,
где FR – 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:
;
FK – площадь сечения накладного кольца, если отверстие укрепляется накладным кольцом:
;
;
.
Примем Sк = 10мм.
,
.
Примем bк = 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 Ру = 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 Dф = 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 tб = 2,7dб = 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 ЕФ = 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 Еп = 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 fБ = 5,4×10-4м2 – расчетная площадь поперечного сечения по внутреннем диаметру резьбы [2, с.259];
ЕБ = 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 aФ = 14×10-6 – коэффициент температурного расширения фланцев;
aБ = 12,6×10-6 – коэффициент температурного расширения болтов.
Болтовая нагрузка в условиях монтажа:
;
Болтовая нагрузка в рабочих условиях:
;