Как найти площадь фланца

Площадь фланца или площадь над рассматриваемым сечением Калькулятор

Search
Дом	физика ↺
физика	Сопротивление материалов ↺
Сопротивление материалов	Напряжение сдвига в балке ↺
Напряжение сдвига в балке	Распределение напряжения сдвига для различных сечений ↺
Распределение напряжения сдвига для различных сечений	I Раздел ↺
I Раздел	Распределение напряжения сдвига во фланце ↺

Площадь фланца или площадь над рассматриваемым сечением Решение

ШАГ 0: Сводка предварительного расчета

ШАГ 1. Преобразование входов в базовый блок

Ширина сечения луча: 100 Миллиметр –> 0.1 метр (Проверьте преобразование здесь)
Внешняя длина I секции: 9000 Миллиметр –> 9 метр (Проверьте преобразование здесь)
Расстояние от нейтрального слоя: 5 Миллиметр –> 0.005 метр (Проверьте преобразование здесь)

ШАГ 2: Оцените формулу

ШАГ 3: Преобразуйте результат в единицу вывода

0.4495 Квадратный метр –>449500 Площадь Миллиметр (Проверьте преобразование здесь)

15 Распределение напряжения сдвига во фланце Калькуляторы

Площадь фланца или площадь над рассматриваемым сечением формула

Площадь сечения выше рассматриваемого уровня = Ширина сечения луча*((Внешняя длина I секции/2)-Расстояние от нейтрального слоя)

A_abv = B*((D/2)-d_nl)

Где максимальное распределение касательного напряжения в сечении балки?

Максимальное напряжение сдвига возникает на нейтральной оси и равно нулю как на верхней, так и на нижней поверхности балки. Сдвиговый поток имеет единицы силы на единицу расстояния.

Наименование стержня	Обозначение стержня	Расчетное усилие, кН	Сечение	Площадь, см2	Расчетная длина, см	Радиус инерции, см	Гибкость	jmin	gc	Напряжение, МПа	Ry, МПа
lef,y	lef,x	iy	ix	ly	lx
Верхний пояс	2 3 4	-1148,8 -1148,8 -1531,733	ТК. 200*200*12	94,2	300	600	8	8	37,5	75	0,72	1,05	215,8	240
Нижний пояс	9 10		180*180*9	60,94	600	600 1200	7,2	7,2	41,67	166,6	–	1,05	224,4	240
Раскосы	13 14* 15* 16*	-837,667	125*125*10	48,44	353	353	5	5	70,6	70,6	0,754	1,05	218,5	240
598,333 -359,0	100*100*7	27,5	282	317	4	4	70,06	79,25	– 0,686 –	1,05	207,2 190,3 41,1	240 240 240
168	149
Стойки	22*	-143,6	42	37,5	0,89	1	58,79	240

  
*  – сечение, принятое в целях унификации.

3.3 Расчёт опорного узла фермы.

3.3.1Определение площади торца опорного фланца.

Площадь торца опорного фланца определяется из условий
смятая:

A=F_R/R_p

где R_p –расчётное сопротивление стали смятию
торцевой поверхности (при наличии пригонки).

F_R = 502,6кН   R_p =R_yn/g_m,   
g_m=1.025.   R_yn=370мПа  R_p
=336 мПа,

A=502,6/336∙10³=0,00149м²=14,9см²

b_o.f=220мм – из условий
крепления поясов фермы.

h_o.f=14,9/22=0.677см.    конструктивно
примем h_o.f=20мм.

3.3.2. Расчёт сварных швов опорного узла.

N₂=502,6кН

L_Ш2=4∙В=4∙18=72см

Применим электроды Э46А

R_wf=200МПа

R_wz=0.45∙R_un=0.45∙370=166.5МПа.

g_wf,g_wz,=1

β_f=0.7,
β_z=1

s_wf=200∙0.7∙1=140МПа

s_wz=166.5∙1∙1=166.5МПа

расчет
ведём по s_wf=14МПа

Примем
κ_f=8мм

s=502,6/0,85∙0,008∙0,72=102,65МПа>140МПа

В опорный узел конструктивно
вводим для предотвращения концентрации напряжений.

4.Нагрузки на колонну.

4.1 Крановая нагрузка

 Расчетное вертикальное
давление на колонну от двух сближенных кранов определяем с помощью линии
влияния.

Д_max=g_f×y×(åF^н_max×y_i),

где g_f=1,1 –
коэффициент надежности;

       y=0,85;

       F^н_max=150кН;

       y_i – ординаты линии влияния.

Д_max=1,1×0,85×150×(0,5312+0,8964+1+0,6348)=429,5кН.

Д_min=g_f×y×(åF^н_min×y_i),

где g_f=1,1 –
коэффициент надежности;

       y=0,85;

       F^н_min=(Q+G_кр)/n₀ – F^н_max,

       Q=160кН,
G_кр=37+217=254кН,
n₀=4, тогда
F^н_min=(160+254)/2 – 150=57кН;

       y_i – ординаты линии влияния.

Д_min=1,1×0,85×57×(0,5312+0,8964+1+0,6348)=163,2кН.

    Горизонтальное давление
на колонну.

Т=g_f×y×0,05∙(åТ_кi×y_i),

где
g_f=1,1 – коэффициент
надежности;

       y=0,85;

       Т_кi=Т^н
₀/n₀,

       Т^н ₀=(Q+G_т), Q=160кН, G_т=37кН,
тогда Т₀=(160+37)=кН, тогда Т_кi=197/2=98,5кН;

       y_i – ординаты линии влияния.

Т=1,1×0,85×0,05∙98,5×(0,5312+0,8964+1+0,6348)=14,17кН.

4.2Ветровая нагрузка.

   Ветровая расчетная
погонная нагрузка.

w_экв=g_f×g₀×К_экв×с×В,

где g_f=1,4 –
коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

       g₀=0,38кН/м² – нормативное значение ветровой
нагрузки;

       К_экв=1,054,
при высоте здания 16,45 м и типе местности А;

       с=0,8 – коэффициент
для вертикальных стен;

       В=12м – шаг поперечных
рам.

w_экв=1,4×0,38×1,054×0,8×12=5,28кН/м

    Пассивное давление
ветра (отсос).

w₀=g_f×g₀×К_экв×с×В,

где g_f=1,4 –
коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

       g₀=0,38кН/м² – нормативное значение ветровой
нагрузки;

       К_экв=1,054,
при H=16,45м и типа местности А;

       с=0,6 – коэффициент
для вертикальных стен;

       В=12м – шаг
поперечных рам.

w_экв=1,4×0,38×1,054×0,6×12=4,02кН/м

    Сосредоточенная
ветровая нагрузка на ригель.

W=g_f×g₀×с×В×А_abcd,

где g_f=1,4 –
коэффициент надежности по ветровой нагрузке;

       g₀=0,38кН/м² – нормативное значение ветровой
нагрузки;

       с=0,8 – коэффициент
для вертикальных стен;

       В=12м – шаг поперечных
рам;

       A_abcd= ((1,08+1,161)/2)∙3,25=3,64м ²

– площадь трапеции эпюры
ветрового давления на ферму и парапет, высота 3,25м

W=1,4×0,38×0,8×12∙3,64=18,359кН/м².

Сосредоточенная пассивная
сила:

W=1,4×0,38×0,6×12∙3,64=13,769кН/м².

5. Расчет колонн.

5.1. Расчетные длины участков ступенчатой колонны.

    Для верхней части.

l_ef=m×l,

для нижней части.

l_ef,к1=m₁×l₁,

где l –
геометрическая длина колонны;

      m – коэффициент для колонн с верхним свободным концом, определяемый по в
зависимости от a₁ и h.

a₁=l₂/l₁×√I₁/I₂×b,

где I₁/I₂ –
отношение моментов инерции;

b=F₁+F₂/F₂,

где F₁+F₂=N₂= -1056,2060кН.

b=1056,206/575,2760=1,837,

a₁=4,6/9,4×Ö1/8,020∙1,837=0,127.

n=I₂×l₁/I₁×l₂,

n=(1/8,0202)×(9,4/4,6)=0,225.

    Тогда при a₁=0,127 и n=0,0.225,
принимаем m₁=2,01785
– для нижней части колонны. Для верхней части колонны:

m=m₁/a₁,

m=2.01785/0.127=15.8,

принимаем m=3.

    Расчетные длины стержней
для верхней части колонны.

---

Страница 1 из 1 1

Сервисы

Стандартные размеры фланцев по ГОСТ оптимальны

Размеры фланцев при конструировании определяются основана на целесообразности размеров фланцев ГОСТ или фланцев по другим основным стандартам и плотности таких стандартных фланцевых соединений. Ведь естественным является предположение, что советские и российские конструкторы не зря выбрали те или иные размеры фланцев для определённых Ду и Ру.

При неточном методе расчёта размеров фланцев и недостаточном учёте всех параметров невозможно создать надёжное и наименее металлоёмкое фланцевое соединение.

Методика такого конструирования позволяет обойтись без сложных расчётов фланцев решить следующие проблемы:

↑ В начало

Размеры фланца для новых Ду и Ру

Пусть рассчитаны размеры фланца первого для определённых Ду и Ру. При этом первый фланец может быть как стандартным фланцем по ГОСТ, так и нестандартным. Назначается нагрузка, которой первый фланец не удовлетворяет.

Требуется определить размеры фланца второго, удовлетворяющего вновь назначенной нагрузке.

↑ В начало

Размеры фланца стального из нового материала

Пусть также имеются рассчитанные размеры фланца стального.

Требуется определить достаточно прочные размеры фланцы из материала, не предусмотренного стандартом на Ду, Ру фланцев и усилие болтов, заданных в условиях.

↑ В начало

Размеры фланцев воротниковых

Расчётная толщина кольца цельного фланца с учётом выступов и пазов, т.е. характерных размеров уплотнительных поверхностей воротникового фланца, в мм:

b_p = A’ ⋅D_в.ф / (D_{в. ф}+25),    (1)

где A’ — коэффициент, зависящий от P_у, D_у и определенный по таблице 1,
D_в.ф — внутренний диаметр воротникового фланца (внутренний размер фланца).

Формуле (1) отвечает D_н.ф (наружные размеры фланцев воротниковых) фланца ГОСТ для P_у, Д_у, заведомо известных.

Таблица 1. Коэффициент А’ для размеров воротниковых фланцев применительно к ГОСТ 12821-80 (унаследовано из ГОСТ 12830-67)

Pу, кгс/см2	1,0; 2,5	6	10	16	25	40	64	100	160	200
Dу, мм	25-200	100-1000	100-400	100-350	100-350	100-200	100-250	100-150	100-125	100
A’	17-18	19,5-26,5	24,5-30	25-35	30-43	32-43	42-47	48,5-54	54	70
Dу, мм	300-1600	1200-1400	500-1200	400-1200	400-800	250-500	300-400	200-400	200-300	125-250
A’	22-28,5	28,5-33,5	30,5-39	37-45	47-62	43-66	59-70	64-81	79	91-118

При уменьшении D_н.ф искомую толщину кольца b_p2 фланца определяют по формуле, найденной из условия равенства напряжений для рассматриваемого фланца (величинам и размерам фланца присвоим индекс 1) и полученного уменьшением наружного диаметра кольца рассматриваемого фланца — величины с индексом 2:

σ_к = Q_прbc / (1,82 D_в.ф); (равенство напряжений фланцев, где Q_пр – приведённая нагрузка болтов)

b_p2 = b_p1⋅(Q_пр2 / Q_пр1)⋅(B₁/ B₂).    (2)

Величина одного из размеров фланцев b_p1 в данном случае определена формулой (1); B₁ и B₂ находят по графику (рисунок 2). 

Q_пр1,Q_пр2 вычисляются по формуле:

,    (2а)

• где P₁ – сила давления рабочей среды на площадь, ограниченную внутренним диаметром фланца, кгс,
• P – сила давления рабочей среды на площадь, ограниченную диаметром эффективной прокладки для фланцев, кгс,
• расчётную нагрузку болтов Q₁, Q₂ полагают известной. 

При получении формулы (2) на размер фланцевого кольца принято А₁= А₂= А, поскольку А  изменяется на порядок меньше, чем отношение D_{н. ф}/ D_в.ф при D_{в. ф} = const.

Диаметр резьбы болта 

d = В’⋅b_p,   (3)

где В’ — безразмерный коэффициент, определяемый по таблице 2.

Таблица 2. Коэффициент В’ для цельных фланцев

Ру фланца, кгс/см2	1,0-2,5	6	10	16	25	40;64	100	160	200
В’	1,0	0,9	0,85	0,80	0,75	0,70	0,65	0,60	0,55

Примечание: Для болтов соединения с фланцами Ду 25 мм Ру 200 кгс/см² коэффициент В’ в таблице 2 увеличивают на 30%.

Размер фланца s_н — толщина стенки фланца в основании конической втулки (толщина воротника фланца) — назначается так:

D_в.ф ≥ 100,  P_у ≤ 64 кгс/см²   …………….s_н = 0,75 b_p;

D_в.ф ≥ 100,  P_у ≤ 100 кгс/см² …………….s_н = 0,85 b_p;

D_в.ф ≥ 100,  P_у любое              …………….s_н = 0,70 b_p.

Уклон i для кованых фланцев i = 1/3 (допускается i = 1/1.25), а для литых фланцев i = 1/5.

Наружный диаметр фланца

D_н.ф = D_в.ф +2 (s_н +r) + 2D_г + 5,     (4)

где r — радиус галтели в основании конической втулки фланца стального приварного встык (воротника фланца)

r ≤ 0,6 s_н.     (5)

Диаметр окружности болтов

D₁ = D_{н. ф} — D_г — 5. (6)

Назначив число болтов кратным 4 или 2, определяют напряжения в них:

σ = Q’ / f_б,

где f_б – площадь расчётного поперечного болта, см²,
Q’ – расчётная нагрузка на один болт, кгс.

↑ В начало

Решение первой задачи конструирования фланцев. Нахождение размеров фланцев для большей нагрузки.

Какие размеры фланцев требуется рассчитать?

Условиям эксплуатации трубопровода (фланцы труб) или сосуда (фланцы сосудов), к которым не  предъявляется требований по повышенным  статическим  и динамическим  нагрузкам,  взрывоопасности  и токсичности  рабочей среды отвечают, стандартные фланцы ГОСТ (40).

Пусть далее к данному, ранее рассчитанному  фланцевому соединению с известными размерами фланцев (величинам, относящимся к нему, приписываем индекс 1), предъявлены новые требования по дополнительному восприятию  внешнего момента M = 0,5 M_пр (M_пр– это изгибающий момент, действующий на фланцевое соединение, соответствующий образованию на трубе шарнира текучести, кгс⋅см) и по условию  токсичности рабочей среды фланец должен быть в m>1 раз менее  напряженными.

Остаются постоянными следующие размеры фланцев:

• D_в.ф = const (размеры фланцев – внутренние диаметры фланцев)
• D_{н. ф} =const (размеры фланцев – наружные диаметры фланцев)

Требуется подобрать новые размеры фланца усиленного (размерам фланца второго приписываем индекс 2):

• b_p2 — новый размер фланца — толщина фланцевого кольца с учётом размеров уплотнительной поверхности),
• s_H2 — (новый диаметр фланца в воротнике).

↑ В начало

Конструирование фланцев. Как найти размеры фланцев?

Схема решения такова. Определяем:

• Mпр (критическая характеристика фланцев — изгибающий момент, при котором на торце трубы с фланцем возникает явление шарнира текучести) – по формуле:
  
• M₂ = 2 М_пр  — требуемая характеристика фланцев — новый, увеличенный вдвое, выдерживаемый изгибающий момент;
• Q_M2  = 4 M₂ / D₂ — силовая характеристика: часть нагрузки болтов, расходуемая на создание внутренних сил, уравновешивающих внешний момент M₂ (эта и другие силовые характеристики фланцев приводятся здесь в кгс);
• Q_упл — силовая характеристика фланцевого соединения: часть нагрузки болтов, давящая на фланцевые прокладки, расходуемая на создание затвора:
  Q_упл = F_э q или Q_упл = π D₂ q_s; где D₂ — один из основных размеров фланцев — средний диаметр контактной площади фланцевой прокладки, см;
• определяем нагрузку крепежа на фланцы:
  Q_{2 =} Q_M2 +P+ Q _упл.

Формула (2) для искомой толщины  кольца фланца b_p принимает вид 

b_{p2  =}  b_p1 m Q_пр2 / Q_пр1;    (7)

где b_p1, Q_пр1 известны по условию задачи; B₁/B₂ =1,поскольку D_{н ф}= const; Q_пр2 определено по формуле (2а) с учетом Q_2; m – коэффициент

согласно условию задачи. Затем, как указано выше параграфа, назначаем размеры фланцевого воротника s_н2, i₂.

↑ В начало

Порядок расчета второй задачи

Какие характеристики должны обеспечить новые размеры фланцев

Изготовление фланцев осуществляется из нового сплава с пределом текучести σ_T2, а не σ_T1, при σ_T1>σ_T1.

Наружные диаметры фланцев стальных приварных встык (размеры фланцев ГОСТ 12821-80) остаются прежними D_н.ф =const, как и нагрузка крепежа на фланцы Q =const.

Требуется определить s_н2, b_p2 — новые размеры фланцев воротниковых.

↑ В начало

Конструирование фланцев. Размеры фланцев новой конструкции.

Формула (2) на размеры воротникового фланца в области кольца с учетом формулы (7) принимает вид:

 b_p2 = m’ b_p1,     (8)

где m’ =  σ_T1 / σ_T2.

Далее, как в решении первой задачи, назначаем  s_н2, i.

Затем проверяем запас прочности по втулке

n_{вт2 =}n_вт1 (s_н1/s_H2)² σ_T2 / σ_T1.   (9)

Здесь индексы 1 и 2 указывают на принадлежность величин так же, как  в σ_T1, σ_T2. Величина  n_вт1 предполагается известной. Формула (9) получена из условия равенства величин в отношении σ_T1 / σ_T2 их выражениям, записанным через  напряжения  и n_вт1, n_вт2 с учетом приближенного равенства моментов M_o (47) для обоих фланцев.

↑ В начало

Размеры фланцев плоских. Расчёт плоских фланцев

Фланец стальной плоский приварной имеет толщину кольца (в мм), которая вычисляется по формуле, аналогичной формуле (1) на размеры фланцев воротниковых:

b_p = A” ⋅D_в.ф / (D_{в. ф}+35),    (10)

где A” — коэффициент на размеры фланцев плоских, определяемый из таблицы 3;
D_{в. ф}  — внутренний диаметр обечайки или трубы, то есть D_{в. ф} = D_в.

Размеры плоских фланцев также определяются по формуле (2).

Таблица 3. Коэффициент А”для плоских приварных применительно к ГОСТ 12820-80 (принят взамен ГОСТ 1255-67)

Pу фланцев плоских, кгс/см2	1,0;2,5	6	10	16	25
Ду фланцев плоских, мм	80-200	250-800	1000-1600	80-350	400-600	100-3500	400-600	80-400	500-600	80-300
A”	19-19,5	25-27	31-33	26-28.5	30.5-37	20-31	31-33	35-41	51.5-53	31.5-42

Примечание: Два значения А”в клетке отвечают двум D_у в соответствующей верхней клетке; для промежуточных D_у  значения А” находят интерполяцией.

Диаметр резьбы болтов для соединений плоских фланцев:

d = B” b_p,          (11)

где B” — безразмерный коэффициент из таблицы 14.

Таблица 14. Коэффициент B” на размеры плоских фланцев

Ру фланцев плоских, кгс/см2	1,0; 2,5	6	10	16	25
B ”	1,0	0,9	0,85	0,8	0,8

Наружный диаметр кольца фланца

D_{н. ф} = D_{в. ф} + 4s + 2D_г + 5 мм.

Диметр окружности болтов для фланцев плоских рассчитывается по формуле (6).

↑ В начало

Размеры фланцев свободных. Конструирование свободных фланцев

Конструирование фланцев свободных на наконечнике с конической втулкой (находим размеры свободных фланцев на приварном встык кольце) начинают с назначения размеров конической втулки:

s_H/s = 2; i =1/3 для фланцев свободных D_{в. ф} ≤ 250 мм;

s_H/s = 2; i =1/5 для свободных фланцев D_{в. ф} > 250 мм.

Далее назначают толщину концевого бурта под фланец свободный: l_{б. н} = s_H.

Радиус галтели r в основании конической втулки по зависимости (5).

Наружный диаметр бурта наконечника под фланец свободный

D_{н. б} = Dв. ф + 2(s_H + r + Δ_б) мм,

где Δ_б = 3…5 мм — ширина кольцевой площадки для опоры кольца фланца свободного, равная 3 при D_{в. ф} ≤ 500 мм и 5-ти при D_{в. ф} > 500 мм.

Малая масса бурта наконечника и основная роль конической втулки в сопротивлении наконечника деформации позволяет пренебречь выступающей частью бурта под свободный фланец при назначении прочных размеров втулки. Расчёт сводится к выполнению условия:

σ_{в. б} = 6 М_{б. н} / s_H² ≥ 1,2.

Здесь М_{б. н} — интенсивность момента, приложенного к бурту наконечника:

М_{б. н} = (Q_пр / π)⋅(D_{н. б} — D_{в. ф})/ D_{в. ф},

где Q_пр определяется по выражению (2а).

↑ В начало

Заключение

Несмотря на стандартизацию, окончательный выбор части размеров фланцев и фланцевых соединений часто остаётся за конструктором. В ряде случаев бывает необходимость определения размеров фланцев, не предусмотренных стандартами.

↑ В начало

Получив доступ к данной странице, Вы автоматически принимаете Пользовательское соглашение.

Расчет фланцевых
соединений

Цель
работы:
изучение основных конструкций фланцевых
сое­динений и приобретение навыков
расчета фланцевых соединений на прочность
и герметичность.

Задание: определить
основные размеры стального фланцевого
соединения, а также выполнить расчет
на прочность и герметичность фланцевого
соединения аппарата, работающего под
внутренним давлением, если заданы:
–
внутренний диаметр аппарата, м; толщина
стенки обечайки
,
м; внутреннее
давление в аппарате
,
МПа; температура обрабатываемой среды
;
внешние изгибающий момент и осевая сила
отсутствуют
(F=
О, М=0);
прибавка к расчетной толщине стенки
С=1
мм; коэффициент
прочности сварных швов
1,0;
материал фланца – сталь 12Х18Н10Т, материал
болтов – сталь 35Х; фланцы неизолированные.

Методика расчета

Определение
конструктивных размеров фланца.
Толщина

втулки
фланца (см. рис. 2.9) в зависимости от его
конструкции принимается:

для приварного
встык

но во всех случаяхмм; (2.67)

для плоских
приварных и свободных

(2.68)

Толщина
у основания втулки приварного втык
фланца (см. рис. 2.9)

(2.69)

где
–
коэффициент, определяемый из рис. 2.14.

Рис.
2.14. График для определения коэффициента

Высота
втулки фланца:

приварного встык

(2.70)

где
-уклон
втулки;

плоского приварного
или свободного

(2.71)

Диаметр
болтовой окружности фланцев:

приварных встык

(2.72)

где
–
нормативный зазор между гайкой и втулкой
(),
мм;-наружный диаметр болта, выбираемый по
табл. 2.4;

плоских сварных

(2.73)

свободных

(2.74)

где

нормативный зазор между гайкой и
обечайкой (мм);-внутренний
диаметр свободного кольца ().

Таблица 2.4

Рекомендуемые
диаметры болтов (шпилек)
(мм) в зависимости от давления и диаметра
аппарата

Наружный диаметр
всех типов фланцев:

(2.75)

где
-конструктивная
добавка для размещения гаек по диаметру
фланца (табл. 2.5).

Наружный диаметр
прокладки:

приварных встык
и плоских приварных фланцев

(2.76)

где
–
нормативный параметр, зависящий от типа
прокладки (принимается по табл. 2.5);

свободных фланцев

(2.77)

где
–
наружный диаметр бурта ().

Таблица 2.5

Вспомогательные
величины для определения размеров
фланца

Средний диаметр
прокладки

(2.78)

где
-ширина
прокладки, принимая по табл. 2.6.

Таблица 2.6

Размеры прокладок

Количество болтов,
необходимое для обеспечения герметичности
соединения,

(2.79)

где
-рекомендуемый
шаг расположения болтов, выбираемый в
зависимости от давления:

Давление
в аппарате
Р_р,
МПа Шаг расположения болтов
t_m

До 0,3	(4,25,0)
0,3-0,6	(3,8 4,8)
0,6-1,0	(3,54,2)
1,0-1,6	(3,0 3,8)
1,6-2,5	(2,73,5)
2,5 – 4,0	(2,33,0)
4,0-10,0	(2,12,8)

Полученное
значение

округляем до значения, кратного четырем.
Высота (толщина) фланца ориентировочно,
м,

(2.80)

где
-коэффициент,
принимаемый по рис. 2.15;
– эквивалентная
толщина втулки фланца, м.

(2.81)

Расстояние
между опорными поверхностями гаек для
фланцевого соединения с уплотнительной
поверхностью типа “шип-паз”
(ориенти­ровочно)

(2.82)

где

-высота (толщина)
стандартной прокладки (=2мм).

Примечание.
Все значения, получаемые по формулам
(2.67-2.82),

Необходимо
округлять до ближайшего значения
стандартной толщины листа.

Определение
нагрузок, действующих на фланец (рис.
2.16).
Равнодействующая внутреннего давления,
МН,

(2.83)

Реакция
прокладки, МН,

(2.84)

где
–
эффективная ширина прокладки, м ( примм,
примм

);
– коэффициент, зависящий от материала
и конструкции прокладки ( определяется
по табл. 2.7)

Таблица 2.7

Характеристика
плоских неметаллических прокладок

*
Для сред с высокой проникающей способностью
(водород, гелий, легкие нефтепродукты,
сжиженные газы и т.п.)
=
35 МПа.

Рис.
2.16. Схема действия нагрузок на фланец
в рабочих условиях

Усилие,
МН, возникающее от температурных
деформаций, опре­деляется по формулам:

Для
плоских приварных и приварных встык
фланцев

(2.85)

для
фланцевых со свободными кольцами

(2.86)

где

,,– соответственно коэффициенты линейного
расширения материала фланца, болтов и
свободного кольца (см.табл.2.8),;,,– соответственно температура фланца,
болтов свободного кольца (см.табл.2.9 ) ,;,,,– податливости соответственно болтов,
прокладки, фланцев, свободного кольца,
вычисляемые по формулам:

(2.87)

Где
–
модуль упругости материала болтов
(табл. 2.10),;
-расчетная
длина болта, м;

(2.88)

Где
–

расстояние между опорными поверхностями
головки болта и гайки (определяется
конструктивно или по формуле 2.82);
–
диаметр отверстия под болт, м;

(2.89)

Где
–
высота (толщина) прокладки, м;
–
коэффициент обжатия прокладки ( для
прокладок: из резины

из
картона, паронита, фторопласта и т.п.
);

–
модуль упругости материала прокладки,
(см. табл. 2.7);

(2.90)

Где
,
–безразмерные
параметры

;
(2.91)

(2.92)

,–
коэффициенты, определяемые по формулам

(2.93)

(2.94)

E-
модуль упругости материала фланца ( см.
табл. 2.10),
;

(2.95)

Где

–
модуль упругости материала кольца,
(табл.2.10);–
высота ( толщина) свободного кольца, м.

Таблица
2.8

Коэффициент
линейного расширения () сталей

Таблица
2.9

Расчетная
температура элементов фланцевого
соединения

Примечание.
–
расчетная температура соответственно
фланцев, свободного кольца, болтов и
обечайки.

Таблица
2.10

Модуль
продольной упругости (МПа)
сталей

Расчетная
площадь поперечного сечения
болта по внутреннему диаметру резьбы
принимается по табл. 2.11.

Таблица
2.11

Значение
площадей поперечного сечения болтов

Коэффициент
жесткости фланцевого соединения:

при стыковке
фланцев одинаковой конструкции

(2.96)

При стыковке
фланцев различной конструкции

(2.97)

(2.98)

(2.99)

где
,– угловые податливости фланцев;,–
внутренние диаметры фланцев, м;
,
– эквивалентные толщины втулок фланцев,
м;
К_ж
=
1
– для
приварных встык фланцев с овальными
или восьмигранными металлическими
прокладками, а также для фланцев со
свободными кольцами.

Болтовая нагрузка
в условиях монтажа до подачи внутреннего
давления:

(2.100)

Где
– внешняя осевая растягивающая (+) или
сжимающая(-) сила (=0-
в нашем случае);-внешний
изгибающий момент (=0);–
допускаемое напряжение для материала
болта при 20(
см. табл. 2.12),;–
минимальное давление обжатия прокладки
( табл. 2.8);-расчетная
площадь поперечного сечения болта,
(табл. 2.11).

Болтовая нагрузка
в рабочих условиях

.
(2.101)

При
должно выполняться условие

,
(2.102)

Где
–
допускаемое напряжение для материала
болтов при расчетной температуре, МПа.

Приведенный
изгибающий момент

.

Допускаемое
напряжение [а]_б
(МПа) для стальных болтов (шпилек)

Таблица
2.12

Расчетная	Марка стали
температура	35	12Х18Н10Т	45Х14Н14В2М	35Х; 40Х	25Х2МФА	25Х2М1Ф
t,°C	ВСт5	10Х17Н13М2Т		37Х12Н8Г8МФБ	25X1МФ
20	130	110	160	230	230	230
100	126	105	150	230	230	230
200	120	98	138	225	225	225
250	107	95	132	222	220	220
300	97	90	126	220	215	215
350	86	86	120	185	215	215
375	80	85	117	175	210	210
400	75	83	114	160	210	210
425	68	82	110	–	182	195
450	–	80	107	–	156	180
475	–	79	104	–	127	165
500	–	78	100	–	96	150
510	–	–	95	–	84	137
520	–	–	90	–	74	120
530	–	–	85	–	65	100
540	–	–	80	–	55	75
550	–	–	75	–	–	64

Таблица 2.12

Условия прочности
болтов выполняются:

;
(2.103)

.
(2.104)

Проверить условие
прочности неметаллических прокладок

,
(2.105)

Где
–
допускаемое давление на прокладку
(табл. 2.7);

.

Максимальное
напряжение в сечении фланца, ограниченное
размером
.

,
(2.106)

Где
–
безразмерный параметр, определяемый
по номограмме (рис. 2.17);

–
безразмерный
параметр, определяемый по формуле

.

(2.107)

Максимальное
напряжение в сечении, ограниченное
размером
,

,
(2.108)

Где
(см.
табл. 2.1).

Максимальное
окружное напряжение в кольце фланца

.
(2.109)

Проверить условие
прочности втулки фланца для сечения,
ограниченного размером
:

,
(2.110)

Где
(
см. табл.2.1).

Рис.
2.17. График для определения коэффициента

Напряжения во
втулке от внутреннего давления:

тангенциальное

,
(2.111)

Где С=1мм
прибавка на коррозию;

мередиональное

.
(2.112)

Проверить условие
прочности для сечения фланца, ограниченного
размером
:

,
(2.113)

где
–
допускаемое напряжение для фланца в
сечении
,
принимаемое при количестве нагружений
соединений (сборка-разборка) не более
из условий:

при
МПа;

при
МПа.

Проверить условие
герметичности фланцевого соединения
по углу поворота фланца

,
(2.114)

где
–
допускаемый угол поворота фланца,
принимаемый для плоских фланцев
=0,013
рад; для фланцев, приварных встык
=0,009
рад при
2000мм;=0,013
рад приD>2000
мм.

Проверить условие
прочности для свободного кольца

,
(2.115)

где
–
приведенный изгибающий момент,
определяемый из условия

.
(2.116)

Допускаемые
напряжения для материала свободного
кольца при 20 °С и расчетной температуре
соответственно

и
,
(2.117)

где
и
–
предел текучести материала кольца
соответственно при 20 °С и расчетной
температуре (табл. 2.1).

Проверить условие
герметичности, определяемое углом
поворота свободного кольца

,
(2.118)

Где
=0,026
рад – допускаемый угол поворота кольца.

Порядок
оформления отчета.
Отчет о расчетно-практической работе
оформляется в соответствии с требованиями,
изложенными в [10], и включает в себя
следующие разделы:

-цель
работы;

-теоретическую
часть, в которой приводится классификация
фланцев и типов уплотнительных
поверхностей фланцевых соединений;
области применения различных типов
фланцев; виды прокладок; требования, к
ним предъявляемые; излагается сущность
комплексного расчета фланцевого
соединения;

-расчетную часть,
в которой приводится расчет фланцевого
соединения согласно предлагаемому
варианту (табл. 2.13);

– графическую
часть, в которой даются чертеж
проектируемого фланцевого соединения
и спецификация к нему.

Таблица 2.13

Контрольные
вопросы

1. Назовите основные
   типы фланцев. Укажите границы их
   приме­нения.

2. Приведите
   классификацию типов уплотнительных
   поверхностей фланцевых соединений.
   Укажите границы их применения.

3. Какие материалы
   используются в качестве прокладок во
   флан­цевых соединениях? Дайте им
   характеристику. Назовите требования,
   предъявляемые к прокладкам.

4. В чем заключается
   сущность расчета на прочность фланцевого
   соединения?

5. В чем заключается
   сущность расчета на герметичность
   фланцевого соединения?

6. Как учитывается
   влияние высоких рабочих температур
   при расчете фланцевого соединения?

7. Поясните методику
   расчета при определении геометрических
   размеров основных элементов фланцевого
   соединения.

Соседние файлы в папке Глава 2

• #
• #
• #
• #
• #
• #