Рассчитать усилие обжатия и эксплуатационное усилие действующее на фланец фонтанной арматуры с прокладкой овального сечения

Усилие обжатия фланца определим по формуле:
Pобж=π∙Dср ∙bэф∙qобж
где Dср – средний диаметр прокладки, мм;
bэф – эффективная, т.е. суммарная, ширина контакта прокладки с канавкой фланца (для прокладок овального и восьмиугольного сечений bэф=b4), мм;
qобж – давление на прокладку для ее обжатия (выбираем сталь ст 20 ГОСТ 1050 qобж =250 МПа.
Давление обжатия на прокладку должно быть меньше допускаемого:
qобж ≤q.
bэф=b4=11,14=2,77 мм,
тогда
Pобж=3,14∙107,9∙10-3∙2,77∙10-3∙250∙106=234,6 кН
Усилие Рэксп, действующее при эксплуатации, учитывает действие давления Рдав, разжимающего фланцы; остаточное усилие затяжки ∆Рзат, которое должно быть достаточным для уплотнения соединения; влияние температуры горячей перекачиваемой среды Рt; влияние веса отводящих манифольдов Рм:
Рэксп=Рдав+∆Рзат+Рt+3Рм
где усилие от действия давления и остаточного усилия затяжки определяется по формуле:
Рдав+∆Рзат=π∙Dср24Рр+π∙Dср∙bэф∙m∙Рр
где Рр – давление в арматуре, кН;
m – прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материала прокладки . Для стали m=2,7.
Так как температура добываемой жидкости не превышает 30°С, а данные по весу отводящих труб отсутствуют. Используем только два первых слагаемых формулы, т.е. определим усилие от рабочего давления и остаточного усилия затяжки:
Рэксп=3,14∙(107,9∙10-3)2421+3,14∙107,9∙10-3∙2,77∙10-3∙2,7∙21∙106=245,1 кН
За расчетное усилие принимаем большее из рассчитанных – Рэксп.
Усилие на наиболее нагруженную шпильку определим по формуле:
Рш=Ррасn
где Ррас – большее усилие из Робж и Рэксп;
n – количество шпилек.
Рш=245136,78=30,6 кН
Диаметр шпильки определим, приняв коэффициент запаса η=1,5:
σ=Ршfш1 ≤σтη
где fш1 – площадь поперечного сечения шпильки по внутреннему диаметру резьбы, м;
η – коэффициент запаса, η=1,25÷1,6.
fш1=Ршσт∙η=30642,1250∙106∙1,5=183,8∙10-6 м2
Отсюда диаметр шпильки по впадине резьбы:
d1=fш1∙π4=183,8∙3,144=12 мм
Выберем диаметр шпильки:
d=d1+2∙hр,
где hр – высота профиля резьбы шпильки, мм.
d=12+2∙1,5=15 мм
Принимаем d=16 мм
Напряжение в шпильке с учетом параметров выбранной резьбы:
σш=Ршfш1
где fш1 - площадь поперечного сечения шпильки по впадине резьбы, мм2:
fш1=πd-2hр24=3,1416-2∙1,524=132,7 мм2
σш=30642,1132,7∙10-6=230,9∙106 Н/м
Допускаемый момент затяжки шпильки ключом:
Мкл=0,04÷0,07σт∙d3,
где d – наружный диаметр резьбы шпильки, м;
σт – предел текучести материала шпильки,
Мкл=0,06∙250∙106∙16∙10-33=61,4 Нм
Расчетный момент затяжки по формуле:
Мкл.р.=0,055σт∙d3.
Мкл.р.=0,055∙250∙106∙16∙10-33=56,3 Нм
Ответ: Pобж=234,6 кН