Конструирование фланцевого соединения

Расчетные параметры

Расчетная температура:

фланцы ;

болты .

Расчётное давление Р_у = 2,5 МПа.

Внутренний диаметр фланцевого соединения D = 2200мм.

Толщина стенки аппарата S = 20мм.

Допускаемое напряжение для болтов: материал Сталь 40Х:

– при 20ºС, – при 150ºС по ОСТ 26-373—78;

– при 20ºС, – при 150ºС таблица 3.12 [4, с.24];

Прокладка из паронита, шириной b = 25мм (ОСТ 26-373—78), модуль упругости 2000 МПа.

Материал фланцев такой же, как у аппарата…

Расчётные величины:

1) Меньшая толщина конической втулки фланца:

, но ;

Окончательно принимаем S₀ = 30мм.

2) Отношение большей толщины втулки к меньшей выбираем для плоских приварных в стык фланцев b = 2,2 [2, с.258].

3) Большая толщина втулки фланца:

;

4) Длина втулки приварного встык фланца:

;

Так как в таблице 13.26 [2, с.258] нету значений резьбы на давлении 2,5МПа при диаметре 2200мм, то выбираю средний диаметр резьбы по другим близким условным диаметрам. Выбираем стандартные болты с резьбой М30.

5) Диаметр болтовой окружности:

;

6) Наружный диаметр фланца:

,

где а = 58мм [2, с.259].

Окончательно принимаем D_ф = 2465мм;

7) Наружный диаметр прокладки:

,

где e – стандартный параметр [2, с.260];

8) Средний диаметр прокладки:

;

9) Эффективная ширина прокладки:

;

В зависимости от конструкции и материала прокладки выбираем расчетные параметры m = 2,5, q = 20 МПа табл. 13.28 [2, с.260].

10) Ориентировочное число болтов:

,

где t_б = 2,7d_б = 2,7·30 = 81мм – шаг болтов;

Определяем вспомогательные величины, используя которые в дальнейшем будем производить расчёт фланцевого соединения:

a) Коэффициент χ:

,

где .

b) Эквивалентная толщина втулки фланца:

;

c) Ориентировочная толщина фланца:

,

где λ = 0,37 – безразмерный коэффициент, определяемый по диаграмме и зависящий от условного давления и типа фланцев [2, с.262].

d) Безразмерный параметр:

,

где ; и – безразмерные коэффициенты, зависящие от типа фланцев;

e) Угловая податливость фланца:

,

где Е_Ф = 1,86 ·10⁵ МПа (Сталь 09Г2С при 150ºС) – модуль продольной упругости материала фланца,

– безразмерный параметр, зависящий от К и определяемый по диаграмме [2, с.263].

f) Линейная податливость прокладки:

,

где Е_п = 2000 МПа – модуль продольной упругости материала прокладки.

g) Расчетная длина болта:

,

где – длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки.

h) Линейная податливость болтов:

,

где f_Б = 5,4×10^-4м² – расчетная площадь поперечного сечения по внутреннем диаметру резьбы [2, с.259];

Е_Б = 2,15×10⁵ МПа – модуль продольной упругости материала болта.

i) Коэффициент жесткости фланцевого соединения:

4.3. Расчёт фланцевого соединения, работающего
под внутренним давлением

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления:

;

Реакция прокладки в рабочих условиях:

;

Усилие, возникающее от температурных деформаций:

где a_Ф = 14×10^-6 – коэффициент температурного расширения фланцев;

a_Б = 12,6×10^-6 – коэффициент температурного расширения болтов.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа:

;

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

;