4.2. Расчет литых фланцев из серого чугуна

Рабочая среда - вода; фланцы изготовлены из серого чугуна марки СЧ15-32; материал болтов - сталь 20, прокладка из мягкой резины. В расчете определена дополнительная нагрузка болтов от внутреннего давления ΔQ. Расчет фланцев и относительного сжатия прокладки выполнен для двух расчетных нагрузок болтов: для нагрузки, определенной без учета ΔQ, и для нагрузки с учетом ΔQ.

Алгоритм расчета является эмпирическим и содержит ряд коэффициентов, определенных экспериментально с обработкой опытных данных, полученных в системе МКГСС. Механический перевод исходных данных и результатов этого алгоритма в систему СИ невозможен, так как при этом непредсказуемым образом изменятся коэффициенты в формулах. В связи с этим подстановка исходных данных и расчет выполняются в системе МКГСС. Полученные результаты затем переводятся в систему СИ.

Исходные данные

р=2,3 кгс/см² - наибольшее рабочее давление

D_B.Ф=99 см - внутренний диаметр фланца

D'_н.ф=116 см - наружный диаметр фланца

D₁=111 см - диаметр окружности болтов

D_{H 0}=107 см - наружный диаметр прокладки

D_B0=100 см - внутренний диаметр прокладки

D₂ =103 см - средний диаметр прокладки

d_o =3 см - диаметр отверстия для болтов,

z =22 - число шпилек

b=2,9 см - номинальная толщина кольца, b = b' + h

b_p=2,8 см - расчетная толщина кольца, b_p = C(b + h)

s_H=2,6 см - толщина стенки конической втулки наибольшая

s=1,16 см - толщина стенки конической втулки наименьшая

i=112,5 - уклон втулки

d =2,5 см - наружный диаметр резьбы

d₁= 2,1 см - внутренний диаметр резьбы

b₀=0,30 см - толщина прокладки

1=6,0 см - длина болта между опорными поверхностями гаек,

q - удельное давление на прокладку, q = 0,5р=1,5 кгс/см²

Е_ф=10⁶ кгс/см² - модуль упругости материала фланца,

Е_б=2,1·10⁶ кгс/см² - модуль упругости материала болта

Е₀= 15 кгс/см²- модуль упругости материала прокладки,

σ_ви =3100 кгс/см²- предел прочности материала фланца при изгибе

σ_тб - предел текучести материала болта, кгс/см²

Определение дополнительной нагрузки болтов от внутреннего давления

Определяем диаметр условной окружности

Определяем диаметр условной окружности

Определяем силу давления рабочей среды на площадь

Силу давления рабочей среды на кольцевую площадь

Определяем модуль сжатия прокладки

Тогда контактная площадь прокладки

Коэффициент податливости прокладки

Приведенная длинна болта

Коэффициент податливости болтов

Определяем приведенный наружный диаметр кольца фланца

Вспомогательные коэффициенты

В (рис 24)=5

А (рис 23)=0,17

Определяем цилиндрическую жесткость

Определяем коэффициент пропорциональности

γ (рис 25)=1,17

Определяем эквивалентную толщину стенки конической втулки

Приведённый коэффициент пропорциональности

(рис 26)=0,52

Определяем приведенную толщину стенки конической втулки

Определяем средний диаметр обечайки

Определяем коэффициенты, характеризующие упругие свойства фланца

коэффициент Г

коэффициент L

коэффициент C

коэффициент податливости фланцев

Следовательно, дополнительная нагрузка болтов

Определение расчетной нагрузки болтов и нагрузки болтов при сборке соединения

Определяем часть нагрузки болтов для уплотнения затвора

Расчетная нагрузка болтов

Нагрузка болтов при сборке фланцевого соединения

Тогда наибольшее относительное сжатие прокладки

Определяем наибольшее внутренние давление, при котором сохраняется плотность затвора

где f=0,6 - коэффициент трения покоя для резины по стали или чугуну без смазки

что удовлетворяет условию

Расчет фланца на нагрузку болтов

Определяем силы, на которые разложена нагрузка болтов

где

Определяем приведенную нагрузку болтов

Определяем коэффициент характеризующий упругие свойства фланца

Определяем наибольшее изгибное напряжение во втулке

Определяем кольцевое напряжение в кольце фланца

Определяем коэффициенты запаса прочности