Расчет укрепления отверстия люка

,

где F_R – площадь сечения, которую нужно компенсировать:

;

F₀ – площадь сечения «лишнего» металла в стенке аппарата:

F₁ – площадь сечения «лишнего» металла во внешней части штуцера:

F₂ – площадь сечения металла во внутренней части штуцера, выступающая внутрь аппарата часть l₂=0:

;

F_K – площадь сечения накладного кольца, если отверстие укрепляется накладным кольцом:

;

;

.

Примем S_к = 10мм.

,

.

Примем b_к = 120мм.

1892 £ 562 + 150,7 + 0 + 1200;

1892 < 1912,7 (условие выполняется).

Коническое днище

Вход охлаждающей жидкости d = 125мм.

Расчетный диаметр:

.

Расчетный диаметр отверстия:

.

Расчетная толщина стенки:

.

Диаметр отверстия, не требующего укрепления:

Условие выполняется, следовательно, укреплять отверстие не требуется.

4. Выбор, проверка прочности и жесткости
фланцевых соединений

В аппаратах и трубопроводах для разъёмного соединения их составных частей, а также для присоединения к аппаратам запорной арматуры, предохранительных, регулирующих и контролирующих устройств широко используются фланцевые соединения. Фланцевые соединения должно быть прочным, жёстким, герметичным и доступным для сборки, разборки и осмотра.

Подбор фланцев и других комплектующих деталей фланцевого соединения (прокладок, болтов или шпилек и гаек) осуществляется по стандартам.

4.1. Выбор фланцевых соединений для трубной арматуры

Для труб и трубной арматуры выбираем фланцы стальные приварные встык с соединением шип-паз.

Таблица 3 – Основные размеры фланцевых соединений по ГОСТ 12821—80

Py, МПа	2,5	2,5	1
dy, мм	50	80	125
Dф, мм	160	195	245
DБ, мм	125	160	210
D1, мм	102	138	188
D2, мм	88	121	176
D4, мм	58	90	135
D5, мм	49	78	121
D6, мм	76	110	156
H, мм	48	55	60
h, мм	17	19	19
d, мм	18	18	18
z	4	8	8

Фланец (I)-50-25 ГОСТ 12821—80;

Фланец (II)-50-25 ГОСТ 12821—80;

Фланец (I)-80-25 ГОСТ 12821—80;

Фланец (II)-80-25 ГОСТ 12821—80;

Фланец (I)-125-10 ГОСТ 12821—80;

Фланец (II)-125-10 ГОСТ 12821—80.

Рисунок 9 – Стальные приварные встык фланцы с соединением типа шип-паз.

Рекомендованные материалы для деталей стальных стандартных фланцевых соединений труб и трубной арматуры [2, с.220]:

Фланец плоский приварной: Сталь 09Г2С;

Болты: Сталь 35 ГОСТ 1759-70;

Гайки: Сталь 25 ГОСТ 1759-70.

Выбор фланцевых соединений для люка

Для люка выбираем фланцы плоские приварные встык с соединением шип-паз. Основные размеры фланцевого соединения представлены в таблице 2.

Таблица 4 – Основные размеры фланцевого соединения для люк-лаза по
ГОСТ 28759.3—90

py, МПа	2,5
Dу, мм	450
Dф, мм	590
DБ, мм	550
D1, мм	514
D2, мм	522
D3, мм	513
D4, мм	472
D5, мм	490
h, мм	45
Н, мм	75
а, мм	13,5
d	23
z	24

Фланец 3-450-2,5-09Г2С ГОСТ 28759.3—90.

Конструирование и расчёт фланцевого соединения эллиптического днища с корпусом аппарата

Выбираем фланцы плоские приварные встык с соединением шип – паз:

Рисунок 10 - Стальные приварные встык фланцы с соединением типа шип-паз

Основные размеры фланцевого соединения представлены в таблице 5.

Таблица 5 – Основные размеры фланцевого соединения эллиптического днища с корпусом аппарата

Py, МПа	2,5
D, мм	2200
Dф, мм	2462
DБ, мм	2404
D1, мм	2363
D2, мм	2369
D3, мм	2360
D4, мм	2260
D5, мм	2332
h, мм	113
Н, мм	220
а, мм	21,5
а1, мм	18
d	33
dБ	М30
z	108

Рисунок 11 – Фланцевое соединение

Вследствие отсутствия стандартных фланцев типа шип – паз для данного условного давления необходимо сконструировать их самостоятельно.

Конструирование фланцевого соединения.

Расчетные параметры

Расчетная температура:

фланцы ;

болты .

Расчётное давление Р_у = 2,5 МПа.

Внутренний диаметр фланцевого соединения D = 2200мм.

Толщина стенки аппарата S = 20мм.

Допускаемое напряжение для болтов: материал Сталь 40Х:

– при 20ºС, – при 150ºС по ОСТ 26-373—78;

– при 20ºС, – при 150ºС таблица 3.12 [4, с.24];

Прокладка из паронита, шириной b = 25мм (ОСТ 26-373—78), модуль упругости 2000 МПа.

Материал фланцев такой же, как у аппарата…

Расчётные величины:

1) Меньшая толщина конической втулки фланца:

, но ;

Окончательно принимаем S₀ = 30мм.

2) Отношение большей толщины втулки к меньшей выбираем для плоских приварных в стык фланцев b = 2,2 [2, с.258].

3) Большая толщина втулки фланца:

;

4) Длина втулки приварного встык фланца:

;

Так как в таблице 13.26 [2, с.258] нету значений резьбы на давлении 2,5МПа при диаметре 2200мм, то выбираю средний диаметр резьбы по другим близким условным диаметрам. Выбираем стандартные болты с резьбой М30.

5) Диаметр болтовой окружности:

;

6) Наружный диаметр фланца:

,

где а = 58мм [2, с.259].

Окончательно принимаем D_ф = 2465мм;

7) Наружный диаметр прокладки:

,

где e – стандартный параметр [2, с.260];

8) Средний диаметр прокладки:

;

9) Эффективная ширина прокладки:

;

В зависимости от конструкции и материала прокладки выбираем расчетные параметры m = 2,5, q = 20 МПа табл. 13.28 [2, с.260].

10) Ориентировочное число болтов:

,

где t_б = 2,7d_б = 2,7·30 = 81мм – шаг болтов;

Определяем вспомогательные величины, используя которые в дальнейшем будем производить расчёт фланцевого соединения:

a) Коэффициент χ:

,

где .

b) Эквивалентная толщина втулки фланца:

;

c) Ориентировочная толщина фланца:

,

где λ = 0,37 – безразмерный коэффициент, определяемый по диаграмме и зависящий от условного давления и типа фланцев [2, с.262].

d) Безразмерный параметр:

,

где ; и – безразмерные коэффициенты, зависящие от типа фланцев;

e) Угловая податливость фланца:

,

где Е_Ф = 1,86 ·10⁵ МПа (Сталь 09Г2С при 150ºС) – модуль продольной упругости материала фланца,

– безразмерный параметр, зависящий от К и определяемый по диаграмме [2, с.263].

f) Линейная податливость прокладки:

,

где Е_п = 2000 МПа – модуль продольной упругости материала прокладки.

g) Расчетная длина болта:

,

где – длина болта между опорными поверхностями головки болта и гайки.

h) Линейная податливость болтов:

,

где f_Б = 5,4×10^-4м² – расчетная площадь поперечного сечения по внутреннем диаметру резьбы [2, с.259];

Е_Б = 2,15×10⁵ МПа – модуль продольной упругости материала болта.

i) Коэффициент жесткости фланцевого соединения:

4.3. Расчёт фланцевого соединения, работающего
под внутренним давлением

Нагрузка, действующая на фланцевое соединение от внутреннего избыточного давления:

;

Реакция прокладки в рабочих условиях:

;

Усилие, возникающее от температурных деформаций:

где a_Ф = 14×10^-6 – коэффициент температурного расширения фланцев;

a_Б = 12,6×10^-6 – коэффициент температурного расширения болтов.

Болтовая нагрузка в условиях монтажа:

;

Болтовая нагрузка в рабочих условиях:

;