Расчет литых фланцев из серого чугуна

Рабочая среда - вода; фланцы изготовлены из серого чугуна марки СЧ15-32; материал болтов - сталь 20, прокладка из мягкой резины. В расчете определена дополнительная нагрузка болтов от внутреннего давления ΔQ. Расчет фланцев и относительного сжатия прокладки выполнен для двух расчетных нагрузок болтов: для нагрузки, определенной без учета ΔQ, и для нагрузки с учетом ΔQ.

Алгоритм расчета является эмпирическим и содержит ряд коэффициентов, определенных экспериментально с обработкой опытных данных, полученных в системе МКГСС. Механический перевод исходных данных и результатов этого алгоритма в систему СИ невозможен, так как при этом непредсказуемым образом изменятся коэффициенты в формулах. В связи с этим подстановка исходных данных и расчет выполняются в системе МКГСС. Полученные результаты затем переводятся в систему СИ.

 

Исходные данные:

p = 2,4 кгс/см² – наибольшее рабочее давление

t – температура рабочей среды, °С

D_в.ф. = 98см – внутренний диаметр фланца

D_н.ф = 115см – наружный диаметр фланца

D₁ = 110см – диаметр окружности болтов

D_н.о. 106см – наружный диаметр прокладки

D_в.о. = 99см – внутренний диаметр прокладки

D₂ = 102 – средний диаметр прокладки, см

d_o = 2,5см – диаметр отверстия для болтов, см

z = 20 – число шпилек

b = 2,8см – номинальная толщина кольца, см, b = b' · h

b _р = 2,7см – расчетная толщина кольца, см, b _р = C· (b + h)

s_H = 2,5см – толщина стенки конической втулки наибольшая;

s = 1,18см – толщина стенки конической втулки наименьшая;

i = 1/3– уклон втулки

d = 2,6см – наружный диаметр резьбы, см

d₁ = 2,2см – внутренний диаметр резьбы, см

b ₀ = 0,25см – толщина прокладки, см

1 = 5,9см – длина болта между опорными поверхностями гаек, см

q – удельное давление на прокладку, q = 0,5· р = 0,52,4 = 1,2 кгс/см².

Е_ф = 10 кгс/см² – модуль упругости материала фланца

Е_б = 2,1· 10 кгс/см² – модуль упругости материала болта

Е_о = 70 кгс/см² – модуль упругости материала прокладки (резина)

σ_в.и. = 3100 кгс/см² –предел прочности материала фланца при изгибе

σ_в.и. – предел текучести материала болта, кгс/см²

 

1. Определение дополнительной нагрузки болтов от внутреннего давления.

1.1 Определяем усредненные геометрические характеристики.

 

Диаметр условной окружности D₃

где D₂ – средний диаметр контактной площади прокладки, см

D_в.ф. – внутренний диаметр фланца, см

Диаметр условной окружности D₄

где s – толщина стенки в вершине конической втулки, см

 

1.2 Находим силы, на которые разложена нагрузка болтов

Сила давления рабочей среды, ограниченная средним диаметром эффективной площади прокладки, кгс

где р – давление рабочей среды, кгс/см²

Сила давления рабочей среды на кольцевую площадь между окружностями с диаметрами D₂ и D_в.ф., кгс

 

 

1.3 Учет деформационных характеристик прокладки выполняем следующим образом

Модуль сжатия прокладки, кгс/см³

где Е_о – модуль продольной упругости материала прокладки при сжатии, для мягкой резины Е_о = 1,5МПа = 15 кгс/см²

D_н.о. – наружный диаметр контактной и эффективной площади прокладки, см

b_о. – исходная толщина прокладки, см

Контактная площадь прокладки, см²

Коэффициент податливости прокладки, см/кгс

 

1.4 Вычисляем приведенные характеристики болтов и кольца фланца

Приведенная длина болта, см

где l – длина болта, см

Коэффициент податливости болтов, см/кгс

где z – число болтов;

d₁ – внутренний диаметр резьбы, см

Приведенный наружный диаметр кольца фланца, см

где D₁ –диаметр окружности расположения центров отверстий для болтов, см

D^I _н.ф. – номинальный наружный диаметр кольца фланца с отверстиями для болтов, см

d₀ –диаметр болтов, см

1.5 Определение вспомогательных коэффициентов (А, В, Г, L, C) и оценки жесткости и эквивалентной толщины стенки втулки.

Цилиндрическая жесткость, деленная на Е, см

где b_p – расчетная толщина кольца, найденная с учетом выступов, пазов и т.д., см

Эквивалентная толщина стенки конической втулки, см

где γ – коэффициент пропорциональности, определяем при помощи графиков (рис. 25)

Определяем отношения:

По графику при i = 1/3 принимаем γ = 1,35

Приведенная толщина стенки конической втулки, см

где γ_пр. – приведенный коэффициент пропорциональности, определяем при помощи графиков (рис. 26)

Определяем отношения:

По графику по графику 6 принимаем γ_пр. = 0,38

Средний диаметр обечайки

 

Вычисляем коэффициенты, характеризующие упругие свойства фланца

– коэффициент Г, см

– коэффициент L, см²

 

– коэффициент С, 1/см²

где А и В – коэффициенты, определяемые по рис.23 и 24

Определяем отношение:

Находим А = 0,165, В = 5

Коэффициент податливости фланцев, см/кгс

Определяем дополнительную нагрузку болтов, кгс

 

 

1.6 Определение расчетной нагрузки болтов и нагрузки болтов при сборке соединения.

Расчетная нагрузка болтов складывается из нагрузки от давления рабочей среды и нагрузки, необходимой для уплотнения затвора.

Часть нагрузки болтов для уплотнения затвора, кгс

где q – давление, необходимое для уплотнения затвора, кгс

Расчетная нагрузка болтов

Нагрузка болтов при сборке фланцевого соединения, кгс

Наибольшее относительное сжатие прокладки

Определяем проверочный параметр – наибольшее внутреннее давление, при котором сохраняется плотность затвора:

где f – коэффициент трения покоя для резины по стали или чугуну без смазки, равный f = 0,6;

t_o – ширина контактной площади прокладки, см

 

 

1.7 Расчет фланца на нагрузку болтов

Силы, на которые разложена нагрузка болтов, кгс

где Р₃ – сила давления рабочей среды на кольцевую площадь между окружностями D₂ и D_в.ф., кгс

Приведенная нагрузка болтов, кгс

Определяем коэффициент, характеризующий упругие свойства фланца, 1/см²

Наибольшее изгибное напряжение во втулке, кгс/см²

Кольцевое напряжение в кольце фланца, кгс/см²

Определяем коэффициенты запаса прочности

Условия прочности выполняются

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………..…….…….4

Печь кипящего слоя………………………………………………………………

1. Расчет инжекционных горелок…………………………………….……..…..6

2. Расчет прочности корпуса конвертера………………………………..…….12

Конструкция и условия работы конвертеров………………………………..…12

Расчетное обоснование толщены стенки корпуса………………………..…….15

3. Расчет и проектирование сварной фундаментной рамы…….…….………21

Основные принципы конструктивно-технологического

проектирования сварных рам……………………………………………………..21

Проверочные расчеты основных элементов рамы………………………..……25

Проверочные расчеты соединения деталей и узлов рамы……………..….…...32

4. Расчет и конструирование фланцевых соединений……………….….……35

Конструкция и работа фланцевых соединений……………………………..….35

Расчет литых фланцев из серого чугуна…………………………………..……38

Список использованных источников……………………………….………....45

 

 

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский Федеральный Университет»

Институт горного дела, геологии и технологии

 

КАФЕДРА ГГФ

ГРУППА ГГ10-17

ДИСЦИПЛИНА Конструирование машин и оборудования

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ