![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Расчет болтов (шпилек)
Нагрузку на болты (или шпильки) фланцевого соединения, находящегося под давлением среды, определяют по формуле: Qб = Р × p × Dп2 / 4 + Р × m × p × Dп × 2в, (2.1) где Qб - общая нагрузка на болты, МН; Dп - средний диаметр прокладки, м; Р - рабочее давление среды, Мпа; m - коэффициент удельного давления на прокладку, показывающий во сколько раз удельное давление должно быть больше внутреннего давления, чтобы условие герметичности было выполнено (табл. 2.4); в - расчетная ширина прокладки, которую принимают в зависимости от конструкции прокладки и уплотнительных поверхностей, м (табл.2.5). Первое слагаемое в этом уравнении выражает нагрузку на болты от внутреннего давления, второе слагаемое - нагрузку на прокладку для обеспечения герметичности. Нагрузку на болты фланцевого соединения, находящегося под давлением среды, обеспечивающую начальное снятие прокладки для надежной герметичности, находят по формуле Qв’ = p × Dп × в× qп, (2.2) где qп - удельное давление, которое нужно создать на поверхности прокладки, МПа (табл.2.4).
Таблица 2.4
Значения коэффициента m от удельного веса qп
Обычно при низких давлениях и твердых прокладках Qб’ > Qб и, наоборот, при значительных давлениях и мягких прокладках Qб’ < Qб.
Таблица 2.5
Расчетная ширина прокладки в зависимости от формы уплотнительных поверхностей.
Число болтов (шпилек) определяют по наибольшей нагрузке по формулам: n = Qб / qб или n = Qб’ / qб (2.3) где qб - допускаемая нагрузка на один болт, МН. Допускаемая нагрузка на один болт равна qб = p / 4 × (d1 - c1)2 [ s ], (2.4) где d1- внутренний диаметр резьбы болта, м (табл.2.6); c1- конструктивная прибавка; для болтов из углеродистой стали c1 = 0, 002 м, для болтов из легированной стали c1 = 0, 001 м; [ s ] - допускаемое напряжение, МПа. Значения предела прочности принимается при рабочей температуре. Допускаемые напряжения для болтов из некоторых сталей указаны в табл. 2.7.
Таблица 2.6
Диаметры резьбы болтов (шпилек) dб и внутренние резьбы d1
Для определения допустимой нагрузки на один болт предварительно принимается диаметр болта. При этом ориентируются на ГОСТы, где даны сведения о диаметрах и количестве болтов, соответствующим определенным условным давлениям и условным проходам (приложение 5).
Таблица 2.7
Допускаемые напряжения для болтов и шпилек фланцевых соединений[4]
Диаметр болтов и шпилек принимают, как правило, не менее 16мм. Болты должны располагаться ближе к поверхностям уплотнения. Для обеспечения надежности зажатия прокладки необходимо, чтобы шаг между болтами t < dб при давлениях до 2, 5 МПа и t < dб при более высоких давлениях. Число болтов, найденное расчетом, округляют в большую сторону, учитывая, что их число должно быть кратно четырем (n = 4; 8; 12; 16 и т.д.). В связи с этим нагрузку, воспринимаемую болтами, находят по формуле Qбм = n × qб, (2.5) где n - принятое число болтов; qб - допускаемая нагрузка на один болт. При повышенной температуре сред в аппаратах или трубопроводах элементы фланцевых соединений нагреваются неодинаково: температура tб болтов и шпилек устанавливается ниже температуры фланцев tф. Это объясняется тем, что отверстия под болты делают на 2-3 мм больше диаметра болта и тело болта изолируется от фланца воздушным зазором, вследствие чего тепло от фланца к болтам передается в основном через поверхность соприкосновения гаек и головок болтов с фланцем. Фланцы расширяются больше, чем болты или шпильки и вызывают в последних возникновение дополнительных напряжений. Без учета деформации прокладки и изгиба фланцев (которые несколько снижают напряжения в болтах) усилие, растягивающее болты и возникающее вследствие температурного расширения фланцевого соединения, может быть определено по формуле Qб = Е × a × (tф - tб) × Fб, (2.6) где Е - модуль упругости, МПа (приложение 2); a - температурный коэффициент линейного расширения, 0С-1 (табл.2.8); tф - температура фланца, 0С, принимается равной температуре среды в аппарате; tб - температура болтов, 0С, составляет около 0, 95 tф для неизолированных фланцев и 0, 97tф для изолированных; Fб = n × (p × dб2 / 4) - площадь сечения болтов на участке без резьбы, м2. Если вместо болтов берутся шпильки со сплошной резьбой или с обточенным стержнем в средней части по внутреннему диаметру резьбы, то в формулу вместо Fб необходимо подставлять Fш = p × d12 / 4 - площадь поперечного сечения шпилек по внутреннему диаметру резьбы (рис.2.4). В этом случае будем иметь Qш = Е × a × (tф - tш) × Fш , (2.7)
Рис. 2.4 Схема к расчету температурных напряжений в болтах и шпильках.
При расчете числа болтов температурные усилия плюсуются к болтовой нагрузке. Разделив Qб на Qш, получим Fбt = Qшt × (Fб / Fш) = Qшt × (dб2 / dш2) Обычно dб» 1, 18 × d1, тогда Qбt» 1, 4 × Qшt
Таблица 2.8 Температурный коэффициент линейного расширения a
То есть температурное усилие у болтов, имеющих резьбу только на конце стержня, будет в 1, 4 раза больше температурного усилия у шпилек. В связи с этим для фланцевых соединений при температуре среды выше 250 0С следует применять не болты, а шпильки со сплошной резьбой или проточкой средней части до внутреннего диаметра резьбы. Определим болтовые нагрузки по уравнениям (2.1) и (2.2) для рассматриваемого случая, предварительно выбрав по табл. 2.9 в качестве материала прокладки паронит. Qб = 0, 93× (0, 785× 0, 1292) + 0, 93× 2, 75× 0, 129× 2× 5, 92× 10-3 =0, 016 МН, Qб‘ = 3, 14 × 0, 129 × 5, 92 × 10-3 × 30 = 0, 072 МН. Поскольку Qб‘ > Qб, для дальнейших расчетов принимаем нагрузку Qб‘. Температура среды в рассматриваемом случае больше 250 0С, следовательно, принимаем шпильки. Температурное усилие в них определим по формуле (2.7), приняв в качестве материала шпилек сталь 35. Qшt = 1, 67× 105 × 12, 7× 10-6 × (300 - 0, 97× 300)× 8× (0, 785× 0, 01342)= 0, 021 МН. Суммарная расчетная болтовая нагрузка Qбр составит Qбр = Qб‘ + Qшt = 0, 072 + 0, 021 = 0, 093 МН.
Таблица 2.9
Основные материалы прокладок и пределы их применения [3]
Допускаемая нагрузка на одну шпильку из уравнения (3.4) равна qш = 0, 785 × (0, 0134 - 0, 002)2 × 97 = 0, 01 МН. Число шпилек определим по формуле (2.3) n = Qбр / qш = 0, 093 / 0, 01 = 9, 3. Округлим в большую сторону до числа кратного четырем, получим n = 12. Тогда нагрузка, воспринимаемая шпильками, согласно уравнению (2.5) будет равна Qбм = 12 × 0, 01 = 0, 12 МН
|