Конструювання і розрахунок сталевих зварних посудин та апаратів Фланцеві зєднання (стр. 19 из 110)

Число допустимих циклів зміни режиму експлуатації визначають за формулою

, (5.125)

p

де _a – умовна амплітуда напружин для робочих умов, МПа;

t – розрахункова температура стінки апарата, °С.

Умовну амплітуду напружин для робочих умов визначають за формулою

. (5.126)

Умова міцності для заданої кількості циклів навантажень має вигляд

1, (5.127)

де ^N_з – кількість збирань фланцевого з’єднання за весь строк служби;

^N _p – кількість циклів зміни режимів експлуатації за весь строк служби.

5.12 Приклади розрахунку фланцевих з'єднань

Приклад 1

Розрахунок на міцність, жорсткість та герметичність фланцевого з'єднання люка апарата, що працює під внутрішнім надлишковим тиском

1 Вихідні дані

Розрахунковий тиск в апараті Р1,0 МПа, розрахункова температура стінки t 165 С, внутрішній діаметр обичайки люка D400мм, матеріал фланця і кришки люка – сталь 20, матеріал обичайки люка – сталь Ст3сп5. Група апарата – 4. Додаток до розрахункової товщини обичайки люка для компенсації корозії та ерозії прийняти рівним С12 мм. Розрахунковий тиск в умовах випробувань Р_в1,33МПа. Загальна кількість циклів навантаження за весь строк служби апарата N 2 10³ . Зовнішнє осьове зусилля, що діє на фланцеве з'єднання, прийняти рівним F0 , зовнішній згинальний момент – M0 .

За розрахунковим тиском Р1МПа і розрахунковою температурою t165°С для апарата 4 групи приймаємо люк виповнення 2 з плоским приварним фланцем зі сталі 20 з гладкою ущільнювальною поверхнею. Відповідно до таблиці А.1 додатку А для плоских приварних фланців на умовний тиск PN 1 МПа, які виготовляються зі сталі 20, при розрахунковій температурі t 165 C допустимий розрахунковий тиск визначаємо методом лінійної інтерполяції, P 0,967 МПа, що менше розрахункового. Приймаємо фланці на номінальний (умовний) тиск PN 1,6 МПа, допустимий розрахунковий тиск для яких при розрахунковій температурі складає P 1,548 МПа, що більше розрахункового. Умовне позначення люка:

Люк 2-400-1,6-1 ОСТ 26-2002-83.

Конструкція та розміри люка і його елементів відповідно до стандартів 29, 33, 40, 41 наведені на рисунку 5.5. У фланцевому з'єднанні з гладкою ущільнювальною поверхнею застосовуємо паронітову прокладку виповнення 2 за таблицею Е.1 додатку Е. Конструкція та розміри прокладки наведені на рисунку 5.5,г.

Розрахункова температура стінки апарата складає t165 C , тому апарат і фланцеве з'єднання повинні бути теплоізольовані.

Розміри елементів фланцевого з'єднання, мм:

Внутрішній діаметр обичайки люка D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	400
Діаметр болтової окружності Dб . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	495
Зовнішній діаметр фланця Dз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	535
Товщина обичайки люка Sо . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	8
Товщина фланця люка в місці ущільнення h . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	35
Товщина кришки люка Sкр . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	26
Товщина кришки люка в місці ущільнення hкр . . . . . . . . . . . . . . . . . .	23

Товщина кришки люка на зовнішньому діаметрі

_кр . . . . . . . . . . . . 23

Зовнішній діаметр прокладки D1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	457
Внутрішній діаметр прокладки D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	427
Товщина прокладки hn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	2

Діаметр болтів d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . М20

Кількість болтів n . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

а – люк; б – кришка люка; в – фланець; г – прокладка

Рисунок 5.5 – Люк апарата

За таблицею 5.1 визначаємо розрахункові температури фланця і болтів:

t_ф t 165 С;

t_б 0,97t 0,97 165 160 С.

За таблицею 4.1 при заданих розрахункових параметрах для фланців з вуглецевої сталі для виготовлення болтів приймаємо сталь марки 40.

Допустиму напружину матеріалу болтів _б , МПа, при розрахунковій температурі ^t_б 160 С визначаємо за таблицею 5.2 методом лінійної інтерполяції _б 122МПа.

Допустимі напружини для матеріалу обичайки визначаємо за посібником 2 . При розрахунковій температурі t 165 C допустиму напружину приймаємо рівною 144МПа, при температурі t 20 C – 154МПа .

Мінімальне значення границі текучості для сталі Ст3сп5 при розрахунковій температурі t 165 C приймаємо рівним ^R_e 223,5 МПа; при температурі t 20 C – ^R_e²⁰ 250МПа. Мінімальне значення тимчасового опору при розрахунковій температурі t 165 C приймаємо рівним

^R_m473,5 МПа, при температурі t 20 C – ^R_m²⁰ 460МПа.

Визначаємо допустимі напружини для матеріалу фланця в перерізі ^S₀ за формулами:

Розрахунковий тиск Р в робочих умовах, помножений на величину

1,35

154

	20

1,35P1,35 1,0 1,44МПа

144

більше розрахункового тиску Р_в в умовах випробувань, тому розрахунок фланцевого з'єднання для умов випробувань не проводимо [2].

Відповідно до рисунка 5.5,г визначаємо виконавчу ширину прокладки

bn D1 D2 457 427 15мм

2 2

і середній діаметр прокладки

Dcn D1 D2 457 427 442мм.

2 2

Ефективну ширину прокладки визначаємо за формулою (5.9)