Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Фланцеві зєднання (стр. 22 из 110)

Меридіональну напружину в перерізі ^S₀ на внутрішній поверхні втулки плоского приварного фланця в робочих умовах визначаємо за формулою (5.105)

22^р 22 22 404,5 14,3 390,2 МПа.

Окружну напружину в перерізі ^S₀ на зовнішній поверхні втулки плоского приварного фланця в робочих умовах визначаємо за формулою

(5.106)

23^р 23 23 121,4 41,2 162,6 МПа.

Окружну напружину в перерізі ^S₀ плоского приварного фланця на внутрішній поверхні втулки в робочих умовах визначаємо за формулою

(5.107)

24^р 24 24 121,4 35,7 85,7 МПа.

Умови статичної міцності фланця в перерізі ^S₀ , що визначаютьсяза формулами:

виконуються.

Допустимий кут повороту для плоских приварних фланців в робочих умовах складає

= 0,013 рад.

Умова жорсткості фланцевого з'єднання (5.108)

3,44 10 ³ 8,4 10 ⁵

0,0035 0,013 рад

виконується.

Розрахунок фланцевого з'єднання на малоциклову втомленість Головні напружини для плоских приварних фланців визначаємо за формулами (5.113)-(5.115):

Розрахункову амплітуду зведених умовних пружних напружин, що виникають у фланці при затягненн з'єднання, визначаємо за формулою

(5.109)

_а 0,5max 1; ₂; ₃ 0,5max 0; 606,8; 606,8303,4 МПа.

Прирощення напружин для плоских приварних фланців визначаємо за формулами (5.120)-(5.122):

₁ 0 ;

₂ 1,5 ^max 21 ^; 23 ^; 21 23

1,5 max 32,7 ; 41,2; 32,7 41,2 61,8 МПа;

₃ 1,5 ^max 22 ^; 24 ^; 22 24

1,5 max 14,3; 35,7 ; 14,3 35,7 53,6 МПа.

Розрахункову амплітуду зведених умовних пружних напружин в робочих умовах визначаємо за формулою (5.116) р 0,5 max ₁; ₂; ₃ 0,5 max 0; 61,8; 53,630,9 МПа.

_a

Характеристику матеріалу (вуглецевої сталі) визначаємо за таблицею 5.7, А 0,6 ¹⁰⁵ МПа. Характеристику В визначаємо за формулою, що наведена в таблиці 5.7

В 0,66 R_m²⁰ 0,43 R_e²⁰ 0,66 460 0,43 250 196 МПа.

Коефіцієнт запасу міцності по числу циклів навантаження складає ⁿ_N =10; коефіцієнт запасу міцності по напружинам – n

= 2.

Умовну амплітуду напружин при затягненні фланцевого з'єднання визначаємо за формулою (5.124)

303,4 МПа.

Виходячи із загальної кількості циклів навантаження за весь термін служби апарата, кількість збирань фланцевого з'єднання приймаємо рівною ^N_з 1000, кількість циклів зміни режимів експлуатації – N _p 1000 .

Кількість допустимих збирань фланцевого з'єднання визначаємо

Умовну амплітуду напружин для робочих умов визначаємо за формулою (5.126)

98 МПа. Допустиме число циклів зміни режиму експлуатації визначаємо при розрахунковій температурі за формулою (5.125)

Умова малоциклової міцності для заданої кількості циклів навантажень (5.127)

Nз N p 1000 1000 0,12 1

N _з N _p 8,38 10³

виконується.

Приклад 2

Розрахунок на міцність, жорсткість і герметичність фланцевого з'єднання апарата, що працює під внутрішнім надлишковим тиском

Вихідні дані

Розрахунковий тиск в апараті складає Р7,0 МПа, розрахункова температура стінки апарата t 250 С, внутрішній діаметр апарата D1000мм, матеріал фланців і обичайки – сталь марки 16ГС. Група апарата – 1. Добавку для компенсації корозії та ерозії прийняти рівною С1 2 мм. Розрахунковий тиск в умовах випробувань Р_в 11,04 МПа .

Загальна кількість циклів навантаження за весь строк служби апарата N 3,5 ¹⁰³ . Зовнішнє осьове зусилля, що діє на фланцеве з'єднання, прийняти рівним F0 , зовнішній згинальний момент – M0 .

За таблицею 2.1 для заданих розрахункових параметрів приймаємо фланці приварні встик з металевою прокладкою восьмикутного перерізу (рисунок Б.28). Для фланців на умовний тиск PN 8,0 МПа, зі сталі марки 16ГС, при розрахунковій температурі t 250 C допустимий розрахунковий тиск складає P 7,25МПа 28 , що більше розрахункового.

Конструкція та розміри фланців відповідно до таблиці Б.6 наведені на рисунку 5.6,а, конструкція та розміри прокладки відповідно до таблиці Е.4 додатку Е – на рисунку 5.6,б.

а – фланцеве з'єднання; б – прокладка восьмикутного перерізу Рисунок 5.6 – Фланцеве з'єднання з металевою прокладкою

Розміри елементів фланцевого з'єднання, мм:

Внутрішній діаметр фланця D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000 Діаметр болтової окружності ^D_б . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1255

Зовнішній діаметр фланця ^D_з . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1340

Товщина втулки в місці з'єднання з обичайко ^S₀ . . . . . . . . . . . . . . . 37

Товщина втулки в місці з'єднання з фланцем ^S₁ . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Довжина конічної втулки l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

Товщина фланця h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Середній діаметр прокладки ^D_сп . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1090

Ширина прокладки b_n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Діаметр болтів d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . М42

Кількість болтів n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

Розрахункова температура апарата складає t 250 C, тому апарат і фланцеве з'єднання повинні бути теплоізольовані.

За таблицею 5.1 визначаємо розрахункові температури фланця і шпильок:

t_ф t 250 С;

t_б 0,97t 0,97 250 242,5 С.

За таблицею 4.1 при заданих розрахункових параметрах для фланців зі сталі марки 16ГС як матеріал шпильок приймаємо сталь марки 40Х.

Допустиму напружину матеріалу шпильок , МПа, при розрахунковій температурі ^t_б 242,5 С визначаємо за таблицею 5.2 методом лінійної інтерполяції^, _б 222МПа.

Допустиму напружину для сталі марки 16ГС при розрахунковій температурі t 250 C за посібником 2 приймаємо рівною 145МПа, при температурі t 20 C – ₂₀ 183МПа. Мінімальне значення границі текучості для сталі марки 16ГС при розрахунковій темпе-