Прочностной расчет деталей фланцевого соединения

При прочностном расчете деталей проверяется прочность шпилек, фланца, цилиндрической части арматуры, прокладки.
1)Расчет шпилек Прочностной расчет шпилек ведется на основе ранее определенного расчетного усилия Ррас. Расчет шпилек арматуры сводится к расчету прочности отдельной шпильки от действия растягивающей нагрузки. Усилие Р_f, действующее на одну шпильку определяется по формуле

(1.14)

где z - количество шпилек в соединении.
Расчетное напряжение материала шпильки sрас определяется по формуле

(1.15)

(1.16)

где d₁ - площадь поперечного сечения шпильки по внутреннему диаметру резьбы.
Запас прочности шпильки n определяется по формуле

(1.17)

Запас прочности шпилек учитывает неравномерность усилий при затяжке шпилек фланцевых соединений в промысловых условиях, неравномерность нагрузки по шпилькам от веса боковых отводов, теплового воздействия протекающей в арматуре среды и ветрового обдува арматуры [4, 5, 7].
2) Расчет фланца арматуры
Расчет сводится к проверке прочности фланца на изгиб. Напряжение изгиба во фланцах определяется по наиболее опасному сечению, которым является сечение АС (см. рисунок 5). Для упрощения расчета фланец рассматривают как консольную балку с заделкой в сечении АС и приложенной сосредоточенной силой, в качестве которой принимается Р_рас.
В соответствии с обозначениями на рисунке 5 уравнение для расчета изгибающего момента балки запишется следующим образом:
(1.18)

(1.19)

где l - плечо изгиба;
D_б - диаметр делительной окружности центров отверстий под шпильки;
D_рас - расчетный диаметр наиболее нагруженной точки сечения АС.

(1.20)

где Dпер - диаметр перехода фланца;
Dср.к - средний диаметр канавки.
Момент сопротивления изгибу W_АС в опасном сечении

(1.21)

где Н_фл - толщина фланца;
е - глубина канавки.
Расчетное напряжение в опасном сечении σ_АС
(1.22)

где σ_т.фл - предел текучести материала фланца;
n_фл - запас прочности фланца, принимаемы не менее 2,5 [4, 5, 7].
3) Проверка прочности цилиндрических частей арматуры
Проверка прочности цилиндрической части арматуры сводится к определению толщины стенки цилиндра s

(1.24)

где Dв - внутренний диаметр цилиндрической части (проходное отверстие);
[σ] - допустимое напряжение на растяжение материала арматуры;
n - запас прочности, принимаемый в пределах 2,5 …3,0.
Толщину корпусной детали можно рассчитать по формуле

(1.25)

где с - поправочный коэффициент на коррозию, принимаемый равным от 2 до 5 мм в зависимости от агрессивности среды [4, 5].
4) Проверка прочности прокладки
Для определения прочности прокладки определяют параметр β•I, отражающий устойчивость формы прокладки при действии на нее осевых сил:

(1.26)

(1.27)

где b - ширина прокладки;
r_н, r_в - наружный и внутренний радиусы прокладки соответственно.
Если β•I < 1, расчет считается законченным. Если β• I>1, то надо сделать прокладку прочнее, например, изменить материал прокладки и толщину и повторить расчет [4, 5].