не следует располагать отверстия на фланцах по главным осям аппаратуры и арматуры; прокладку необходимо размещать до шпилек или болтов; чем выше давление, тем меньше должна быть ширина прокладки;
гайка должна опираться только на фланец, а не на галтель или сварной шов, не должна быть перекошена; при высоких температурах рабочей среды вместо болтов лучше применять шпильки,
т. к. они более гибки (эластичны); диаметр болтов предпочтительнее выбирать от 8 до 16 мм; лучше брать меньшее коли-
чество болтов большего диаметра, чем наоборот; нормальный шаг болтов выбирать от 3,5 до 4 диаметров болта;
внешний диаметр фланца принимать равным диаметру болтовой окружности плюс два
Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах
диаметра болта, плюс 5 – 10 мм;
рекомендуемое минимальное давление для расчёта фланцевого соединения принимает-ся равным 0,25 МПа, если даже аппарат работает без давления; количество болтов должно быть кратным 4 (допускается использовать 6 болтов).
Пример расчёта
Рассчитать конструкцию фланцевого соединения крышки с корпусом аппарата. Исходные данные:внутренний диаметр
корпуса аппарата D = 500 мм, толщина стен-
ки корпуса аппарата h = 4 мм, давление не превышает рmax = 0,3 МПа, а температура не
более t<80 °С.
Решение .
Конструируем фланцевое соединение. Принимаем диаметр болта d = 14 мм, диа-метр отверстия под болт dо = 16 мм.
Определяем наружный диаметр корпуса аппарата (рисунок 2.15):
Dнар D 2 s 500 2 4 508 мм.
Определяем диаметр болтовой окружно-
сти Dб Dнар 2 g 508 2 26,4 560,8 мм,
| e b | 22,8 30 | Рисунок 2.15 – Конструирование круглого | ||||
| где g | 26,4 мм, | фланца | ||||
e – размер головки болта по ГОСТ 77798, b – размер головки гаечного ключа по ГОСТ
2839.
Диаметр болтовой окружности округляем в большую сторону исходя из размерного ряда по ГОСТ 6636 приложение Ж, окончательно D6 = 600 мм.
| ГОСТ 7798-70 | ГОСТ 2839-80(СТ СЭВ1287-84) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| БОЛТЫС ШЕСТИГРАННОЙ ГОЛОВКОЙ | РАЗМЕРЫГОЛОВОК ГАЕЧНЫХ КЛЮЧЕЙ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| КЛАССА ТОЧНОСТИ В | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Исполнение 1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Номинальный | |||||||
| диаметр резьбы, d | |||||||
| Шаг | круп- | 1,50 | 1,75 | 2,00 | 2,00 | 2,50 | |
| резьбы | ный | ||||||
| мел- | 1,25 | 1,50 | |||||
| кий | |||||||
| Размер «под | |||||||
| ключ», S | |||||||
| Диаметр опи- | 17,6 | 19,9 | 22,8 | 26,2 | 29,6 | ||
| санной окружно- | |||||||
| сти, e | |||||||
| Диаметр отвер- | |||||||
| стия для болта |
| S | b | b1 | l | l1 | r |
| - | |||||
| - | |||||
Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах
| Определяем наружный диаметр фланца | |||||||||
| Dфланц | Dб | e | 22,8 | мм. | |||||
| 2 ( | 5) 600 2 | 632,8 | |||||||
Наружный диаметр фланца округляем в большую сторону исходя из размерного ряда по ГОСТ 6636 приложение Ж, окончательно D6 = 670 мм
Больший диаметр прокладки определяется из геометрических соображений:
| D max D d | o | 4 600 16 4 580 мм, | ||
| п | б | |||
меньший: dп min D 2 s 500 2 4 508 мм.
Расчётный диаметр прокладки, таким образом, будет равен D = 544 мм. Находим геометрическую ширину прокладки b = 0,5 (580 – 508) =36 мм.
В качестве прокладочного материала выбираем мягкую резину из таблицы 2.1, находим коэффициент удельного давления (k=0,5) и посадочное напряжение (п =0,5 МПа).
Нагрузка на болты от давления по формуле (2.18)
Fб '0,3 1060,544 0,785 0,544 3,14 0,036 0,5 78917 Н.
Нагрузка на болты от затяжки по формуле (2.19)
Fб '3,14 0,544 0,036 0,5 10630747 Н.
Значение предела прочности на растяжение болтов, при классе прочности 3.6, по ГОСТ Р 52627, 300 МПа.
Допускаемое напряжение с учетом запаса прочности 8 будет равно:
300 106 /8 37 106 Па.
Допускаемая нагрузка на один болт по выражению (2.21) qб 0,785 0,014237 1065693 Н.
Количество болтов по выражению (2.20)
n 7891713,86 шт. 5693
Принимаем количество болтов, равное 16 (кратно 4).
Фланцы изготовляем из стали СтЗ, для которой =125 МПа (Приложение Б). Тогда толщина фланца по формуле (2.22)
| 0,75 | 78917 0,6 0,5 0,6 | 0,012 0,0215 м. | ||||||
| 16 3,14 0,5 16 0,016 0,016 | 125 10 | |||||||
Толщину фланца принимаем равной 22 мм, ближайший больший размер по ГОСТ 6636 Приложение Ж и ГОСТ 19903 приложение Г.
Конструкция фланцевого соединения по расчётным данным представлена на рисунке 2.6.
Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах
Заключение:рассчитаны основные геометрические и прочностные параметры фланце-вого соединения, которые представлены на рисунке 2.16. Нагрузка, действующая на болты этого соединения, вызывает напряжение, не превышающее допустимые, что является основным условием работы данного элемента.
1 – стенка аппарата; 2 – фланец; 3 – прокладка; 4 – болт М14Х60 ГОСТ 77798; 5 – шайба 14.01.019 ГОСТ 11371 – 78; 6 – гайка М14.5 ГОСТ 5915
Рисунок 2.16 – Конструкция фланцевого соединения
Задачи
2.9.1 Сконструировать и выполнить расчёт фланцевого соединения крышки с корпусом аппарата. Определить количество болтов и геометрические размеры круглого фланца. Вы-полнить поясняющий рисунок фланцевого соединения с указанием размеров. Внутренний диаметр, максимальное давление, толщину стенки взять из таблиц 2.2, 2.3. Температура внутри аппарата не превышает t<80 °С. Толщину прокладки принять 5 мм.
Таблица 2.2 – Исходные данные для расчёта
| Максимальное | Толщина стенки | |||||||
| Внутренний диаметр D, мм | ||||||||
| давление p, МПа | ||||||||
| 4 | 4 | 5 | 6 | 7 | 7 | 8 | ||
| 1,8 | 4 | 4 | 5 | 5 | 6 | 7 | 7 | |
| 1,6 | 4 | 4 | 4 | 5 | 6 | 6 | 7 | |
| 1,4 | 4 | 4 | 4 | 5 | 5 | 6 | 6 | |
| 1,2 | 3 | 4 | 4 | 4 | 5 | 5 | 6 | |
| 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | 5 | 5 | ||
| 0,8 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | 5 | |
| 0,6 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | |
| 0,4 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | |
| 0,2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 |
Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах
Таблица 2.3 – Исходные данные для расчёта
| Внутренний | Максималь- | Допускаемое | Коэффициент | |||
| № вари- | Материал | напряжение | ||||
| анта | диаметр D, | ное давление | прокладки | прокладки, | давления | |
| мм | p, МПа | п | на прокладку, kn | |||
| МПа | ||||||
| 0,2 | Резина мягкая | 0,5 | 0,5 | |||
| 1,8 | Резина жесткая | |||||
| 1,6 | Паронит | 2,5 | ||||
| 1,4 | Фторопласт-4 | |||||
| 1,2 | Картон | 1,5 | ||||
| Резина мягкая | 0,5 | 0,5 | ||||
| 0,8 | Резина жесткая | |||||
| 0,6 | Паронит | 2,5 | ||||
| 0,4 | Фторопласт-4 | |||||
| 0,2 | Картон | 1,5 | ||||
| Резина мягкая | 0,5 | 0,5 | ||||
| Резина жесткая | ||||||
| 1,8 | Паронит | 2,5 | ||||
| 1,6 | Фторопласт-4 | |||||
| 1,4 | Картон | 1,5 | ||||
| 1,2 | Резина мягкая | 0,5 | 0,5 | |||
| Резина жесткая | ||||||
| 0,8 | Паронит | 2,5 | ||||
| 0,6 | Фторопласт-4 | |||||
| 0,4 | Картон | 1,5 | ||||
| 0,2 | Резина мягкая | 0,5 | 0,5 | |||
| Резина жесткая | ||||||
| Паронит | 2,5 | |||||
| 1,8 | Фторопласт-4 | |||||
| 1,6 | Картон | 1,5 | ||||
| 1,4 | Резина мягкая | 0,5 | 0,5 |
2.9.2 Рассчитать толщину круглого фланца пропаривателя. Исходные данные:
Диаметр окружности расположения центров болтов, Dб, мм,
Число болтов, n,
Диаметр отверстия под болт, d0, мм, Фланцы изготовляем из стали СтЗ,, МПа. Нагрузка на болты, F, кН
Таблица 2.4 – Исходные данные для расчёта
Значение
см. табл. 2.4
см. табл. 2.4 см. табл. 2.4 86
см. табл. 2.4
| Вариант | ||||||||||||||||||
| D, мм | 80 | 90 | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 | 400 | 450 | 500 | 600 | 700 | 800 | |||||
| б | ||||||||||||||||||
| n | 6 | 8 | 8 | 8 | 12 | 12 | 12 | 16 | 16 | 32 | 36 | 40 | 44 | |||||
| d0, мм | 11 | 11 | 12,6 | 14 | 14 | 18 | 20 | 14,6 | 16,6 | 16,6 | 16,6 | 18 | 18 | |||||
| F, кН | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 100 | 90 | 80 | 90 | 100 | 90 | 80 | 70 | |||||
| Вариант | ||||||||||||||||||
| D6, мм | 900 | 1000 | 1100 | 1200 | 1300 | 1400 | 1500 | 50 | 60 | 80 | 100 | 120 | 130 | |||||
| n | 48 | 52 | 56 | 56 | 60 | 64 | 68 | 4 | 4 | 6 | 8 | 12 | 12 | |||||
| d0, мм | 18 | 18 | 18 | 18 | 18 | 20 | 20 | 10,6 | 12,6 | 12,6 | 14,6 | 14,6 | 16,6 | |||||
| F, кН | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 100 | 90 | 80 | 90 | 100 | 90 | 80 | 70 | |||||
Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Уплотнение соединений в машинах и аппаратах
| 2.9.3 Рассчитать количество болтов фланца пропаривателя. | ||||||||||||||||||||
| Исходные данные: | Значение | |||||||||||||||||||
| Допускаемая нагрузка на один болт qб, кН. | см. табл. 2.5 | |||||||||||||||||||
| Ширина прокладки, bп, мм | см. табл. 2.5 | |||||||||||||||||||
| Расчётный диаметр прокладки, D0, мм | см. табл. 2.5 | |||||||||||||||||||
| Допускаемое напряжение на растяжение материала болта,, МПа | 320 | |||||||||||||||||||
| Допускаемое | напряжение | на | растяжение | материала | прокладки, | |||||||||||||||
| , МПа | 1 | |||||||||||||||||||
| Рабочее давление; р, МПа. | 1 | |||||||||||||||||||
| Коэффициент давления на прокладку, kn. | 0,5 | |||||||||||||||||||
| Таблица 2.5 – Исходные данные для расчёта | ||||||||||||||||||||
| Вариант | ||||||||||||||||||||
| D0, мм | 78 | 79 | 99 | 154 | 208 | 256 | 302 | 406 | 454 | 506 | 608 | 702 | 804 | |||||||
| qб, кН | 5 | 5,5 | 5,7 | 5,9 | 6,2 | 6,3 | 6 | 6,5 | 6,8 | 7,1 | 7,4 | 7,6 | 7,8 | |||||||
| bп, мм | 5 | 5 | 7 | 7 | 8 | 8 | 8 | 9 | 9 | 10 | 10 | 10 | 10 | |||||||
| Вариант | ||||||||||||||||||||
| D0, мм | 906 | 1012 | 1108 | 1202 | 1214 | 1406 | 1506 | 58 | 62 | 84 | 106 | 128 | 132 | |||||||
| qб, кН | 8,1 | 8,2 | 8,5 | 8,7 | 8,9 | 9,2 | 9,5 | 5,1 | 5,2 | 5,3 | 5,9 | 6,5 | 7 | |||||||
| bп, мм | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 5 | 5 | 6 | 6 | 7 | 7 |
2.10 Контрольные вопросы
2.10.1 Назначение уплотнений.
2.10.2 Классификация уплотнений. Требование к уплотнительным устройствам.
2.10.3 Типы уплотнений неподвижных соединений.
2.10.4 Типы уплотнений соединений с возвратно-поступательным движением.
2.10.5 Типы уплотнений соединений для вращающихся соединений.
2.10.6 Материалы, используемые для уплотнения.
2.10.7 Когда применяется фланцевое соединение? Из чего состоит фланцевое соединение?
2.10.8 Для чего необходим уплотнительный элемент?
2.10.9 Назовите основные правила конструирования фланцевых соединений.
Расчёт и конструирование машин и аппаратов пищевых производств. Элементы теории и сборник задач Виброизоляция оборудования