4.2 Розрахунок болтів фланцевих з’єднань.

Для забезпечення питомого тиску σ_у (посадочної напруги) , необхідного для деформування прокладки й подолання сили внутрішнього тиску, що прагне відірвати кришку від корпуса апарата, кожний болт повинен витримувати зусилля Q_б (у МН) (або потрібно забезпечити умови роботи апарату)

Q_б = (N+P)/n,

де N - загальна сила нормального тиску на прокладку, МН;

n - число болтів на фланці (приймають кратним 4);

Р - зусилля, що відриває кришку від фланця, діє на всі болти, Мн;

N = π D b₀ m p

P = ,

Де D – розрахунковий діаметр прокладки;

b₀ – ефективна ширина прокладки;

m – коефіцієнт тиску на прокладку (по табл.. 1);

р - тиск усередині апарата, Мпа;

Якщо прокладка недостатньо щільно затиснена, газове середовище може проникнути в зазор між площиною фланця й прокладки й у такий спосіб створиться додаткове зусилля, що відриває кришку. Тому розрахунки ведуть по розрахунковому діаметрі прокладки:

Розрахунковий діаметр прокладки приймають в залежності від приведеної ширини прокладки b’: якщо b’<6.25 мм - D = D_сер

якщо b’>6.25 то D=D₃-2b₀

D_сер – середній діаметр прокладки,

D_з – зовнішній діаметр контакту (прокладки)

b₀ – ефективна ширина прокладки.

З другої сторони ми повинні затягнути болти, щоб зім’яти прокладку до початкового стану з посадочною напругою σ_п. ( або повинні забезпечити умови монтажу апарату).

Q’_б=πDb₀σ_п ,

Де b₀ – ефективна ширина прокладки

σ_п – посадочна напруга прокладки (по табл.).

В подальшому для розрахунку болтів приймаються більше значення навантаження:

- від тиску в апараті (робочі умови),

- від затяжки болтів (тиск відсутній) для зминання прокладки (умови монтажу).

При низьких тисках і твердих прокладках значення навантаження на болти від їх затяжки більші від тиску в апараті, при значних тисках – навпаки

Кількість болтів знаходиться з виразу

Q_б – найбільше навантаження на болти,

q_б – допустима навантаження на один болт

d₁ – внутрішній діаметр різьби, м

δ_с – констуктивна прибавка (1-2мм)

[σ] – допустима напруга при розтягу на болт, рекомендується приймати менше межі міцності в 5; 6,5; 8 разів в залежності від якості виготовлення фланців.

Кількість болтів фланцю округлюють в більшу сторону, кратне 4.

Відстань між болтами (крок) приймається залежно від внутрішнього діаметра різьби болта і тиску в апараті. Для його визначення можна скористатися графіком, представленим на рис.8.

Рис.8 Для вибору кроку розміщення болтів на фланці

При конструюванні фланцевих з'єднань необхідно керуватися наступними правилами:

• не слід розташовувати отвори на фланцях по головних осях .

• прокладку необхідно розміщати до шпильок або болтів.

• чим вищий тиск в апараті, тим тонша повинна бути прокладка;

• гайка повинна опиратися тільки на фланець, а не на жолобки або зврний шов, не повинна бути перекошена;

• при високих температурах робочого середовища замість болтів краще застосовувати шпильки, тому що вони більш гнучкі (еластичні) ;

• краще брати меншу кількість болтів більшого діаметра, ніж навпаки

• зовнішній діаметр фланця приймається рівним діаметру болтового кола плюс два діаметри болта, плюс 5—10 мм;

• рекомендований мінімальний тиск для розрахунку фланцевого з'єднання приймається рівним 0,25 Мпа, якщо навіть апарат працює без тиску.