3.2 Розрахунок фланцевого з’єднання

Мета: комплексний розрахунок фланцевих з'єднань виконуємо для визначення геометричних розмірів його основних елементів.

Вихідні дані

Геометричні параметри фланця:

Внутрішній діаметр D = 0,4 м

Зовнішній діаметр D_ф = 0,535 м

Діаметр болтового кола D_Б = 0,45 м

Товщина фланця _ф = 0,035 м

Параметри прокладки:

Зовнішній діаметр прокладки D_п = 0,443 м

Ширина прокладки b = 0,012 м

Товщина прокладки h = 0,002 м

Матеріал прокладки сталь 0Х13

Коефіцієнт m = 5,5

Мінімальне питоме навантаження q = 1,6 МПа

Матеріал фланців сталь 16ГС

Межа текучості _тф1²⁰ =240 МПа

_тф2²⁰=240 МПа

_тф1^t=203 Мпа

_тф2^t=203 МПа

Допустиме напруження []_тф1²⁰=160 МПа

[]_тф2²⁰=160 МПа

[]_ф1^t=138 МПа

[]_ф2^t=138 МПа

Модуль пружності Е_ф1²⁰ = 200000 МПа

Е_ф1^t =1,96*10⁵

Коефіцієнт відносного лінійного розширення ^t_ф=16,710^-6 К^-1

Внутрішній тиск Р = 0,14 МПа

Кількість болтів z^Б = 20

Діаметр різьби болтів М20

Внутрішній діаметр d₀ = 0,0262 м

Матеріал болтів сталь 35Х

Допустиме напруження []_Б²⁰ = 230 МПа

Допустиме напруження []_Б¹⁰⁰ = 223 МПа

Модуль пружності Е=1,9310⁵ МПа

Коефіцієнт відносного лінійного розширення ^t_ф=13,810^-6 К^-1

Порядок розрахунку фланцевого з’єднання

Схема фланцевого з’єднання із плоских приварних фланців представлена на рисунку 3.2.

Методика проведення даного розрахунку складена згідно норм за ОСТ 26-373-78 і передбачає визначення навантажень на кріпильні деталі, обчислення напружень у кріпильних деталях і порівняння їх з допустимими, знаходження напруження в найбільш небезпечних перерізах фланців та порівняння їх з допустимими та перевірку фланців на жорсткість за умовою герметичності.

Рисунок 3.2 - Схема фланцевого з'єднання.

Середній діаметр прокладки, м:

(3.3)

де - зовнішній діаметр прокладки, м;

- ширина прокладки, м.

Ефективна ширина прокладки:

при < 0,015 м ,

при > 0,015м,

Конструктивний коефіцієнт для фланців:

(3.4)

де - зовнішній діаметр фланця, м;

- умовний внутрішній діаметр фланця, м.

Конструктивні коефіцієнти для фланців:

(3.5)

(3.6)

де - товщини фланців, м;

S_о - товщина стінки апарата, м.

Поправочні коефіцієнти для фланців:

(3.7)

(3.8)

Геометричні параметри фланців:

(3.9)

(3.10)

Безрозмірні параметри фланців:

(3.11)

(3.12)

(3.13)

Кутова піддатливість фланців, 1/Нм:

(3.14)

(3.15)

де і - модуль поздовжньої пружності матеріалу фланців. Па.

Розрахункова довжина болтів фланцевого з'єднання, м:

(3.16)

де - товщина прокладки, м; - зовнішній діаметр різьби болтів, м.

Лінійна піддатливість прокладки , м/Н:

(3.17)

де - модуль поздовжньої пружності матеріалу прокладки. Па.

Площа поперечного перерізу болта, м²:

(3.18)

де – внутрішній діаметр різьби болтів, м.

Лінійна піддатливість болтів, м/Н:

(3.19)

де – розрахункова довжина болтів фланцевого з'єднання, м;

- модуль поздовжньої пружності матеріалу болтів. Па;

- площа поперечного перерізу болта, м²;

- кількість болтів.

Параметр жорсткості фланцевого з'єднання, Н/м:

Параметр жорсткості фланців. 1/Н:

(3.20)

(3.21)

Безрозмірний коефіцієнт фланцевого з'єднання:

(3.22)

Безрозмірний коефіцієнт жорсткості фланцевого з'єднання:

(3.23)

Рівнодіюча внутрішнього тиску, Н:

(3.24)

де р - внутрішній надлишковий тиск в апараті. Па.

Реакція прокладки в робочих умовах, Н:

(3.25)

де - ефективна ширина прокладки, м;

m - прокладочний коефіцієнт.

Зусилля, що виникає від температурної деформації фланцевого з'єднання, Н:

(3.26)

Якщо то

де і - коефіцієнти відносного лінійного розширення відповідно матеріалу фланця і болтів, 1/К,

- температури відповідно фланця і болтів, °К.

Монтажне болтове навантаження фланцевого з'єднання за різних умов розрахунку, Н:

(3.27)

(3.28)

(3.29)

де q - мінімальний тиск на прокладку, який забезпечує герметичність з'єднання, Па;

М - згинаючий момент, Нм;

[]²⁰ - границя міцності матеріалу болтів при температурі 20°С, Па.

Розрахункове навантаження на болти, Н:

Якщо р > О,6 МПа

(3.30)

Якщо р  О,6 МПа

(3.31)

Умова міцності прокладки:

(3.32)

де [q] - допустиме питоме навантаження зминання прокладки, Па.

Болтове навантаження за робочих умов, Н:

(3.33)

Додаткова умова:

При

(3.34)

де - границя міцності матеріалу болтів при робочій температурі, Па.

Розрахункове навантаження на болти, Н:

(3.35)

Напруження розтягання в болтах за умов монтажу, Па:

(3.36)

Напруження розтягання в болтах за робочих умов. Па:

(3.37)

Крутний момент, що виникає від розтягування гайок, Нм:

де f₁ - коефіцієнт тертя.

Дотичне напруження в болтах, Па:

(3.38)

Еквівалентні напруження в болтах, Па:

(3.39)

(3.40)

Приведений згинаючий момент в діаметральному перерізі фланців за умов монтажу, Нм:

(3.41)

Приведений згинаючий момент в діаметральному перерізі фланців за робо­чих умов, Нм:

(3.42)

де і - границя міцності матеріалу фланців при температурі 20°С, Па;

Розрахунковий згинаючий момент у діаметральному перерізі фланця, Нм:

(3.43)

Максимальні напруження в перерізі S_о фланців від дії згинаючого моменту М_оф, Па:

(3.44)

(3.45)

, якщо

, якщо

де - коефіцієнт поправки для перерізу S_о, = 1.

Максимальні кільцеві напруження в дисках фланців від дії згинаючого моме­нту М_оф, Па:

(3.46)

(3.47)

Кільцеве та меридіональне напруження у циліндричній втулці фланця від дії внутрішнього тиску Р, Па:

(3.48)

(3.49)

Еквівалентні напруження в перерізі циліндричної втулки фланців, Па:

(3.50)

(3.51)

Умови міцності:

(3.52)

(3.53)

Умови герметичності:

При рад

При рад

(3.54)

(3.55)

За результатами розрахунку ми встановили значення напружень в болтах, в небезпечних перерізах фланців, які не перевищують допустимих для матеріалів деталей, а отже обране фланцеве з’єднання підходить до умов експлуатації даного апарату

_{4 Технологічна частина}

_{4.1 Порядок приймання обладнання до ремонту}

_{Під колонним апаратом розуміють вертикально розташований апарат, у якого висота значно більше його поперечного розміру. До колонних апаратів відносять ректифікаційні колони, абсорбери, адсорбери, десорбери, дистилятори, скрубери, апарати, екстракцій, і ін. Способи, вживані для монтажу і ремонту вказаних апаратів, однакові. Крім того, ці способи у багатьох випадках повністю або частково застосовні для реакторів, регенераторів, різних опорних конструкцій, димарів, башт і ін.}

_{Колонні апарати, як правило, встановлюють на відкритому майданчику на різних відмітках від землі (на фундаментах, залізобетонних постаментах, металевих етажерках). Їх корпуси, що мають форму циліндра, виготовляються з вуглецевих і легованих сталей.}