3.3 Розрахунок фланцевих болтів

Болти (рис. 3.1, а ) для з'єднання фланців використовують при тиску в апараті до 1,6 Н/мм². При більш високих тисках болти застосовувати не рекомендується через те, що біля головки болта виникають місцеві напруження. При тисках, вищих 1,6 Н/мм², а також при високих температурах використовують шпильки (див. рис. 3.1, б).

З'єднання, які часто розбираються, виконуються з відкидними болтами (рис.3.2). Відстань між сусідніми болтами для забезпечення герметичності приймають рівним від (35)d, де d – зовнішній діаметр болтів. Відстань від зовнішніх країв ущільнення до осей болтів необхідно приймати якомога меншою.

В роботі фланцевих болтів можна виділити три стадії.

Стадія перша (рис.3.3 а) — початок складання; гайка дотикається до фланця; болт не затягнутий; прокладка не стиснена.

С тадія друга (рис. 3.3 б) — з'єднання зібрано, болт затягнутий силою V, та подовжився на l_б; прокладка стиснена силою V її товщина зменшилась на l_п . На рис. 3.3, б діаграма сил і деформацій для болта зображена прямою ОА; для прокладки – прямою О₁А (деформація стиску прокладки l_п відкладена вліво та позначена на рис. l_ст.)

Стадія третя (рис. 3.3 в) — поданий тиск; кришка намагається піднятись; болт додатково подовжується на l_тиск; на цю ж величину l_тиск зменшується деформація прокладки. На рис. 3.3, в діаграма для болта зображається прямою ОС. При побудові цих діаграм деформація стику приймалась рівною деформації прокладки (жорсткість фланців значно більша жорсткості прокладки). На діаграмі V – сила попереднього затягування; V_ост – сила остаточного затягування або сила, яка необхідна для підтримання герметичності (ця сила стискає прокладку після подачі тиску в апарат); — сила, що діє на один болт від тиску в апараті (z – кількість болтів; р – тиск, Н/мм² , D_сп – середній діаметр прокладки, мм); Р = V_ост+Q — сумарна сила, що розтягує болт, на рис. 3.3, в показані всі три сили, що діють на фланець).

Розглядаючи додатково рівняння деформацій l_{б тиск} = l_{п тиск} та вводячи коефіцієнт основного навантаження  та коефіцієнт запасу проти розкриття стику К_ст = 1,251,5, отримуємо вираз для сумарної болтової сили

Коефіцієнт основного навантаження , де — податливість прокладки, що дорівнює деформації від одиничної сили; — податливість болта; l_п та l_б — товщина прокладки та довжина болта, мм; F_п та F_б — площа прокладки, що приходиться на один болт та площа поперечного перерізу болта (площу болтів F_б можна брати за зовнішнім діаметром різі, а площу шпильок F_ш – за внутрішнім діаметром різі); Е_п та Е_б – модулі пружності матеріалу прокладки і болта:

Таблиця 3.2
Матеріал	Е, Н/мм2
1	2
Пароніт або пресований азбест	3103
Фторопласт 4	2103
Гума (b – ширина прокладки, h – товщина прокладки
Гофрована прокладка з азбестовим наповнювачем та оболонкою з міді або алюмінію	4103
Те ж, оболонка зі сталі	5103
Продовження таблиці 3.2
1	2
Гладенькі прокладки з азбестовим наповнювачем та оболонкою з міді або алюмінію з м'якої сталі із сталі Х18Н9Т	5103 6103 6103
Суцільні металеві прокладки алюміній мідь м'яка сталь сталь Х18Н9Т	70103 110103 200103 200103
Сталь для болтів (шпильок)	215103

Для сталевих деталей можна прийняти =0,2 та К_ст=1,4; при наявності м'яких прокладок =0,4 та К_ст=1,5. І в тому і в іншому випадку для орієнтовних розрахунків можна прийняти

Р  1,3Q.

Умова міцності болтів:

Р  [Р],

де [Р] – допустиме навантаження для болтів (шпильок) при розрахунковій температурі (табл. Б.8, додаток Б).

Розрахункову температуру для болтів (шпильок) в з'єднанні таких типів, що зображені на рис. 3.1, приймають t_б  0,95t_с, де t_с – температура середовища в апараті. При дуже наближених розрахунках приймається t_б  t_с.