2.6 Расчёт фланцевого соединения
2.6.1. Определение конструктивных параметров соединения
1. Толщина S0 втулки фланца в зависимости от его конструкции (тип фланца – свободный) принимается таким образом, что удовлетворяет условию S0 > S.
Рисунок 16 – Расчётная схема
2. Высота hв втулки свободного фланца:
|
|
(78) |
3. Внутренний диаметр свободного кольца Ds принимаем .
|
|
(79) |
4. Диаметр Dб болтовой окружности фланцев:
|
|
(80) |
где u1 – нормативный зазор между гайкой и обечайкой (u1 = 8 мм);
d6 =20 мм – наружный диаметр болта, выбирамый по табл. 2.
Ds – внутренний диаметр свободного кольца.
5. Наружный диаметр фланца:
|
|
(81) |
где а – конструктивная добавка для размещения гаек по диаметру фланца, принимаемая по табл. 3.
Таблица 2 – Рекомендуемые диаметры болтов dб в зависимости от давления и диаметра аппарата
|
Давление,МПа
|
Диаметр аппарата, мм |
|||||||
|
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
1600 |
1800 |
2000 |
>2000 |
|
|
0 – 0,6 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
20 |
24 |
24-30 |
|
0,6 – 1,0 |
20 |
20 |
20 |
20 |
24-30 |
24-30 |
30 |
30 |
|
1,0 – 1,6 |
20 |
20 |
24-30 |
24-30 |
24-30 |
24-30 |
30 |
30 |
|
1,6 – 2,5 |
20 |
20 |
24-30 |
24-30 |
24-30 |
30 |
30 |
— |
|
2,5 – 4,0 |
30 |
30 |
36 |
36 |
36 |
42 |
42 |
— |
|
4,0 – 6,4 |
30 |
42 |
42 |
48 |
48 |
52 |
52 |
— |
|
6,4 – 8,0 |
30-36 |
42 |
48 |
52-56 |
52-56 |
— |
— |
— |
|
8,0 – 10,0 |
36-42 |
48 |
52-56 |
56-64 |
56-64 |
— |
— |
— |
Таблица 3 – Вспомогательные величины для определения размеров фланца
|
Диаметр болта dб, мм
|
Диаметр отверстия под болт d, мм
|
Конструктивная добавка а, мм |
Нормативный параметр е, мм |
||
|
для гаек шестигранных (обычных) |
для гаек с уменьшенным размером под ключ |
для плоских прокладок |
для прокладок овального сечения |
||
|
20 |
23 |
40 |
36 |
30 |
50 |
|
22 |
25 |
42 |
40 |
32 |
52 |
|
24 |
27 |
47 |
42 |
34 |
57 |
|
27 |
30 |
52 |
47 |
37 |
60 |
|
30 |
33 |
58 |
52 |
1 |
64 |
|
36 |
40 |
60 |
63 |
48 |
71 |
|
42 |
46 |
80 |
69 |
55 |
78 |
|
48 |
52 |
92 |
80 |
61 |
84 |
|
52 |
58 |
97 |
86 |
65 |
88 |
|
56 |
60 |
110 |
— |
— |
195 |
|
60 |
66 |
115 |
— |
— |
240 |
|
64 |
70 |
120 |
— |
— |
240 |
Таблица 4 – Параметры прокладок
|
Прокладки |
Диаметр аппарата D, мм |
Ширина прокладки b, мм |
|
Плоские неметаллические |
D<1000 1000 < D <2000 D > 2000 |
12– 15 15– 25 25 |
|
Плоские металлические |
D<1000 D > 1000 |
10– 12 12– 15 |
|
Плоские в металлической оболочке и зубчатые металлические |
D<1600 D> 1600 |
12– 18 13– 25 |
|
Овального и восьмиугольного сечения для Р > 6,4 МПа |
D<600 600 < D < 800 800 <D< 1000 1000<D<1600 |
12 – 13 16– 22 18– 28 22– 42 |
Таблица 5 – Характеристика плоских неметаллических прокладок
|
Материал прокладки |
Коэффи-циент kпр |
Давление обжатия прокладки, МПа |
Модуль упругости Еп, МПа |
|
|
минимальное Рпр |
допускаемое [Рпр] |
|||
|
Резина с твердостью от 0,76 до 1,2 МПа |
0,5 |
2 |
18 |
3[1+d/(2hп)] |
|
Резина с твердостью свыше 1,2 МПа |
1 |
3 |
20 |
4[1+d/(2hп)] |
|
Картон асбестовый толщиной 3 мм |
2,5 |
20 |
130 |
2000 |
|
Паронит толщиной ≥ 1 мм |
2,5 |
20* |
130 |
2000 |
|
Фторопласт-4 толщиной 1 – 3 мм |
2,5 |
10 |
40 |
2000 |
|
* Для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы и т.п.) Рпр = 35 МПа |
||||
Таблица 6. – Коэффициент линейного расширения (α·106, 1/°С) сталей
|
Марка стали |
Коэффициент, при температуре t, °С |
|||||||
|
20 - 100 |
20 - 200 |
20 - 300 |
20 - 400 |
20 - 500 |
20 - 600 |
20 - 700 |
20 - 800 |
|
|
10 |
12,2 |
12,5 |
12,8 |
13,3 |
13,8 |
14,2 |
− |
− |
|
20 |
12,0 |
12,4 |
12,9 |
13,3 |
13,7 |
14,1 |
− |
− |
|
35 |
11,2 |
12,1 |
12,8 |
13,4 |
13,9 |
14,4 |
− |
− |
|
35Х |
13,1 |
13,3 |
13,8 |
14,2 |
14,6 |
14,8 |
− |
− |
|
38ХА |
12,2 |
12,9 |
13,1 |
13,4 |
13,8 |
14,1 |
− |
− |
|
12ХМ |
11,2 |
12,5 |
12,7 |
12,9 |
13,2 |
13,9 |
− |
− |
|
15Х5М |
12,0 |
12,1 |
12,2 |
12,3 |
12,7 |
13,0 |
13,1 |
− |
|
15ХМ |
11,9 |
12,6 |
13,2 |
13,7 |
14,0 |
14,3 |
− |
− |
|
20Х2МА |
11,5 |
12,9 |
13,0 |
13,2 |
13,5 |
13,8 |
− |
− |
|
20Х3М |
11,6 |
11,8 |
12,1 |
12,3 |
12,7 |
12,9 |
− |
− |
|
12Х18Н10Т |
16,6 |
17,0 |
17,2 |
17,5 |
17,9 |
18,2 |
18,6 |
− |
|
12Х18Н12Т |
16,0 |
17,0 |
18,0 |
18,0 |
18,0 |
18,5 |
19,0 |
− |
Таблица 7 – Расчетная температура элементов фланцевого соединения
|
Тип фланцевого соединения |
Изолированные |
Неизолированные |
||||
|
tф |
tс |
tб |
tф |
tс |
tб |
|
|
Приварные встык |
|
|
|
|
|
|
|
Плоские приварные |
t |
− |
0,97t |
0,96t |
− |
0,95t |
|
Со свободными кольцами |
t |
0,97t |
0,9t |
0,96t |
0,9t |
0,81t |
Таблица 8 – Модуль продольной упругости (Е·10-5, МПа) сталей
|
Температура t, °С |
Сталь |
|
|
углеродистая |
легированная |
|
|
20 |
1,99 |
2,00 |
|
100 |
1,91 |
2,00 |
|
150 |
1,86 |
1,99 |
|
200 |
1,81 |
1,97 |
|
250 |
1,76 |
1,94 |
|
300 |
1,71 |
1,91 |
|
350 |
1,64 |
1,86 |
|
400 |
1,55 |
1,81 |
|
450 |
1,40 |
1,75 |
|
500 |
− |
1,68 |
|
550 |
− |
1,61 |
|
600 |
− |
1,53 |
|
650 |
− |
1,45 |
|
700 |
− |
1,36 |
Таблица 9 – Значения площадей поперечного сечения болтов
|
dб, мм |
20 |
22 |
24 |
27 |
30 |
36 |
42 |
48 |
52 |
56 |
60 |
65 |
|
fб·104, м2 |
2,35 |
2,95 |
3,40 |
4,45 |
5,40 |
7,90 |
10,90 |
14,40 |
18,20 |
19,65 |
23,0 |
26,0 |
6. Наружный диаметр прокладки выбираем с учетом условия
|
|
(82) |
,
где Ds1
– наружный
диаметр бурта (
).
7. Средний диаметр прокладки
|
|
(83) |
,где b – ширина прокладки, принимаемая по табл.10
Таблица 10 – Параметры прокладок
|
Прокладки |
Диаметр аппарата D, мм |
Ширина прокладки b, мм |
|
Плоские неметаллические |
D<1000 1000 < D <2000 D > 2000 |
12– 15 15– 25 25 |
|
Плоские металлические |
D<1000 D > 1000 |
10– 12 12– 15 |
|
Плоские в металлической оболочке и зубчатые металлические |
D<1600 D> 1600 |
12– 18 13– 25 |
|
Овального и восьмиугольного сечения для Р > 6,4 МПа |
D<600 600 < D < 800 800 <D< 1000 1000<D<1600 |
12 – 13 16– 22 18– 28 22– 42 |
8. Определяем количество болтов, необходимое для обеспечения герметичности соединения:
|
|
(84) |
,где tш – рекомендуемый шаг расположения болтов, выбираемый в зависимости от давления (при Pр = 0,6 –1,0 МПа tш = (4,0 · 20) dб).
Полученное значение округляем до значения, кратного четырём.