Расчет фланцевого соединения - Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки

плоский приварной фланец

Рис.5 Плоский приварной фланец.

Исходя из рабочих условий, принимаем плоские приварные фланцы с уплотнительной поверхностью типа - плоская.

Марка стали фланца -12X18H10T

Расчетные температуры элементов фланцевого соединения:

Температура фланцев tФ=tс=110C

Температура болтов tБ=0,97tC=106,7C

Материал болтов - сталь 35Х

Прокладка: плоская неметаллическая - паронит

I. Конструктивные размеры фланца

    А) Толщину втулки фланца принимаем S0=20мм, что удовлетворяет условию S0S (20мм=20мм) Б) Высота втулки фланца:

Принимаем hВ=100 мм.

В) Диаметр болтовой окружности

DБ?D+2(2S0+dБ+U)=1800+2(220+20+6)=1932мм

DБ=20мм - наружный диаметр болта при D=1800мм и РР=0,432 МПа;

U-нормативный зазор (U=6мм)

Принимаем DБ=2000мм.

Г) Наружный диаметр фланца

DH?DБ+a=2000-40=2040мм

А=40мм - для шестигранных гаек при dБ=20мм - конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца.

Принимаем DH=2200мм.

Д) Наружный диаметр прокладки

DН. П.=DБ-е=2000-30=1970

Е=30мм - нормативный параметр для плоских прокладок.

Средний диаметр прокладки

DC. п.=DHП- b=1970-20=1950мм

B=20мм - ширина прокладки.

Е) Количество болтов, необходимых для обеспечения герметичности соединения

NБ=DБ/tШ=3,142000/76=82,6шт

TШ=3,8dБ=3,820=76 - шаг размещения болтов М20 на болтовой окружности.

Принимаем nБ=84, кратное 4

Ж) Высота (толщина) фланца

Ф=0,31-для плоских приварных фланцев

SЭк=S0=20мм, т. к. для плоских фланцев 1=S1/S0=1

Принимаем hФ=60мм.

II. Нагрузки, действующие на фланец.

А) Равнодействующая внутреннего давления

FД=PРDС. п.2/4=0,4323,1419502/4=1,3МН

Б) Реакция прокладки

RП=DС. п.B0RПрPР=3,141,950,022,50,432

RП=0,13МН

RПр=2,5 для паронита; b0=b=0,02м

В) Коэффициент жесткости фланцевого соединения

Податливость болтов

YБ=lБ/(EБFБNБ)=0,13/(1,9105842.3510-4)=34,610-6 м/МН

LБ=lБ. о.+0,28dБ=124+0,2820=129.6мм0,13м

Lб. о.=2(hф+hп)=2(60+2)=124мм - расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки при толщине прокладки hп=2мм

ЕБ=1.9105 МПа - для материала болтов из стали 35Х;

FБ=2.3510-4 м2 - для болтов диаметром d=20мм

Податливость прокладки

YП=RПHП/(EПDС..п.B)

ЕП=2000 МПа

RП=1

YП=210-3/(20003,141,950,02)=8.1310-6 М/МН

Податливость фланца

YФ=[1-(1+0,9'Ф)]2/(hФ3E)=0,022 (МНм)-1

    2=(DН+D)/(DН-D)=(3,2+1,8)/(3,2-1,8)=3.6 1=1,28lg(DН/D)=1,28lg(3,2/1,8)=0,73

E=2105 МПа - для фланца из стали 12X18H10T

=1/(1+0,9'Ф(1+1HФ2/SЭк2))=1/(1+0,90,011(1+0,730,062/0,022))

=0,93

YФ=[1-0,93 (1+0,90,011)]3.6/(0,0632105)=0.72 (МНм)-1

г) Болтовая нагрузка в условиях монтажа29.55-06

RЖFД+R=3.471,3+0,13=4.61 МН

FБ1=max

0,5Dс. п.b0Pпр=0,53,141,950,0220=1.22МН

FБ1=4.61 МН

Д) Болтовая нагрузка в рабочих условиях

FБ2=FБ1+(1-RЖ)FD+FT

Ф=1710-6, 1/C

Б=13,310-6, 1/C - коэффициенты линейного расширения фланца и болтов.

FT=0,45МН

FБ2=4.61+(1-3.47)1,3+0,45=1.86 МН

Е) Приведенный изгибающий момент

0,5(DБ-DС. п.)FБ1=0,5(2-1,95)4.61=0,115 МНм

М0=max

0,5[(DБ-DС. п.)FБ2+(DСп-D-SЭк)FD][]20/[]=

=0,5[(2-1,95)1.86+(1,95-1,8-0,02)1,82]160/152=0,095 МНм

[]20=160 МПа; []=152 МПа - для стали материала фланца при 20 C и расчетной температуре t=110C

М0=0,095 МНм

III Проверка прочности и герметичности соединния

А) Условие прочности болтов при монтаже фланцевого соединения и в его рабочем состоянии выполняется:

FБ1/(nБFБ)<[]Б20 4.61/(842.3510-4)=223 МПа<230 МПа

FБ2/(nБFБ)<[]Б 1.86/(842.3510-4)=94.2 МПа<229 МПа

=230 МПа; []Б =229 МПа - для материала болтов при 20 C и расчетной температуре t=106,7C

Б) Условие прочности прокладки выполняется:

FБmax/(DС. п.B)<[PПр]

[PПр] =130 МПа - для прокладки из паронита;

FБmaax=max{FБ;FБ2}=max{4.61;1.86}=4.61 МН

    4.61 /(3,141,950,02)=37.6 МПа В) Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S0:
      0=fФ1=fФTФM0/[D(S1-c)2]=10.170,0950,93/[1,80,0192]=23 МПа

Г) Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное

T=PPD/[2(S0-c)]=0,4321,8/(20,019)=20.46 МПа

Меридианальное

M=PPD/[4(S0-c)]= 0,4321,8/(40,019)=10.23 МПа

Д) Условие прочности для сечения, ограниченного размером S0=20 мм, выполняется:

[]0=0,003E=0,0031,9105=570 МПа

Е) Окружное напряжение в кольце фланца

К=M0[1-(1+0,9'Ф)]2/(DhФ2)=0,095[1-0,93(1+0,90,011)]18/(1,80,062)=16.16 МПа

Ж) Условие герметичности фланцевого соединения выполняется

=(К/E)(D/hФ)<[]

=(16.16/1,9105)(1,8/0,06)=0,0025рад<0,013рад

[]=0,013 рад - допустимый угол поворота плоского фланца.

Похожие статьи




Расчет фланцевого соединения - Расчет толщины стенки цилиндрической обечайки

Предыдущая | Следующая