Поэтому трубы нагружены давлением гидроудара и еще изгибными напряжениями. Фланцы труб тоже выполнены с учетом этих нагрузок.
Расчет фланца
Расчет нажимного фланца с воротником:
По методике приводимой И.А. Биргером..
Программа расчета " Flan_Vor_B ". на Python-3 Автор С.Ф. Гаврилов.
Где: Dn = 78,0 – наружный диаметр фланца см.
Dвн = 55,5 – внутренний диаметр фланца см.
Dv = 58,5 – наружный диаметр воротника см.
Db = 68 – Диаметр центров болтов см.
h = 9,0 – толщина фланца см.
Q = 158945 – нагрузка от нажимных болтов в кгс.
Коэффициент m… m = 1 / ( 1 + A * B * C ) …
Где:
S=( Dv-Dвн ) / 2 = 2,15 см…
Rmp = ( Dv + Dвн ) / 4 = 28,175 см…
A = 0,82 * ( h / S ) * ( h / S ) * ( h / S )…
A = 60,148666…
B = sqrt( S / Rmp )…
B = 0,27624045…
C = Lg( Dn/ Dвн)…
C = 0,158095316…
m = 1 / ( 1 + A * B * C ) …
m = 0,27572274…
Окружное напряжение:
Bok = 0,83 * Q * L * ( 1 – m ) / ( Dвн * h * h* ( Lg ( Dn / Dвн ))…
Bok = 801,9 кгс / кв.см… Bok = 78,64 МПа…
Изгибающее напряжение фланца:
Bi = 6* m*Q*L / ( Pii*( D+S)*S*S)…
Где: Q = 158945 – нагрузка от нажимных болтов в кгс.
m = 0,27572274… – коэф. конструкции рассчитан ранее.
Все остальные данные понятны из рисунка.
Bi = 1871,74 кгс / кв.см… ( Bi = 183,55 МПа )
Напряжение изгиба должно быть не более 0,7
от напряжения текучести материала фланца..
Напряжение смятия буртика фланца:
Bсм = Q / Sk…
Где: Sk = 380,61 кв.см…
Sk – Площадь торца воротника фланца.
Bсм = 417,604 кгс / кв.см… ( Bсм = 40,95 МПа )
Расчет нажимного фланца с воротником
( плоский фланец с прямой втулкой ):
# ........
Фланец с воротником:
Окружное напряжение:
Bok = 0,83 * Q * L * ( 1 – m ) / ( Dвн * h * h* ( Lg ( Dn / Dвн ))…
Dвн = D…
Коэффициент m… m = 1 / ( 1 + A * B * C ) …
Где:
A = 0,82 * ( h / S ) * ( h / S ) * ( h / S )…
B = sqrt( S / Rmp )… Квадратный корень..
C = Lg( Dn/ Dвн)… Десятичный логарифм…
Где: S – толщина стенки воротника..
h – толщина фланца
Rmp – средний радиус воротника.
Dn – наружный диаметр фланца
Dвн – внутренний диаметр фланца.
Lg ( Dn / D ) – Десятичный логарифм от значения ( Dn / D ) …
L = ( Db / 2 ) – Rmp … Плечо изгиба…
Таблица значений коэффициента “ m ” для фланца с воротником.
Свободный фланец:
Напряжение в натяжных болтах фланца не должно превышать
0,6…0,9 от напряжения текучести материала..
…
Повторный расчет по методике расчетов
для химической промышленности
В основном использованы формулы По ГОСТу Р52857-2007…
В формулах есть выражения типа: Х = 18 + Y..
значит замена единиц измерения недопустима
– иначе будет неверный результат…
Исходные данные:
Наружный диаметр фланца мм. Dn = 780
Внутренний диаметр втулки ( трубы ) мм. D = 542
Толщина стенки втулки мм. So = 21,5
Толщина фланца мм. мм. h = 90
Диаметр центров болтов мм. Db = 680
Диаметр отверстий под болты мм. do = 42
Внутр. диаметр резьбы болта мм. dv = 34
Число отверстий под болты n = 16
Усилие болтов на фланец в Ньютонах. F = 1559250,45
Средний диаметр прокладки мм. Dsp = 563,5
( Прокладки как таковой нет – это окружность приложения усилия ).
Прокладочный коэф. m = 2,5
( при отсутствии данных принимаем m = 4… )
Давление в трубе в МПа P = 0,1
( внутреннего давления на фланец нет – он сальниковый ).
Запас на коррозию в мм ( на радиус ) c = 0,5
Формулы пригодны для расчета при условии:
Dn/D < 5…. и при условии: (2*h/(Dn-D)) < 0,25….
# ........
Y1=(2*do)+((6*h)/(mpk+0,5))…
Y2=((Pii*Db)/n)/Y1…
Cf=sqrt(Y2)…
Если Cf получится менее единицы – принимать Cf = 1…
( Примечание Е.1 … К.5 – это таблицы из ГОСТа )
b=(Db-Dsp)/2 …. # E.1 стр 26…
e=((Dsp-D)-So)/2 …. # E.4 стр 26…
X1=D*So…
Lo=sqrt(X1)… # Корень квадратный из (X1)… # K.3 стр 32…
K=Dn/D… # K.4 стр 32…
X2=log10(K) # Десятичный логарифм от (K)
X3=(K*K*(1+(8,55*X2)))-1….
X4=(1,05+(1,945*K*K))*(K-1)….
bt=X3/X4 …. # K.5 стр 32…
X5=1,36*((K*K)-1)*(K-1)….
bu=X3/X5 …. # K.6 стр 32…
X6=1/(K-1)….
X=(5,72*K*K*X2)/((K*K)-1)….
X7=0,69+X….
by=X6*X7…. # K.7 стр 32…
bz=((K*K)+1)/((K*K)-1)…. # K.8 стр 32…
X8=((0,91*h)+Lo)/(bt*Lo) …. # K.11 стр 33…
X9=(0,55*h*h*h)/(bu*Lo*So*So)….
LL=X8+X9…. # K.11 стр 33…
Изгибное меридиональное напряжение
во втулке Bo:
Bo=M/(LL*(So-c)*(So-c)*De)… ф 30 стр 13…
Радиальное напряжение в тарелке фланца Br:
Br=(((1.33*0.91*h)+Lo)*M)/(LL*h*h*Lo*D) … ф 31 стр 13…
Окружное напряжение в тарелке фланца Bt:
Bt=((by*M)/(h*h*D))-(bz*Br) …. ф 32 стр 13…
Окружное мембранное напряжение в сечении втулки Bom:
Bom=(P*D)/(2*(So-c))… ф 39 стр 13…
X7=Pii*dv*dv/4…
Brb=F/(X7*n)…
Brb – Напряжение растяжения болта.
Gsf = 461030/2725231222…
# .............
De=D # При D > = 20 * So …
De=D+So # При D < 20 * So …
M=F*b # Изгибающий момент на фланце – ф 24 стр 13…
Эквивалентное напряжение № 1 – B1
B1=(Bo-Bom)+Bt # ф 48 стр 15…
Эквивалентное напряжение № 2 – B2
B2=(Bo-Bom)+Br
Эквивалентное напряжение № 3 – B3
B3=(Bo+Bom)
Результаты расчета фланца:
Изгибное меридиональное напряжение во втулке = 162,31 МПа
Радиальное напряжение в тарелке фланца = 17,75 МПа
Окружное напряжение в тарелке фланца = 64,0 МПа
Окружное мембранное напряжение в сечении втулки = 1,3 МПа
Напряжение растяжения болтов = 107, 3367 МПа
Эквивалентное напряжение № 1 = 225,0 МПа
Эквивалентное напряжение № 2 = 178,8 МПа
Эквивалентное напряжение № 3 = 163,6 МПа
Примечание: Фланец сальника работает иначе, чем фланец трубного соединения.
Воротник фланца сальника скользит, практически без зазора, по штоку,
и не имеет возможности деформироваться изгибаясь, теряя форму.
Эта особенность позволяет выдерживать повышенные нагрузки по отношению к трубному фланцу.
Как видим – расчет по методике ГОСТу Р52857-2007… показывает большие значения напряжений, чем при расчете, использующем методику, приводимую И.А. Биргером..
Примечание: Изменение коэф. Cf при изменении прокладочного коэф. m –
не значительно. При m = 2,5 коэф. Cf = 0,7111… При m = 10 коэф. Cf = 0,99…
……..
Расчет фланца дает ненадежные результаты.
По методикам разных авторов результаты расчета разнятся по величине
напряжений во фланце. В книге А.А Волошин Г.Т. Григорьев
Расчет и конструирование фланцевых соединений, имеется ряд опечаток
в формулах, что не позволяет рассчитать цельный фланец со втулкой.
Проверка на макете уменьшенного размера тоже не дает верных результатов
в виду одновременного действия напряжений по нескольким векторам, и разного нелинейного влияния изменения геометрических размеров на напряжения
по разным векторам.
В некоторых случаях размеры фланцев можно принимать по данным ГОСТ 19535-74 …
Расчет вкладыша
