6.9 Выбор и проверочный расчет фланцевого соединения
Выбираю фланец по ГОСТ 1255-67, плоский приварной.
рисунок 9
Таблица данных
Dу |
Ру |
Dф |
Dб |
D1 |
dб |
h |
Масса |
Ƶ |
250 |
1 |
300 |
350 |
320 |
М20в |
23 |
1,07 |
12 |
Выбираю материал для фланца Ст3, для болтов Сталь45.в
1.1 Толщина втулки фланца.
S0=1,35∙S –для плоского приварного фланца.
Где:
S - Толщина обечайки, в которой врезается штуцер.
S=6, мм.
S0=1,35∙6=8,1 мм.
1.2 Длина втулки.
L1=0,5∙
- для фланца плоско приварного.
Где:
Dу- внутренний диаметр фланца.
S0-толщина втулки фланца, мм.
С-прибавка к толщине стенки, мм.
L1=0,5∙
=19,84
мм.
1.3 Наружный диаметр прокладки.
Dn=
Где:
Dб- болтовой диаметр окружности, мм.
e- Значение выбираем в зависимости от диаметра болта М30.
Dn=350-30=320 мм.
1.4 Средний диаметр прокладки.
Dсn=
Где:
Dn- наружный диаметр прокладки, мм.
Вn-ширина прокладки, зависти от диаметра фланца.
В=15, (мм);
Dсn=
мм.
2. Определяем коэффициент жесткости соединения.
2.1 Для плоских приварных фланцев, коэффициент α=1.
2.2 Линейная податливость прокладки.
Υn=
Где:
Kn-прокладочный коэффициент, зависти от материала прокладки.
Kn=2,5.
Sn- Толщина прокладки ( для мягких S равна от 2 до 3 мм).
Dсn- средний диаметр прокладки, мм.
Вn-ширина прокладки, зависти от диаметра фланца.
В=15, мм.
En-модуль продольной упругости материала прокладки, для паранита En=2000 МПа.
Уn=
=
М.
2.3 Линейная податливость болта.
Уб=
Где:
еб- расчетная длинна болта, (мм).
Еб- модуль продольной упругости равен 1,98∙105 (МПа).
fб- площадь поперечного сечения болта, мм.
Ƶ-число болтов.
еб=
ɣ∙α
Где:
еб0-длинна болта между опорными поверхностями
ɣ-для болта равно 0,28.
α=0,02.
еб0=2
Где:
h- площадь фланца, м2.
Sn-площадь прокладки, м2.
Sn=2.
fб=
еб0=2
=
мм.
еб= ɣ∙α=4+0,28+0,02=4,3 мм.
Уб=
2.4 Условная податливость фланца.
Υф=
Где:
ω=
λ=0,38
ϕ1=0,16
ϕ2=7
ί=2,3
Еб- модуль упругости болта.
ω=
=
=0,40
2.5 Коэффициент жесткости
Для приварных в стык α=1;
Уф=
=
3. Определение нагрузок, действующих на фланцевого соединения.
3.1 Распорная сила от внутреннего давления.
Qy=0,25∙π∙
,
МПа.
Где:
Р- внутреннее давление аппарата, МПа.
Dcп- средний диаметр прокладки, мм.
Qy=
3.2 Реакция прокладки в рабочих условиях.
Rn=
Где:
Dcп- средний диаметр прокладки, мм.
Р- внутреннее давление аппарата, МПа.
в0-эффективаная ширина прокладки.
в0=1 вмм.
m-коэффициент зависящий от материала прокладки.
m=2,5.в
Rn=
3.3 Усилие, возникающее от температурных деформаций.
Qt=
Где:
Уб- линейная податливость болта.
Ƶ- число болтов.
fб- площадь поперечного сечения болта, (мм.
αф и αб- коэффициент линейного расширения материала фланца и болта.
αф=
αб=
tф и tт температура фланца и болта.
tф=0,96∙t
tт=0,95∙t
t-температура в аппарате равна 180°С
tф=0,96∙180=172,8
tт=0,95∙180=171
Уп- линейная податливость прокладки.
Уф- усвловная податливость фланца.
Dб- болтовой диаметр окружности, мм.
Dсn- средний диаметр прокладки, мм.
Qt=
3.4 Болтовая нагрузка в условиях монтажа при сборке фланцевого соединения.
Рб1
Где:
α=1.
Qt- усилие, возникающее от температурных деформаций.
Rn- реакция прокладки в рабочих условиях.
Dсn- средний диаметр прокладки, мм.
в0-эффективаная ширина прокладки.
в0=1 мм.
q-удельное давление на прикладке.
[σ]20-допускаемое напряжение материала аппарата при 20°С и при расчетное температурой.
Ƶ- число болтов.
fб- площадь поперечного сечения болта, мм.
3.5 Болтовое осевое усилие в рабочих условиях.
Pб2=
Где:
Рб1- болтовая нагрузка в условиях монтажа при сборке фланцевого соединения.
α=1.
Q- Распорная сила от внутреннего давления.
Qt- усилие, возникающее от температурных деформаций.
Pб2=
3.6 Приведенный изгибающий момент.
M0=
Где:
Рб1- болтовая нагрузка в условиях монтажа при сборке фланцевого соединения;
Dб- болтовой диаметр окружности, мм.
Dсn- средний диаметр прокладки, мм.
M0=
3.7 Условие прочности болтов из затяжки.
Где:
Рб1- болтовая нагрузка в условиях монтажа при сборке фланцевого соединения.
Ƶ- число болтов.
fб- площадь поперечного сечения болта, мм.
55,55≤140
Где:
Pб2-болтовое осевое усилие в рабочих условиях.
Ƶ- число болтов.
fб- площадь поперечного сечения болта, мм.
69,44≤140
3.8 Условие прочности металлической прокладки.
Где:
Рб1- болтовая нагрузка в условиях монтажа при сборке фланцевого соединения.
Dсn- средний диаметр прокладки, мм.
в0-эффективаная ширина прокладки.
34,8≤130
3.9 Условие прочности из фланцевого соединения.
Где:
σ0-максимальное напряжение в сечение равное 20,1 МПа.
σ0=
Где:
φ-коэффициент прочности сварных швов.
σ1=
Где:
Т-коэффициент определяется по графику.
Т=1,34.
ω=0,39.
D-диаметр отверстия ,(Dу).
S0-толщина втулки штуцера, мм.
С-прибавка к толщине стенки штуцера, мм.
σ1=
МПа.
σ0=
МПа.
σм=
Где:
S0-толщина втулки фланца, мм.
С-прибавка к толщине стенки, мм.
σм=
=
МПа.
σt=
=
МПа.
211≤230 МПа.