Материал: Теплообменное оборудование предприятий

8.7. Расчёт болтов и шпилек фланцевого соединения

Фланцевые соединения должны обеспечивать плотность и прочность сопрягаемых частей, удобство их сборки и разборки. Для создания плотности соединения между фланцами устанавливают прокладки из паранита, асбеста, пеньки, картона, резины и т.п.

Целью расчёта фланцевых соединений является определение усилий, диаметра болтов или шпилек, толщины фланца. Расчётная схема для цельного фланца приведена на рис. 8.11 [33].

Рис. 8.11. К расчёту фланцевого соединения:

S - толщина стенки крышки; Dв – внутренний диаметр крышки; Dб – диаметр делительной окружности по болтам; во – действительная ширина прокладки; Dпр - наружный диаметр прокладки; Dф – наружный диаметр фланца; h - тол-

щина фланца; dб - диаметр болта (шпильки); l1 - расстояние от прокладки до оси болта (шпильки); l2 - расстояние от середины толщины крышки до оси болта (шпильки); Dср– средний диаметр прокладки

Усилие, необходимое для первоначального сжатия прокладки при затяжке, определяется по формуле:

где в – эффективная ширина прокладки, см; Dср – средний диаметр прокладки, см; qo – удельное давление на рабочую поверхность прокладки, кг/см2.

156

В рабочем состоянии прокладки затянуты неравномерно по сечению и по окружности фланца. В качестве расчётной принимают

Чем меньше толщина прокладки, тем надёжнее плотность соединения. В теплообменных аппаратах обычно применяют паранитовые прокладки толщиной 1,5 – 2,5 мм.

Плотность во фланце при рабочем избыточном давлении в сосуде обеспечивается при приложении усилия

верхность прокладки, кг/см2; p – рабочее избыточное давление сре-

ды, кг/см2; m– коэффициент, принимаемый для плоских прокладок фланцев, крышек и днищ – 1,2 , фланцев трубопроводов – 1,5.

Усилие, создаваемое внутренним давлением в аппарате, можно

где Dпр – наружный диаметр прокладки, см.

Расчётное усилие pб , передаваемое на болты, принимают равным наибольшей из величин

Внутренний диаметр резьбы болтов или шпилек фланцевого соединения определяется по формуле

где Z – число болтов, кратное четырём;

доп kб доп' – допускаемое напряжение материала болтов.

Значение поправочного коэффициента kб принимают в зависимости от диаметра болтов (шпилек):

Значения допускаемых напряжений для материала болтов приведены в приложении П–15. Расчётную температуру материала болтов (шпилек) и фланца принимают равной расчётной температуре среды.

Нормальный шаг между осями болтов или шпилек составляет Sб (3,5 4) dб ; из соображений плотности соединения максимальный шаг не должен превышать 5 dб .

Толщина цельного фланца определяется по формуле

Значение Kф для плоского круглого фланца без шейки определяется по формуле

158

Приведенный расчёт фланцевого соединения производится в следующей последовательности:

- составляется эскиз фланца в соответствии с рис. 8.11 и при известных S (см. п.8.2-8.3) и Dв (диаметр трубной доски из конструк-

тивного расчёта) принимаются величины l1 , l2 , Dб , во , Dпр , Dф ;

- предварительно задаётся диаметр болтов (шпилек) dб и определяется их число Z путём деления длины окружности на шаг

Z Dб , где Dб Dпр 2l1 ; Sб

-уточняется диаметр болтов (см. форм. 8.31.);

-предварительно задаётся толщина фланца h (2 3) S, опре-

деляются коэффициенты Kф и (см. форм. 8.33 и 8.34);

- по формуле 8.32 определяется действительная толщена флан-

ца.

Если расчётная толщина фланца отличается от предварительно принятой более чем на 5 %, то расчёт повторяется, при этом коэффициенты Kф и определяются уже в соответствии с расчетной

толщенной фланца.

8.8.Расчет толщины трубной доски в аппаратах нежёсткой конструкции

В аппаратах нежёсткой конструкции (рис. 8.12) толщина трубной доски определяется по формуле

где Dб – диаметр по осям болтового соединения;

p – максимальное рабочее давление в трубном или межтрубном пространстве (при разных давлениях в трубах и межтрубном пространстве расчёт производится на большее давление), кг/см2;

159

– коэффициент закрепления трубной доски, принимаемый 0,5–0,6;

из – допускаемое напряжение на изгиб материала трубной доски,

кг/см2; С – поправка на коррозию, принимаемая 0,2–0,3 см; – коэффициент прочности трубной доски.

do в do – сумма диаметров отверстий в трубной доске по диа-

160