Пример ответа

РИС.

РИС.

РИС., БОЛТ, ШПИЛЬКА см. конспект

Из анализа формул (10) и (11) можно сделать несколько практически важных выводов.

1. Обратим внимание на сомножитель. Мы установили, что он равен примерно 1,3. Фланцевые соединения крепятся болтами или шпильками. Площадь поперечного сечения болта при диаметре d_Б больше, чем площадь шпильки по d_О:

F_Ш = < F_Б =,

причём меньше на 1,3 раза.

Таким образом, согласно формулам (10) и (11) температурное усилие и напряжение у шпилек будет в 1,3 раза меньше, чем у болтов, имеющих резьбу на конце стержня. В связи с этим для фланцевых соединений при температуре среды выше 300⁰С следует применять не болты, а шпильки со сплошной резьбой или проточкой средней части до внутреннего диаметра резьбы.

2. Из формулы (10) видно: если больше или равно, то температурные напряжения равны нулю, при этом, если заметно превосходит, то удельное давление на поверхности прокладки может быть ослаблено и вследствие этого нарушится герметичность фланцевого соединения. Следовательно, необходимо прверять, чтобы общее усилие в шпильках не было меньше значения, обеспечивающего герметичность соединения.

3. Рассмотрим значимость температурных напряжений на каком-либо примере. Коэффициент γ для плоских приварных фланцев можно принять равным 0,1; для приварных в стык при р_У = 1,0 – 6,4 МПа γ = 0,2 – 0,3.

Из формулы (11) при γ = 0,2; α = 12· 10^{-6 О}С^-1; Е_Б = 2 ·10⁵ МПа и t_Ф - t_Б =1 ^ОС получим:

= 1,3·0,2·12·10^-6·2·10⁵ = 0.624 МПа.

Это значит, что при разности температур фланца и болтов в 1 ^ОС возникает температурное напряжение, равное 0,624 МПа (т.е. 6,24 атм); при тех же условиях для шпилек, нарезанных по всей длине или с проточкой = 0,48 МПа (т.е. 4,8 атм).

Обычно полагают, что фланцы, приварные в стык, нагреваются до температуры среды в аппарате или трубопроводе, а температура шпилек или болтов составляет около 0,95t_Ф для неизолированных фланцев и 0,97 t_Ф для изолированных.

Приблежённые методы расчёта фланцев

Конструирование и прочностной расчёт приварного в стык фланца

Такие фланцы рассчитываются под действием силы Q_БФ на изгиб как консольную балку в опасных сечениях по линии АВ и ВС.

Обозначим:

D_S - диаметр втулки фланца;

S₁ – толщина втулки фланца;

D_С - средний диаметр втулки фланца;

h - толщина кольца фланца.

Изгибающий момент в сечении по линии АВ

М_АВ = Q_БФ · l,

где l = (D_Б - D_S) / 2 - плечо силы Q_БФ.

Момент сопротивлению изгибу площади опасного сечения

W =.

Напряжение в сечении по линии АБ

σ_АБ = =.

Изгибающий момент в сечении по линии ВС

М_ВС = 0,4 Q_БФl ₁,

где 0,4 – коэффициент, учитывающий жёсткость фланца;

l ₁ - плечо силы Q_БФ :

l ₁ =.

Момент сопротивленя изгибу площади опасного сечения:

.

Напряжение изгиба

≤ [σ].

При расчёте фланцев на условное давление по приближённому методу допускаемое напряженние принимают равным

[σ] ≤.

Конструирование и расчёт плоского приварного фланца

РИС.

Эти фланцы рассчитывают как консольную балку под действием силы Q_БФ. Изгибающий момент относительно места приварки фланца

М_И = Q_БФ · l.

Момент сопротивления изгибу

W = π D_H ·,

где D_Н – наружній диаметр патрубка фланца.

Напряжение изгиа во фланце

Сварные швы рассчитывают на изгиб и на срез. Напряжение изгиба в сварном шве под действием изгибающего момента.

,

где φ_Ш = 0,8 – коэффициент прочности сварного шва;

W_C – момент сопротивления изгибу сварных швов.

W_C =.

Напряжение среза в сварных швах

τ =,

где k - выста катета сварного шва.

Приведенное напряжение в сварных швах:

σ_пр = _.

Конструирование и расчёт накидного (свободного) фланца

Свободные фланцы рассчитывают на изгиб. Опасным сечением по оси у –у. На фланец действует расчётная нагрузка Q_БФ и реакция опоры N. Равнодействующая расчётной нагрузки для левой половине фланца проложена в центре тяжести болтовой полуоружности на расстоянии 2 R_Б / π от оси у –у, а равнодействующая реакции опоры - в центре тяжести полуоружности опорного кольца на расстоянии 2 R_С / π от оси у –у.

Радиус опорной поверхности фланца можно принять равным

R_C = (R_H + R_B) / 2

где R_Н и R_В соответственно наружный и внутренний радиусы опорной поверхности.

Изгибающий момент относительно сечения по оси у –у

М =,

так как Q_БФ = N, то

М = Q_БФ.

Момент сопротивления изгибу сечения по оси у –у с учётом ослабления сечения двумя отверстиями под болты

.

Напряжение во фланце

.

Из данной формулы находят необходимую толщину фланца. При σ = [σ]_Ф находим:

.

Как видим, толщина фланца зависит от разности, которую следует по возможности уменьшать.

Кроме пиближённого метода расчёта фланцев, существует ещё несколько методв, более точно учитывающих конструктивные формы (размер втулки, жёсткость фланца, конструкцию и расположение прокладки), а также более точно задают схему нагружения. Это метод расчёта фланцевых соединений по коду США, отечественный стандартный метод (ГОСТ, РТМ) и другие.

The and.