Усилие затяжки и прочность болтов

Усилие затяжки болтов фланцевого соединения аппаратов, работающих без внутреннего избыточного давления, определяется из условия создания герметизирующего давления обжатия прокладки при монтаже. В соответствие с данным условием, суммарная затяжка болтов фланцевого соединения должна удовлетворять неравенству

где q – давление обжатия прокладки; q_min = 2МПа – минимальное герметизирующее давление обжатия прокладки; q^* = 18МПа – предельное давление обжатия прокладки; Q_б – суммарное усилие затяжки болтов; А_пр = 0, 23м² – площадь прокладки; D_пн = 1278мм – диаметр прокладки наружный; D_пв = 1158мм – диаметр прокладки внутренний.

Примем q = 3МПа, при этом ботовая затяжка должна составить:

Усилие затяжки для одного болта составит:

Номинальные растягивающие напряжения в резьбе болта:

где А_р = 8·10^-5 – поперечное сечение резьбы; d_вр = 10, 1мм – внутренний диаметр резьбы.

Момент, прикладываемый к головке болта для создания требуемой затяжки (момент на ключе), можно ориентировочно вычислить по приближенной формуле [2]:

Для вычисления момента трения в резьбе обычно используют упрощенную формулу [2]:

где d_ср = 10, 86мм – средний диаметр резьбы; t = 1, 75мм – шаг резьбы; f_р = 0, 15 – коэффициент трения в резьбе.

Касательные напряжения в резьбовой части болта от момента трения М_р при затяжке:

,

где W_к – момент сопротивления поперечного сечения резьбы кручению.

Эквивалентные напряжения по третьей теории прочности в резьбе болта при затяжке:

Коэффициент запаса прочности болта по пластическим деформациям:

.

Рекомендуемая величина коэффициента запаса статической прочности для резьбы выбирается в пределах 1, 2÷ 1, 5, поэтому прочность болта в условиях монтажа находится на достаточном уровне.

При испытании корпуса скруббера на герметичность газовым давлением р_и = 0, 2 МПа, болты фланцевого соединения воспринимают растягивающую силу (F_би), величина которой определяется по выражению [2]:

где F_р = 0, 21 МН – равнодействующая внутреннего давления; χ – коэффициент распределения внешней нагрузки; D = 1, 158м – внутренний диаметр скруббера в расчетном сечении. В данном выражении коэффициент распределения внешней нагрузки χ =0, т.к. модуль упругости прокладки значительно меньше модуля упругости материала болтов и вся внешняя нагрузка воспринимается болтами.

Нагрузка, воспринимаемая одним болтом в режиме испытания, составит:

Растягивающие напряжения в резьбе болта при испытании:

Эквивалентные напряжения по третьей теории прочности:

Величина коэффициента запаса прочности:

,

что является достаточным для режима испытания [1].

В рабочих условиях нагрузки, воспринимаемые болтами фланцевого соединения, не существенно отличаются от нагрузок, которые возникают при монтаже (рабочее избыточное давление мало, температура не высокая). Ввиду этого прочность болтов для рабочих условий не оценивалась.

 

Прочность фланцевых колец.

В рабочем состоянии фланцевые кольца воспринимают только давление реакции прокладки и усилия сжатия болтов. Полагая давление реакции прокладки равномерно распределенным по поверхности кольца, изгибающий момент в сечении под болтом может быть вычислено по формуле, соответствующей изгибу балки с защемленными концами [3]:

,

где l_б – расстояние между осями смежных болтов.

Напряжения от изгиба в сечении под головкой болта:

,

где W – момент сопротивления изгибу сечения кольца под головкой болта.

Запас прочности кольца по пластическим деформациям:

,

условие прочности выполняется.

При испытании корпуса скруббера Вентури на прочность или герметичность нагрузка на фланцевые кольца возрастает. Приведенный изгибающий момент в диаметральном сечении кольца от давления испытания:

Напряжения от действия момента М_фи:

Суммарные напряжения в расчетном сечении от реакции прокладки и давления испытания:

Величина коэффициента запаса прочности:

Прочность фланцевого кольца обеспечена.

Прочность прокладки проверять не требуется т.к. в рабочем состоянии и при испытании корпуса скруббера внутреннее давление снижает обжатие прокладки.

 

Приложение 3 Таблица 1

Характерные нагрузки и критерии работоспособности основных элементов оборудования (Пример: реактор с перемешивающим устройством)

 

Обозначение элемента н схеме или чертежу	Наименование элемента	Опасные силовые факторы	Максимальная величина нагрузки	Критерий прочности элемента	Повреждения, дефекты и прочие отрицательные последствия, вызываемые нагрузкой
	Корпус реактора	Внутреннее давление в рабочих условиях и при гидроиспытаниях корпуса	Рс, Ри	Достаточная прочность корпуса при воздействии внутреннего статического давления	Статическое разрушение или пластическая деформация
Внешнее избыточное давление при отсутствии давления в корпусе и наличие давления теплоносителя	Рс, Рт, Рг	Достаточная устойчивость корпуса при воздействии внешнего избыточного давления	Смятие корпуса вследствие потери устойчивости.
	Вал перемешивающего устройст- ва	Крутящий и изгибающий моменты	Мкр, Ми	Достаточная прочность вала при кручении с изгибом. Жёсткость вала. Виброустойчи- вость вала	Разрушение либо недопустимая деформация вала. Разрушения, вызванные резонансом

 

 

 

Составители

 

Вячеслав Алексеевич Плотников

Сергей Сейфудинович Азиханов

 

 

⇐ Предыдущая123

Поделиться: