Прочностной расчет деталей фланцевого соединения

Конструкторский проектировочный расчет фланцевых

Соединений фонтанной арматуры

Определение прочности прокладки

Для определения прочности прокладки определяют параметр b×l, отражающий устойчивость формы прокладки при действии на нее осевых сил b×l =1,285 × hраб /= 1.285· 15.5/ = 0.76 ; hраб = h – 0,22 × R₀= 15.9 − 0.22· 1.6 = 15.5 мм ,

гдеR_ср– средний радиус прокладки;

hраб –рабочая высота прокладки.

Так как b×l = 0.76 £ 1, расчет считаем законченным.

Расчет шпилек

d₁= = мм,

где nшп – коэффициент запаса прочности шпильки, принимаемый равным 5;

z = 8 ;

P = 21 МПа ;

= 785 МПа для 40ХН ;

А₀= ,

где Н = 15.9 мм - конструктивная высота прокладки;

Dнпр = 134.9 мм – наружный диаметр прокладки;

= (b_пр – b) / (2 × sin a) = (11.1– 7.7) ⁄ (2∙sin23)=4.3 мм ,

где − величина фаски прокладки;

b_пр= 11.1 мм – ширина прокладки;

b = 7.7 мм– ширина торца прокладки.

А₀= = 2431.9 мм

F₀ – площадь круга диаметром, проведенным через места касания флан-

цев и прокладки;

F₀ = 0,25 × p × [ Dнп – 2 × R0 × (1 – sin a)] ;

F₀= 0.25∙ 3.14∙ [ 134.9 − 2· 1.6 · (1− sin23)] = 13875.5 мм ;

Выбираем : Шпилька 22X130 ГОСТ 9066-69 .

Расчет толщины тарелки фланца

По методике, разработанной Азинмашем, для фланцевого соединения, работающего при втором варианте уплотнения , b толщина тарелки фланца определяется по формуле

b= ,

где F – сумма расчетных коэффициентов;

nфл – коэффициент запаса прочности фланца, принимаемый равным 2,5;

y’, y” – коэффициенты, зависящие от величины aр ;

Придел текучести материала фланца , Сталь 20 .

Коэффициент aр определяется из выражения

aр = Dнр / Dв = 240 / 80 = 3 ;

где Dнр– наружный диаметр фланца.

Коэффициенты y’ и y” находятся по следующим зависимостям:

при 3,0 £ aр£ 5,0 коэффициент y’определяется по эмпирической зависимости y’= 0,480 × aр + 0,83 = 0.480·3 + 0.83 = 2.27 ;

значение коэффициента y” определяют по формуле

y”=a²р / (1 - a²р) = 3 / (1− 3 –1.125 ;

Сумма расчетных коэффициентов определяется по формуле

F = А₀ + А₁ + А₂= 2431.9 + 1720 + 0.4 = 4152.3 ;

А₀= 2431.9 мм

d_п = 4.3 мм;

А₁= ;

А = 1720;

А₂ = (Dб – Dнп) / (Dнр – Dв) = (201− 134.9) / (240− 65 ) = 0.4 ;

b = = 43 мм ;

Расчет цилиндрической части

Толщину стенок цилиндрических частей s определяют по формуле s = 0,5 ×Dв × + D s = 0.5 27 мм ;

где D s = 3 мм–увеличение толщины, учитывающее коррозию металла ;

Dв– внутренний диаметр цилиндрической части (проходное отверстие);

[s]- допустимое напряжение на растяжение материала арматуры;

[s] = sт / n =250 / 3 = 83 МПа ;

n – запас прочности, принимаемый в пределах 2,5 …3,0.

Проверочный прочностной расчет

Суммарное эксплуатационное усилие Рэ, воспринимаемое шпильками, учитывает усилия от действия давления среды Рд, разжимающее фланцы, усилие Рг, необходимое для поддержания герметичности соединения в эксплуатационных условиях, влияние веса отводящих манифольдов Рман и влияние температуры отводящей среды Рт:

Рэ = Рд + Рг +3· Рман + Рт=192500+294192+3·5270+18684=521186Н.

Условие от действия давления среды определяется по формуле

Рд = p/4 × D × Рр = 3.14 / 4 · 123.8 ·21 = 192500Н ,

где Dср – средний диаметр уплотнения, мм;

Рр – рабочее давление среды, мм;

Усилие Рг, необходимое для поддержания герметичности соединения в эксплуатационных условиях, определяется по формуле

Рг = p × Dср × bэф × m × Рр = 3.14 ·123.8 · 4.3 ·11·21 = 294192Н,

где bэф = = 4.3 – эффективная ширина прокладки, т.е. суммарная ширина

уплотняющего пояска у кольца, мм;

m= 11 – прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств

материала прокладки.

Усилие от веса отводящих манифольдов определяется по формуле

Рман = 2 × Мизг · 10 / (Dср + Dб) = 2· 789 ·10 / ( 123.8 + 201) = 5270Н,

где Мизг–изгибающий момент, равный произведению расстояния от центра

тяжести отвода до оси арматуры устья на силу тяжести отвода ;

Dб =201– диаметр окружности, проведенный через оси болтов, мм.

Рт= = 18684Н,

где Dt = 3.64– разность температур фланца и шпилек;

h – длина растягиваемой части шпильки;

h = 2×Hфл + 5 = 2· 43 + 5 = 91 мм,

где Hфл – толщина фланца;

a – коэффициент теплового расширения материала фланца

(a»1,2×10 1/°С);

hраб = 15.5 – высота прокладки между поверхностями ее опоры о соседние фланцы, мм;

Е,Епр=2.1·10 МПа–модули упругости шпилек и прокладки соответственно;

f, fпр = 292, 4315 – площади горизонтального сечения шпильки и прокладки соответственно, мм .

Прочностной расчет деталей фланцевого соединения

1) Расчет шпилек

Усилие Рf, действующее на одну шпильку определяется по формуле

Рf = Ррас / z = 521186 / 8 = 65148 Н;

sрас = Рf / fшп = 65148 / 292 = 219 МПа ;

Запас прочности шпильки n определяется по формуле

n = sтшп / sрас = 785 / 219 = 3.6 ³ 3,0.

Проверочный расчет шпилек 22X130 ГОСТ 9066-69 выполняется.

2) Расчет фланца арматуры

МАС = Ррас × l = 521186 · 29.5 = 15374987 Н·мм ;

l = (Dб - Dрас) / 2 = (201 − 142) / 2 = 29.5,

где l– плечо изгиба, мм;

Dб = 201 – диаметр делительной окружности центров отверстий под шпильки, мм;

Dрас – расчетный диаметр наиболее нагруженной точки сечения АС, мм.

Dрас = (Dпер + Dср.к) / 2 = (162 + 122) / 2 = 142,

где Dпер=162 – диаметр перехода фланца, мм;

Dср.к = 122 – средний диаметр канавки, мм.

Момент сопротивления изгибу WАСв опасном сечении

WАС = 1/6 × p × Dрас × (Нфл – е) = 1/6 · 3.14 · 142 · (45.5 − 8) = 104508 мм ,

где Нфл = 45.5–толщина фланца, мм;

е = 8 – глубина канавки, мм.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: