 |
Расчет фланцевых соединений люка
|
|
|
|
Герметичность фланцевого соединения обеспечивается правильным подбором материала прокладки и учетом действующих усилий.
Элементы фланцевого соединения проверяются на прочность (прочность болтов и прокладок).
Фланцевые соединения отъемной крышки корпуса, люка и других штуцеров комплектуются прокладками, материал которых выбирается в зависимости от коррозионной стойкости и термостойкости, причем следует отдавать предпочтение материалам низкой величиной коэффициента Кп.
Материал фланцев с учетом коррозионной стойкости, как правило, принимается таким же, как материал корпуса аппарата, соприкасающиеся с рабочей средой. Так как мы используем двухслойную сталь для корпуса, то выбираем фланцы из углеродистой стали с коррозийной облицовкой. Материал болтов (шпилек) выбирается по ГОСТ 28759.5-90 в зависимости от материала элементов корпуса аппарата.
Расчет фланцевого соединения аппарата или люка проводится на основе ГОСТ Р 52857.4-2007.
Так как фланцевые соединения (рис.4) относятся к статически неопределимым системам, для расчета усилий, действующих на болты (шпильки) и на прокладку, предварительно необходимо определить податливость болтов и прокладки (податливость – величина обратная жесткости, равна отношению деформации к вызывающей ее силе). Поскольку жесткость фланцев, как правило, значительно больше жесткости эластичных и асбометаллических прокладок, податливостью фланцев можно пренебречь.
Рисунок 4. Расчетная схема фланцевого соединения.
Податливость болтов соединения, м/Н:
(50)
Где 
- приведенная длина для болтов, м;
- общая высота дисков фланцевого соединения, м.
h – высота диска фланца, м; Еб - модуль упругости материала болта, Па;
|
|
|
dб - наружный диаметр резьбы болта, м; zб - число болтов в соединении; Aб -
минимальная площадь поперечного сечения болта, м2.
Податливость прокладки, м/Н:
(51)
(52)
Где b = 0.0125– ширина прокладки, м; Dп.ср – средний диаметр прокладки, м. Dп - наружный диаметр прокладки, м; Ко = 0,9– коэффициент обжатия; Еп20 – условный модуль сжатия материала прокладки при 
, Па.
Коэффициент внешней нагрузки 
, т.е. доля усилия от давления рабочей среды, передаваемая на болты соединения рассчитывается с учетом податливости болтов и прокладки:
(53)
При расчете фланцевых соединений рассматривают два режима: 1 - монтаж - аппарат без давления с начальной температурой t0=20 °С; 2 – эксплуатация под давлением рабочей среды с температурой tр.
В условиях монтажа усилия затяжки болтов Fб1 и усилия сжатия прокладки Fп1 равны, т.е. Fб1 = Fп1. Усилие затяга контролируется при помощи специального динамометрического ключа. Эти предварительные усилия должны быть такими, чтобы сохранялась герметичность и в условиях эксплуатации, поскольку внутреннее давление, действуя на крышку и растягивая болты, снижает усилия на прокладку (рис 5.), которое может стать меньше усилия, обеспечивающего герметизацию.
Рис. 5. График зависимости усилий на болтах Fб и прокладке Fп от давления 
и температуры tp рабочей среды.
Усилие от давления рабочей среды, Н:
(54)
Усилие в болтах от температурных деформаций элементов фланцевого соединения (в условиях эксплуатации), Н:
(55)
Где 
, 
- температура фланцев и болтов соответственно, 
.
, 
(при наличии теплоизоляции). 
; 
, 
- коэффициенты линейного расширения материалов фланцев и болтов, 1/град; 
, 
- модуль упругости материала болтов при 
и при рабочей температуре, Па.
Усилие, которое должно быть приложено к прокладке, чтобы обеспечивалась герметичность в рабочих условиях:
(56)
Где 
- коэффициент материала прокладки. 
- эффективная ширина прокладки.
|
|
|
Усилие затяжки Fб1, действующее как на болты, так и на прокладку тторшщг8щгпри монтаже, принимается наибольшим из двух значений:
(57)
(58)
(59)
Где qmin - минимальная удельная нагрузка на контактной поверхности
прокладки, необходимая для заполнения неровностей уплотнительных поверхностей фланцев;
При действии рабочего давления усилие на болты возрастает (рис.5):
(60)
Из рисунка 5 следует, что усилие 
от действия рабочей среды распределяется между болтами и прокладкой, при этом фактическое усилие, котрое испытывает прокладка в рабочих условиях, меньше чем при монтаже соединения.
Запас герметичности проверяется по формуле:
(61)
Условие герметичности (59) выполняется.
Проверка прочности болтов в условиях монтажа:
(62)
- допускаемое напряжение в материале болтов при 20 °С, Па.
Условие прочности болтов выполняется.
Проверка прочности болтов в рабочих условиях:
(63)
где 
- допускаемое напряжение в материале болтов при рабочейтемпературе, Па.
Условие прочности болтов выполняется.
Проверка прочности материала прокладки:
Где 
- допускаемая удельная нагрузка на прокладку, Па.
Условие прочности материла прокладки выполняется.
|
|
|
