9. Высота ( толщина ) фланца ориентировочно, м:

,

(85)

где λ_ф = 0,3 – коэффициент, принимаемый по рис. 17.

S_экв – эквивалентная толщина втулки фланца, м.

Рисунок 17 – График для определения коэффициента λ_ф в плоских (1) и приварных встык (2) фланцах.

(86)

где β₁ – коэффициент, определяемый по рис. 18

Рисунок 18 – График для определения коэффициента β₁.

2.6.2 .Расчёт на герметичность фланцевого соединения:

1. Определяем нагрузки в соединений при монтаже – F_б1 и в рабочих условиях - F_б2 (см. рис. 19)

Рисунок 19 – Схема действия нагрузок на фланец в рабочих условиях

2. Равнодействующая от сил внутреннего давления в МН

(87)

3. Реакция прокладки:

(88)

где b₀ – эффективная ширина прокладки, м ( при b < 15 мм b₀ = b = 15 мм );

k_пр – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки, принимаемый по табл. 11.

Таблица 11 – Характеристика плоских неметаллических прокладок

Материал прокладки	Коэффи-циент kпр	Давление обжатия прокладки, МПа		Модуль упругости Еп, МПа
		минимальное Рпр	допускаемое [Рпр]
Резина с твердостью от 0,76 до 1,2 МПа	0,5	2	18	3[1+d/(2hп)]
Резина с твердостью свыше 1,2 МПа	1	3	20	4[1+d/(2hп)]
Картон асбестовый толщиной 3 мм	2,5	20	130	2000
Паронит толщиной ≥ 1 мм	2,5	20*	130	2000
Фторопласт-4 толщиной 1 – 3 мм	2,5	10	40	2000
* Для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы и т.п.) Рпр = 35 МПа

4. Определяем усилие, возникающее от температурных деформаций

(89)

где α_ф, α_б, α_с – соответственно коэффициенты линейного расширения материала фланца, болтов и свободного кольца (определяемые по табл. 6);

t_ф, t_б, t_с - соответственно температуры фланца, болтов, свободного кольца (табл.7);

y_б, y_п, y_ф, y_с – податливости соответственно болтов, прокладки, фланцев, свободного кольца, определяемые по формулам:

(90)

где E_б – модуль упругости материала болтов (табл. 8)

f_б – расчётная площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы (табл.9 );

l_б – расчётная длина болта, м.

,

(91)

где l_бо – расстояние между опорными поверхностями головки болта и гайки, определяется по формуле

,

(92)

где h_п – высота стандартной прокладки;

d = d_б – диаметр отверстия под болт, м.

Податливость прокладки

,

(93)

где к_п = 0,09 – коэффициент обжатия прокладки из резины;

Е_п – модуль упругости материала прокладки (табл. 5).

Податливость фланцев

,

(94)

где Е – модуль упругости материала фланца, Н/м²;

v, λ_ф – безразмерные параметры.

,	(95)
,	(96)

где ψ₁ ψ₂ – коэффициенты, определяемые по формулам:

,	(97)
,	(98)
,	(99)

где Е_с – модуль упругости материала фланца, Н/м²;

h_с – высота свободного кольца, м (h_с= h_ф ).

5. Коэффициент жесткости фланцевого соединения при стыковке фланцев одинаковой конструкции:

.

(100)

6. Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления:

,

(101)

где: F – внешняя осевая растягивающая ( + ) или сжимающая ( - ) сила ( F = 0 – в нашем случае);

М – внешний изгибающийся момент ( М = 0 );

[σ]_σ20 – допускаемое напряжение для материала болта при 20º С, Н/м² (приложение Д)

Р_пр – минимальное давление обжатия прокладки, МПа. (табл. 5)

7. Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

(102)

8. Приведённый изгибающий момент:

(103)

где [ σ ]₂₀, [ σ ] – допускаемые напряжения соответственно для материала фланца при 20º С и расчётной температуре (приложение Д)

9. Проверяем условия прочности болтов

,	(104)
,	(105)

где [σ]_б – допускаемое напряжение для материала болта при расчётной температуре (приложение Д).

10.Проверяем условие прочности неметаллических прокладок:

,

(106)

где ,

[ Р_пр ] – допускаемое давление на прокладку (табл. 5).

11. Максимальное напряжение в сечении, ограниченном размером S₀:

,	(107)
,	(108)

где σ₁ – максимальное напряжение в сечение фланца, ограниченном размером S_х ,МПа,

f_ф – безразмерный параметр, определяемый по монограмме (рис. 20) в зависимости от S₁/S₀

Т_ф - безразмерный параметр, находим по формуле:

.

(109)

Рисунок 20 – График для определения коэффициента f_ф

12. Напряжение во втулке от внутреннего давления:

Тангенциальное

,

(110)

меридиональное

,

(111)

13. Проверяем усилие прочности для сечения фланца, ограниченного размером S₀:

,

(112)

где [σ]_б – допускаемое напряжение для фланца в сечении, принимаемое при количестве нагружении соединений 2·10³

14. Проверяем условие прочности для свободного кольца:

,

(113)

где М₀^с – приведённый изгибающийся момент, определяемый из условия.

.

(114)

15. Допускаемое напряжения для материала свободного кольца при 20º С и расчётной температуре соответственно

[σ]с20 = σт.с.20 ,	(115)
[σ]с = σт.с,	(116)

где σ_т.с.20 и σ_т.с.– предел текучести материала кольца соответственно при 20º С и расчётной температуре.

16. Проверяем условие герметичности, определяемое углом поворота свободного кольца:

,

(117)

где [ Q ]_c = 0,026 рад – допустимый угол поворота кольца.