Коефіцієнт лінійного розширення матеріалу болтів (шпильок) не повинен відрізнятися від коефіцієнта лінійного розширення матеріалів фланців більш ніж на 10 %.

Допускається застосовувати матеріали болтів (шпильок) з коефіцієнтами лінійного розширення відмінними від коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів фланців більш ніж на 10 % в наступних випадках:

– у разі обґрунтовування розрахунком на міцність;

– при розрахунковій температурі фланця не більше 100 °С.

Гайки та болти (шпильки) повинні виготовлятися зі сталей різних марок, а при виготовленні їх зі сталі однієї марки – з різною твердістю. При цьому твердість гайки повинна бути нижче за твердість болта (шпильки) не менше ніж на 15 НВ.

Допускається застосовувати гайок зі сталей перлітового класу на болтах (шпильках), які виготовляються із аустенітних сталей.

У разі виготовлення кріпильних деталей холодною деформацією вони повинні піддаватися термічній обробці – відпуску.

Види покриття болтів, шпильок, гайок та шайб наведені в таблиці 4.9.

Таблиця 4.9 – Види покриття

Вид покриття	Позначення покриття
Вид покриття	за ГОСТ 9.306-85	цифрове
Цинкове, хромоване	Ц. хр	01
Кадмієве, хромоване	КД. хр	02
Багатошарове: мідь-нікель	М.Н.	03
Багатошарове: мідь-нікель-хром	М.Н.Х.б	04
Окисне, просочене маслом	Хим. Окс. прм	05
Фосфатне, просочене маслом	Хим. Фос. прм	06
Олов’яне	О	07
Мідне	М	08
Цинкове	Ц	09
Окисне, наповнене хроматами	Ан. Окс. нхр	10
Окисне із кислих розчинів	Хим. Пас	11
Срібне	Ср	12
Нікелеве	Н	13

5 РОЗРАХУНОК ФЛАНЦЕВИХ З’ЄДНАНЬ

У даному розділі наводяться рекомендації щодо вибору типів і розрахунку на міцність, жорсткість, герметичність та малоциклову утомленість фланцевих з'єднань сталевих зварних посудин та апаратів, які працюють у хімічній і суміжних з нею галузях промисловості.

Розрахункові схеми фланцевих з’єднань наведені на рисунках 5.1 і

5.2.

Розрахункові формули застосовні при виконані наступних умов

D_зD 2 і 2h D_зD 0,25,

де ^D_з – зовнішній діаметр фланця мм; D – внутрішній діаметр фланця, мм; h – товщина фланця, мм.

При роботі апарата в умовах декількох розрахункових режимів по температурі та тиску розрахунок необхідно проводити за умов, що забезпечують міцність, жорсткість, герметичність та малоциклову утомленість фланцевого з'єднання у всіх режимах.

5.1 Напружений стан деталей фланцевого з'єднання

Фланцеві з'єднання звичайно навантажені внутрішнім надлишковим або зовнішнім тиском, а також у ряді випадків зовнішніми осьовими силами і згинальними моментами. Значні навантаження на фланці створюються болтами в умовах затягування з'єднання. При підвищеній температурі середовища в апараті елементи фланцевого з'єднання нагріваються неоднаково, при цьому температура болтів установлюється звичайно нижче температури фланців. Унаслідок теплового розширення деталей фланцевого з'єднання в болтах (шпильках) можуть виникати значні температурні зусилля.

В результаті впливу зовнішніх навантажень у діаметральних перерізах фланця виникають згинальні моменти, під дією яких втулка (обичайка) знаходиться в напруженому стані. Якщо втулка циліндрична, або зовсім відсутня (плоский фланець приварений безпосередньо до обичайки), небезпечним перерізом є переріз у місці приварки фланця до обичайки.

а – з гладкою ущільнювальною поверхнею; б – з ущільнювальною поверхнею типу „виступ-западина”; в – з ущіль-

нювальною поверхнею типу „шип-паз”

Рисунок 5.1 – Фланцеві з’єднання з плоскими приварними фланцями

а – з ущільнювальною поверхнею типу „виступ-западина”; б – з ущільнювальною поверхнею типу „шип-паз”; в – з

ущільнювальною поверхнею під прокладку восьмикутного перерізу

Рисунок 5.2 – Фланцеві з’єднання з приварними встик фланцями

Якщо втулка фланця конічна (фланець приварений встик), небезпечними є перерізи в місці з’єднання площини фланця з втулкою і втулки з обичайкою. У зазначених перерізах напружини виникають в осьовому і тангенціальному напрямках. Визначаючи еквівалентні напружини та порівнюючи величину останніх із допустимими значеннями, можна зробити оцінку виконання умов міцності фланця у розглянутих перерізах.

5.2 Розрахункові температури елементів фланцевого з'єднання

Розрахункові температури елементів фланцевого з'єднання визначаються за таблицею 5.1 залежно від розрахункової температури апарата та наявності теплоізоляції.

Таблиця 5.1 – Розрахункові температури елементів фланцевого з'єднання

Фланці ізольовані		Фланці неізольовані
t_ф	t_б	t_ф	t_б
t	0,97 t	0,96 t	0,85 t

Позначення в таблиці 5.1:

t – розрахункова температура стінки апарата, °С; t_ф – розрахункова температура фланця, °С; t_б – розрахункова температура болтів (шпильок), °С.

5.3 Допустимі напружини

Допустимі напружини для матеріалів болтів (шпильок), що застосовуються у фланцевих з'єднаннях апаратів при різних температурах, наведені в таблиці 5.2.

Допустимі напружини для матеріалів болтів (шпильок)

_б, МПа, не зазначених у таблиці 5.2, визначають за формулами:

– якщо розрахункова температура болтів (шпильок), які виготовляються з вуглецевих сталей, не перевищує 380, °С, низьколегованих – 420, °С, аустенітних – 525 °С

^R^e; (5.1) n_т

– якщо розрахункова температура болтів (шпильок) перевищує зазначену вище

R ⁵

e ; m / 10 ;, (5.2)

т nд

де ^R_e – мінімальне значення границі текучості матеріалу болтів (шпильок) при розрахунковій температурі, МПа;

Rm/10₅ – середнє значення границі тривалої міцності за 10⁵ г при розрахунковій температурі, МПа;

Rp1,0 / 10₅ – середня 1%-на границя повзучості за 10⁵ г при розрахун-

ковій температурі, МПа; ⁿ_т – коефіцієнт запасу міцності по границі текучості; n_д – коефіцієнт запасу міцності по границі тривалої міцності; ⁿ_п – коефіцієнт запасу міцності по границі повзучості.

Таблиця 5.2 – Допустимі напружини матеріалу болтів (шпильок)

	Допустима напружина _б, МПа, для сталей марок

20	130	110	160	230	230	238	238	208	231
100	126	105	150	230	230	227	232	196	226
200	120	98	150	225	200	217	231	186	221
250	107	95	144	222	182	210	224	186	219
300	97	90	139	222	174	199	220	186	217
350	86	86	128	185	166	185	213	186	215
375	80	85	128	175	166	180	209	186	214
400	75	83	128	160	166	175	206	186	213
425	68	82	125	156	161	168	202	186	213
450	-	80	123	-	156	161	199	186	213
475	-	79	120	-	-	152	195	186	213
500	-	78	118	-	-	143	192	186	208
510	-	-	117	-	-	-	-	185	205
520	-	-	116	-	-	-	-	184	202
530	-	-	115	-	-	-	-	183	199
540	-	-	114	-	-	-	-	181	196
550	-	-	113	-	-	-	-	180	195
560	-	-	-	-	-	-	-	165	183

Закінчення таблиця 5.2

Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Фланцеві зєднання (стр. 11 из 110)

5 РОЗРАХУНОК ФЛАНЦЕВИХ З’ЄДНАНЬ

5.1 Напружений стан деталей фланцевого з'єднання

5.3 Допустимі напружини