Расчет фланцевого соединения фонтанной арматуры

Расчетная нагрузка на фланцевое соединение складывается из усилия на шпильки при их предварительной затяжке и усилий, возникающих в процессе эксплуатации арматуры. Также учитываются изгибающий момент от массы боковых отводов и влияние разности температур между проходящей жидкостью или газом и окружающей средой.
Нагрузка на шпильки от их предварительной затяжки:
(5.1)
где - средний диаметр прокладки, м; - ширина прокладки, подвергающейся упругой деформации, м (bo=1-1.5 мм, для давлений 70 МПа и выше bo=2.5-3.5 мм); - удельное давление смятия прокладки, Па (для прокладки из стали 08кп =125 МПа).
= 3.14 *0.101*1.3*125*106 = 51535250 н
Эксплуатационная нагрузка складывается из:
а) Силы давления перекачиваемой среды
(5.2)
= (3.14 / 4)*0.1012*1.25*10,31 *106 = 103200 н
где p- давление опрессовки, Па.
б) сила давления на прокладку для обеспечения герметичности соединения
(5.3)
=2*5.5*1.25*10,31 *106 *0.101*1.3*3.14 = 58446127 н
где m- эмпирический прокладочный коэффициент (для прокладки из стали 08кп принять равным 5.5).
в) сила изгибающего момента от массы боковых отводов фонтанной арматуры:
(5.4)
М = 2*500= 1000
= 2*10000.101+0.168 = 7434
где M– изгибающий момент от массы отвода и линий, идущих к манифольду; Dш– диаметр окружности центров отверстий под шпильки.
г) усилие от температурной деформации возникает из-за того, что при повышенной разнице в температуре перекачиваемой и окружающей среды внутренние и наружные элементы фонтанной арматуры подвержены разным температурным деформациям, что создает дополнительные нагрузки.
(5.5)
(5.6)
где Δt– превышение температуры прокладок и фланцев по сравнению с температуры шпилек, при расчетах полагают, что фланцы, приваренные встык, нагреваются до температуры среды в трубопроводе, а температура шпилек составляет около 0.95 температуры фланца; lш– рабочая высота шпильки, м (расстояние между серединами гаек); α коэффициент линейного расширения материала фланцев и шпилек (для стали α=10-5 град-1); Eш, Епр– модуль упругости шпилек и прокладки (для стали равен 2.1·1011 Па); Fш , Fпр– площадь поперечного сечения шпилек и прокладки, м2; H– конструктивная высота прокладки, м (H=2.2b, где b– ширина прокладки); D– внешний диаметр прокладки, м; D1– диаметр фаски прокладки, м (меньше внешнего диаметра прокладки на 5-10 мм); γ– угол наклона стенки канавки под прокладку (γ– 670).
l = 2.2*0.012 – (0.101- 95)*tg(670) / 2 =111.8 мм
Fш= 3.14*0.022 /4 = 0.000314 м2
Fпр = 3.14*0.1012 /4 = 0.008 м2
Pt = (0.05*0.088*10-5) /( (0.088/(2.1·1011 *0.000314))+(0.111/(2.1·1011 *0.008)) ) = 31.41
В итоге эксплуатационная нагрузка равна:
(5.7)
= 103200+58446127+7434 +31.41= 58556792 Н
В качестве расчетной нагрузки P принимается наибольшее из двух значений Pш1 или Pш2.
= 58556792 Н
По величине расчетной нагрузки P определяется число шпилек фланцевого соединения:
(5.8)
где - коэффициент запаса прочности шпилек (=1.25); dо– внутренний диаметр резьбы шпильки, м; – предел текучести материала шпилек (=550 МПа)