38 Вопрос
I.. Фланцы
приварные встык
рассчитывают под действием силы
на изгиб как консольную балку в опасных
сечениях по линиям АВ
и
ВС
(рис. 8.20).
Изгибающий момент в сечении фланца по линии АВ
,
(8.14)
где
плечо силы
,
м;
диаметр конической втулки фланца, м.
Момент сопротивления изгибу площади опасного сечения фланца по линии АВ
,
(8.15)
где h высота тарелки фланца, м.
Напряжение изгиба в сечении фланца по линии АВ
.
(8.16)
Выражая из формулы (8.16), высота тарелки фланца составит
.
(8.17)
Изгибающий момент в сечении фланца по линии ВС
,
(8.18)
где
0,4
коэффициент, учитывающий жесткость
фланца;
плечо силы
,
м.
Момент
сопротивления изгибу
площади опасного сечения фланца по
линии ВС
,
(8.19)
где
средний диаметр конической втулки
фланца, м.
Напряжение изгиба в сечении фланца по линии ВС
.
(8.20)
Фланцы приварные встык состоят из плоской кольцевой тарелки 1 с отверстиями для болтов или шпилек, конической втулки-шейки 2 с цилиндрической отбортовкой 3 и выступа 4 с плоской или рельефной привалочной поверхностью. Коническая шейка 2 выполняется на противоположной от выступа 4 поверхности фланца и имеет цилиндрическую отбортовку 3 со скошенными под сварку кромками (рис. 8.2). Фланцы данной конструкции через отбортовку 3 привариваются встык сплошным сварным швом к торцу патрубка или обечайки 5 аппарата
В отличие от плоских приварных фланцев фланцы приварные встык характеризуются наличием конического утолщения (втулки или шейки) 2 в зоне концентрации напряжений (см. описание к рис. 8.5, а). Коническая втулка не только уменьшает напряжения за счет увеличения площади, воспринимающей нагрузку (делает фланец более жестким), но и выносит из зоны А (рис. 8.5, а) сварные швы, а также позволяет вести сварку в более благоприятных условиях (одинаковая толщина свариваемых деталей). Распределение напряжений по конической втулки 2 фланца показано на рис. 8.7.
При работе с коррозионными средами, в целях экономии дефицитного конструкционного материала, тарелку 1 приварного встык фланца (рис. 8.6, б) изготовляют из обычной углеродистой стали без выступа 4, заменяя его защитным накладным кольцом 6 и облицовочными листами 7 из коррозионностойкой стали. Накладное кольцо 6 приваривается сплошным сварным швом к тарелке 1 и облицовочным листам 7 аппарата.
Благодаря конической шейке разгружается сам фланец, что позволяет изготавливать тарелку приварного встык фланца более тонкой по сравнению с тарелкой свободного фланца. Однако сопрягаемый в этом случае с конической шейкой фланца патрубок, обечайка или крышка аппарата несут дополнительную нагрузку и в них могут возникать добавочные напряжения. Возникновение добавочных изгибных напряжений особенно нежелательно в тяжелонагружениых трубах высокого давления.
Достоинства приварных встык фланцев:
высокая жесткость конструкции за счет наличия конической втулки;
отсутствие концентрации напряжений у основания фланца (рис. 8.7);
не больная высота тарелки фланца по сравнению с плоским приварным или свободным фланцами;
возможность применения при средних и высоких давлениях;
проведение сварочно-монтажных работ в благоприятных условиях.
Недостатки приварных встык фланцев:
сложность конструкции по сравнению с плоскими приварными фланцами;
не достаточно высокая технологичность изготовления;
возможность возникновения дополнительных напряжений изгиба в сопрягаемых элементах сосудов, аппаратов и трубопроводов