CCCР
СОСУДЫ И
АППАРАТЫ.
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
РД
26-15-88
Москва
1990
РУКОВОДЯЩИЙ
ДОКУМЕНТ
СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений
|
РД
26-15-88
|
Дата
введения 01.07.89
Настоящий
руководящий документ устанавливает нормы и методы расчета на прочность
и герметичность фланцевых соединений сосудов и аппаратов из стали, работающих в
химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности в условиях
воздействия статических и повторностатических нагрузок. Допускается применять
настоящий РД для расчета фланцевых соединений трубопроводов и штуцеров при
условии выполнения п.1.3.
Руководящий документ применим
при соблюдении требований ОСТ 26-291.
1.1. Термины и условные
обозначения соответствующих им физических величин приведены в обязательном приложении 1.
1.2. Типы фланцевых соединений
приведены на черт.
1-4*. Пределы применения типов фланцевых соединений приведены в
справочном приложении
5.
*Чертеж не
определяет конструкцию.
1.3.
Расчетные формулы настоящего стандарта применимы при
и
1.4. Если число циклов
нагружения, вызванное сборками-разборками и изменениями режима эксплуатации
(давления, температуры), более 1000, то необходимо после проверки прочности
фланцев по разделу
8 произвести расчет на малоцикловую прочность по разделу 9.
1.5.
Рабочая температура элементов фланцевого соединения определяется на основании
теплотехнических расчетов или результатов испытаний. Допускается определять
расчетную температуру элементов фланцевого соединения по табл.
1.
Таблица
1
Тип фланцевого соединения
|
Изолированные
|
Неизолированные
|
tф
|
tк
|
tб
|
tф
|
tк
|
tб
|
Плоские,
приварные в стык (черт. 1, 2)
|
t
|
-
|
0,97t
|
0,96t
|
-
|
0,95t
|
Со свободными
кольцами (черт. 3)
|
t
|
0,97t
|
0,90t
|
0,96t
|
0,90t
|
0,81t
|
Фланцы
приварные под зажимы (черт. 4)
|
t
|
-
|
0,55t
|
0,96t
|
-
|
0,55t
|
Черт. 1
Черт.
2
Черт. 3
Черт. 4
1.6. При работе аппарата в
условиях нескольких расчетных режимов по температуре и давлению расчет
производится на условия, обеспечивающие прочность и герметичность фланцевого
соединения во всех режимах.
2.1.
Допускаемые напряжения для материалов болтов (шпилек) определяются по формулам
при условии:
а) если расчетная температура не
превышает для болтов (шпилек) из углеродистых сталей 380°С, низколегированных
сталей - 420°С, аустенитных сталей - 525°С
б) если расчетная температура
болтов (шпилек) превышает указанную в п.а
2.2. Коэффициенты запаса
прочности пт, приведены в табл. 2.
Таблица
2
Материал болтов
|
|
Рабочие
условия
|
Условия
испытания
|
затяжка не
контролируется
|
затяжка
контролируется
|
затяжка не
контролируется
|
затяжка
контролируется
|
Углеродистые стали
|
|
2,6-2,8
|
2,4
|
2,1
|
1,8
|
|
2,3
|
2,1
|
1,7
|
1,6
|
Аустенитные стали
|
1,9
|
1,8
|
1,4
|
1,3
|
2.3.
Коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности пD=1,8.
Коэффициент запаса прочности по
пределу ползучести пп=1,1.
2.4. Допускаемые напряжения для
материалов болтов (шпилек) для рабочих условий определяются по табл. 3.
2.5. Допускаемые напряжения для
материала фланцев или обечайки при расчете статической прочности:
а) для фланцев по черт. 1 в
сечении S1:
для рабочих условий и затяжки
для условий испытания и затяжки
б) для фланцев по черт. 1, 2, 3, 4, 11
в сечении S0:
для рабочих условий и затяжки
для условий испытания
в) для кольца свободного фланца:
для рабочих условий и затяжки
для условий испытаний
s0,2, sв, [s]20 - принимаются по ГОСТ
14249 или другой нормативной документации при расчетной температуре.
Расчет фланцевого соединения для
условий испытания производить не требуется, если расчетное давление в условиях
испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное
на 1,35.
Примечания:
1. Для фланцев по черт. 1 допускаемое напряжение в
сечении S1, для рабочих условий и условий затяжки при расчете с
учетом нагрузки от температурных деформаций Q1 может быть увеличено до 30%.
2. Для фланцев по черт. 3 допускаемое напряжение
для свободного кольца при расчете с учетом нагрузки от температурных деформаций
Q1 может быть увеличено на 30%.
(Измененная редакция, Изм. № 1)
3.1.
Эффективная ширина прокладки, мм:
b0=bn при bn£15 мм
при bn>15 мм
Для прокладок овального или
восьмигранного сечения
.
3.2.
Характеристики прокладки m, qобхв, К, Еп
принимаются по табл. 4.
3.3.
Податливость прокладки, мм/Н.
.
Для металлических и
асбометаллических прокладок
уn=0.
3.4.
Податливость болтов (шпилек) для фланцев по черт. 1, 2, 3, 11, мм/Н
где Lб= Lб0+0,28d - для
болта,
Lб= Lб0+0,56d - для
шпильки,
fб -
принимается по табл.
5.
3.5. Податливость зажимов для
фланцев по черт.
4, мм/Н
,
где lз
принимается по ОСТ
26-01-64.
3.6.
Параметры фланца*
* В случае
соединения с разными (по материалам или размерам) фланцами расчет следует
производить для каждого фланца.
3.6.1.
Эквивалентная толщина втулки, мм
Sэ=K×S0,
где K - определяется по черт. 5.
Для фланцев по черт. 2, 3, 4
Sэ= S0.
3.6.2. Коэффициенты
,
где ;
y1 - определяется по черт. 6.
Для крышек сферических
неотбортованных
;
.
3.6.3.
Угловая податливость фланца, 1/Н×мм
,
где y2 -
определяется по черт.
7.
Для фланца со сферической
неотбортованной крышкой
3.7. Угловая податливость
свободного кольца по черт. 3, 1/Н×мм,
где yк -
определяется по черт.
6.
3.8.
Угловая податливость плоской крышки, 1/Н×мм,
,
где ;
.
3.9. Угловая податливость
фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом, 1/Н×мм,
для фланцев по черт. 1, 2
;
для фланца по черт. 3
;
для свободного кольца
;
3.10. Плечи моментов, мм:
для фланцев по черт. 1, 2, 4*
,
*Для
фланцев по черт.
4
;
для фланцев по черт. 3
,
,
,
4.1.
Фланцевое соединение, натруженное внутренним или наружным давлением и внешней
осевой силой:
для соединения по черт. 1, 2, 4
,
где ;
для соединения по черт. 4
для соединений по черт. 3
a=1;
для соединения с крышкой
где .
(Измененная редакция, Изм. № 1).
4.2. Фланцевое соединение,
нагруженное внешним изгибающим моментом,
где ;
для фланцев по черт. 3
.
5.1. Равнодействующая
внутреннего давления, Н,
**
**Для условий вакуума или наружного давления Р< 0
5.2. Реакция прокладки в рабочих
условиях, Н,
.
5.3.
Нагрузка, возникающая от температурных деформаций, Н*:
*В случае, если
между фланцами зажата трубная решетка или другая деталь, необходимо учесть
температурную деформацию этой детали.
в соединении по черт. 1, 2
,
где
- толщина
верхнего и нижнего фланца
в соединении по черт. 3
,
где ;
в соединении по черт. 4
,
где ;
- высота верхнего нижнего упоров
в соединении с крышкой
,
где ;
aф, aк, aкр -
определяются по ОСТ 26-11-04-84;
aз -
определяется по приложению 2.
Примечания.
1. При
определении нагрузок от температурных деформаций расчетную температуру фланцев,
крышки, болтов (шпилек), трубной решетки, свободного кольца следует уменьшить
на температуру при которой происходит сборка фланцевого соединения (20°С).
2. Если между фланцами зажата
трубная решетка или для снижения нагрузок от температурных деформаций
установлены дополнительные шайбы, то при определении lб0
необходимо учесть их толщины.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
5.4.
Болтовая нагрузка Рб в условиях монтажа принимается большей
из следующих значений, Н*,
*F<0, если усилие сжимающее. При определении Рб4. величина Qt учитывается только при Qt<0, при a<1в расчетах принимается a=1.
;
;
для фланцев по черт. 1, 2, 3;
для фланцев по черт. 4,
где B1 -
принимается по табл.
5.
Для условий вакуума или
наружного давления
Рб=Рб2.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
5.5. Приращение нагрузки в
болтах (шпильках) в рабочих условиях, Н,
,
при a<1в
расчетах принимается a=1.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
6. РАСЧЕТ БОЛТОВ (ШПИЛЕК)
6.1. Условия прочности болтов
(шпилек)*:
*Величина x>1 допускается по согласовании
с одним из авторов стандарта.
для фланцев по черт. 1, 2, 3
;
**
**Для условий вакуума и наружного давления где x=1,1+1,2;
для фланцев по черт. 4
;
.
Примечание - при проверке прочности болтов для рабочих условий с учетом
нагрузки на болты от стесненности температурных деформаций допускаемое
напряжение может быть увеличено на 30%.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
6.2. Рекомендуемое значение
крутящего момента при затяжке приводится в приложении 3 (рекомендуемое).
Условие прочности прокладки
проверяется для мягких прокладок
.
8.1. Угол поворота фланца при
затяжке
,
где M01=Pб×b.
*В случае
соединения с разными (по размерам или материалам) фланцами расчет следует
производить для каждого фланца.
8.2. Приращение угла поворота
фланца в рабочих условиях
где .
8.3. Меридиональное напряжение в
обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа:
для фланцев по черт. 1 в
сечении S1:
sн=s1; s12=-s1
где ,
Т -
определяется по черт.
8,
D*=D при D³S1,
D*=D+S0 при D<S1 и ¦>1,
D*=D+S1 при D<S1 и ¦=1;
для фланцев по черт. 1 в
сечении S0
s21=¦×s1; s22=-¦×s1,
где ¦ - определяется по черт. 9;
для фланцев по черт. 2, 3, 4
s21=s1; s22=-s1,
где .
8.4. Приращения меридиональных
напряжений в обечайке (втулка) на наружной и внутренней поверхностях в рабочих
условиях, МПа:
для фланцев по черт. 1 в
сечении S1
Ds11=Dsн+Ds1; Ds12=Dsн+Ds1
где
,
;
в сечении S0
Ds21=Dsн+¦Ds1; Ds22=Dsн+¦Ds1
где
;
для фланцев по черт. 2,
3, 4
Ds21=Dsн+Ds1; Ds22=Dsн+Ds1
где
8.5. Окружные напряжения в
обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа:
для фланцев по черт. 1 в
сечении S1
для фланцев по черт. 1 в
сечении S0
Ds23=0,3¦×s1; Ds24=-0,3¦×s1;
для фланцев по черт. 2,
3, 4
Ds23=0,3s1; Ds24=-0,3s1;
8.6. Приращения окружных
напряжений в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях в рабочих
условиях, МПа:
для фланцев по черт. 1 в
сечении S1
,
;
в сечении Sо
для фланцев по черт. 2,
3, 4
8.7. Условие прочности фланца
при расчете статической прочности:
для фланцев по черт. 1 в
сечении S1
при
затяжке
в
рабочих условиях
;
для фланцев по черт. 1, 2, 3, 4 в
сечении Sо
при
затяжке
;
в
рабочих условиях
.
9.1.
Расчетную амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке
определяют по формуле
,
где для фланцев по черт. 1
,
,
,
aб
определяется по черт.
10.
для фланцев по черт. 2
s1=0,
,
;
для фланцев по черт. 3, 4
s1=0,
,
.
9.2.
Расчетную амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях
определяют по формуле
для фланцев по черт. 1
Ds1=aб×Ds11,
,
;
для фланцев по черт. 2
s1=0,
,
;
для фланцев по черт. 3, 4
s1=0,
,
.
9.3.
Проверка малоцикловой прочности фланцевого соединения проводится по ГОСТ
25859-83.
Для этого по амплитуде
напряжений, определенной из условия затяжки (sa) по п.9.1,
определяется допустимое количество сборок-разборок [N]с. По амплитуде
напряжений, определенной для рабочих условий () по п.9.2, определяется допустимое число циклов
изменения режима эксплуатации [N]р.
Условие прочности для заданного
количества нагружений (Nс, Nр)
будет выполняться, если
10.1. Угол поворота свободного
кольца
.
10.2. Кольцевое напряжение в
свободном кольце, МПа
.
10.3. Условие прочности
.
.
Допустимый угол поворота для
фланцев по черт.
2, 3, 4:
для рабочих условий и затяжки
=0,013
Для условий испытаний
=0,017
Для фланцев по черт. 1:
для рабочих условий и затяжки
=0,009 при D£2000
мм;
=0,013 при D>2000 мм;
для условий испытаний
=0,011 при D£2000
мм;
=0,015 при D>2000 мм;
Таблица
3
Несчетная температура, °С
|
Допускаемое
напряжение, МПа, для сталей марок
|
35,40
|
12Х18Н10Т,
10Х17Н13М2Т
|
45Х14Н14В2М
|
20Х13
|
35Х, 40Х,
38ХА, 37Х12Н8Г8МФБ, 20ХН3А
|
30ХМА
|
ХН35ВТ
|
20
|
130,0
|
110,0
|
160,0
|
195,0
|
230,0
|
230,0
|
208
|
100
|
126,0
|
105,0
|
150,0
|
182,0
|
230,0
|
230,0
|
196
|
200
|
120,0
|
98,0
|
150,0
|
165,0
|
225,0
|
200,0
|
186
|
250
|
107,0
|
95,0
|
144,0
|
158,0
|
222,0
|
182,0
|
186
|
300
|
97,0
|
90,0
|
139,0
|
150,0
|
222,0
|
174,0
|
186
|
350
|
86,0
|
86,0
|
128,0
|
147,0
|
185,0
|
166,0
|
186
|
375
|
80,0
|
85,0
|
128,0
|
146,0
|
175,0
|
166,0
|
186
|
400
|
75,0
|
83,0
|
128,0
|
145,0
|
160,0
|
166,0
|
186
|
425
|
68,0
|
82,0
|
125,0
|
143,0
|
156,0
|
161,0
|
186
|
450
|
|
80,0
|
123,0
|
142,0
|
|
156,0
|
186
|
475
|
|
79,0
|
120,0
|
140,0
|
|
|
186
|
500
|
|
78,0
|
118,0
|
|
|
|
186
|
510
|
|
|
117,0
|
|
|
|
185
|
520
|
|
|
116,0
|
|
|
|
184
|
530
|
|
|
115,0
|
|
|
|
183
|
540
|
|
|
114,0
|
|
|
|
181
|
550
|
|
|
113,0
|
|
|
|
180
|
560
|
|
|
|
|
|
|
165
|
570
|
|
|
|
|
|
|
150
|
580
|
|
|
|
|
|
|
135
|
590
|
|
|
|
|
|
|
110
|
600
|
|
|
|
|
|
|
115
|
610
|
|
|
|
|
|
|
110
|
620
|
|
|
|
|
|
|
105
|
630
|
|
|
|
|
|
|
100
|
640
|
|
|
|
|
|
|
94
|
650
|
|
|
|
|
|
|
88
|
Продолжение
табл. 3
Расчетная температура
|
Допускаемое напряжение, МПа, для сталей марок
|
25Х1МФ
|
25Х2М1Ф
|
20X1МФ1БР
|
18Х12ВМБФР
|
14X17H2
|
07X16H6
|
08Х15Н24В4ТР
|
20
|
238,0
|
238,0
|
238,0
|
238,0
|
298,0
|
321,0
|
231
|
100
|
227,0
|
232,0
|
234,0
|
234,0
|
294,0
|
314,0
|
226
|
200
|
217,0
|
231,0
|
224,0
|
231,0
|
287,0
|
312,5
|
221
|
250
|
210,0
|
224,0
|
213,0
|
227,0
|
284,0
|
309,8
|
219
|
300
|
199,0
|
220,0
|
202,0
|
227,0
|
280,0
|
307,0
|
217
|
350
|
185,0
|
213,0
|
185,0
|
220,0
|
280,0
|
307,0
|
215
|
375
|
180,0
|
209,0
|
183,0
|
216,0
|
|
|
214
|
400
|
175,0
|
206,0
|
182,0
|
213,0
|
|
|
213
|
425
|
168,0
|
202,0
|
178,0
|
208,0
|
|
|
213
|
450
|
161,0
|
199,0
|
175,0
|
203,0
|
|
|
213
|
475
|
152,0
|
195,0
|
171,0
|
196,0
|
|
|
213
|
500
|
143,0
|
192,0
|
167,0
|
189,0
|
|
|
208
|
510
|
|
|
|
|
|
|
205
|
520
|
|
|
|
|
|
|
202
|
530
|
|
|
|
|
|
|
199
|
540
|
|
|
|
|
|
|
196
|
550
|
|
|
|
,
|
!
|
|
195
|
560
|
|
|
|
|
|
|
183
|
570
|
|
|
|
|
|
|
171
|
580
|
|
|
|
|
|
|
169
|
590
|
|
|
|
|
|
|
157
|
600
|
|
|
|
|
|
|
147
|
Таблица
4
Тип и материал прокладки
|
Коэффициент m
|
Удельное
давление обжатия прокладки qобж, МПа
|
Допускаемое
удельное давление
[q], МПа
|
Коэффициент
обжатия, K
|
Условный
модуль сжатия
Еn×10-5, МПа
|
Плоская из:
резины по
ГОСТ 7338 с твердостью по ШОРУ А до 65 единиц
|
0,5
|
2,0
|
18,0
|
0,04
|
0,3×10-4´
|
резины по
ГОСТ 7338 с твердостью по ШОРУ А более 65 единиц
|
1,0
|
4,0
|
20,0
|
0,09
|
0,4×10-4´
|
паронита по ГОСТ 481 при толщине не больше 2 мм
|
2,5
|
20,0
|
130,0
|
0,90
|
0,02
|
картона
асбестового по ГОСТ
2850 при толщине 1-3 мм
|
2,5
|
20,0
|
130,0
|
0,90
|
0,02
|
фторопласта-4
ТУ 6-05-810 при толщине 1-3 мм
|
2,5
|
10,0
|
40,0
|
1,00
|
0,02
|
алюминия
марки АД по ГОСТ 21631
|
4,0
|
60,0
|
|
|
|
латуни марки
Л63 по ГОСТ 2208
|
4,75
|
90,0
|
|
|
|
стали 05кп по
ГОСТ 9045
|
5,5
|
125,0
|
|
|
|
Плоская из:
|
|
|
|
|
|
асбеста по ГОСТ 2850
|
|
|
|
|
|
в оболочке из
алюминия,
|
3,25
|
38,0
|
|
|
0,04
|
меди и латуни
|
3,5
|
46,0
|
|
|
|
стали 05КП
|
3,75
|
53,0
|
|
|
|
стали типа
12Х18Н10Т
|
3,75
|
63,0
|
|
|
0,05
|
Кольцо с
овальным или восьмигранным сечением из:
|
|
|
|
|
|
стали 0,5КП
по ГОСТ 9045 или 08Х13 по ГОСТ 5632
|
5,5
|
125,0
|
|
|
|
стали
08Х18Н10Т
|
6,5
|
180,0
|
|
|
|
*Для сред с высокой проникающей
способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы и т.п.) qобж
= 35,0 МПа.
Таблица
5
Диаметр болта d, мм
|
М10
|
М12
|
М16
|
М20
|
М24
|
М27
|
М30
|
М36
|
М42
|
М48
|
Площадь
поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы*
fб, мм2
|
52,2
|
76,2
|
144,0
|
225,0
|
324,0
|
430,0
|
520,0
|
760,0
|
1045,0
|
1376,6
|
Нагрузочная
способность зажима
Вn Н
|
-
|
-
|
18000
|
28000
|
40000
|
53000
|
65000
|
102000
|
-
|
-
|
Высота упора
h2, мм
|
-
|
-
|
28,0
|
32,0
|
36,0
|
36,0
|
37,0
|
42,0
|
-
|
-
|
*В случая применения шпилек с проточкой
стержня до диаметра, меньшего внутреннего диаметра резьбы, значение площади
поперечного сечения определяется по диаметру проточки.
Черт. 5
Черт.
6
Черт.
7
Черт.
8
Черт.
9
Черт.
10
По согласованию с одним из авторов РД26-15 в
технически обоснованных случаях допускаемый угол поворота (q)
может быть увеличен.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
12.1. Общие требования.
12.1.1. Термины и условные
обозначения соответствующих им физических величин приведены в обязательном приложении 1.
12.1.2. Типы фланцевых
соединений приведены на черт. 11. Пределы применения указанных типов
фланцевых соединений приведены в справочном приложении 5.
12.1.3. Пределы применения
расчетных формул настоящего раздела должны соответствовать п.1.3.
12.1.4. Расчетная температура
элементов фланцевого соединения устанавливается в соответствии с п.1.5.
12.2. Допускаемые напряжения.
12.2.1. Допускаемые напряжения
для материала болтов определяют по п. 2.1 с увеличением на 25%.
12.2.2. Допускаемые напряжения
для материала фланца при расчете статической прочности определяются по п.2.5.
12.3. Расчет вспомогательных
величин.
12.3.1. Эффективная ширина и
характеристики прокладки определяются по пп. 3.1; 3.2.
12.3.2. Податливость контактных
поясов прокладки, мм/Н
.
12.3.3. Расчетная длина и
податливость болтов (шпилек) определяются по п.3.4.
12.3.4. Параметры фланца.
12.3.4.1. Угловая податливость
фланца определяется по п.3.6.
12.3.5. Угловая податливость
плоской крышки определяется по п.3.8.
Угловая податливость крышки
сферической неотбортованной определяется по п.3.6.3.
12.3.6. Плечи моментов, мм:
;
;
.
12.3.7. Коэффициенты:
;
;
;
Черт. 11
Чертеж не определяет конструкцию
Ориентировочные значения h1, a1, a2
принимаются по табл.
6:
;
;
;
;
;
,
где
Для фланцев по черт. 11а
Для фланцев по черт. 11б
Таблица 6
D
|
h1
|
a1
|
a2
|
400
|
0,496
|
0,159
|
1,337
|
500
|
0,496
|
0,148
|
1,344
|
600
|
0,496
|
0,135
|
1,352
|
700
|
0,495
|
0,129
|
1,356
|
800
|
0,491
|
0,144
|
1,327
|
900
|
0,519
|
0,182
|
1,281
|
1000
|
0,539
|
0,193
|
1,239
|
1200
|
0,539
|
0,194
|
1,239
|
1400
|
0,539
|
0,194
|
1,239
|
1600
|
0,534
|
0,148
|
1,239
|
1800
|
0,542
|
0,270
|
1,167
|
2000
|
0,542
|
0,262
|
1,172
|
2200
|
0,537
|
0,269
|
1,183
|
2400
|
0,537
|
0,255
|
1,192
|
2600
|
0,502
|
0,134
|
1,222
|
2800
|
0,502
|
0,127
|
1,226
|
3000
|
0,502
|
0,133
|
1,223
|
3200
|
0,498
|
0,123
|
1,215
|
3400
|
0,489
|
0,134
|
1,213
|
3600
|
0,506
|
0,131
|
1,261
|
3800
|
0,506
|
0,123
|
1,265
|
4000
|
0,506
|
0,116
|
1,269
|
12.4. Расчет нагрузок
12.4.1. Равнодействующая
внутреннего давления, Н
12.4.2. Нагрузки в элементах
соединения, возникающие от температурных деформаций
12.4.3. Болтовая нагрузка в
условиях монтажа принимается большей из следующих значений, Н:
;
;
.
12.4.4. Приращение нагрузки в
болтах (шпильках) в рабочих условиях, Н
.
12.4.5. Реакция контактных
поясов прокладки в рабочих условиях, Н:
;
.
12.4.6.
Максимальный изгибающий момент принимается большим, Н×мм:
;
,
где [s]20,
[s] -
принимаются по ОСТ 26-11-04.
12.5. Расчет болтов (шпилек)
12.5.1. Условия прочности болтов
(шпилек) и величина крутящего момента на ключе определяются по п.6.
12.6. Условие прочности
прокладки
.
12.7. Условие герметичности
.
12.8. Расчет фланца
12.8.1. Меридиональное
напряжение в обечайке (втулке), МПа
,
где коэффициент Т
определяется по черт.
8.
12.8.2. Окружное напряжение в
обечайке (втулке), МПа
.
12.8.3. Условие прочности
обечайки
.
Обязательное
Таблица 7
Термин
|
Обозначение
|
Ширина
прокладки, мм
|
bn
|
Нагрузочная
способность зажима, Н
|
B1
|
Прибавка
для компенсации коррозии, мм
|
C
|
Внутренний
диаметр фланца, мм
|
D
|
Внутренний
диаметр свободного кольца, мм
|
Dк
|
Наружный
диаметр фланца, мм
|
Dн
|
Наружный
диаметр свободного кольца, мм
|
Dнк
|
Диаметр
окружности расположения болтов (шпилек), мм
|
Dб
|
Средний
диаметр прокладки, мм
|
Dсп
|
Наружный
диаметр болта (шпилька), м<
|
d
|
Модуль
продольной упругости материала при температуре 20°С и расчетной, МПа,
принимается по ГОСТ 14249:
|
|
фланца
|
Е20, Е
|
болтов (шпилек)
|
Е20б, Еб
|
свободного кольца.
|
Е20к, Ек
|
крышки
|
Е20кр, Екр
|
Условный
модуль сжатия материала прокладки, МПа
|
Еп
|
Внешняя
осевая сила (сжимающая со знаком минус),Н
|
F
|
Площадь
поперечного сечения болта (шпильки) по внутреннему диаметру резьбы, мм2
|
fб
|
Толщина
фланца, свободного кольца, мм
|
h, hк
|
Высота
упора, принимается по ОСТ
26-01-64, мм
|
h1
|
Высота
бурта для опирания зажима, мм
|
h2
|
Толщина
крышки и фланцевой части в зоне уплотнения, мм
|
hкр, sкр
|
Толщина
прокладки, мм
|
hп
|
Длина
конической втулки, мм
|
L
|
Внешний
изгибающий момент, Н×мм
|
M
|
Радиус
сферы сферической неотбортованной крышки, мм
|
Rc
|
Радиус
бурта для опирания зажима, принимается по ОСТ 26-01-64, мм
|
R
|
Расчетное
давление, МПа
|
Р
|
Толщина
конической втулки в месте соединения с
|
|
фланцем
|
S1
|
обечайкой, втулкой, днищем, мм
|
S0
|
Толщина
обечайки, днища, втулки, мм
|
S0
|
Расстояние
между опорными поверхностями гайки и головки болта, шпильки, мм
|
Lб0
|
Число
болтов (шпилек), шт
|
n
|
Расчетная
температура, °С
|
|
фланца, крышки
|
tф
|
болтов (шпилек)
|
tб
|
свободного кольца
|
tк
|
Температурный
коэффициент линейного расширения материала, 1/°С
|
|
фланца
|
aф
|
болтов (шпилек)
|
aб
|
свободного кольца
|
aк
|
крышки
|
aкр
|
Предел
текучести материала болтов (шпилек) при расчетной температуре, МПа
|
sт
|
Среднее
значение предела длительной прочности за 105 ч при расчетной
температуре, МПа
|
sд×105
|
Средний
1%-ный предел ползучести за 105 ч при расчетной температуре, МПа
|
s1%×105
|
Допускаемое
напряжение материала болтов (шпилек) при температуре 20°С и расчетной, МПа
|
[s]20б,
[s]б
|
Предел
текучести материала фланца, МПа
|
s0,2
|
Допускаемое
напряжение материала фланца при температуре 20°С и расчетной, МПа
|
[s]20,
[s]
|
Допускаемое
напряжение материала свободного кольца при расчетной температуре, МПа
|
[s]к
|
Допускаемые
напряжения для фланцев в сечениях S1 и S0
|
[s]S1, [s]S0
|
Расчетная
и допускаемая амплитуда условных упругих напряжений, МПа
|
sа, [sа]
|
Заданное
и допускаемое число циклов нагружения
|
N, [N]
|
Рекомендуемое
Таблица 8
Марки стали
|
Коэффициент линейного расширения a×106,
1/°С в зависимости от температуры, °С
|
20-100
|
200
|
300
|
400
|
500
|
600
|
35
|
11,1
|
11,9
|
-
|
13,4
|
-
|
-
|
40
|
11,3
|
12,0
|
13,3
|
13,3
|
-
|
-
|
20Х13
|
10,4
|
10,9
|
11,4
|
11,8
|
-
|
-
|
14Х17Н2
|
10,6
|
10,8
|
11,0
|
11,1
|
11,3
|
|
35Х
40Х
38ХА
|
13,4
|
13,3
|
-
|
14,8
|
-
|
-
|
20XH3A
|
11,0
|
12,0
|
13,0
|
13,5
|
14,0
|
14,5
|
30XMA
|
12,3
|
12,6
|
12,9
|
13,9
|
-
|
14,4
|
25Х1МФ
|
11,3
|
12,7
|
-
|
13,9
|
-
|
14,5
|
25Х2М1Ф
|
12,5
|
12,9
|
13,3
|
13,7
|
14,0
|
14,7
|
18Х12ВМБФР
|
11,2
|
11,3
|
11,4
|
11,8
|
12,0
|
-
|
37Х12Н8Г8МФБ
|
15.9
|
18,0
|
19,2
|
21,5
|
22,4
|
21,0
|
12Х18Н10Т
10Х17Н13М2Т
|
16,6
|
17,0
|
18,0
|
18,0
|
18,0
|
|
45Х14Н14В2М
|
-
|
17,0
|
-
|
18,0
|
-
|
18,0
|
ХН35ВТ
|
14,8
|
15,1
|
15,5
|
15,9
|
16,1
|
16,6
|
08Х15Н24В4
|
14,5
|
15,5
|
16,3
|
16,8
|
17,2
|
17,4
|
(Измененная редакция, Изм. № 1).
Рекомендуемое
Черт.
12
Справочное
(черт. 2)
Исходные данные:
D = 400 мм, h = 300
мм, f = 200°С, E20 = 1,99×105
МПа;
Dн = 535
мм, hп = 2
мм, P = 0,6 МПа, Е = 1,81×105 МПа;
Dб = 495
мм, S0 = 8 мм, М = 0,83×107 Н×мм, = 2,1×105 МПа;
Dсп = 445
мм, d = 20 мм, F =
15000 Н, Еб
= 2,01d105
МПа;
bп = 12
мм, n = 20, с
= 2 мм, aф =
12,6×10-6
1/°С;
aб =
11,9×10-6
1/°С
Материал фланцев - сталь 20К.
Материал болтов - сталь 35.
Материал прокладки - паронит
ПОН.
1. Расчет вспомогательных величин
1.1. Эффективная ширина
прокладки
bo = bn
= 12 мм.
1.2. Характеристики прокладки,
принимаются по табл.
4:
m = 2.5;
qобж = 20
МПа;
К =
0,9;
Еn = 2×103
МПа.
1.3. Податливость прокладки
.
1.4. Податливость болтов
;
,
где fб = 225
мм2 принимается по табл. 5.
1.5. Параметры фланца
1.5.1. Эквивалентная толщина
втулки
Sо = So = 8 мм.
1.5.2. Коэффициенты
y1 = 0,16 определяется по черт. 6;
1.5.3. Угловая податливость
фланца
где y2 = 6,9
определяется по черт.
7.
1.6. Угловая податливость
фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом,
1.7. Плечи момента:
b =
0,5(Dб-Dсп) = 0,5(495 - 445) = 25 мм;
e = 0,5(Dсп- D-Sэ) =
0.5(445 - 400 - 8) = 18,5 мм.
2. Коэффициент жесткости
фланцевого соединения
2.1. Фланцевое соединение,
нагруженное внутренним давлением и внешней осевой силой:
;
2.2. Фланцевое соединение,
нагруженное внешним изгибающим моментом:
=
;
.
3. Расчет нагрузок
3.1. Равнодействующая внутреннего
давления
Qд =
0.785×D2сп×P = 0,785×4452×0,6 = 93270,0 Н.
3.2. Реакция прокладки в рабочих
условиях
Rn = p×Dсп×bо×m×P =
3,14×445×12×2,5×0,6 =
25151,4 Н.
3.3. Нагрузка, возникающая от
температурных деформаций
3.4. Болтовая нагрузка Рб
в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:
Pб1=0,5×p×Dсп×bэ×qобж=0,5×3,14×445×12×20=167676,0
H
Pб1=0,4××п×fб=0,4×130×20×225=234000,0
H.
3.5. Приращение нагрузки в
болтах в рабочих условиях
4. Расчет болтов
где принимается по табл. 3,
5. Расчет прокладок
;
[q] = 130 МПа, принимается по тaбл. 4;
6. Расчет фланца
6.1. Угол поворота фланца при
затяжке:
;
6.2. Приращение угла поворота
фланца в рабочих условиях:
6.3. Меридиональные напряжения в
обечайке на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа
где Т = 1,78 -
принимается по черт.
8;
s21 = 353,6 МПа; s22 =
-353,6 МПа.
6.4. Приращения меридиональных
напряжений в обечайке на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях:
Ds21=Dsн+Ds1= 24,3 +
104 = 128,3 МПа;
Ds22=Dsн-Ds1= 24,3 +
104 = 128,3 МПа;
6.5. Окружные напряжения в
обечайке на наружной внутренней поверхностях при затяжке, МПа:
s23 = 0,3×s1 = 0,3×353,6
= 106,1 МПа;
s24 = -0,3×s1= -0,3×356,6
= -106,1 МПа.
6.6. Приращение окружных
напряжений в обечайке на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях:
6.7. Условие прочности фланца
при расчете статической прочности:
при затяжке
[s]20
= 147 МПа:
= 220 МПа;
= 410 МПа;
[s] =
136 МПа;
s0,2 = 204 МПа;
sб= 460
МПа;
;
в рабочих условиях
;
ss0 =
425,6 МПа < 491 МПа.
Уровень напряженного состояния
не превышает допускаемый.
7. Требование к жесткости
q+Dq£,
= 0.013.
0,0040 + 0,0012 = 0,0052<0,013.
Рекомендуемое
Фланцы плоские (черт. 2),
со свободном кольцом (черт. 3), с зажимами (черт. 4) рекомендуется применять
при температуре среды до 300°С.
Фланцы с гладкой уплотнительной
поверхностью рекомендуются для условных давлений среды до 1,6 МПа.
Фланцы с уплотнительной
поверхностью выступ-впадина рекомендуются для условных давлений среды более 1,6
МПа.
Фланцы с уплотнительной
поверхностью «шип-ваз» рекомендуются для прокладок, которые необходимо помещать
в замкнутый объем.
Фланцы с уплотнительной
поверхностью под металлическую прокладку овального или восьмигранного сеченая
рекомендуются для условных давлений среды более 6,0 МПа.
Фланцы контактирующие (черт. 11)
рекомендуются для условных давлений до 0,6 МПа и вакуума с остаточным давлением
не ниже 5 мм рт.ст. (0,005 МПа ост.) при температуре до плюс 300°С.
Таблица 9
Рекомендации по конструированию
фланцевых соединений
Параметры
фланцевого соединения, мм
|
Типы фланцев
|
Приварные
встык (черт.
1)
|
Плоские (черт. 2)
|
Свободные (черт. 3)
|
Примечание
|
1.
Толщина обечайки (втулки)
|
S = S0+1,3S, но не во
всех случаях
|
S0³S
|
S - толщина обечайки, к которой
приваривается фланец;
b принимается
по черт. 13
|
S0
|
S0-S×5 мм
|
S1
|
S1 = bS0
|
2.
Длина конической втулки t
|
|
|
|
i = 1:3 уклон втулки
|
3.
Диаметр болтовой окружности
|
Dб ³ D + 2(S1
+ d + u)
|
Dб³D+2(2S1+d×u)
|
Dб>Dк+8(d+u1)
|
u = 6 мм
u1 = 8 мм
|
Dб
|
Dб = ε1×D0,931
|
ε1 принимается
по табл. 11
d принимается по табл. 13
|
4.
Наружный диаметр фланца Dн
|
Dн³Dб+а
|
а принимается
по табл. 13
|
5.
Наружный диаметр прокладки Ds
|
Ds = Dб - e
|
Ds £ Ds1
|
е принимается
по табл. 13
|
6.
Средний диаметр прокладки Dсп
|
Dсп = Ds - b
|
b принимается по табл. 14
|
7.
Число болтов n
|
|
t1 принимается по табл. 12
|
8.
Ориентировочная толщина фланца h
|
|
|
l1 принимается
по черт. 14
S0 принимается по п.3.6.1
|
Таблица 10
Рекомендуемые диаметры болтов
(шпилек) в зависимости от условного давления Ру и диаметра аппарата
Ру, МПа
|
Диаметры
болтов (шпилек) для аппаратов, мм
|
800
|
1000
|
1200
|
1400
|
1600
|
1800
|
2000
|
2200
|
2400
|
³2400
|
До 0,6
|
М20
|
М24 + М30
|
1,0
|
М20
|
М30
|
1,6
|
М20
|
М24 + М30
|
2,5
|
M20
|
М24 + М30
|
М30
|
|
|
|
4,0
|
М30
|
М36
|
М42
|
|
|
|
6,3
|
М36
|
М42
|
М48
|
М52
|
|
|
|
8,0
|
М30¸М36
|
М42
|
М48
|
М52¸М56
|
-
|
|
|
|
10,0
|
М30¸М42
|
М48
|
M52¸M56
|
M56 ¸М64
|
|
|
|
|
Черт.
13
1 - для фланцев
по черт. 2
2 - для фланцев
по черт. 1
Черт. 14
Таблица 11
Безразмерный параметр ε1 в зависимости от Ру
Ру, МПа
|
ε1
|
Ру
£ 1,6
|
1,77
|
1,6 < Ру £ 2,5
|
1,79
|
2,5 < Ру £ 4,0
|
1,86
|
4,0 < Ру £ 6,3
|
1,92
|
6,3 < Ру £ 8,0
|
2,00
|
8,0 < Ру £ 10,0
|
2,07
|
Таблица 12
Рекомендуемый шаг расположения
болтов в зависимости от Ру
Ру, МПа
|
t1, мм
|
До 0,3
|
(4,2 ¸ 5,0)dб
|
0,6
|
(3,8 ¸ 4,8)dб
|
1,0
|
(3,5 ¸ 4,2)dб
|
1,6
|
(3,0 ¸ 3,8)dб
|
2,5
|
(2,7 ¸ 3,5)dб
|
4,0
|
(2,3 ¸ 3,0)dб
|
8,4 ¸ 10,0
|
(2,1 ¸ 2,8)dб
|
Таблица 13
Вспомогательные величины d, a и е для болтов (шпилек)
Диаметр болта dб
|
М20
|
(М22)
|
М24
|
(M27)
|
М30
|
М36
|
M42
|
M48
|
М52
|
M56
|
M60
|
M64
|
Диаметр отверстия
под болт d
|
23
|
25
|
27
|
30
|
33
|
40
|
46
|
52
|
58
|
60
|
66
|
70
|
а
|
Для гаек
шестигранных
|
40
|
42
|
47
|
52
|
58
|
60
|
80
|
92
|
97
|
110
|
115
|
120
|
Для гаек
шестигранных с уменьшенным размером под ключ
|
36
|
40
|
42
|
47
|
52
|
63
|
69
|
80
|
86
|
-
|
-
|
-
|
е
|
Для плоских
прокладок
|
30
|
32
|
34
|
37
|
41
|
48
|
55
|
61
|
65
|
-
|
-
|
-
|
Для прокладок
овального или восьмиугольного сечения
|
53
|
55
|
57
|
60
|
64
|
71
|
78
|
84
|
88
|
195
|
240
|
240
|
Таблица 14
Размеры прокладок
Материал прокладки
|
Диаметр
аппарата, мм
|
Ширина
прокладки, мм
|
Плоские
неметаллические прокладки
|
D £ 1000
|
12 ¸ 15
|
1000 < D £ 2000
|
15 ¸ 25
|
D > 2000
|
25
|
Плоские
металлические прокладки
|
D £ 1000
|
10 ¸ 12
|
D > 1000
|
12 ¸ 15
|
Плоские
прокладки в металлической оболочке и зубчатые металлические прокладки
|
D £ 1600
|
12 ¸ 18
|
D > 1600
|
13 ¸ 25
|
Овального или
восьмиугольного сечения прокладки для Ру ³ 6,3 МПа
|
D £ 600
|
12 ¸ 18
|
600 < D £ 800
|
16 ¸ 22
|
800 < D £ 1000
|
18 ¸ 28
|
1000 < D £ 1600
|
22 ¸ 42
|
Продолжение
таблицы*
Материал прокладки
|
Диаметр аппарата, мм
|
Ширина прокладки, мм
|
Толщина прокладки, мм
|
ТРГ
«Графлекc) не армированная с
абтюретором
|
400<D£600
|
13,5
|
4;6
|
600£D<1000
|
14
|
|
1000£D<1500
|
15,5
|
|
1500£D
|
17,5
|
|
ТРГ
«Графлекc) армированная с абтюретором
|
400£D<600
|
13,5
|
2;3
|
600Х1000
|
14
|
|
ТРГ
«Графлекc) армированная с абтюретором
|
400£D<600
|
13,5
|
3;4
|
600£D<1000
|
14
|
|
* Размеры прокладок приняты по техническим условиям,
разработанными НПО «УНИХИМТЕК.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
(Обязательное)
1. Настоящее приложение
распространяется на расчет фланцевых соединений с уплотнительными поверхностями
«шип-паз» с прокладками из ТРГ«ГРАФЛЕКС».
2. Характеристики прокладок из
ТРГ «ГРАФЛЕКС»* m,
qобж,.[q], приведены в табл.
Модуль упругости прокладки Eп
= 11,1q, где -
удельное давление на прокладку при затяжке, МПа.
3. Коэффициент жесткости
фланцевого соединения a определяется в соответствии с п.
4.1.
В связи с тем, что модуль
упругости прокладки зависит от удельного давления на прокладку (q), то при определении a
податливость прокладки определяется методом последовательных приближений следующем
путем:
Предварительно определяется
удельное давление на прокладку при затяжке по формуле:
,
где (2)
Рб - болтовое
усилие для условий монтажа, определяемое по п.5.4.
При определении Рб
- коэффициент в первом приближении принимается равным единице.
Затем по формуле Eп = 11,1q определяется модуль
упругости и по п.
3.3 податливость прокладки.
Если a получится больше
единицы, то необходимо определить болтовое усилие Рб1, по п.5.4. с
полученным коэффициентом a и повторить определение q и Е. После этого вновь
определить коэффициент a.
*Примечание. Характеристики прокладок представлены НПО
«УНИХИМТЕК
Если при первом приближении коэффициент
a
получится меньше единицы, то при расчете фланцевых соединений коэффициент a
принимается равным единице и дальнейшие приближения по определению a не
требуются.
Тип и материал прокладки
|
Коэффициент m
|
Удельное давление обжатия прокладки qобж, МПа
|
Допускаемое удельное давление [q], МПа
|
Прокладка
ТРГ неармированная с обтюратором
|
2,0
|
4,0
|
200
|
Прокладка
ТРГ армированная без обтюратора
|
2,5
|
4,0
|
120 при t=2
мм*)
100 при t=3 мм*)
|
Прокладка
ТРГ армированная с обтюратором
|
2,0
|
4,0
|
200
|
*) толщина прокладки в
свободном состоянии
|
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. РАЗРАБОТАН НИИхиммашем, Укрниихиммашем, ВНИИнефтемашем
ИСПОЛНИТЕЛИ:
Рачков
В.И., к.т.н.; Зусмановская С.И., к.т.н.; Гапонова Л.П.; Смольский К.В., к.т.н.;
Заваров В.А.; Морозов В.Г.; Перцев Л.П., д.т.н.; Голубова Т.П.; Мамонтов Г.В.,
к.т.н.; Зейде И.Е.; Вольфсон Б.С.
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ листом
утверждения Главного научно технического управления от 29.11.88 г.
3. ВЗАМЕН ОСТ 26-373-78, ОСТ
26-01-396-78, ОСТ 26-01-54-77.
4.
ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
СОДЕРЖАНИЕ