4.5  Расчет фланцевого соединения.
4.4.1  Конструктивные размеры фланца.
Внутренний диаметр фланца D: 1600 мм.

Толщина обечайки S: 10 мм.

Толщина втулки принята S₀=11 мм, что удовлетворяет условию :

 S<S₀<S×1,3      10<11<13

и

 S₀-S<5           11-10=1<5

Толщина S₁ втулки по формуле :

(30)

где

 .

Тогда толщина втулки из (30):



Высота втулки по формуле

(31)

Отсюда

Принимаем h_b=0,60 м.
Эквивалентная толщина втулки фланца :

(32)

Подставим и получим:



Диаметр окружности по формуле :

Dб>D + 2(S1+dб+U),

(33)

где d_б=20 мм;

      U=6 мм - нормативный зазор между гайкой [], т.1.40.
 D_б> 1600+2(48+20+6)=1748 мм.

Принимаем D_б=1760 мм =1,76 м.
Наружный диаметр фланца :

DH=Dб+а,

(34)

где а=40 мм - для шестигранных гаек М20 ([], т.1.41).

DH= 1760+40=1800 мм,

Принимаем D=1800 мм=1,8 м.
Наружный диаметр прокладки :

Dн.п.=Dб-e,

(35)

где е=30 мм - для плоских прокладок при d_б=20 мм.
Подставим значения и получим:

Dн.п.= 1760-30=1730 мм.

Средний диаметр прокладки определяется по формуле:

Dc.п.=Dн.п.-в=1730-20=1710 мм.

(36)

где в = 20 мм -  ширина  плоской неметаллической прокладки для диаметра аппарата

                           D=1600 мм.
Отсюда

Dc.п.= 1730-20=1710 мм.

Количество болтов по формуле :

(37)

где t_m=5d_b=5×20=100 мм - шаг расположения болтов при р=0,1 МПа ([], т. 1.43)
Тогда

Принимаем n_b­=56, кратное четырем.
Высота (толщина) фланца :

(38)

где l=0,22 для р=0,1 МПа и приварных фланцев.





 Принимаем h_ф=50 мм.
Расстояние между опорными поверхностями гаек для фланцевого соединения с уплотнительной поверхностью типа шип-паз (ориентировочно) :

Lб.о.»2(hф+hп)

(39)

где h_п=2 - высота стенки прокладки.

Отсюда

L_б.о.=2(50+2)=104 мм = 0,104 м,
4.5.2  Нагрузка действующая на фланец.
Равнодействующая внутреннего давления определяется по формуле:

(40)

Тогда равнодействующая внутреннего давления имеет значение:




Реакция прокладки по формуле :

(41)

где к_пр=2,5 для паронита ;

      b₀ - эффективная ширина прокладки :

     

Тогда



Усилие возникающее от температурных деформаций :

(42)

где a -  коэффициенты  линейного  расширения  материала  фланца (Х17)  и материала болта (35Х).

t_p=0,96t=96°С - расчетная температура легированных фланцев;

t_б=0,95 × 100=95°С - расчетная температура болтов;

Е_б=1,9 × 10⁵ МПа для болтов из стали 35Х;

f_б=2,35 × 10^-4 м² - дл болтов диаметром М20;

n_б=56 - количество болтов;

у - податливости болтов, фланцев и прокладки, определяемые по формулам:

(43)

	(44)
	(45)

где








Тогда подставим значения и получим:





Окончательно получаем по формуле (42):

Коэффициент жесткости фланцевого соединения находим по формуле:

(45)

Отсюда





Болтовая нагрузка в условиях монтажа до подачи внутреннего давления :

(47)

где р_пр=20 МПа - допустимое давление паронитовой прокладки.
Тогда



Болтовая нагрузка в рабочих условиях :
F_б2 =  F_б1 + (1-К_ж)F_Д + F_t ,

F_б2 =  0,91(1-1,56)×0,23 + 0,33 = 1,1 МПа.

Приведенный изгибающий момент :

(48)

4.5.3  Проверка прочности и герметичности соединения.
Условие прочности болтов имеет вид:

(49)

где [s]_б20  = 230 МПа - допустимое нормальное напряжение болта при 20° С.





Условие прочности неметаллической прокладки :

(50)

где [р_пр]=130 МПа - для параонита;

      F_бMAX=max{F_1б; F_2б}=1,1 МПа.




Максимальные напряжения в сечении фланца, ограниченные размером S₁ :

(51)

где D^*=D=1,6 м, при D >20 × S₁ (1,6>20×0,028);

,



Тогда



Максимальные напряжения в сечении, ограниченном размером S₀:

.

(52)

Тогда



Напряжения во втулке от внутреннего давления :

-  тангенциальные :

(53)

- меридианальные:

(54)

Условие прочности для фланца, ограниченного размером S₁=28 мм выполняется, если:

(55)

где [s] = 195 МПа.
Подставим и получим:



Условие прочности для фланца, ограниченного размером S₀=11 мм выполняется:

(56)

Подставим и получим:



Условия герметичности, определяемое по формуле углом поворота фланца ,также выполняется, если :

(57)

где [q] = 0,009 рад - допускаемый угол поворота приварного встык фланца при D=1600 мм :





Вывод - фланцевое соединение подобрано и просчитано правильно.