Глава 4. ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

ТИПЫ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Фланцевые соединения можно подразделить на два основных типа: с неконтактнругощнмн фланцами (рис. 1, а) не контактирующими фланцами (рис. 1, б). Наиболее распространен первый тип соединения (трубопроводы, сосуды и аппараты и т. п.). Соединения с контактирующими фланцами часто применяют в конструкциях, не требующих полной герметизации стыка (фланцы корпусов машин, редукторов и т. п.) Получнлн распространение фланцевые соединения с контактирующими стыками и с самоуплотняющимися прокладками, обеспечивающие герметичность. Такие соединения имеют меньшие габариты по сравнению с соединениями первого типа, но более сложны при изготовлении и монтаже.

Применяют свободные фланцы (рис. 2), а также фланцы, изготовленные вместе с трубой (корпусом) или присоединенные к трубе с помощью сварки, резьбы, развальцовки заклепок (рис. 3).

Рис. 1. Типы фланцевых соединений

Рис. 2. Накидные (свободные) фланцы

Рис. 3. Способы соединения фланца и трубы

Некоторые виды фланцевых соединений стандартизованы. Прокладки выполняют в виде плоского листа из паронита, картона, резины, фибры, фторопласта, меди и мягкой стали; применяют асбестометаллические прокладки, металлические гофрированные и зубчатые, металлические линзовые прокладки и др.

Во фланцевых соединениях с контактирующими фланцами используют самоуплотняющиеся прокладки в виде резиновых или металлических колец.

УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ

Расчет выполняют при предварительном выборе размеров и для проверки прочности неответственных фланцевых соединении.

Расчет соединений с неконтактирующими фланцами. Расчетное усилие, действующее на болты (рис 4), определяют по формуле

где — средний диаметр прокладки, мм; — рабочее давление среды,

Рис. 4. К расчету фланцевых соединений с неконтактнрующими фланцами

Коэффициент затяжки

Условие прочности фланцевых болтов:

где — число болтов; — внутренний диаметр резьбы болта; — предел текучести материала болта с учетом рабочей температуры.

Число болтов для обеспечения более равномерной затяжки стыка часто выбирают кратным четырем .

Расстояние между осями болтов (шаг болтов) обычно принимают при малых давлениях при больших давлениях Опасным сечением при расчете на прочность фланца обычно является место перехода от фланца к трубе (сечение на рис. 4).

Изгибающий мгмечт в этом сечении (на единицу длины)

где — коэффициент, учитывающий, что часть момента воспринимается поворотной деформацией фланца; — расстояние от центра сечения до оси болта; — средний диаметр трубы в сечении

Если коническая втулка (или труба) очень жесткая по отношению к фланцу и сечение не поворачивается, то Значение можно определить по приближенной формуле (вывод см. с. 85):

где — средняя толщина трубы на коническом участке; — средний радиус трубы; и — соответственно наружный и внутренний диаметры фланца. Значения вычисленные по формуле (4), приведены в табл. 1.

Напряжения изгиба в опасном сечении фланца (сечение

где — предел прочности материала фланца (при высокой температуре под следует понимать предел длительной прочности).

Из формулы (5) следует, что для снижения напряжений во фланцах целесообразно: а) приближать оси болтов к трубе (уменьшать увеличивать толщину трубы в месте перехода к фланцу (размер Однако при большой конусности упрочнение получается чисто местным и максимум напряжений сдвигается к более тонкому сечению трубы.

Расчет соединений с неконтактнрующими свободными фланцами. Суммарное усилие на болты (рис. 5) определяют из равенства (1); условие прочности болтов выражается формулой (2).

При расчете на прочность фланца принимается, что фланец испытывает поворотную деформацию и в нем возникают окружные напряжения.

1. Значение коэффициента (см. скан)

Рис. 5. К расчету фланцевых соединений со свободными фланцами

Условие прочности фланца:

где — диаметр окружности осей болтов; — средний диаметр кольцевой площадки контакта фланца и трубы; — внутренний диаметр фланца толщиной А; — предел текучести материала с учетом температуры фланца.

Расчет соединений с контактирующими фланцами. Расчетное суммарное усилие для фланцевых болтов (рис. 6) определяют из условия

где — коэффициент затяжки, обычно принимают — диаметр уплотнения, мм; — рабочее давление среды, — расстояние от средней окружности трубы до окружности осей болтов; — расстояние от наружной окружности фланца до окружности осей болтов.

Формула (7) учитывает, что в предельном состоянии раскрытие стыка происходит при повороте относительно точки Условие прочности фланцевых болтов

Рис. 6. К расчету фланцевых соединений с контактирующими фланцами

где — число болтов в соединении; — внутренний диаметр резьбы болта

При расчете на прочность фланец рассматривают как стержень, заделанный в сечении (рис. 6) и упругосвязанный с трубой.

Изгибающий момент в сечении

где — внешнее усилие, действующее на фланцевое соединение; — коэффициент уменьшения изгибающего момента за счет упругой связи фланца и трубы.

Если труба очень жесткая (по отношению к фланцу), то для тонкой трубы Значения вычисляют по приближенной формуле (вывод см. с. 87);

где

— средняя толщина трубы; с — диаметр отверстия под болт.

В приближенных расчетах можно принимать Напряжение изгиба во фланце (в сечении А В) должно быть

где — число болтов.

Изгибающий момент в сечении трубы

Напряжения изгиба в этом сечении должны удовлетворять условию

В формулах (11) и — предел прочности материала фланца с учетом рабочей температуры и длительности работы.