Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Фланцеві зєднання (стр. 1 из 110)

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ СХІДНОУКРАЇНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ВОЛОДИМИРА ДАЛЯ СЄВЄРОДОНЕЦЬКИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ

О.І. Барвін, І.М. Гєнкіна, В.В. Іванченко, Г.В. Тараненко, Ю.М. Штонда

КОНСТРУЮВАННЯ І РОЗРАХУНОК

СТАЛЕВИХ ЗВАРНИХ ПОСУДИН ТА АПАРАТІВ.

ФЛАНЦЕВІ З'ЄДНАННЯ

Луганськ 2007

УДК 66.023+66.025

БК 35.11

К65

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів за спеціальністю “Обладнання хімічних виробництв та підприємств будівельних матеріалів”.

(лист № 1.4/18-Г-1141 від 16.07.07.) Рецензенти:

Панов Є.М., доктор технічних наук, проф. НТУУ ”КПІ“

Юшко В.Л., доктор технічних наук, проф. УДХТУ

Склабінський В.І., доктор технічних наук, проф. СумДУ

Борисенко В.А., кандидат технічних наук, НДІХІММАШ

Відповідальний редактор В.В. Іванченко

О.І. Барвін, І.М. Гєнкіна, В.В. Іванченко, Г.В. Тараненко, Ю.М. Штонда.

К65 Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів. Фланцеві з'єднання. – Луганськ: Вид-во Східноукр. нац. ун-ту імені Володимира Даля, 2007. – 306 с., 108 іл., 117 табл., 48 бібліогр назв.

ISBN

У даному посібнику наведені описи стандартних конструкцій фланцевих з’єднань, які застосовуються у хімічному машинобудуванні, а також рекомендації щодо їх вибору та розрахунку на міцність, жорсткість і герметичність.

Розрахунки фланцевих з’єднань викладені на основі діючої у хімічному машинобудуванні нормативно-технічної документації.

Наведені приклади розрахунків фланцевих з’єднань.

Посібник призначено для використання в навчальному процесі при вивченні студентами дисциплін професійної та практичної підготовки, а також в курсовому та дипломному проектуванні.

Посібник може бути корисним інженерам-механікам, які займаються проектуванням, виготовленням і експлуатацією посудин та апаратів хімічних виробництв і підприємств будівельних матеріалів.

УДК 66.023+66.025

ББК 35.11

ISBN © О.І. Барвін, І.М. Гєнкіна, В.В. Іванченко,

Г.В. Тараненко, Ю.М Штонда

© Східноукраїнський національний уні-

верситет імені Володимира Даля, 2007

ЗМІСТ

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1 Вимоги, що пред'являються до фланцевих з'єднань . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.2 Класифікація фланців . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2 КОНСТРУКЦІЇ ФЛАНЦЕВИХ З'ЄДНАНЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1 Конструкції фланцевих з'єднань посудин та апаратів . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.2 Конструкції з'єднань з перехідними фланцями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 Конструкції з'єднань з арматурними фланцями . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4 Конструкції заглушок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.5 Приклади вибору фланцевих з'єднань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3 КОНСТРУКЦІЇ ТА МАТЕРІАЛИ ПРОКЛАДОК ФЛАНЦЕВИХ

З'ЄДНАНЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.1 Загальні вимоги . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2 Типи прокладок для фланцевих з’єднань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.3 Конструкції прокладок для фланцевих з’єднань посудин та апаратів . 30

3.4 Конструкції прокладок для арматурних фланцевих з’єднань . . . . . . . . 38

4 ВИБІР КРІПИЛЬНИХ ВИРОБІВ ДЛЯ ФЛАНЦЕВИХ З'ЄДНАНЬ . . . . . 44

5 РОЗРАХУНОК ФЛАНЦЕВИХ З'ЄДНАНЬ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.1 Напружений стан деталей фланцевого з’єднання . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.2 Розрахункові температури елементів фланцевого з’єднання . . . . . . . . . 59

5.3 Допустимі напружини . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5.4 Розрахунок допоміжних величин . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

5.5 Визначення коефіцієнта жорсткості фланцевого з’єднання . . . . . . . . . . 70

5.6 Розрахунок навантажень . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.7 Розрахунок болтів (шпильок) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

5.8 Розрахунок прокладок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

5.9 Розрахунок фланців на міцність . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

5.10 Перевірка фланцевого з’єднання на жорсткість . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

5.11 Розрахунок фланців на малоциклову втомленість . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

5.12 Приклади розрахунку фланцевих з’єднань . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

ДОДАТОК А Межі застосування фланців посудин та апаратів . . . . . . 119

ДОДАТОК Б Конструкції і розміри фланців посудин та апаратів . . . . 124

ДОДАТОК В Конструкції та розміри сталевих фланців арматури,

з’єднувальних частин і трубопроводів . . . . . . . . . . . . . . . . 165 ДОДАТОК Г Заглушки фланцеві сталеві . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

ДОДАТОК Д Матеріали прокладок фланцевих з’єднаннь . . . . . . . . . . 220

ДОДАТОК Е Прокладки фланцевих з'єднань посудин та апаратів. . . . 230

ДОДАТОК Ж Прокладки фланцевих з'єднань арматури, з’єднуваль-

них частин та трубопроводів . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

ДОДАТОК И Кріпильні вироби для фланцевих з’єднань . . . . . . . . . . . 269

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

3

1 ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Окремі частини апаратів (корпуси, кришки, царги, трубні пучки, розподільні камери та ін.) з'єднуються між собою, а також з арматурою та трубопроводами за допомогою роз'ємних з'єднань.

Найпоширенішим видом роз'ємних з'єднань, що застосовуються в хімічній та інших галузях промисловості, є фланцеві з'єднання, які відрізняються простотою конструкції, легкістю збирання та розбирання і забезпечують герметичність та міцність апаратів.

Для герметичного перекриття (відглушення) отворів штуцерів на апаратах, а також для відглушення трубопроводів при проведенні ремонтних робіт та гідравлічних або пневматичних випробувань застосовуються заглушки.

1.1 Вимоги, що пред'являються до фланцевих з'єднань

До фланцевих з'єднань пред'являють наступні вимоги:

– герметичність при заданих температурі та тиску;

– достатня міцність і жорсткість;

– допустимість багатократного збирання та розбирання; – технологічність виготовлення; – взаємозамінність.

1.2 Класифікація фланців

Фланці класифікуються наступним чином:

– за призначенням – фланці посудин та апаратів; фланці арматури, з’єднувальних частин і трубопроводів;

– за конструкцією – плоскі приварні, приварні встик, перехідні фланці;

– за типом ущільнювальних поверхонь – з гладкою поверхнею (зі з’єднувальним виступом), з ущільнювальними поверхнями типів “шиппаз”, “виступ-западина”, під металеві прокладки овального та восьмикутного перерізу, під лінзову прокладку.

4

2 КОНСТРУКЦІЇ ФЛАНЦЕВИХ З'ЄДНАНЬ

2.1 Конструкції фланцевих з'єднань посудин та апаратів

Фланці посудин та апаратів (далі апаратні фланці) застосовують для з’єднання окремих складових одиниць корпусів апаратів між собою, а також як фланці люків.

ланці і прокладки до них стандартизовані по внутрішньому діаме-

тру і умовному тиску.

Базовим розміром апаратних фланців є внутрішній діаметр. Стандартами [29-31] передбачені наступні внутрішні діаметри фланців: 400,

500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2200,

2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400, 3600, 3800 та 4000 мм.

Апаратні фланці виготовляються на наступні умовні тиски: 0,3; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 8,0; 10 та 16 МПа.

Для створення необхідної герметичності фланцевого з'єднання ущільнювальним поверхням надають певну форму. Залежно від тиску і фізико-хімічних властивостей середовища передбачені наступні типи ущільнювальних поверхонь фланців:

– гладка;

– виступ; – западина;

– шип;

– паз; – під металеву прокладку восьмикутного перерізу.

Апаратні фланці виготовляють монометалевими, облицьованими листом або наплавленими корозійностійкою сталлю.

Плоскі приварні фланці посудин та апаратів за конструкцією підрозділяються на наступні виповнення (рисунки Б.1-Б.15 додатку Б):

– 1 (монометалеві з гладкою ущільнювальною поверхнею);

– 2 (монометалеві з пазом);

– 3 (монометалеві з шипом);

– 4 (монометалеві із западиною);

– 5 (монометалеві з виступом);

– 6 (монометалеві із гладкою ущільнювальною поверхнею, облицьовані листом з корозійностійкої сталі);

– 7 (з пазом, облицьовані листом із корозійностійкої сталі);

– 8 (з шипом, облицьовані листом із корозійностійкої сталі);

5

– 9 (із западиною, облицьовані листом із корозійностійкої сталі);

– 10 (з виступом, облицьовані листом із корозійностійкої сталі);

– 11 (з гладкою ущільнювальною поверхнею, наплавлені корозійностійкою сталлю);

– 12 (з пазом, наплавлені корозійностійкою сталлю);