жесткости D =, получим 12(1 - 2 ) окончательно W (Rн - Rв ) M =.

kt 1 - 2 t Rн 1 + + ln 4 2kRв s Rв Наибольшее напряжение будет от изгиба в трубе 6M =.

s6.5. Условия расчета фланцевых соединений Фланцевое соединение рассчитывают по ОСТ 26-373-78. Расчетная температура t принимается в соответствии с табл. 6.1, где tф – температура фланца;

tк – температура корпуса;

tБ – температура болта.

Допускаемые напряжения для болтов и шпилек, не указанные в таблицах, определяют по формулам:

а) для углеродистых сталей при tR380°С, для низколегированных сталей при tR420°С и для высоколегированных аустенитных сталей при tR525°С [ ] = / nT.

Б T Таблица 6.Расчетная температура фланцевого соединения Изолированные Не изолированные Тип фланцевого соединения элементы элементы tф tк tБ tф tк tБ Приварные плоские и встык t - 0,97t 0,96t - 0,95t Со свободными фланцами t 0,97t 0,9t 0,96t 0,9t 0,81t б) при больших расчетных температурах T дл пл [Б ] = min ; ;

.

nT nдл nпл Запасы прочности для болтов приведены в табл. 6.2.

Таблица 6.Запас прочности для болтов фланцевого соединения Материал болта nT nдл nпл Углеродистые стали T/B0,7 2,8 2,4 1,8 1,T/B<0,7 2,3 2,1 1,8 1,Аустенитные стали 1,9 1,8 1,8 1,Допускаемые напряжения для фланцев:

а) в месте соединения втулки с плоскостью фланца [ф ] = Tф ;

б) в месте соединения втулки с обечайкой при давлении менее 4 МПа и N2000 (N – число циклов нагружения фланца) [фо ] = 0,003E;

в) то же, но при N> Затяг Затяг не контролируется контролируется E 100 E -[фо ] = min ln + ; ln + ;

-8 N 100 - 2 12 N 100 - г) для свободного фланца [Tк ] = Tк При давлении p 4 МПа допускаемые напряжения уменьшают в полтора раза.

Допускаемые напряжения для всех элементов фланцевого соединения при расчетной температуре ниже 20 °С принимают такими же, как и при температуре 20 °С (при условии, что материал при этой температуре можно применить).

6.6. Общий порядок расчета фланцевого соединения Конструирование и расчет фланцевого соединения рекомендуется выполнять в следующем порядке. Должно быть задано: конструкционный материал фланцев и болтов (шпилек), давление р, внутренний диаметр фланцевого соединения D, толщина стенки аппарата s0. Далее выбирают конструкцию (рис. 6.14) и материал прокладки (табл. 6.3).

Толщина s0 втулки фланца (см. рис. 6.15) в зависимости от его конструкции принимается:

- для приварного встык s s0 1,35s, но во всех случаях s0 - s 5мм ;

- для плоских приварных и свободных s0 s, где s — исполнительная толщина обечайки аппарата.

Далее определяется ширина прокладки bп (рис. 6.15 и табл. 6.4).

Толщина s1 у основания втулки приварного встык фланца s1 = 1s0, при этом 1 принимается по рис. 6.16.

Рис 6.14. Выбор прокладки:

Рис. 6.15. Размеры фланца а – плоская; б – гофрированная; в – овальная шлифованная; г – восьмиугольная Таблица 6.Конструкция и материал прокладки Конструкция прокладки Материал р, МПа t, °С резина 0,6 -асбестовый картон 1,6 до Плоская неметаллическая паронит 2,5 -фторопласт не зависит -Плоская металлическая сталь, латунь, Al 2,5 -(шип-паз) асбест в металличеПлоская составная 6,ской оболочке -Овальная и сталь 6,восьмиугольная Таблица 6.Выбор ширины прокладки Диаметр Ширина Конструкция прокладки аппарата, прокладки, мм мм 1000 12-Плоская неметаллическая 1000-2000 15->2000 1600 12-Плоская составная >1600 18-1000 10-Плоская металлическая >1000 12-600 12-600-800 16-Овальная и восьмиугольная 800-1000 18-1000-1600 22-Длина l втулки фланца приварного встык l 3(s1 - s0).

Определение диаметра болтовой окружности, м а) для приварных встык фланцев DБ D + 2(s1 + dБ + 0,006) ;

б) для плоских приварных фланцев DБ D + 2(s0 + dБ + 0,006) ;

в) для свободных фланцев DБ Dок + 2(dБ + 0,006), где Dок – внутренний диаметр свободного фланца. Определение наружного диаметра фланца Dф DБ + a), где а – определяется в зависимости от диаметра болта и размера гайки по таблице в стандарте. Диаметр должен быть кратным пяти.

Определение наружного диаметра прокладки Dп = DБ - е, где е – зависит от типа прокладки и диаметра болта и выбирается по таблице в стандарте.

Определение среднего диаметра прокладки Рис. 6.16. Графики для определения :

Dпср = Dп - bп, Для pу0.6 МПа 2,2; для pу10 МПа =2.

где bп –ширина Во всех случаях min1,прокладки.

Эффективная ширина прокладки bЕ, используемая в расчетах, определяется по табл. 6.5.

Таблица 6.Выбор эффективной ширины прокладки Ширина Эффективная Конструкция прокладки прокладки bп, мм ширина bЕ bп15 0,5 bп Плоская 0,06 bп * bп>Овальная и восьмиугольная 0,125 bп • bп при вычислении bЕ следует подставлять в метрах.

По табл. 6.6 выбираются расчетные параметры прокладки m и q в зависимости от конструкции и материала прокладки.

Определяется ориентировочное число болтов или шпилек DБ zБ =, tБ где tБ – шаг болтов, определяемый параметрами табл. 6.7 и принимаемый при его меньшем значении.

Далее определяются вспомогательные величины:

а) коэффициент x l =1 + ( -1), где x = ;

x + 0,25(1 + ) Ds б) эквивалентная толщина втулки фланца sE = s(для плоского приварного фланца sE = s0 );





в) ориентировочная толщина фланца h = DsE, для плоских приварных фланцев = 0,2624 p3 - 0,9104 p2 + 1,146 p + 0,0016;

для фланцев, приваренных встык, = 0,0018p3 - 0,0262 p2 + 0,1357 p + 0,1985;

Таблица 6.Расчетные параметры прокладок Конструкция q [q] Eп Материал прокладки m прокладки МПа Резина при рR=0,76-1,2 МПа 0,5 2,0 18 3(1+bп/2s) Резина при рR>1,2 МПа 1,0 4,0 20 4(1+bп/2s) Плоская неметалличе- Картон асбестовый 2,5 20 130 ская Паронит 2,5 20 130 Фторопласт 2,5 10 40 Алюминий АД 4,0 Латунь Л63 4,75 Плоская меСталь 05кп 5,5 125 - таллическая Сталь08Х13 5,5 Сталь 08Х18Н10Т 6,Овальная, Сталь 05кп, 08Х13 5,5 - 8-угольная Сталь 08Х18Н10Т 6,5 Таблица 6.Выбор шага болтов pу 0,3 0,6 1,0 1,6 2,5 4,0 6,4-10,tБ/dБ 4,2-5,0 3,8-4,8 3,5-4,2 3,0-3,8 2,7-3,5 2,3-3,0 2,1-2,г) безразмерный параметр = [1 + 0,9(1 + 1 j2 )]-1, 1 = 1,28lg K. (6.1) Для плоских приварных и приварных встык фланцев K = Dф / D ; для буртов свободного фланца K = D1 / D4 ; для колец свободного фланца K = Dф / D5, где Dф – наружный диаметр фланца или кольца свободного фланца;

D – внутренний диаметр трубы или обечайки;

D1 и D4 – наружный и внутренний диаметр бурта свободного фланца;

D5 - внутренний диаметр кольца свободного фланца;

д) безразмерные параметры Т и 2:

K (1 + 8,55lg K) - 1 K + T = ; 2 =.

(1,05 + 1,945K )(K - 1) K -Угловая податливость фланца, (МН/м)-[1 - (1 + 0,9)]yф =.

h3Eф Угловая податливость плоской фланцевой крышки, (МН/м)-кр yкр =.

hкрЕкр 1,67[Kкр (1 + 8,55lg Kкр ) -1] Здесь кр = ;

кр 2 (Kкр -1)[Kкр -1(1,857Kкр + 1) hкр где кр – толщина плоской крышки;

hкр – толщина фланцевой части крышки;

Dф Kкр =.

Dпср Линейная податливость прокладки, м/МН sп yп =.

DпсрbпЕп Расчетная длина болта lБ = lБ 0 + 0,28dБ, где lБ0 – длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки. Для металлических прокладок уп=0).

Расчетная длина шпильки с двумя гайками lБ = lБ 0 + 0,56dБ.

Линейная податливость болтов (шпилек), м/МН lБ yБ =, zБ fБ EБ где fБ – сечение болта по внутреннему диаметру резьбы.

Коэффициент жесткости фланцевого соединения = A( yБ + 0,25(B1 + B2 )(DБ - Dпср ).

В этой формуле A = [ yп + yБ + 0,25(yф1 + yф2)(DБ - Dпср )2]-1;

B1 = yф1(DБ - D1 - sE1); B2 = yф2 (DБ - D2 - sE2 ).

Индексы 1 и 2 относятся к сопрягаемым фланцам соответственно. При стыковке одинаковых фланцев yф1 = yф2 = yф; D1 = D2 = D; B1 = B2 = B.

При стыковке фланца с плоской крышкой [1 - (1 + 0,9)]yф1 = ; yф2 = yкр; B2 = 0,25yкр (DБ - Dпср ).

h1 E Для фланцев с восьмиугольной или овальной прокладкой и свободных фланцев =1.

Безразмерный коэффициент а) для приварных фланцев = AyБ ;

б) для свободных фланцев = A1yБ, где A1 = [yп + yБ + 0,5yф (Ds - Dпср )2 + 0,5yк (DБ - Ds )2 ]-1 ;

Ds – наружный диаметр контактной поверхности бурта;

yк =.

Eкh3к Значение ук определяется по уравнению (6.1).

6.7. Расчет фланцевого соединения, работающего под внутренним давлением Сила, действующая на фланцевое соединение от внутреннего давления, Qд = 0,785Dпср pR.

Реакция прокладки в рабочих условиях Rп = 2DпсрbEmpR, где m – расчетная величина, выбираемая по табл. 6.6 (см. раздел 6.6).

Усилие, возникающее от температурных деформаций:

а) для приварных фланцев из одного и того же материала Qt = zБ fБ EБ (фtф - БtБ );

б) для приварных фланцев из разных материалов Qt = zБ fБ EБ[0,5(ф1 + ф2 )tф - БtБ )];

в) для свободного фланца Qt = zБ fБ EБ[0,5(ф1tф + кtк ) - БtБ )].

Болтовая нагрузка в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления):

а) при р0,6 МПа PБ1 = max{Qд + Rп; DпсрlEq; 0,4[]20 zБ fБ};

Б б) при p>0,6 МПа PБ1 = max{Qд + Rп; DпсрlEq}.

Болтовая нагрузка в рабочих условиях PБ 2 = PБ1 + (1 - )Qд + Qt, причем величина Qt учитывается, если Qt>0.

Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца рассчитываются по формулам M = 0,5PБ1(DБ - Dпср );

[]M = 0,5[PБ 2 (DБ - Dпср ) + Qд (Dпср - D - sE )].

[]t Расчетное значение момента M = max{M ; M }.

0 01 Для свободного фланца DБ=Ds.

Условие прочности болтов (шпилек) PБ1 PБ []20 ; []t.

zБ fБ Б zБ fБ Б В случае несоблюдения любого из этих условий следует увеличить число болтов, но так, чтобы оно было кратно четырем.

PБУсловие прочности неметаллических прокладок – [q], Dпсрlп где [q] – находится по таблице стандарта (см. раздел 6.6).

При несоблюдении указанного условия – увеличить ширину прокладки в пределах рекомендуемых значений.

6.8. Расчет элементов приварных и приварных встык фланцев Максимальное напряжение в сечении s1 фланца (рис. 6.15) TM 1 =, D*(s1 - c)где М0 – расчетное значение приведенного изгибающего момента;

D*=D при D20s1;

D*=D+s0 при D<20s1 и 3>1;

D*=D+s1 при D<20s1 и 3=1;

(величина 3 определяется по рис. 6.17).

Максимальное напряжение в сечении s0 : 0=31.

Напряжение в кольце фланца от момента М0 (МПа) M [1- (1+ 0,9)]к =.

DhНапряжение во втулке фланца от внутреннего давления pD pD x = ; =.

y 2(s0 - c) 4(s0 - c) Условия прочности фланца (бурта) 2 а) в сечении s1 1 + к + 1к [1];

б) в сечении s0 (0y )2 + 2 - (0 + y )x [0 ].

x В случае несоблюдения любого из условий, следует увеличить толщину h фланца или бурта.

Угол поворота фланца или бурта кD = [].

Eфh Для приварных фланцев или буртов:

а) при D>2000 мм []=0,013;

б) при D2000 мм []=0,009.

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 16 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.