PH] ≥ рРН, условие прочности выполняется.

Таблица 2.6.

№	Наименование рассчиты- ваемого элемента корпуса	Размер- ность	Толщина стенки
на прочн.	на уст.	исполн.
	Обечайка аппарата Обечайка рубашки Днище аппарата Днище рубашки Крышка	мм мм мм мм мм	12,00 4,00 12,00 4,00 12,00	8,00 6,00	12,00 4,00 12,00 4,00 12,00

2.7. Фланцевые соединения.

Фланцы к химическим аппаратам и штуцерам выбирают по соответствующим государственным или отраслевым стандартам с учетом условного прохода D_У, условного давления р_У и расчетной температуры t:

D_У = 1200 мм

p_У = 1,6 МПа

t = 114° C

Для данного аппарата используются фланцы приварные встык [1, табл.4, стр.27].

По типу уплотнительной поверхности фланцы относятся к исполнению с выступом-впадиной, применяемому при внутреннем давлении 0,6-1,6МПа.

В качестве материала для изготовления фланцев берется сталь Ст35.

Фланцы, подобранные по государственному или отраслевому стандарту, имеют размеры, полностью обеспечивающие прочность и плотность соединения и не нуждаются в проверочном расчёте.

Для соединения фланцев наиболее часто применяют либо болты, либо шпильки. Так как давление в аппарате менее 1,6 МПа, то используются болты.

Размеры плоских приварных фланцев. [2, табл.П3.2, стр.32]

р_У, МПа

Размеры в мм.

2,5

1200

1400

1345

1296

1310

1294

1238

1276

130

Болты
Диам. резьбы	Кол-во
М27	56

В качестве материала для крепёжных деталей фланцевых соединений с учётом рабочих условий берётся сталь марки 35Х [2, табл.П3.4, стр.36].

Выбор типа и материала уплотнительной прокладки определяется рабочей температурой, давлением и потребной частотой разборки соединения. Для данного аппарата, в качестве материала уплотнительной прокладки выбирается фторопласт-4. Его характеристики приведены в таблице 3.5

Таблица 2.72.. [2, табл.П3.5, стр. 37]

Характеристика прокладок для фланцевых соединений.

Материал	Параметры раб.среды в аппарате	Давление обжатия прокладки	коэффи- циент проклад-ки К_ПР	Толщина проклад-ки, h_П, мм	Модуль упруг, Е_П, МПа
t_max, °C	p_max, МПа	min p_ПР, МПа	допуск. [р_ПР]
паронит		6,4			2,50	2±0,1

Проверочный расчёт фланцевого соединения сводится к определению прочности болтов для двух различных состояний – при монтаже соединения и в рабочих условиях и к проверке прочности уплотнительных прокладок.

Расчётная нагрузка на все болты фланцевого соединения в условиях монтажа Р_Б1 принимается наибольшей из трёх значений:

К_Ж · (Q ± F) + R_П + 4М / D_СП

Р_Б1 = max 0.5π · D_СП · в_О · р_ПР; [1, стр.29]

0,4[σ]_Б20 · z · f_Б, (при р_Р < 0,6 МПа)

где, F – внешняя осевая растягивающая (+) или сжимающая (-) сила, Н;

М – внешний изгибающий момент, Н · м;

Q – равнодействующая внутреннего давления в аппарате, Н:

Q = 0,25π · D_СП² · р_РВ; [1, стр.29]

К_Ж – коэффициент жёсткости фланцевого соединения, который

принимается равным 1,3;

D_СП – средний диаметр прокладки, м;

D_СП = 0,5 · (D₁ + D₂); [1, стр.31]

R_П– реакция прокладки (сила осевого сжатия фланцев, требующаяся

для обеспечения герметичности соединения), Н:

R_П = К_ПР · π ·D_СП · в_О · р_РВ; [1, стр.31]

где К_ПР – коэффициент, зависящий от материала и конструкции прокладки,

К_ПР = 2,50; [2,табл.3.5,стр.37]

в_О – эффективная ширина прокладки, м;

в – ширина прокладки, м;

в = 0,5 · (D₁ – D₂); [1, стр.31]

р_ПР – минимальное давление обжатия прокладки, Па,

р_ПР = 130,00 (МПа) = 130 · 10⁶(Па); [2,табл.3.5,стр.37]

[σ]_Б20 – допускаемое напряжение для материала болтов при 20 °С, Па;

[σ]_Б20 = 230,00 (МПа) [2, табл.П3.9, стр.41]

z – число болтов фланцевого соединения;

z = 56;

f_Б – площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру

резьбы, м²;

f_Б = 444 (мм²) = 444 · 10^-6 (м²); [2, табл.П3.3, стр.36]

Внешняя осевая сила F и внешний изгибающий момент М могут возникнуть в результате, например эксцентрических весовых, ветровых и других внешних нагрузок. Для обычных условий эксплуатации внешние воздействия при расчёте не учитываются, т.е. F = 0, М = 0.

D_СП = 0,5 · (1400 + 1345) = 1372,5 (мм) = 1,37 (м)

в = 0,5 · (1400 – 1345) =27,50 (мм) = 0,0275 (м);

в > 0,015(м), значит в_О = 0,12√в;

в_О = 0,12√0,017=0,02 (м) = 20,00 (мм);

R_П = 2,50 · 3,14 · 1,37 · 0,02 · 1,6 · 10⁶ = 0,34 · 10⁶ (Н) = 0,34 (МН);

Q = 0,25 · 3,14 · 1,37² · 1,6 · 10⁶= 2,36 · 10⁶(Н);

К_Ж · (Q ± F) + R_П + 4М / D_СП = 1,3 · 2,36 · 10⁶ + 0,34 · 10⁶ = 3,41 · 10⁶(Н)

0,5π · D_СП · в_О · р_ПР = 0,5 · 3,14 · 1,37 · 0,02 · 130 · 10⁶ = 5,59 · 10⁶ (Н);

Принимаем Р_Б1 =5,59 · 10⁶(Н)

Расчётная нагрузка на болты фланцевого соединения в рабочих (эксплуатационных) условиях Р_Б2 принимается равной:

Р_Б2 = Р_Б1 + (1 – К_Ж) · (Q ± F) + F_t; [1, стр.31]

здесь F_t – усилие, возникающее от разности температур фланца и болтов в

период эксплуатации, определяемое по выражению:

F_t = E_Б · γ · z · f_Б · t · (α^t_Ф– 0,95α^t_Б), [1, стр.31]

где Е_Б – модуль упругости материала болтов при расчётной температуре, Па.

Расчётная температура для болтов – 0,96 t_С. = 109 ^оС.

Е·10^-5 = Е₁ + ;

Е₁· 10^-5 = 2,15 (МПа); Е₂· 10^-5 = 2,05 (МПа); [2, табл.П2.3, стр.24]

t₁ = 100 °C; t₂ = 150 °C

Е_Б·10^-5 = 2,15 + = 1,82(МПа);

Е_Б = 1,82 · 10⁵ (МПа)= 1,82 · 10¹¹ (Па)

γ – коэффициент пропорциональности;

γ = 0,13 [2, табл.П3.8, стр.41]

t – расчётная температура фланца, принимаемая равной температуре

рабочей среды в аппарате, °С;

t = 114 °С;

α^t_Ф, α^t_Б– коэффициентылинейного расширения материалов фланцев и

болтов соответственно;

α^t_Ф = 12,1 · 10^{-6 (}1/град); [2, табл.П2.6, стр.26]

α^t_Б= 12,4 · 10^-6 (1/град);

F_t = 1,82 · 10¹¹ · 0,13 · 56 · 444 · 10^-6 · 114 · (12,1 · 10^-6 – 0,95 · 13,3 · 10^-6)=

=39026(Н) = 0,039 · 10⁶ (Н)

Р_Б2 = 5,59 · 10⁶+ (1- 1,3) · 2,36 · 10⁶ + 0,039 · 10⁶ = 4,91 · 10⁶ (Н).

Условие прочности болтов проверяется для обоих состояний – при монтаже и в рабочих условиях:

Р_Б1 / (z · f_Б) ≤ [σ]_Б20 [1, стр.32]

Р_Б2/ (z · f_Б) ≤ [σ]_Б,

где [σ]_Б – допускаемое напряжение для материалов болтов при расчётной

температуре (0,96 t_С = 109,44 ^оС), Па;

[σ]_Б= [σ]_Б1 + ;

[σ]_Б1 =230 (МПа); [σ]_Б2 = 225 (МПа); [2, табл.П3.9, стр.41]

t₁ = 100°С; t₂ =200°C;

[σ]_Б = 230 + = 229,05 (МПа) =

= 229,05 · 10⁶(Па);

Р_Б1 / (z · f_Б) = 5,59 · 10⁶/ (56 · 444 · 10^-6)= 228,33 (МПа)

[σ]_Б20 = 230,00 (МПа)