Расчет и конструирование типового оборудования (стр. 30 из 35)

где ^Р_б1 – болтовая нагрузка от совместного действия

внутреннего избыточного или наружного давления среды, осевой силы и изгибающего момента;

Р_б2 болтовая нагрузка, необходимая для начального – смятия прокладки;

Р_б3 болтовая нагрузка из условия обеспечения прочности – болтов (шпилек).

Болтовая нагрузка ^P_б1

Р_б1

, (14.38)

где F внешнее осевое усилие, действующее на фланцевое – соединение ( F0, если усилие сжимающее); _М внешний изгибающий момент, действующий на – фланцевое соединение.

При отсутствии внешнего осевого усилия F и внешнего изгибающего момента _М болтовая нагрузка ^P_б1 , МПа, определяется по формуле

Р_б1 J Q_д ^R_n ^Q_t . (14.39)

Нагрузка от температурных деформаций ^Q_t учитывается только при ^Q_t 0.

Если коэффициент жесткости фланцевого соединения J 1, в расчетах принимается J1. Болтовая нагрузка, необходимая для начального смятия прокладки, определяется по формуле

P_б2 0 5, D_cn b₀ q_обж ; (14.40)

Болтовая нагрузка из условия обеспечения прочности болтов (шпилек), определяется по формуле

P_б3 0 4, [ ]_б²⁰ n f_б , (14.41)

0 – допускаемое напряжение для материала болтов (шпилек)

гд

е при температуре 20 °С; п количество болтов (шпилек).

–

Для условий вакуума или наружного давления

P_б max P_б2;P_б3 . (14.42)

Расчет болтов (шпилек)

Условие прочности болтов (шпилек):

в условиях монтажа

^Pб [ ]²⁰ ; (14.43) б1 _б n f_б

в рабочих условиях

[ ] , (14.44)

гд

напряжение в болтах (шпильках) в условиях монтажа е – (при температуре 20 °С); напряжение в болтах (шпильках) при расчетной

– температуре в рабочих условиях;

Pб приращение нагрузки на болты (шпильки) в рабочих – условиях.

. (14.45)

D

При отсутствии внешнего осевого усилия F и внешнего изгибающего момента _М приращение болтовой нагрузки ^P_б , МПа, определяется по формуле

P_б 1 J Q_д Q_t . (14.46)

Для условий вакуума или наружного давления

[ ] . (14.47)

При проверке прочности болтов для рабочих условий с учетом нагрузки на болты от стесненности температурных деформаций допускаемое напряжение может быть увеличено на 30 %. Расчет прокладок

Условие прочности мягких прокладок

P^б [ ]q , (14.48)

q

Dcn ^bn

гд [ ]q – допускаемое удельное давление на прокладку. е

Расчет фланца на прочность

Рассмотрим расчет на прочность плоского приварного фланца. Для плоских приварных фланцев опасным сечением является сечение в месте приварки фланца к обечайке. Расчет фланца на прочность заключается в определении эквивалентных напряжений в опасных сечениях и сравнении этих напряжений с допускаемыми напряжениями, определенными по формулам (14.3) – (14.5).

При затяжке в опасном сечении возникают меридиональные и кольцевые напряжения на внутренней и наружной поверхности обечайки. Фланец может соединяться с обечайкой непосредственно или через цилиндрическую втулку большей толщины, чем обечайка. Толщина цилиндрической втулки для стандартных фланцев указана в стандарте. Если при расчете цилиндрической обечайки от давления толщина ее получилась меньше, чем толщина рекомендованной втулки, то фланец соединяют с обечайкой через переходную втулку рекомендованной стандартом толщины.

Изгибающий момент от болтовой нагрузки

M₀₁ P_б b. (14.49)

Меридиональные напряжения в цилиндрической втулке (обечайке) при затяжке фланцевого соединения для плоских приварных фланцев: на наружной поверхности втулки на внутренней поверхности втулки ,

где

максимальное напряжение изгиба во втулке в месте – приварки ее к фланцу:

. (14.50)

где

2

T Dн D 1 8 55, lg Dн D 1 ; (14.51)

2

1 05, 1 945, D_н D D_н D 1

Если фланец приварен непосредственно к обечайке, ^S₀ S , где S толщина стенки обечайки.

Приращение меридиональных напряжений в цилиндрической втулке (обечайке) в рабочих условиях для плоских приварных фланцев:

; (14.52) , (14.53)

где_м

– приращение напряжения, возникающего в меридиональном направлении в цилиндрической втулке (обечайке) в рабочих условиях от действия внешних нагрузок,

, (14.54)

– приращение напряжения, возникающего в меридиональном направлении от изменения изгибающего момента в рабочих условиях,

, (14.55)

где ^M01 – приращение изгибающего момента от болтовой нагрузки.

Приращение изгибающего момента от болтовой нагрузки

e. (14.56)

При отсутствии осевого усилия и внешнего изгибающего момента приращение изгибающего момента от болтовой нагрузки определяют по формуле

M₀₁ P_б b Q_д e. (14.57)

Окружные напряжения в цилиндрической втулке (обечайке) при затяжке соединения для плоских приварных фланцев:

23

0 3, ₁; (14.58)

24

0 3, ₁ . (14.59)

Приращения окружных напряжений в цилиндрической втулке (обечайке) в рабочих условиях для плоских приварных фланцев:

; (14.60)

. (14.61)

Условия статической прочности плоских приварных фланцев в сечении толщиной ^S₀ :

при затяжке соединения

в рабочих условиях

_где – меридиональное напряжение на наружной поверхности втулки в рабочих условиях;

– меридиональное напряжение на внутренней поверхности втулки в рабочих условиях;

– окружное напряжение на наружной поверхности втулки в рабочих условиях;

– окружное напряжение на внутренней поверхности втулки в рабочих условиях;

0 – допускаемое напряжение в рабочих условиях.

Меридиональные и окружные напряжения для плоских приварных фланцев в сечении толщиной ^S₀ в рабочих условиях определяются по формулам:

; (14.64)

; (14.65)