Глава 4. фланцевих з'єднань
ТИПИ фланцевих з'єднань
Фланцеві з'єднання можна поділити на два основних типи: з неконтактнругощнмн фланцями (рис. 1, a) не контактують фланцями (рис. 1, б). Найбільш поширений перший тип з'єднання (трубопроводи, судини і апарати і т. П.). З'єднання з контактуючими фланцями часто застосовують в конструкціях, які не потребують повної герметизації стику (фланці корпусів машин, редукторів і т. П.) Получнлн поширення фланцеві з'єднання з контактуючими стиками і з самоуплотняющимися прокладками, що забезпечують герметичність. Такі сполуки мають менші габарити в порівнянні з сполуками першого типу, але більш складні при виготовленні і монтажі.
Застосовують вільні фланці (рис. 2), а також фланці, виготовлені разом з трубою (корпусом) або приєднані до труби за допомогою зварювання, різьблення, розвальцьовування заклепок (рис. 3).
Мал. 1. Типи фланцевих з'єднань
Мал. 2. Накидні (вільні) фланці
Мал. 3. Способи з'єднання фланця і труби
Деякі види фланцевих з'єднань стандартизовані. Прокладки виконують у вигляді плоского листа з пароніту, картону, гуми, фібри, фторопласту, міді і м'якої сталі; застосовують асбестометалліческіе прокладки, металеві гофровані та зубчасті, металеві лінзові прокладки і ін.
У фланцевих з'єднаннях з контактуючими фланцями використовують самоуплотняющіеся прокладки у вигляді гумових або металевих кілець.
СПРОЩЕНИЙ РОЗРАХУНОК
Розрахунок виконують при попередньому виборі розмірів і для перевірки міцності невідповідальних фланцевих з'єднанні.
Розрахунок з'єднань з неконтактірующімі фланцями. Розрахункове зусилля, що діє на болти (рис 4), визначають за формулою
де - середній діаметр прокладки, мм; - робочий тиск середовища,
Мал. 4. До розрахунку фланцевих з'єднань з неконтактнрующімі фланцями
Умова міцності фланцевих болтів:
де - число болтів; - внутрішній діаметр різьби болта; - межа плинності матеріалу болта з урахуванням робочої температури.
Число болтів для забезпечення більш рівномірного затягування стику часто вибирають кратним чотирьом.
Відстань між осями болтів (крок болтів) зазвичай приймають при малих тисках при високому тиску Небезпечним перетином при розрахунку на міцність фланця зазвичай є місце переходу від фланця до труби (перетин на рис. 4).
Згинальний мгмечт в цьому перерізі (на одиницю довжини)
де - коефіцієнт, що враховує, що частина моменту сприймається поворотною деформацією фланця; - відстань від центру перетину до осі болта; - середній діаметр труби в перетині
Якщо конічна втулка (або труба) дуже жорстка по відношенню до фланця і розтин не повертається, то Значення можна визначити за наближеною формулою (висновок см. С. 85):
де - середня товщина труби на конічному ділянці; - середній радіус труби; і - відповідно зовнішній і внутрішній діаметри фланця. Значення обчислені за формулою (4), наведені в табл. 1.
Напруження згину в небезпечному перерізі фланця (перетин
де - межа міцності матеріалу фланця (при високій температурі під слід розуміти межа тривалої міцності).
З формули (5) випливає, що для зниження напружень у фланцях доцільно: а) наближати осі болтів до труби (зменшувати збільшувати товщину труби в місці переходу до фланця (розмір Проте при великій конусности зміцнення виходить чисто місцевим і максимум напружень зміщується до більш тонкому перетину труби.
Розрахунок з'єднань з неконтактнрующімі вільними фланцями. Сумарне зусилля на болти (рис. 5) визначають з рівності (1); умова міцності болтів виражається формулою (2).
При розрахунку на міцність фланця приймається, що фланець відчуває поворотну деформацію і в ньому виникають окружні напруги.
1. Значення коефіцієнта (див. Скан)
Мал. 5. До розрахунку фланцевих з'єднань з вільними фланцями
Умова міцності фланця:
де - діаметр окружності осей болтів; - середній діаметр кільцевої площадки контакту фланця і труби; - внутрішній діаметр фланця товщиною А; - межа плинності матеріалу з урахуванням температури фланця.
Розрахунок з'єднань з контактуючими фланцями. Розрахункова сумарна зусилля для фланцевих болтів (рис. 6) визначають з умови
де - коефіцієнт затягування, зазвичай приймають - діаметр ущільнення, мм; - робочий тиск середовища, - відстань від середньої окружності труби до кола осей болтів; - відстань від зовнішньої окружності фланця до кола осей болтів.
Формула (7) враховує, що в граничному стані розкриття стику відбувається при повороті щодо точки Умова міцності фланцевих болтів
Мал. 6. До розрахунку фланцевих з'єднань з контактуючими фланцями
де - число болтів в з'єднанні; - внутрішній діаметр різьби болта
При розрахунку на міцність фланець розглядають як стрижень, закріплений в перерізі (рис. 6) і упругосвязанний з трубою.
Згинальний момент в перерізі
де - зовнішнє зусилля, що діє на фланцеве з'єднання; - коефіцієнт зменшення згинального моменту за рахунок пружного зв'язку фланця і труби.
Якщо труба дуже жорстка (по відношенню до фланця), то для тонкої труби Значення обчислюють по наближеною формулі (висновок см. С. 87);
- середня товщина труби; з - діаметр отвору під болт.
У наближених розрахунках можна приймати Напруга вигину у фланці (в перерізі А В) має бути
де - число болтів.
Згинальний момент в перерізі труби
Напруження згину в цьому перерізі повинні задовольняти умові
У формулах (11) і - межа міцності матеріалу фланця з урахуванням робочої температури і тривалості роботи.