2.3 Вибір і розрахунок фланцевого з'єднання

Так, як робочий тиск в апараті p = 0,52 МПа, то вибираємо плоскі приварні фланці (рис. 2б)

Рис. 2.3 –Фланець

Конструктивні розміри фланця.

Товщина втулки прийнята =8мм, що задовольняє умові:

; (2.14)

мм

Товщина втулки за формулою:

; (2.15)

де = 2,2 при D/=800/8=100 [1].

мм.

З конструктивних міркувань приймаємо мм.

Висота втулки за формулою:

; (2.16)

мм.

Еквівалентна товщина втулки фланця

; (2.17)

мм.

Діаметр болтового кола за формулою:

; (2.18)

де u = 6 мм;

- діаметр стяжних болтів, м

=20мм при =0,52МПа і D=800мм

мм.

З конструктивних міркувань приймаємо 890мм.

Зовнішній діаметр фланця:

; (2.19)

а= 40мм для шестигранних гайок М20 [1]

мм.

Зовнішній діаметр прокладки

; (2.20)

мм.

е= 30мм при =20мм [1]

Середній діаметр прокладки

; (2.21)

де b – ширина плоскої неметалічної прокладки, м

b= 20мм при D=800мм [1]

мм.

Кількість болтів за формулою:

; (2.22)

де – крок розташування болтів, м

=(3,8÷4,8)=20=76мм.

Приймаємо 40 (кратне 4).

Товщина фланця за формулою:

; (2.23)

де = 0,32 при=1,2МПа і приварних встик фланців [1]

мм

Приймаємо =30мм.

Відстань між опорними поверхнями гайок для фланцевого з'єднання з поверхнею ущільнювача типу «шпилька-паз»

; (2.24)

де — товщина стандартної прокладки, м.

= 2 мм

мм.

Навантаження, що діють на фланець.

Рівнодіюча внутрішнього тиску

; (2.25)

кН.

Реакція прокладки за формулою:

; (2.26)

де =2,5 – для пароніту [1];

–ефективна ширина прокладки, м.

; (2.27)

мм

кН.

Зусилля, що виникає від температурних деформацій за формулою:

; (2.28)

де і– відповідно коефіцієнти лінійного розширення матеріалу фланців і болтів [1];

–розрахункова температура неізольованих фланців;

–розрахункова температура болтів;

МПа — для болтів із сталі 20;

–площа поперечного перетину болта ;

–кількість болтів, шт.;

–податливості, відповідно болтів, прокладки, фланців, м/МН.

К;

К;

Податливість болтів:

; (2.29)

де — розрахункова довжина болта, м;

; (2.30)

мм.

Податливість прокладки:

; (2.31)

де = 2000 МПа —для прокладки з пароніту [1];

Податливість фланця:

; (2.32)

; (2.33)

.

; (2.34)

при

Е= МПа — для фланця із сталі 20.

; (2.35)

;

.

Тоді

; (2.36)

кН.

Коефіцієнт жорсткості фланцевого з'єднання за формулою:

; (2.37)

Болтове навантаження в умовах монтажу до подачі внутрішнього тиску

; (2.38)

де = 20 МПа для -паронітової прокладки [1].

кН.

Болтове навантаження в робочих умовах за формулою:

; (2.39)

кН

Приведений момент, що вигинає, за формулою:

; (2.40)

де = 136МПа;= 140 МПа – відповідно для матеріалу фланця при 20 °С і розрахунковій температурі t= 401К [1].

Перевірка міцності і герметичності з'єднання.

; (2.41)

; (2.42)

де =140МПа,=125МПа – для матеріалу болтів при 293К і розрахунковій температурі=431К [1].

Умови міцності болтів виконуються:

Умова міцності неметалічної прокладки:

; (2.43)

де =130 МПа — для прокладки з пароніту [1]

Умова міцності виконується:

Максимальна напруження в перетині фланця, обмеженому розміром, за формулою:

; (2.44)

де D*=D=0,8м при D>20800>мм

; (2.45)

;

МПа.

Максимальна напруження в перетині фланця, обмеженому розміром, за формулою:

; (2.46)

де = 1,1 при=2,2

МПа.

Окружна напруга в кільці фланця за формулою:

; (2.47)

МПа.

Напруження у втулці від внутрішнього тиску:

Тангенціальне:

; (2.48)

МПа.

Меридіональне:

; (2.49)

МПа.

Умова міцності для перетину фланця, обмеженого розміром

; (2.50)

де =230 МПа — напруження, що допускається, рівна межі текучості стали20 при t=431К [1].

Умова міцності виконується.

Умова міцності для перетину, обмеженого розміром :

; (2.51)

де =220МПа – для фланця із сталі20

Умова міцності виконується.

Умова герметичності фланця:

; (2.52)

де = 0,009 радий — кут повороту приварного встик фланця, при D=800 мм <1000 мм.

Умова герметичності виконується.