Температурное напряжение фланцевых соединений.

Рассмотрим соединение фланец – болт.

 – температура;

 – коэффициент температурного расширения;

 – модуль упругости;

 – площадь.

Предположим, что . Предположим, что эти детали между собой не связаны, тогда при нагреве фланец удлиниться больше, чем болт. Удлинение зависит от разных коэффициентов расширения и разности температур.

Подставим (2) в (1).

В действительности соединение жесткое. И если нагревать и рассматривать как жесткое соединение, тогда болт оказывается растянут, а фланец сжат.

Подставим в (4) слева (3), а справа (5).

после преобразований получим температурное усилие:

Т.к. площадь поперечного сечения болта много меньше площади поперечного сечения фланца, то можно принять, что отношение жесткости сечения фланца к сумме жесткости сечения фланца и болта равно 1.

Площадь поперечного сечения фланца: ,

где n_б – число болтов;

d – диаметр кольцевой окружности;

d_б – диаметр болта;

h_ф – толщина фланца.

С учетом выражения (7) температурные усилия будут:

болт имеет две площади поперечного сечения. Одну по внутреннему диаметру резьбы, вторая площадь – диаметр на участке без резьбы.

.

Тогда: ,

где  – коэффициент учитывающий податливость соединения, в том числе и прокладки. Его принимают равным  в зависимости от фланца: приварен в стык или входит в соединение.

,

А – площадь поперечного сечения соединения.

У шпильки ψ = 1, т.к. резьба либо по всей поверхности, либо имеется специальная проточка, так же по всей поверхности.

t_б , t_ф (табл. 1.37, с. 92)

α_ф, α_б (табл. XI, с. 286)

А_б – с. 98

Порядок расчета фланцевого соединения.

1. Задают конструкционный материал фланцев и болтов.

2. Выбирают шаг фланцевого соединения в зависимости от внутреннего давления и внутреннего диаметра (табл. 1.43, стр. 97).

3. Находится толщина втулки фланца. Должна быть больше толщины обечайки стенки.

При этом разность между

4. Толщину стенки фланца в сечении втором

,

где  – выбирается в зависимости от расчетного давления и

 (рис. 1.39, с. 95).

5. Рассчитывается высота втулки фланца: .

6. Рассчитывается диаметр болтовой окружности фланца

,

где  – диаметр под болт (табл. 1.40, с. 94);

  u – конструктивная прибавка, учитывает зазор между гайкой и втулкой ( ).

7. Рассчитывается наружный диаметр фланца:

а – конструктивная прибавка для размещения гаек по диаметру фланца. Принимается по табл. 1.41, с.95 в зависимости от d_б.

8. Выбирают конструкцию и материал прокладки в зависимости от давления и расчетной температуры, а так же ширину прокладки.

9. Наружный диаметр прокладки.

,

где е – нормативный параметр, зависящий от типа прокладки (табл. 1.41, с. 95);

10. Средний диаметр прокладки.

, b – ширина прокладки (табл. 1.42, с. 96);

11. Количество болтов, необходимых для обеспечения герметичности соединения.

, (округляется в большую сторону до числа кратного 4),

где  – рекомендуемый шаг расположения болтов (выбирается в зависимости от давления, табл. 1.43).

12. Ориентировочная толщина фланца.

,

где  – параметры, которые рассчитываются по данным стр.96.