2015-04-30
4510
При фланцевом соединении деталей арматуры уплотнение осуществляется в основном металлическим кольцом овального или восьмиугольного сечения.
Усилие, действующее на кольцо, не должно приводить к его остаточным деформациям.
В одном из вариантов сборки фланца прокладочное кольцо соприкасается с канавками фланцев по их внутреннему и внешнему скосам [2]. Уплотнение происходит за счет упругой деформации кольца и фланцев в месте соприкосновения (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Схема фланцевого соединения
При расчете фланца определяются усилия обжатия, рабочее усилие при повышении в арматуре давления, усилия от разности температур фланца и стягивающих шпилек при перекачке горячей среды и усилие от веса боковых отводящих труб, присоединенных к арматуре.
Для обеспечения герметичности стыка прокладка должна быть предварительно обжата для устранения неплотности прилегания под определённым давлением. Необходимое усилие обжатия [6]
(1.1)
где Dср - средний диаметр прокладки; bэф - эффективная, т. е. суммарная ширина контакта прокладки (для прокладок овального и восьмиугольного сечений bэф = b/4); qобж - давление на прокладку для ее обжатия (для мягкой меди qобж = 160 МПа, мягкой стали - 250 МПа; стали типа 15Х5М - 350МПа; стали 12Х18Н9T - 400 МПа [6]).
|
|
|
Давление обжатия на прокладку должно быть меньше допускаемого табл. 4 [6]:
.
Усилие, действующее при эксплуатации Рэксп, учитывает действие давления Рдав, разжимающее фланцы, остаточное усилие затяжки ΔРзат, которое должно быть достаточным для уплотнения соединения, влияние температуры горячей перекачиваемой среды рt, влияние веса отводящих манифольдов Рм [2, 24]:
* (1.2)
где усилие от действия давления и остаточного усилия затяжки определяется по формуле
. (1.3)
Здесь Рр - давление в арматуре; m - прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала прокладки. (для резины m = 1,2; для паронита m = 1,6; для меди = 2,4; для мягкой стали m = 2,7; для хромникелевой стали m = 3,8 (табл. 4 [6])).
В случае работы арматуры с паром или газом или смеси жидкости и газа в формулу подставляют 2m.
При перекачке горячей среды металл арматуры нагревается больше, а шпильки - меньше, так как у них лучше условия охлаждения.
Считая фланцы жесткими, а шпильки и прокладку упругими, определяют дополнительную нагрузку [24]:
, (1.4)
где Δt - разность температур фланца и шпилек; °С; hш - длина растягиваемой части шпилек; α - коэффициент теплового расширения материала шпилек (для стали α = 0,11ּ10-4 1/ºС); hр - рабочая высота прокладки; Еш, Епр - модули упругости материала шпильки и прокладки; fш - площадь поперечного течения шпильки; fпр - площадь поперечного (горизонтального) сечения прокладки. Рабочая высота прокладки
|
|
|
, (1.5)
где R - радиус закругления прокладки. Усилие в шпильках от веса отводящих труб манифольда
, (1.6)
где Мизг - суммарный изгибающий момент от веса деталей манифольда; Dшп - диаметр окружности крепления шпильками.
За расчетное усилие Ppac принимается большее из Робж и Рэксп. Усилие на наиболее нагруженную шпильку определяется по формуле
, (1.7)
где Ррас - большее усилие из Робж и Рэксп; n - количество шпилек.
Напряжение в шпильке
, (1.8)
где fш - площадь поперечного сечения шпильки по внутреннему диаметру резьбы; η - коэффициент запаса η = 1,25 - 1,6. Допускаемый момент затяжки шпильки ключом [6]
, (1.9)
где d - наружный диаметр резьбы шпильки; σт - предел текучести материала шпильки.
Расчетный момент затяжки шпильки
, (1.10)
Задача 1. Рассчитать усилие обжатия и эксплуатационное усилие, действующее на фланец фонтанной арматуры с прокладкой овального сечения из стали 12Х18Н9Т. Выбрать диаметр шпилек фланца исходя из рассчитанных усилий, материала ст. 30 (σт = 300 МП<variant> и определить момент затяжки шпилек.
| Исходные данные | |
| Диаметр фланца | 175 мм |
| Условный диаметр прохода | 50 мм |
| Внутренний диаметр прокладки | 85 мм |
| Высота прокладки | 12 мм |
| Ширина прокладки | 6 мм |
| Диаметр окружности крепления шпильками | 135 мм |
| Рабочее давление | 35 МПа |
| Температура добываемой жидкости | 30°С |
| Количество шпилек | |
| Рабочая высота шпильки | 45 мм |
| Высота профиля резьбы шпильки | 1,5 мм |
