МАШИНОСТРОЕНИЕ

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Трубы. Их изготовляют специализиро­ванные заводы черной металлургии по стан­дартам и техническим условиям. В технике высокого давления используют бесшовные трубы холодно - и горячедеформированные. К горячедеформированным относятся горяче­катаные трубы, а также трубы, изготовленные непрокатными методами (например, прессо­ванные). К холоднодеформированным относят­ся трубы, полученные холодной прокаткой, волочением или редуцированием.

Качество труб во многом зависит от каче­ства заготовок, применяемых для их изготов­ления, а также от способа производства самих труб. Для производства труб, предназначенных для работы под высоким давлением, как пра­вило, применяют кованые или катаные заго­товки. Для устранения осевой рыхлости эти

8.2.2. Условноеру и пробноерр давления для деталей трубопроводов высокого давления разного исполнения (ГОСТ 22790)

Сталь

Исполнение детали

Ру, МПа

Рпр, МПа

20

1

20

30

2

32

45

14ХГС; 15ГС

1

25

35

2

40

56

3

50

65

4

63

80

ЗОХМА; 18ХЗМВ; 20Х2М; 22ХЗМ

1

25

35

2

40

56

3

63

80

4

80

100

20ХЗМВФ

1

32

45

2

50

65

3

80

100

4

100

125

12Х18Н10Т; 10Х17Н13М2Т; 10Х17НВМЗТ; 08Х17Н15МЗТ

1

20

30

2

32

45

3

40

56

Заготовки подвергают сверлению, поверхност­ные дефекты удаляются обточкой на токарных станках. Металл особо ответственных труб, к чистоте которого предъявляют повышенные требования, подвергают электрошлаковому переплаву, рафинированию или очистке дру­гими способами от загрязнений неметалличе­скими включениями.

Для изготовления трубопроводов высоко­го давления рекомендуется применять бесшов­ные трубы, поставляемые по следующим тех­ническим условиям:

ТУ 14-3-251 - из сталей 20, 14ХГС, 18ХЗМВ, 20ХЗМВФ, ЗОХМА, 15ХФ, 1Х8ВФ;

ТУ 14-3-433 - из сталей 14ХГС, ЗОХМА и 20Х2МА;

ТУ 14-3-731 - из стали 12Х18Н10Т;

ТУ 14-3-1335 - размером 194 х 36 мм из стали 15Х5М.

В химической и нефтехимической про­мышленности широко используют котельные трубы, изготовляемые по следующим техниче­ским условиям:

ТУ 14-3-460 - из сталей 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 12X11В2МФ и 12Х18Н12Т;

ТУ 14-3-923 - из конструкционной стали.

Для конкретных условий производства можно использовать трубы и по другим норма­тивным документам. При этом качество труб и объем проводимого контроля должны соответ­ствовать требованиям, указанным в техниче­ских условиях.

При проектировании конструктору обыч­но известны условное давление и исполнение детали. Исходя из этих характеристик, размеры труб рекомендуется выбирать по ГОСТ 22790 - ГОСТ 22826. Размеры труб следует выбирать также с учетом коррозионно-эрозионного из­носа. При заказе небольшого количества труб определенного размера необходимо преду­смотреть возможность замены труб одного сортамента другим, более широко используе­мым в проектируемой установке. В любом случае трубы выбранного сортамента должны удовлетворять условию прочности и обеспечи­вать стыковку с деталями трубопроводов.

Фасонные детали - колена, отводы, угольники, тройники. Все основные детали трубопроводов высокого давления химических производств унифицированы и стандартизова­ны. Их конструкции, размеры и требования к изготовлению изложены в следующих государ­ственных и отраслевых стандартах: ГОСТ 22790 - ГОСТ 22826; ГОСТ 9400; ГОСТ 9399; ГОСТ 10493; ГОСТ 10494; ГОСТ 10495; ГОСТ 11447; ОСТ 26 01-20 - ОСТ 26 01-22; ОСТ 26 01-24 - ОСТ 26 01-30; ОСТ 26 01-33 - ОСТ 26 01-49.

Колена (рис. 8.2.1), применяемые в тех­нике высокого давления, обычно имеют отно­шение радиуса гиба к наружному диаметру Rr/D< 2.

Как правило, колена изготовляют штам­пованными из трубных заготовок. В качестве заготовок используют кованые трубные заго­товки с последующим сверлением или утол­щенные трубы. Штамповку производят в две стадии: после нагрева трубу-заготовку изгиба­ют до заданного радиуса, при этом колено сплющивается в плоскости изгиба; после вто­рого нагрева производят осадку колена в пер­пендикулярной плоскости (до превращения сечения в круглое) и калибровку его размеров. При этом на стенках внутри колена могут об­разоваться небольшие наплывы, практически не препятствующие движению среды. Сечение штампованного колена почти круглое, а разно - стенность существенно меньше, чем при гибке трубы другими способами. Стандартные коле­на обычно поставляют с приваренными к ним опорами (рис. 8.2.1, в).

Гнутые отводы (рис. 8.2.1, г) изготовляют гибкой на трубогибочных станах. В качестве заготовок используют те же трубы, что для основного трубопровода, или трубы с большей толщиной стенки (усиленные трубы).

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

При гибке отводов возникают значитель­ная овальность и утонение стенки поперечного сечения в месте гиба. Для уменьшения разно - стенности сечения отводы изготовляют радиу­сом гиба не менее 2,5...3 наружных диаметров трубы. В технике высокого давления стандарты строго регламентируют предельные величины овальности и разностенности отводов. Стан­дартные отводы, как правило, имеют прямые участки, длина которых определяется условия­ми закрепления трубы в процессе гибки.

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.1. Колена и отводы:

А - двойное колено с фланцами (ГОСТ 22798); б - колено с углом 90° с фланцами (ГОСТ 22794); В - то же, с опорой (ГОСТ 22795); г - гнутый отвод с фланцами (ГОСТ 22817)

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.2. Угольники:

А - с карманом под термометр сопротивления (ГОСТ 22810); б - с ответвлением и фланцами (ГОСТ 22800); в - с фланцами (ГОСТ 22799); г - то же (ГОСТ 22820)

Угольники и тройники выполняют из по­ковок (рис. 8.2.2, рис. 8.2.3). В технике высоко­го давления допускается выполнять тройнико - вое соединение врезкой ответвляемого трубо­провода, если его условный проход не более
0,6...0,7 условного прохода основной трубы. Ослабление основной трубы врезкой ответв­ляемого трубопровода компенсируют за счет резерва прочности основной трубы либо вва­ривают специальные усиленные штуцера (рис. 8.2.4). Воротниковые укрепления в обо­рудовании высокого давления не применяют. При выборе размеров укрепления необходимо учитывать, что кроме внутреннего давления на тройниковое соединение могут воздействовать внешние силы, изгибающие и крутящие мо­менты.

Тройники из поковок, как и угольники, изготовляют механической обработкой. Отвер­стие в кованых тройниках укрепляют увеличе­нием толщины стенок в месте соединения.

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.5. Переходы:

А - по ГОСТ 22826; 6-е фланцами по ГОСТ 22806

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Переходы и другие детали. Переходы предназначены для изменения проходного се­чения трубопровода. По конструкции переходы бывают концентрическими и эксцентрически -

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.4. Штуцера по ОСТ 26 01-35:

A - Dy = 6...40; б - Dy = 50..Л25

Ми. В технике высокого давления в основном применяют концентрические переходы, кото­рые изготовляют механической обработкой из кованых заготовок или штамповок из труб (рис. 8.2.5).

Трубопроводы снабжают и другими дета­лями: отводами под термометры сопротивле­ния и термоэлектрические, фланцевыми за­глушками, линзовыми отводами и др. Конст­рукция и размеры этих деталей приведены в ГОСТ 22811. ГОСТ 22815, ГОСТ 22808, ГОСТ 22809.

Фланцевые соединения. В трубопрово­дах высокого давления применяют фланцевые соединения с овальной, восьмиугольной пло­ской или линзовой прокладками и с резьбовы­ми либо приварными фланцами (рис. 8.2.6). Фланцевые соединения с резьбовыми фланца­ми и с линзовой прокладкой стандартизованы (ГОСТ 22790: ГОСТ 9400; ГОСТ 9399; ГОСТ 10463; ГОСТ 10495; ГОСТ 10494, ГОСТ 11447). Фланцевые соединения с при­варными фланцами и овальной прокладкой стандартизованы соответствующими отрасле­выми документами.

Фланцевое соединение надежно работает только в том случае, если оно правильно спро­ектировано, выполнено из соответствующих материалов и тщательно собрано. Несоблюде­ние этих условий приводит к тому, что флан­цевые соединения становятся одним из наибо­лее уязвимых мест трубопроводов и для их ремонта приходится останавливать основные агрегаты производства.

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.3. Тройники:

■ проходной с фланцами (ГОСТ 22801); б - переходной несимметричный с фланцами (ГОСТ 22803); В - проходной с ответвлением и фланцами (ГОСТ 22802)

Крепежные детали должны быть одной партии и затянуты с помощью устройств, обес­печивающих контроль силы затяжки. Порядок сборки соединений, контроля силы затяжки должны быть приведены в нормативно - технической документации или производст­венной инструкции (технологической карте) с учетом величин, приведенных в рабочей доку­ментации.

Не допускается устранение зазоров, непа­раллельности или несоосности между сбороч­ными единицами или деталями путем натяже­ния трубопроводов.

8.2.2. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Общие положения. Нормативным доку­ментом, устанавливающим нормы и методы расчета на прочность элементов трубопрово­дов высокого давления является РД 26 01-44.

Основной нагрузкой при расчете трубо­провода является внутреннее давление. За расчетное внутреннее давление р, как прави­ло, принимают рабочее давление рр. Если во время срабатывания предохранительного кла­пана давление в трубопроводе повышается по сравнению с рабочим более чем на 10 %, то за расчетное давление следует принимать боль­шую из двух величин: р или 0,9/?кл, где рш - давление в трубопроводе при полном откры­тии предохранительного клапана. При расчете деталей трубопровода проверяют их проч­ность при пробном давлении рпр (ГОСТ 356). В расчетные формулы вместо р подставляют /?Пр, при этом допускаемое напряжение

[a] = af/l, l, (8.2.1)

20

Где ат - предел текучести материала деталей при температуре 20 °С.

При определении допускаемых напря­жений прочностные характеристики материа­лов принимают при расчетной температуре. За расчетную температуру принимают наи­большую температуру стенки детали, кото­рую определяют тепловым расчетом или экс­периментально.

При отрицательной температуре стенки (не ниже -50 °С) для определения допускае­мых напряжений расчетную температуру принимают равной 20 °С. Допускаемое на­пряжение рассчитывают по одной из формул, приведенных в табл. 8.2.3.

Механические характеристики прини­мают по стандартам и техническим условиям. При расчете детали, изготовленной из сталь­ных отливок или методом литья, допускаемые напряжения, определяемые по табл. 8.2.3, должны быть уменьшены на коэффициент г| = 0,75...0,85. При расчете труб со сварны­ми швами в формулы вводят коэффициенты ф (при растяжении) и сри (при изгибе), учиты­вающие ослабление сварного соединения по сравнению с основным материалом.

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Г)

Рис. 8.2.6. Фланцевые соединения:

А, б-с плоской металлической прокладкой; а - типа «шип - паз»; о-типа «выступ - впадина»; В - с фасонной уплотнитель ной прокладкой; г - с линзовой прокладкой

При выборе окончательных размеров де­талей расчетные значения суммируют с при­бавкой с, которая включает: прибавки С\ и с2 на коррозионный износ соответственно внут-
8.2.4. Коэффициент запаса прочности /1т для шпилек в зависимости от отношения gb/gt и диаметра резьбы

Ств/стт

Шпилька

До М22

Более М22

Больше 1,5

2,5

2.25

Меньше 1,5

3

2,5

Ренней и наружной поверхности детали; сз, компенсирующую допуски на размеры при изготовлении детали; С4, компенсирующую эрозионный и другие* неучтенные виды изно­са.

Таким образом

С = с, + с2 + с3 + (8.2.2)

8.2.3. Расчетные формулы для определения допускаемого напряжения

Сталь

Деталь

Расчетная формула для [а]

Коэффициент запаса прочности

Углеродистая

Трубы, криволинейные

Элементы, кованые детали, переходы, за­глушки, штуцера

. )ав стт ад| min<—; —:— >

К "т "д J при отсутствии данных по ад

1"в "х Пп)

Пв = 2,6; пТ = 1,5; /ід = 1,5; пп = 1,0

Низколегирован­ная

Аустенитная

Фланцы

Тт<—;—> 1ят яд J при отсутствии данных по ад

ТіпК;Ц

[Пт пи)

Пт = 2,0 при / < 400 °С; Пт = 2,2 при T > 400 °С

/ід = 2,0; /7П = 1,0

Шпильки

Пт-См. табл. 8.2.4; ПД = 2,0; пп = 1,0

Примечание. Расчет с учетом стд и стп производится при температуре Т> 380 °С для углероди­стой стали, при Т> 420 °С для низколегированной и при Т > 510 °С для аустенитной.

Значения С\ и с2 устанавливаются проек­тирующей организацией. Технологические допуски на размеры с3, с4 принимают по стандартам и техническим условиям на изго­товление деталей.

Детали трубопроводов, как правило, ра­ботают при переменных напряжениях, много­кратно изменяющихся в процессе эксплуата­ции. В связи с этим, если число смен нагруже - ний (число циклов N) с амплитудой напряже­ний. превышающей на 15% расчетный уро­вень. удовлетворяет условию N < 1000, то считают, что трубопровод работает в условиях повторно-статических нагрузок, и выполняют статический расчет деталей, определяя их раз­меры по механическим характеристикам, по­лученным при статических испытаниях. При числе циклов N > 1000 нагружение считают циклическим и после выбора размеров деталей рассчитывают их циклическую прочность при переменном нагружении с учетом предела вы­носливости материала.

Расчет элементов трубопроводов при статическом нагружении. Расчет размеров трубы, нагруженной внутренним давлением р. Толщина стенки трубы

ST = + с), (8.2.3)

Где К\ = l/(l -0,015|) - коэффициент, зави­сящий от минусового допуска 81 на изготовле­ние трубы по толщине стенки (рис. 8.2.7); Sp - Минимальная расчетная толщина стенки:

-l)/Pp при заданном наруж­ном диаметре D\ Sp =0,5(<i+2ci)(Pp - l)/pp при заданном внутреннем диаметре D\ Рр -

Коэффициент ТОЛСТОСТЄННОСТИ Трубы; С = С\ +

+ с2 + с4.

Коэффициент ТОЛСТОСТЄННОСТИ трубы

Р =exp-fr, (8.2.4)

Р (рм

Где р - расчетное давление; ф - коэффициент сварного шва; [а] - см. табл. 8.2.3.

Наружный диаметр трубы

DT=D + 2ST. (8.2.5)

Значения толщины стенки sT и диаметра Dj трубы, вычисленные по формулам (8.2.3) и (8.2.5), округляют до ближайших значений S и D, имеющихся в сортаменте поставляемых труб. При этом необходимо выполнение усло­вия S/D> Sj/Dj .

Если на трубу, кроме внутреннего давле­ния, действуют температурные нагрузки, то выполняют проверочный расчет напряжений от совместного действия внутреннего давления и температуры (РД 26 01-44-78). Температур­ная нагрузка возникает при перепаде темпера­тур At по толщине стенки. Возможны следую­щие два варианта.

1. Наружный обогрев (Т\ < Т2; AT < 0, где Т\ и Т2 - температура соответственно внут­ренней и наружной стенок трубы; АТ= Т\ - Т2 Температурный перепад по толщине стенки трубы).

Максимальные эквивалентные напряже­ния на внутренней поверхности трубы от дей­ствия р и АТ\

А^-^Р^ЗіШіАГ + ^ДГ)2 ,

(8.2.6)

Где р = D/D - коэффициент ТОЛСТОСТЄННОСТИ

Р -1

Трубы; тл = aЈai/(l-v) ; а\ -—--------- 1;

In Э

V - коэффициент Пуассона; Е - модуль упруго­сти; a - температурный коэффициент линейно­го расширения.

2. Внутренний обогрев (Тх > Т2; AT > 0). В зависимости от конкретных значений р и AT наиболее напряженными могут оказаться и внутренняя, и наружная поверхности; поэтому проверяют напряжения по формуле (8.2.6) при AT > 0 и рассчитывают эквивалентное напря­жение на наружной поверхности

(8.2.7)

Р2-1

Где M2 =aЈa2/(l-v); А2

Эквивалентные напряжения, рассчитан­ные по формулам (8.2.6) и (8.2.7), должны удовлетворять условиям ОСТ 26 10-46:

<*экв ^0,2/и ; СТэкв ^0,2/М - (8.2.8)

Расчет колен, двойных колен и отводов Связан с определением толщин стенок в ряде сечений по формулам, полученным на основе оценки предельного состояния криволинейного элемента. Толщина стенки криволинейного элемента на гнутом участке должна быть не менее (рис. 8.2.8):

На боковой нейтральной поверхности

5 = 0,5(rf + 2q)(pp - l) + c; (8.2.9)

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.7. Зависимость коэффициента К\ от минусового допуска 5] по толщине стенки трубы

На вогнутой поверхности s2 = 0,5 (D + 2с, -1) + с; (8.2.10)

На выпуклой поверхности

5 = 0,5(б/ + 2с1)(У2Рр "l) + c, (8.2.11)

Где (Зр - расчетный коэффициент толстостен - ности элемента, определяемый по формуле (8.2.4); J\. J2 - коэффициенты, характеризую­щие соответственно необходимое утолщение стенки в сечении толщиной sі и допустимое утонение стенки В сечении ТОЛЩИНОЙ S2 по сравнению с прямой трубой (рис. 8.2.9).

Для обеспечения необходимых размеров криволинейного элемента в месте гиба толщи­на стенки 53 используемой заготовки должна удовлетворять условию

8а г

53 > max^0,5^(J]pp -1)-

8аг +1

(8.2.12)

Где а г = Rr /D - относительный радиус кри­визны элемента; Rr - радиус гиба элемента по

Нейтральной оси; D = D + 2S - наружный диаметр прямолинейного участка колена.

Наружный диаметр заготовки

D3 = D + 2s3.

Тройники и угольники. Приведенные ниже формулы применимы для расчета кованых тройников и угольников двух конструктивных исполнений (рис. 8.2.10). Наружные диаметры

D\ и D2 цилиндрических участков деталей определяют как для толстостенной прямой трубы, нагруженной внутренним давлением, по (8.2.3), (8.2.4).

Диаметры Dj\ и Dt2 укрепленных участ­ков с разными условными проходами Dy:

DTl =i1,(rfi+2c1)>D1;

Dt2 = T}\(dj +2L'\}> D2. (8.2.13)

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.8. Схема к расчету толщины стенок криволинейного элемента трубопровода

Длина укрепления основной грубы L\ и отвода L2.

L------

--------

/ при 1,10 « & « ІДО; 2 - при 1,20* А « ІД5; . при 1,35 < А, <

---------- --------

~ при 1,55 < Pf 2,0;

- при 1,10«£ Д % 1,55; ,

- при 1 £5 < & С 2,0

1

2

\

І 6

7 7 3 4 5 ос г Рис. 8.2.9. Зависимость коэффициентов J\ (кривые / - 4) и Ji (кривые 5, 6) от аг и рр

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Шж

1,11

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 р/[о] А)

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.10. Схема кованого тройника (угольника):

А - типа 1; б - типа 2

«1 1,32 1,28 1,24 1,20 1,16 1,12 1,08 1,04 1,0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 р/[о] Б)

Рис. 8.2.11. Зависимости коэффициентов т\і и а{ от отношения р/[а] для кованых тройников (угольников):

А - типа 1; б - типа 2

I,=Z)Tl/a,-0,5(Z)Tl-Z)T2);

L2 =Z)t2/cx1+0,5(Z>T1-Z>T2). (8.2.14)

Коэффициенты Г|і и (Хі в зависимости от отношения р/[ст] определяют по (рис. 8.2.11).

Допускаемое напряжение [а] определяют по табл. 8.2.3.

Конструктивно размеры В\ и В2 для трой­ников и угольников типа 1 (рис. 8.2.10, а) допус­кается принимать: В\ = 0,45 DTЬ В2 - 0,9 DTl для деталей с разными проходами и В\ = 0,45 Z)T; В2 = 0,9 DT для деталей с равными проходами.

При этом должны выполняться условия: в пер­вом случае В\ > 0,5 Dx; В2> D\ \ во втором

Вх >0,5Z); B2>D.

Если по конструктивным соображениям требуется уменьшить размеры детали (напри­мер длину L), то выполняют поверочный рас­чет, который позволяет учесть коррозионный износ внутренней поверхности и убедиться в правильности выбора конструктивных разме­ров.

Необходимое условие прочности имеет

Вид

F/(F + Fc)>B, (8.2.15)

У////А<

Где/- площадь сечения металла на расчетной длине L(L\, L2), определенная с учетом корро­зионного износа; F - площадь действия рабо­чей среды на той же длине; Fc - площадь кор­родирующего металла на этой же длине; В - Параметр, определяемый по формуле

А. т

'/////////Л

(8.2.16)

Y//////////A

U Р/[а] 1-0,6р/[а]

Если условие (8.2.15) не выполняется, то необходимо увеличить диаметры DT\ или DT2.

[-1

/

Допускаемое рабочее давление для гото­вой детали

М-

(8.2.17)

1.2 F + /с + 0,5/

Конические переходы. Толщины 51 и 52 стенок перехода (рис. 8.2.12) должны быть не менее толщин стенок прямых труб соответст­вующих внутренних диаметров; ак < 45°; зна­чения 51 и 52 определяют по формулам:

5, =0,5 (dx +2c1)(pp-l) + c; (8.2.18)

J2=0,5(rf2+2c1)(PpK-l) + c, (8.2.19)

РрК =ехр

Где D 1, D2 - внутренний диаметр соответствен­но большого и малого цилиндра;

Расчетный коэф-

<р[ст]

Рис. 8.2.12. Расчетные параметры конического перехода

Фициент толстостенности перехода; ф - коэф­фициент сварного шва; [а] - по табл. 8.2.3; ак - угол между осью и образующей конуса.

Допускаемое рабочее давление для гото­вой детали

Cos а,

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Рис. 8.2.13. Расчетные параметры фланцевого соединения:

А - резьбового; 6-е конической втулкой и овальной прокладкой

[p] = V[a]ln[D1(rf1+2c1)], (8.2.20)

Где Dі = d\ + 25

Расчет фланцевых соединений. В тру­бопроводах высокого давления применяют главным образом резьбовые фланцы и цельные с конической втулкой (рис. 8.2.13). Для уплот­нения соединения при высоком давлении при­меняют металлические прокладки (плоские, овальные, восьмиугольные), а также сфериче­ские и конические линзы.

Расчет фланцевого соединения начинают с определения силы Q, растягивающей шпиль­ки в рабочих условиях. Для расчета Q необхо­димо знать размеры уплотнительной проклад­ки, которые назначают конструктивно по ана­логии с нормализованными и с поправкой на проектные параметры. Размеры прокладок рекомендуется принимать в зависимости от их типа.

Линзовая прокладка. Наружный диаметр линзы (рис. 8.2.14, A) Dn> DH, где Z)H - на­ружный диаметр уплотнительной поверхности. Высота линзы

Ал = - (0,5*л )2 -(0,5Dn )2 У с,

(8.2.21)

Где R - радиус сферы линзы, определяемый из условия DK=2tfsinct; DK = 0,5(DH -

Диаметр контактной поверхности; а = 20° - угол наклона уплотнительной поверхности; Dn = D - внутренний диаметр линзы; с - кон­структивная прибавка.

Овальная и восьмиугольная прокладки.

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

Высота прокладки Hn « 5,6^/ф /10 ; ширина прокладки b « /10 ; ширина и глубина

Канавки под прокладку соответственно 5«4,4^/ф/10-0,5 и 2,5^ф/10 (см.

Рис. 8.2.13). В этих выражениях dф - внут­ренний диаметр фланца, мм.

Прежде чем окончательно принять разме­ры, прокладку с гнездом необходимо прочер­тить и убедиться в том, что обеспечено касание прокладки и гнезда.

Плоская прокладка. Высота Hn и шири­на b прокладки приведены в табл. 8.2.5 в зави­симости от условного прохода Dy.

Определение расчетной силы. В общем случае расчетная сила, действующая на шпильки, определяется по уравнению

Q =Qi + Q2 + Q3+ Q* (8.2.22)

Где Q\ - сила от давления рабочей среды; Q2 - Сила уплотнения прокладки в рабочих услови­ях; £?з ~ нагрузка, возникающая под действием изгибающего момента от самокомпенсации температурных расширений трубопровода; Q4 - нагрузка, возникающая от неравномерно­го нагрева рабочей средой деталей фланцевого соединения.

Нагрузку 04 учитывают при температуре деталей Т > 300 °С, если детали соединения изготовлены из однородных материалов, и при Т> 100 °С, если детали изготовлены из разно­родных материалов (например, углеродистой и аустенитной стали).

Нагрузки 03 и 04 можно рассчитать, если известны размеры фланцевого соединения. Расчет проводится в два этапа.

1. Определяют

Ft =0,25тсД2р; (8.2.23)

Для линзы

02 = NDnq- (8.2.24)

Для овальной, восьмиугольной и плоской прокладок

Q2 = NDnb3Mp, (8.2.25)

Где Q - удельная нагрузка на единицу длины контактной линии (рис. 8.2.15); Dn - расчет­ный диаметр прокладки; для линзы Dn = DK ; Для овальной, восьмиугольной и плоской про­кладок Dn = Dcp ; B3- эффективная ширина прокладки; для овальной и восьмиугольной прокладок Ь3 = 0,25b ; для плоской прокладки

B3-b при b <10 мм и при

Ь> 10 мм; M - коэффициент, зависящий от материала прокладки, и принимается равным: для алюминия M = 4; для меди M - 4,8; для стали 0,8M = 5,5; для стали 12X13 M = 6; для аустенитной хромоникелевой стали 08Х18Н10Т m = 6,5;

03 =4 KM/Dn, (8.2.26)

И/мм

КОНСТРУКЦИИ И МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ ТРУБОПРОВОДОВ

200---------------------------------------------------------------------------------------------------

0 50 M 150 Z)v

Рис. 8.2.15. Зависимость удельной нагрузки Q от условного прохода Dy

Где К - коэффициент, зависящий от типа про­кладки; М - внешний изгибающий момент, определяемый при расчете трубопровода на самокомпенсацию.

Если момент М не задан, то его прини­мают равным допускаемому [М] при изгибе трубы:

TOC \o "1-3" \h \z о* і ( \

И

7Г з В -1 а р

= —d----------------- фи------- f— ;

32 р %1,5 p2-lj

(8.2.27)

Где Р - коэффициент толстостенности трубы; фи - коэффициент сварного шва при изгибе;

А = ат для ступени I, а = ад для ступени II.

Ниже приведены значения коэффициента К в зависимости от типа прокладки.

Прокладка................ Линзовая Овальная Плоская

Восьмиугольная Коэффициент К 0,5 0,6 1,0

Общая расчетная сила

Q = K'(QI+Q2+Q3), (8.2.28)

Где К' = 1,1...1,2 - коэффициент, компенси­рующий неучтенную температурную нагрузку Q4; К' = \ при 04=0.

Исходя из полученной по формуле (8.2.28) расчетной силы, определяют диаметр шпильки dp и толщину /?ф тарелки фланца. Остальные размеры принимают конструктивно.

2. Уточняют нагрузку 03 и рассчитывают 04 в зависимости от разности температурных удлинений и коэффициентов податливости элементов фланцевого соединения

(РД 26 01-44-78).

При определении расчетной силы с уче­том 04 следует рассматривать два варианта: установившийся режим работы фланцевого соединения и режим прогревания. Температур­ная нагрузка составляет значительную часть общей расчетной силы, особенно в момент прогревания. Для уменьшения этой силы реко­мендуется: теплоизолировать фланцевые со­единения; разогревать соединение медленно для уменьшения разности температур деталей; рабочее давление создавать после прогревания, при установившемся режиме работы соединения.

В процессе прогревания соединения раз­ность температур деталей принимают в 3-4 ра­за больше, чем при установившемся режиме (ПБ 03-585-03). Запасы прочности для мате­риалов шпилек и фланца при прогреве можно уменьшить по сравнению со стационарным режимом до значений пт = 1,5 и пл - 1,5.

Окончательное значение расчетной силы определяют по формулам (8.2.22) - (8.2.25), затем уточняют размеры Dc и /іф. Расчетные размеры не должны превышать принятые более чем на 5 %. Если это условие не выполняется, то принятые размеры увеличивают и выполня­ют перерасчет соединения, при этом следует учитывать, что с ростом размеров соединения повышается температурная нагрузка.

Для снижения температурной нагрузки Q4 материалы шпилек и фланцев должны иметь близкие механические свойства и температурные коэффициенты линейного расширения.

Dy, мм....................... ЗІ40 50... 100

Z................................. 3; 4 6; 8

Диаметр Dc стержня шпильки (диаметр гладкой части шпильки или внутренний диа­метр резьбы) и диаметр dm резьбы шпильки принимают по нормативным документам на шпильки; при этом должно быть выполнено

Условие Dc >Dр.

Расчет фланцев. Все размеры фланца кроме принимают конструктивно из условия размещения шпилек. Рекомендуется принимать: диаметр отверстия под шпильку

D0 =Dm +(l...3) ; диаметр описанной окруж­ности гайки Dr, соответствующей шпильке принятого диаметра, - по ГОСТ 10495; наруж­ный диаметр фланца Оф = Dm +Dr +(l...5).

Остальные размеры выбирают в зависимости от типа фланца.

Расчет основных элементов для цельного, резьбового и наклонных фланцев проводится согласно (РД 26 01-44-78).

МАШИНОСТРОЕНИЕ

Выбираем измерительную рулетку

Для измерения длины с древних времен применяли разные способы: - веревкой; - локтем или кистью; - ровной палкой. Рулетка - самый простой, но точный и незаменимый измерительный инструмент на стройке …

Производство и продажа хонинговальных головок

Хонинговальные головки 36-160 мм. Контакты для заказов хонголовок: Украина: +38 050 457 1330 Россия: delo7.ru - представитель в России hon@msd.com.ua Видео обзор хонов от 60 до 80мм: Видео хонголовок с …

ЭКСТРУДЕРЫ

Рис. 7.2.19. Узел смыкания гидромеханического типа Экструдеры применяют в качестве гене­раторов расплава в агрегатах для гранулирова­ния пластичных материалов, нанесения тон­кослойных покрытий и пластмассовой изоля­ции, дублирования пленок, для производства пленки, листов, …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.