2. Упрощенный расчет

При проектировании резервуаров, как правило, выбирают фланцевые соединения с контактирующими фланцами.

Для предварительного выбора размеров деталей и проверки прочности фланцевых соединений с контактирующими фланцами проводят упрощенный расчет.

3. Основной расчетный случай

Считаем, что в данной конструкции предварительно затянутое фланцевое соединение нагружено внешней продольной силой (рисунок 4.2) и фланцевые болты работают только на растяжение. Материал болта выбирается в соответствии с рекомендациями приложения А.

Диаметр болта (шпильки) по заданному усилию нагружения (внутреннему давлению в аппарате) выбирают по формуле

, см (4.1)

где q — рабочее давление, кгс/см₂;

[σ_р] — допускаемое напряжение при растяжении;

15

d₁ — внутренний диаметр резьбы болта;

d_патр — внутренний диаметр патрубка, см;

z— число болтов.

Число болтов для обеспечения более равномерной затяжки стыка выбирают кратным четырем (z = 4, 8, 12, 16, 20, 24,….).

После предварительного расчета d₁ по справочнику [1,2] выбираем d₁ ближайшее большее к расчетному значению и определяем номинальный диаметр болтов фланцевого соединения.

Рисунок 4.2- К расчету фланцевых соединений с контактирующими фланцами

Основные размеры и материал фланца выбираются в соответствии с рекомендациями приложения А.

Расчетное усилие Q_c, действующее на болты (рис. 4.2), определяют по формуле

(4.2)

где — средний диаметр прокладки, мм;

16

q — рабочее давление среды, МПа.

l₁ – расстояние от средней окружности трубы до окружности осей болтов. (l₁ = 2…2,5d₁)

l₂ – расстояние от наружной окружности фланца до окружности осей болтов.( l₂ ≈ d₁ )

Коэффициент затяжки k принимается равным 1,5 – 2,5.

Условие прочности фланцевых болтов:

(4.3)

где z — число болтов;

d₁ — внутренний диаметр резьбы принятого по справочнику болта;

[σ]_Т — предел текучести материала болта с учетом рабочей температуры.

При расчете на прочность фланец рассматривают как стержень, заделанный в сечении AB (рисунок) и упруго связанный с трубой. Изгибающий момент в сечении AB

, где

P – внешнее усилие действующее на фланцевое соединение; - коэффициент уменьшения изгибающего момента () за счет упругой связи фланца и трубы. Если труба очень жесткая (по отношению к фланцу), то, для тонкой трубы. Значениявычисляют по приближенной формуле:

,

Где - средняя толщина трубы; с – диаметр отверстия под болт.

Напряжение изгиба во фланце (сечение АВ) должно быть

,

17

Где - число болтов.

Изгибающий момент в сечении LN трубы

,

Напряжение изгиба в этом сечении должно удовлетворять условию

.

Расстояние между осями болтов (шаг болтов) обычно принимают при малых давлениях (q < 1 МПа) - l= (5…7) d; при больших давлениях q > 3 МПа- l = (2,5…4) d.

Из формул следует, что для снижения напряжений во фланцах целесообразно:

а) приближать оси болтов к трубе (уменьшать l₁);

б) увеличивать толщину трубы в месте перехода к фланцу (размер s₁). Однако при большой конусности (1:2) упрочнение получается чисто местным и максимум напряжений сдвигается к более тонкому сечению трубы.

18