Схема нагружения фланцевого соединения горизонтального разъема корпуса паровой турбины (рис. 27.3) показана на рис. 27.3, а. Одна из задач расчета фланцевого соединения - определение силы затяжки шпилек, обеспечивающая отсутствие утечек водяного пара через него. Допустим, что воздействие оболочки корпуса на фланец можно заменить силой Q, приложенной на расстоянии 0,5 dс от внутренней поверхности корпуса, а закон изменения контактного давления на поверхности фланцевого разъема линейный. Максимальное значение этого давления имеет место на краю фланца, а минимальное – на поверхности разъема в точке О. Обозначим равнодействующую контактного давления буквой М. Положение точки О зависит от усилия N, действующего на фланец от затяжки его шпилек.
Рис. 27.3. Схема нагружения фланцевого соединения (а) и эпюры контактных давлений при разных усилиях затяжки шпилек (б)
1 – эпюра при чрезмерной затяжке фланцевого соединения; 2 – эпюра при нормальной затяжке; 3 – ослабленная затяжка фланцев; 4 – чрезмерно ослабленная затяжка, создающая условия для прогиба фланцев и протечки водяного пара из корпуса цилиндра турбины
Фланцевое соединение должно обеспечить герметичность разъема и, следовательно, точка О не может располагаться в пределах отверстия под шпильку (иначе водяной пар из проточной части через не прижатую часть разъема и отверстия под шпильки будет выходить наружу). На рис. 27.3, б показаны эпюры контактных давлений для различных условий затяжки шпилек. Первая схема определяет чрезмерную затяжку, вторая – нормальную, третья – наличие ослабления затяжки и прогиб фланца, а четвертая – минимально допустимый уровень затяжки. Очевидно, что усилие Q, определяющее отрыв фланцев от поверхности разъема, можно вычислить по формуле:
Q=Dp×d×t /2, (27.2)
где t – шаг установки шпилек (рис. 27.3, в); d – внутренний диаметр корпуса; делитель 2 определяет условия оценки при наличии двух соседних шпилек.
Определим усилие затяжки шпильки N, обеспечивающее плотность фланцевого соединения. Из условия равновесия следует, что N=M+Q. Равенство нулю моментов относительно точки пересечения оси шпильки с горизонтальным разъемом (рис. 27.3, а) дает соотношение
Qc-M[a-(a+b) /3]=0. (27.3)
Здесь учтено, что при линейном распределении контактного давления равнодействующая М приложена на расстоянии (a+b)/3 от наружного края фланца. В итоге условие равновесия
N=Q[1+3c/(2a-b) ]. (27.4)
Поскольку в практике изготовления фланцев существует обязательное соотношение с³b>0,5D, то усилие затяжки выбирается в следующих пределах:
Q[1+3c/(2a-D/2)]<N<Q[1+3c/(2a-c)]. (27.5)
Необходимое усилие затяжки N тем меньше, чем меньше шаг t, ширина фланца и расстояние от внутренней поверхности корпуса до оси шпильки. Обычно расстояние между шпильками выбирают в диапазоне t =(1,5…1,7) D, а расстояние до оси шпильки с+0,5dс³0,5D +(30…40). Для оценки условий затяжки используется понятие коэффициента затяжки: η = [1 + 3C/(2a – b)].
Если c = b, тогда: 
(27.6)
.
Следует учитывать, что первоначальное усилие затяжки не остается постоянным при эксплуатации турбоустановки, а под действием эффектов ползучести материала шпильки при высоких температурах ослабевает. Поэтому периодически осуществляется процедура перезатяжки фланцевого соединения.
В качестве примера рассмотрим фланцевое соединение корпуса с внутренним диаметром d =1,5 м, диаметром отверстия под шпильку D =100 мм, при расстояниях а+с =300 мм и с =100 мм, шаге установки шпилек t =150 мм и с внутренним избыточным давлением D р =10 МПа. Требуется определить усилие затяжки и напряжение в шпильке.
Коэффициент затяжки 
Усилие Q =10×106×1,5×0,15/2=1,125×106 H.
Усилие затяжки N=h×Q =2×1,125×106=2,25×106 H. Площадь сечения шпильки
f =0,25pD2=0,25×p×0,12=0,00785 м2. Напряжение в шпильке
Для уменьшения напряжений в шпильках возможны следующие способы:
1. Двухкорпусное исполнение цилиндра турбины для уменьшения значения D р, действующего на его стенки.
2. Уменьшение шага установки шпилек t.
3. Уменьшение коэффициента h посредством смещения точки приложения силы N к силе Q.
4. Исполнение в горизонтальном разъеме обнизки (расточки, позволяющей увеличить контактное давление на поверхности фланцевого соединения).