Расчет фланцевого соединения на прочность.

Соединение узлов и деталей устьевой арматуры осуществляется с помощью фланцев. При этом уплотнение фланцевого соединения производится с помо­щью металлических колец овального или восьмигранного сечения. Эластичные, неметаллические уплотнения широко применяются в поверхностных соедине­ниях системы сбора и подготовки нефти. В устьевой арматуре усилие, дейст­вующее на кольцо, не должно приводить к его остаточной деформациям. Общее усилие, действующее на фланцевое соединение при эксплуатации арматуры оп­ределяется:

(1)

где Р_дав - усилие от действия давления, разжимающего фланцы, кН;

(2)

где Д_ср - средний диаметр уплотнительного кольца, мм;

Р- рабочее давление среды, МПа;

- остаточное усилие предварительной затяжки, которое должно быть достаточным для уплотнения соединения, кН;

(3)

где - эффективная ширина прокладки, мм;

т - прокладочный коэффициент, зависящий от упругих свойств материа­ла прокладки;

- усилие, учитывающее влияние температуры, кН;

(4)

 

где Δ t - разность температур фланца и шпилек, °С;

-для растягиваемой части шпильки, мм;

а - коэффициент теплового расширения материала фланца, 1/°С

Ешп, Епр - модули упругости материалов соответственно шпилек и проклад­ки, МПа;

- площади горизонтального сечения соответственно суммарная шпилек и прокладки, мм²;

hpaб - высота прокладки между поверхностями ее опоры о соседние фланцы, мм;

, (5)

где обозначения h_m и R₀ см. на рисунке 1.

Рисунок 1. - Схема фланцевого соединения устьевой арматуры

Р_ман - усилие от массы отводящих манифольдов, кН;
(6)

где М_изг - изгибающий момент, равный произведению тяжести отвода до оси устьевой арматуры, кН-мм, (см. рис. 2);

Дб - диаметр окружности, проведенной через оси болтов, мм;

Рисунок 2 - Схема нагрузки на устьевую арматуру

Усилие, действующее на наиболее нагруженную шпильку фланцевого соедине­ния при эксплуатации арматуры

(7)

а растягивающее напряжение

(8)

где Z - количество шпилек фланцевого соединения;

[σ_Р] - допускаемое напряжение материала шпилек, МПа.

Фланцевое соединение арматуры рассчитывают по наиболее опасному сечению АС(см. рис. 1). При расчете фланца его можно представить в виде кон­сольной балки с заделкой в сечении АС. Изгибающий момент, действующий в этом сечении будет определяться:

(10)

а полярный момент сопротивления прямоугольного сечения, в виде которого можно представить сечение АС:

(11)

где а - основание прямоугольника, мм;

b - его высота, мм.

Изгибающие напряжения в опасном сечении:

(12)

Задача 1 Рассчитать на прочность фланцевое соединение по из­вестным выражениям. Исходные данные по вариантам представлены в таблице 1 (общие исходные данные Дб, Дпр, Дср, h_n,Ro, ,b)

Таблица 1. - Расчет фланцевого соединения

№ вар	Р, МПа	bэф, мм	m	Δt, °С	мм	Z	, мм
			4,8
		2,1	4,81	1,1	60,1
		2,2	4,82	1,2	60,2
		2,3	4.83	1,3	60,3
		2,4	4,84	1,4	60,4
		2,5	4,85	1,5	60,5
		2,6	4,86	1,6	60,6
		2,7	4,87	1,7	60,7
		2,8	4,88	1,8	60,8
		2,9	4,89	1,9	60,9
		3,0	4,9	2,0
		3,1	5,0	2,1
		3,2	5,1	2,2
		3,3	5,2	2,3
		3,4	5,3	2,4
		3,5	5,4	2,5
		3,6	5,5	2,6
		3,5	5,6	2,7
		3,4	5,7	2,8
		3,3	5,8	2,9
		3,2	5.9	3,0
		3,1	6,0	3,1
		3,0	6,1	3.2
		2,9	6,2	3,3
		2,8	6,3	3,4