- •1 Дробилки. Расчет основных эксплуатационных показателей валковой дробилки 4
- •1 Дробилки. Расчет основных эксплуатационных показателей валковой дробилки
- •2 Расчет сушильного аппарата с псевдоожиженным (кипящим) слоем
- •3 Расчет основных конструктивных параметров сушильной башни
- •4 Промышленные фильтры. Расчет производительности и прочности вертикальной конструкции автоматического фильтр-пресса
- •5 Расчет пластинчатых теплообменников
- •1,9,10 И 12 – штуцера; 2 – неподвижная плита; 3 – штанга; 4 – теплообменная пластина; 5,6 – прокладки; 7 – стойка; 8 – винт; 11 – нажимная плита; а,б,в и г – проходные отверстия
- •6 Расчет толщины стенки корпуса цилиндрических аппаратов
- •7 Расчет укреплений отверстий
- •8 Расчет аппаратов с рубашкой
- •9 Расчет фланцевых соединений
- •10 Расчет опор аппаратов
- •Список использованных источников
9 Расчет фланцевых соединений
Цель работы: ознакомится с основными видами конструкции фланцевых соединений, методикой расчета фланцевых соединений на прочность.
9.1 Основные сведения
В химических аппаратах для разъемного соединения составных корпусов и отдельных частей применяются фланцевые соединения преимущественно круглой формы. Фланцевые соединения должны быть прочными, жесткими, герметичными и доступными для сборки, разборки и осмотра. Фланцевые соединения стандартизованы для труб и трубной арматуры и отдельно для аппаратов. Конструкции стандартных стальных фланцев для труб и арматуры показаны на рисунке 9.1.1.
Рисунок 9.1.1– Типы фланцев
а – стальной приварной к корпусу; б – приварной встык с плоской поверхностью; в – приварной встык с выступом и впадиной; г – приварной встык с шипом и пазом (1:2,5 – рекомендуемый угол конусности)
9.2 Расчет фланцевых соединений
Расчет фланцевого соединения требует вычисления следующих расчетных величин.
Меньшая толщина конической втулки фланца (рисунок 8.2.1), м:
Отношение большей толщины втулки фланца к меньшей для приварных встык фланцев и бортов выбирают по рисунок 8.2.2, для плоских фланцев;
Большая толщина втулки фланца для плоских приварных фланцев принимают ;
Рисунок 9.2.1 – Конструктивные размеры 4,0 < PУ ≤ 6,4 МПа фланца
Высота втулки приварного встык фланца.
Рисунок 9.2.2 – График для определения коэффициента β
Кроме того, определяют эквивалентную толщину втулки фланца, м:
для плоского приварного фланца ;
Диаметр болтовой окружности , м:
а) для приварных встык фланцев
б) для приварных плоских фланцев
Наружный диаметр фланца, м:
где – величина, зависящая от типа и размера гайки, м (таблица 9.2.1);
– диаметр болтовой окружности, м;
принимают кратным 10 или 5 мм;
Наружный диаметр прокладки, мм:
где – назначают в зависимости от диаметра болтов и вида прокладки (таблица 9.2.1);
Средний диаметр прокладки, м:
где – ширина прокладки, м;
Эффективную ширину прокладки находим по формулам, м:
а) для плоских прокладок:
б) для прокладок восьмиугольного и овального сечений:
Ориентировочное число болтов (шпилек):
где – шаг болтов, м.
Окончательное число болтов определяют как ближайшее большее кратное четырем;
Ориентировочную толщину фланца определяют по формуле:
где значение определяется по рисунку 9.2.3.
Расчет фланцевого соединения, работающего под внутренним давлением, проводят следующим образом.
Определяют нагрузку, действующую на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления:
где внутреннее избыточное давление.
Находят реакцию прокладки в рабочих условиях:
где – коэффициент, зависящий от конструкции и материала прокладки (таблица 9.2.2);
Болтовую нагрузку в условиях монтажа (до подачи внутреннего давления) определяют по формулам, МПа:
а) при
где – коэффициент жесткости фланцевого соединения;
– расчетное значение удельного давления на прокладку (таблица 9.2.2), МПа;
– число болтов;
– расчетная площадь поперечного сечения болта (шпильки) по внутреннему диаметру резьбы;
б) при
Таблица 9.2.1 – Значение и в зависимости от типа гайки и диаметра отверстий под болт
, мм |
, мм |
, мм | ||
Шестигранная гайка |
Шестигранная гайка с уменьшенным размером «под ключ» |
Плоская прокладка |
Прокладка овального сечения | |
23 25 27 30 33 40 46 52
|
40 42 47 52 58 70 80 92
|
36 40 42 47 52 63 69 80
|
30 32 34 37 41 48 55 61
|
53 55 57 60 64 71 78 84 |
Рисунок 9.2.3 – График для определения коэффициента
1 – для плоских приварных фланцев; 2 – для приварных встык фланцев
Таблица 9.2.2 – Расчетные параметры прокладок (ОСТ 26-373-78)
Конструкция прокладки |
Материал прокладок |
, МПа |
, МПа | |
Плоская неметаллическая |
Резина по ГОСТ 7338-77 с твердостью по прибору ТШР, МПа: в диапазоне 0,76 – 1,2 более 1,2 Картон асбестовый по ГОСТ 2850-75 толщиной 3 мм Паронит по ГОСТ 481-71 толщиной не менее 1 мм Фторопласт-4 по ГОСТ 10007-72 толщиной 1-3 мм |
0,5 1,0 2,5
2,5
2,5 |
2,0 4,0 20
20
10 |
18 20 130
130
40 |
Плоская металлическая |
Алюминий АД по ГОСТ 21631-76 Латунь Л63 по ГОСТ 2208-75 Сталь 05кп по ГОСТ 1050-74 Сталь по ГОСТ 5632-72: 08Х13 08Х18Н10Т |
4,0 4,75 5,5
5,5 6,5 |
60 90 125
125 180 |
- |
Плоская составная |
Асбест по ГОСТ 2850-75 Оболочка толщиной 0,2-0,3 мм: алюминиевая медная латунная из стали 05кп из стали 12Х18Н10Т |
3,25 3,5 3,5 3,75 3,75 |
38 46 46 53 63 |
- |
Овального или восьмиугольного сечения металлическая |
Сталь 05кп; 08Х13 Сталь 08Х18Н10Т |
5,5 6,5
|
125 180 |
- |
Болтовая нагрузка в рабочих условиях определяется по формуле:
Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца:
За расчетное значение принимают большее из значений и .
Условие прочности болтов:
где - допускаемые напряжения материала болта соответственно при 20 °С и рабочей температуре, МПа;
Условие прочности прокладки (только для неметаллических прокладок):
где находится по таблице 9.2.5
В случае неудовлетворения условия следует увеличить ширину прокладки.
Расчет на прочность приварных плоских фланцев и приварных встык фланцев проводят следующим образом.
Определяют:
Максимальное напряжение в сечении фланца:
где при при ; при ;
параметр определяется по рисунку 9.2.4 ;
безразмерные параметры и определяются по формулам:
где - для плоских приварных и приварных встык фланцев;
Рисунок 9.2.4 – График для определения коэффициента
Максимальное напряжение в сечении , МПа:
Окружное напряжение в кольце фланца от действия , МПа:
где – безразмерный параметр;
Напряжение во втулке фланца от внутреннего давления, МПа:
тангенциальное
меридиональное
Условие прочности фланца:
а) в сечении
б) в сечении
Если не соблюдается любое из условий прочности фланца, следует увеличить толщину фланца .
9.3 Пример расчета фланцевого соединения
Исходные данные: Необходимо произвести расчет плоского приварного фланца внутренним диаметром мм, с внутренним давлением среды МПа и толщиной стенки фланца мм.
Меньшая толщина конической втулки фланца (рисунок 9.2.1), м
Принимаем
При этом должно выполняться условие .
Для плоских фланцев;
Большая толщина втулки фланца принимаем ;
Определим эквивалентную толщину втулки фланца
Диаметр болтовой окружности (основные размеры болта для крепления фланца, принимая, что используется шестигранная гайка с уменьшенным размером «под ключ» и плоская прокладка, по таблице 9.2.1
принимаем
Наружный диаметр фланца, м:
Наружный диаметр прокладки, мм:
Средний диаметр прокладки (примем ширину прокладки ), м:
Эффективную ширину прокладки находим по формуле, м:
Ориентировочное число болтов (шпилек), примем :
Окончательное число болтов
Ориентировочную толщину фланца определяют по формуле:
по рисунку 9.2.3. определяем
Определяем нагрузку, действующую на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления:
Находим реакцию прокладки в рабочих условиях (:
Болтовая нагрузка в условиях монтажа ( МПа), МПа:
Болтовая нагрузка в рабочих условиях определяется по формуле:
Приведенные изгибающие моменты в диаметральном сечении фланца (допускаемые напряжения материала болта при 20 °С МПа и при рабочей температуре МПа)::
За расчетное значение принимаем .
Условие прочности болтов (расчетная площадь поперечного сечения болтов определяется по формуле
:
Условие прочности прокладки ( из таблицы 9.2.2
Условие прочности прокладки выполнено.
Расчет на прочность приварных плоских фланцев проводят следующим образом.
Определим:
Максимальное напряжение в сечении фланца:
где ; прибавка на коррозию
параметр для приваренных плоских фланцев
безразмерные параметры и определяются по формулам:
Максимальное напряжение в сечении , МПа:
Окружное напряжение в кольце фланца от действия , МПа:
безразмерный параметр , при угле конусности :
Напряжение во втулке фланца от внутреннего давления, МПа:
тангенциальное
меридиональное
Условие прочности фланца:
а) в сечении
б) в сечении (коэффициент )
Условие прочности фланца выполняется.
9.4 Задание для самостоятельного расчета фланцевого соединения
Выполнить расчет на прочность фланцевого соединения работающего под действием внутреннего давления. Варианты задания представлены в таблице 9.4.1
Таблица 9.4.1 – Исходные данные для расчета фланцевого соединения
Вариант |
Тип фланца |
D, мм |
P, МПа |
S, мм |
1 |
Плоский приварной фланец |
100 |
2,5 |
18 |
2 |
Плоский приварной фланец |
150 |
2,5 |
18 |
3 |
Приварной встык фланец |
100 |
2,5 |
16 |
4 |
Плоский приварной фланец |
200 |
2,5 |
16 |
5 |
Приварной встык фланец |
150 |
1,6 |
16 |
6 |
Плоский приварной фланец |
250 |
1,6 |
14 |
7 |
Приварной встык фланец |
200 |
1,6 |
14 |
8 |
Плоский приварной фланец |
300 |
1 |
12 |
9 |
Приварной встык фланец |
400 |
0,6 |
12 |
10 |
Плоский приварной фланец |
350 |
0,8 |
10 |
11 |
Приварной встык фланец |
400 |
0,6 |
10 |
12 |
Приварной встык фланец |
450 |
0,3 |
8 |
13 |
Плоский приварной фланец |
450 |
0,3 |
8 |