Расчёт уплотнения фланцевого соединения

Фланцевое соединение (набросок 2.13) – обширно используемый вид разъемных соедине-ний в пищевом оборудовании, обеспечивающий плотность и крепкость конструкций, также простоту производства, разборки и сборки.

Соединение состоит из 2-ух фланцев 1, болтов 2 (шпилек) и уплотнительного элемента 3 (проклад-ки), устанавливаемого меж уплотнительными поверхностями фланцев и позволяющего обеспе-чить плотность при относительно маленьком усилии затяжки болтов Расчёт уплотнения фланцевого соединения (шпилек).

Уплотнительный элемент должен отвечать последующим главным требованиям:

— заполнять все микронеровности уплотни-тельных поверхностей фланцев при воз-можно малом напряжении контакта при сборке фланцевого соединения;

— сохранять плотность соединения и це-лостность прокладки при упругих деформа-циях фланцев, болтов (шпилек) от дейст-вующих нагрузок (для этого материал уп Расчёт уплотнения фланцевого соединения-лотнительного элемента должен владеть

1 – фланцы; 2 – болт;

упругими качествами);

3 – уплотнительный элемент

— сохранять плотность соединения в ус-

(прокладка)

ловиях долгого воздействия обрабаты-

ваемой среды во всем вероятном спектре Набросок 2.13 – Фланцевое соединение



п
обж п1 п ,

Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах

конфигурации температуры;

— материал уплотнительного Расчёт уплотнения фланцевого соединения элемента не должен быть дефицитным.

Уплотнительный элемент, у которого одно из измерений (толщина) не много по сопоставлению с 2-мя другими (ширина и поперечник), принято именовать прокладкой. Очень разные усло-вия эксплуатации обусловливают и обилие используемых материалов для изготовле-ния прокладок. Изготавливают прокладки:

а неметаллические (фторопласт, целофан Расчёт уплотнения фланцевого соединения, полихлорвиниловый пластикат, асбест, паронит, резина и т. п.);

б железные (сталь, никель, алюминий, медь, свинец и т. п.); в комбинированные (асбест в обкладке из листового металла, полимеры в купе с

металлами и т. п.).

Твердость материала прокладок должна быть меньше твердости материала фланцев. Неметаллические прокладки, обычно, изготовляют шириной от 1 до 3 мм Расчёт уплотнения фланцевого соединения, метал-

лические – от 2 до 3,5 мм, а комбинированные – от 3,5 до 5 мм. Для того, чтоб при обжатии прокладка не уменьшала проходное сечение фланцевого соединения, ее внутренний поперечник делается несколько больше внутреннего поперечника фланца.

Разглядим фланцевое соедине-
ние аппарата, созданного для
работы под внутренним лишним
давлением. Для заслуги герметич-
ности прокладка должна Расчёт уплотнения фланцевого соединения быть сжата
при сборке соединения (набросок 2.14, а)
так, чтоб пропали каналы меж-
ду неровностями на контактных по-
верхностях прокладок и фланцев.
Это будет иметь место при выпол- t = 20 ºC
нении условия


(2.1)

где обж – мало необходи-

мое напряжение контакта для сжа-тия прокладки, зависящее от мате-риала прокладки Расчёт уплотнения фланцевого соединения, МПа, п1– напряже-

ние на поверхности контакта про-кладки с фланцами при сборке соеди-

нения, МПа, – допускаемое на-

пряжение сжатия прокладки, МПа.

Таким макаром, по окончании сборки соединения реакция прокладки на фланец должна быть последующей:

Fп1 п1Sп , (2.2)

где Sп – площадь поверхности контакта прокладки с фланцем, м2.

Нужное для сборки фланце-вого Расчёт уплотнения фланцевого соединения соединения болтовое усилие мо-жет быть получено, исходя из рассмот-рения схемы деяния нагрузок на фланец в этот момент (набросок 2.14, а).

F F F 4M D п.ср , (2.3)
п1
где F1 – наружное осевое растяги-


а – при сборке соединения; б – в рабочих критериях

Набросок 2.14 – Схема деяния нагрузок на фланец



Расчёт и конструирование Расчёт уплотнения фланцевого соединения машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах

вающее (+) либо сжимающее (—) усилие, действующее на фланцевое соединение при его сборке, Н, M1– наружный изгибающий момент, действующий на фланцевое соединение при его

сборке, Н м , Dп.ср.– средний поперечник прокладки, м.

В рабочих критериях при Расчёт уплотнения фланцевого соединения наличии внутреннего давления в аппарате на фланец действуют нагрузки, выставленные на рисунке 2.14, б.

Равнодействующее продольное (осевое) усилие от деяния внутреннего давления

0,25 Dп.ср pрв , (2.4)
где pрв – внутреннее давление, Н.
Болтовое усилие при наличии внутреннего давления
F F F F 4M D , (2.5)
п2 Д с.п.
где F2 – наружное осевое Расчёт уплотнения фланцевого соединения растягивающее (+) либо сжимающее (—) усилие, действующее
на фланцевое соединение в рабочих критериях, Н, M2 – наружный изгибающий момент, дейст-
вующий на фланцевое соединение в рабочих критериях Н м , Fп2 – реакция прокладки на фла-
нец в рабочих критериях, Н, равная Fп2 п2 Sп , (2.6)

где п2– напряжение на поверхности контакта Расчёт уплотнения фланцевого соединения прокладки в рабочих условия, Па, Sп -

площадь поверхности контакта прокладки с фланцем, м2.

Для сохранения плотности соединения в рабочем состоянии нужно выполне-

ние условия
min п2 , (2.7)
п2 п

где пmin2– малое напряжение контакта прокладки и фланца в рабочих критериях,

при котором сохраняется плотность, МПа.

Значение min находится в зависимости от Расчёт уплотнения фланцевого соединения упругих параметров материала прокладки и, не считая того, прямо
п2

пропорционально значению внутреннего давления р. При разработке обжатия прокладки, не-обходимого для обеспечения плотности соединения, только за счет осевого сжимающего усилия, выражения (2.3) и (2.5) воспримут вид

F1 Fп1 п1 Sп , (2.8)
F F F F 4 M D . (2.9)
п2 Д 2 с.п.

Усилие Расчёт уплотнения фланцевого соединения FД , возникающее при действии внутреннего давления, раздвигает соединение на расстояние x . Пружина динамометра сжимается на эту же величину, в итоге чего

наружное сжимающее усилие возрастает:
F2 F1 k x2 x1 k x . (2.10)

При всем этом происходит восстановление толщины прокладки на ту же величину x, что приводит к уменьшению напряжения Расчёт уплотнения фланцевого соединения на контактных поверхностях соединения.

Согласно закону Гука, для материала прокладки, владеющего упругими качествами

п1 п2 x E п , (2.11)
h
п
где h – толщина прокладки, м, Еп – модуль упругости прокладки, Па.
Из уравнения (2.10) с учетом выражений (2.8) и (2.9)
x F F ( п1 п2 ) S
. (2.12)
k k

Подставив в уравнение (2.11) выражение x из последней Расчёт уплотнения фланцевого соединения зависимости и сгруппировав члены, получим



Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах

п1 п2 , (2.13)
1 k yп Sп
где уп – податливость прокладки ( yп hп (Еп Sп )).

Тогда формула для расчёта напряжения на контактных поверхностях соединения в ра-

бочих критериях Расчёт уплотнения фланцевого соединения воспримет вид
п2 п1 kж (FД Sп ), (2.14)

1

где kж – коэффициент жесткости соединения (kж 1 kп ) .

Тогда с учетом критерий (2.1) и (2.7) для расчёта мало нужного напряжения на поверхности контакта и прокладки и фланца при сборке соединения может быть получено последующее выражение

max min kж FД Sп
п2
, (2.15)
п1 max обж

где

min kп Расчёт уплотнения фланцевого соединения p . (2.16)
п2

Нормативные значения коэффициента давления на прокладку kп, мало необходи-

мого напряжения контакта для обжатия прокладки обж , допускаемого напряжения и
модуля упругости Еп приведены в таблице 2.1. п
Таблица 2.1 – Черта материалов для плоских неметаллических прокладок
Коэффи- Напряжение контакта Модуль уп-
циент дав- прокладки, МПа
Материал прокладки ления на ругости Расчёт уплотнения фланцевого соединения Еп,
обжатия допускаемое
прокладку МПа
kn обж
п
Резина (мягенькая) твердостью до 1,2 МПа 0,5 0,2 0,5 3 (1 b )
2 hп
Резина (жесткая) твердостью выше 1,2 0,3 4 (1 b )
МПа 2 hп
Паронит шириной 1 мм, 2,5
Картон асбестовый шириной 3 мм
Фторопласт-4 шириной 3 мм 2,5

Примечание: b – ширина прокладки, h – толщина прокладки.

Мало нужное при сборке соединения сжимающее прокладку усилие может быть Расчёт уплотнения фланцевого соединения определено по формуле

Fmin min S п . (2.17)
п1

Расчёт фланцевого соединения включает расчёт количества болтов с учетом их прочно-сти и расчёт толщины фланцев, которые проводят на условное давление (принимается в за-висимости от данного рабочего давления). Для проведения расчёта количества болтов тре-буется конструктивный выбор формы и Расчёт уплотнения фланцевого соединения материала прокладки.

Нагрузку на болты определяют, во-1-х, для рабочих критерий, когда соединение на-ходится под давлением, и, во-2-х, для критерий при сборке (монтаже) аппарата, когда давление в аппарате отсутствует, но делается затяжка болтов, обеспечивающая началь-ное сжатие прокладки, нужное для получения герметического соединения.

Нагрузку на болты при рабочих Расчёт уплотнения фланцевого соединения критериях находят по формуле

F р p Dрасч (0,785 Dрасч b k n ) , (2.18)
б п п п


Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах

где р – условное (либо рабочее) давление, Па; kn – коэффициент давления на прокладку

(принимается по таблице 2.1); bп – ширина Расчёт уплотнения фланцевого соединения прокладки, м; Dпрасч – расчётный поперечник про-

кладки, м.

Dпрасч 0,5 Dпmax dпmin .

Нагрузку на болты при их затяжке, нужную для исходного смятия прокладки, рас-считывают по формуле

F` Dрасч b п , (2.19)
б п п

где п – допускаемое напряжение материала, Па.

Для расчёта болтов принимают большее из значений нагрузок на болты от давления Расчёт уплотнения фланцевого соединения в соединении либо от затяжки болтов, когда давление отсутствует. Обычно при низких давле-ниях и жестких прокладках значение нагрузки на болты от их затяжки больше нагрузки на болты от давления в аппарате, а при значимых давлениях и мягеньких прокладках – наобо-рот.

Количество болтов (шпилек) определяют по выражению

n Fб Расчёт уплотнения фланцевого соединения qб , (2.20)

где Fб – большая нагрузка на болт, Н; qб – допускаемая нагрузка на один болт, Н.

Допускаемую нагрузку на один болт определяют по выражению

q 0,785 d2 , (2.21)
б

где d – поперечник болта либо шпильки, м; – допускаемое напряжение при растяже-нии, Па.

Допускаемое напряжение при растяжении для болтов при расчёте фланцевых соедине-ний с Расчёт уплотнения фланцевого соединения уплотнительным материалом рекомендуется принимать меньше предела прочности материала болтов в 5; 6,5; и 8 раз зависимо от тщательности их выполнения.

Количество болтов фланцевого соединения, отысканное в итоге расчёта, округляют в огромную сторону, принимая кратным четырем.

Толщина круглого приваренного фланца, испытывающего напряжение извива, может быть рассчитана по формуле

0,75 F Dб D Dб Расчёт уплотнения фланцевого соединения 0,012, (2.22)
n Dб n d0 d0 и

где D6 – поперечник окружности расположения центров болтов, м, D – внутренний диа-метр, м, п – совсем принятое число болтов, d0 – поперечник отверстия под болт, м, и – допускаемое напряжение при извиве фланца, Па, (принимается меньше ,

в 5–8 раз).


rashodnie-materiali-dlya-kliniko-diagnosticheskoj-laboratorii.html
rashodno-toplivnij-truboprovod.html
rashodomeri-peremennogo-urovnya.html