Фланцевые соединения и крепеж. Обзор, общие сведения. Соединение фланцев. Фланцевое соединение.
ФЛАНЦЕВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И КРЕПЕЖ. Обзор, общие сведения.
Фланцевые соединения, состоят из:
- Собственно фланца;
- комплекта крепежных изделий (шпильки, гайки, шайбы);
- прокладки(паронитовые, фторопластовые, из терморасширенного графита, стальные и др.).
Фланцевое соединение удобно при монтаже и пользуется огромным спросом. Существует большое количество аспектов подбора фланцевых соединений, с вопросами о которых стоит обращаться только к специалистам.
Что такое фланец и для чего он нужен?
Фланец — деталь трубопровода, предназначенная для монтажа отдельных его частей, а также для присоединения оборудования к трубопроводу.
Области применения
Фланец применяется при монтаже трубопроводов и оборудования практически во всех отраслях. Разнообразие материалов, из которых изготавливаются фланцы сегодня, позволяет использовать эту продукцию в качестве соединительных деталей трубопровода практически при любых условиях внешней среды (температуре, влажности и т. д.) и в соответствии со средой, проходящей по трубопроводу (в том числе и агрессивной).
Отличительные особенности и характеристики фланцев
Существуют определенные характеристики фланцев:
1. Конструктивные.
Основой этой группы характеристик является конструкция фланца. На территории Российской Федерации и стран СНГ наибольшее распространение получили три фланцевых стандарта:
- ГОСТ 12820-80 — фланец стальной плоский приварной.
- ГОСТ 12821-80 — фланец стальной приварной встык.
- ГОСТ 12822-80 — фланец стальной свободный на приварном кольце.
Фланцы по трем наиболее распространенным стандартам, упомянутые выше, предназначены для соединения трубопроводной арматуры и оборудования.
В силу конструктивных особенностей условия монтажа этих фланцев различаются.
Фланец стальной плоский приварной. При монтаже фланец «надевается» на трубу и приваривается двумя сварными швами по окружности трубы.
Фланец стальной приварной встык. Монтаж такого фланца по сравнению с плоским приварным фланцем предусматривает только один соединительный сварной шов (при этом необходимо соединить встык торец трубы и «воротник» фланца), что упрощает работу и сокращает временные затраты.
Стальной свободный фланец на приварном кольце состоит из двух частей — фланца и кольца. При этом, естественно, фланец и кольцо должны быть одного условного диаметра и давления. Такие фланцы отличаются по сравнению с вышеперечисленными удобством монтажа, т. к. к трубе приваривается только кольцо, а сам фланец остается свободным, что обеспечивает легкую стыковку болтовых отверстий свободного фланца с болтовыми отверстиями фланца арматуры или оборудования без поворота трубы. Они часто используются при монтаже трубопроводной арматуры и оборудования в труднодоступном месте или при частом ремонте (проверке) фланцевых соединений (например, в химической промышленности).
Кроме того, положительным является то, что при подборе свободных фланцев под трубу из нержавеющей стали, в целях экономии, допускается использование кольца из нержавеющей стали, а фланца — из углеродистой (табл. 1).
| Тип фланца | Параметры среды | Марка материала | ||
| Давление условное Ру, кг/см 2 | Температура К (°С) | Фланец | ||
| Стальной плоский приварной ГОСТ 12820-80 | от 1 до 25 | от -30 до 300 | ||
| от -70 до 300 | 09Г2С по ГОСТ 19281-89, 10Г2 по ГОСТ 4543-71 | |||
| от -30 до 300 | Стали 20, 25 по ГОСТ 1050-88 | |||
| от -40 до 300 | 15ХМ по ГОСТ 4543-71 | |||
| от -40 до 300 | 12Х18H9Т по ГОСТ 7769-82 | |||
| Стальной приварной встык ГОСТ 12821-80 | от1 до 25 | от -30 до 300 | Ст3сп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88 | |
| от 1 до 100 | от -40 до 425 | Стали 20, 25 по ГОСТ 1050-88 | ||
| от 1 до 200 | от -30 до 450 | |||
| от -40 до 450 | 15ХМ по ГОСТ 4543-71 | |||
| от -40 до 300 | 5Х18Н12С4ТЮ (типа) ГОСТ 5632-72 | |||
| от -70 до 300 | ||||
| от -70 до 350 | 09Г2С по ГОСТ 19281-89 10Г2 по ГОСТ 4543-71 | |||
| от -40 до 400 | 06ХН28МДТ (типа ЭИ-945) по гОСТ 5632-72 | |||
| от -70 до 400 | ||||
| от -40 до 450 | 12Х18Р9Т 10Х17Н13М3Т (типа ЭИ-432) по ГОСТ 5632-72 | |||
| от -40 до 510 | 15Х5М по ГОСТ 5632-72 | |||
| от -80 до 600 | 12Х18Н9Т по ГОСТ 5632-72 | |||
| от -253 до 600 | 10Х17Н13М3Т (типа ЭИ-432) по ГОСТ 5632-72 | |||
| от 1 до 25 | от -30 до 300 | Ст3сп не ниже 2-й категории по ГОСТ 535-88 | ||
Помимо этих трех стандартов следует особо выделить фланцы, изготавливаемые по чертежам заказчика (нестандартные фланцы). В отличие от первых трех вышеупомянутых фланцев данная конструкция не является постоянной и может изменяться в зависимости от ожиданий и требований клиента. Такие фланцы являются индивидуальными и служат для удовлетворения любых потребностей заказчика.
Фланцы, изготовленные по зарубежным стандартам, отличаются от российских конструктивно. Среди импортных, наибольшее распространение в России получили фланцы, выполненные по немецким стандартам DIN (стандарт принят по всей Европе) и американским ANSI.
| Отличительные характеристики фланцев | ||
| Конструктивные | Технологические | |
| Диаметр условного прохода Ду | ||
| Условное давление Ру | ||
| Исполнение с 1 по 9 | ||
| Ряд 1 или 2 | ||
| Круглый (квадратный) | ||
| Материал | Ст. 20 | |
| Ст. 09Г2С | ||
| Ст. 15X5M | ||
| Ст. 08Х18Н10Т (12Х18Н10Т) | ||
| Другие | ||
| Конструкция | Фланцы стальные плоские приварные ГОСТ 12820-80 | |
| Фланцы стальные приварные встык ГОСТ 12821-80 | ||
| Стальной свободный на приварном кольце ГОСТ 12822-80 | ||
| Зарубежный стандарт | ||
| Нестандартные | ||
| Фланцы по другим российским стандартам | ||
К фланцам по другим российским стандартам относятся такие как: фланцы стальные резьбовые, фланцы сосудов и аппаратов, фланцы изолирующие для подводных трубопроводов. Они отличаются от вышеупомянутых по конструкции и областям применения.
Также к конструктивным особенностям относятся (на примере трех наиболее распространенных ГОСТов):
- Условный проход. Обозначается как Ду и измеряется в мм.
- Условное давление. Обозначается как Ру и измеряется в кгс/см 2 .
- Исполнение с 1 по 9. Определяет вид поверхности под прокладку.
- Материал (представлен российскими марками стали).
2. Технологические.
Эти характеристики связаны с особенностями производства (из каких заготовок и по каким технологиям выполняется фланец).
Круглые и квадратные фланцы. В настоящее время выпускается небольшое количество задвижек, клапанов и т. п. трубопроводной арматуры, имеющей в качестве присоединительного узла фланец квадратный. Поэтому в соответствии с ГОСТ 12815-80 до давления условного Ру 4 МПа (40 кгс/см 2) предусмотрены по конструкции фланцы как круглые, так и квадратные. При заказе квадратных фланцев необходимо помнить, что существует прямая зависимость диметра фланца от условного давления: чем выше давление, тем меньшего диаметра фланец можно произвести (табл. 2).
| Ру, кг/см 2 | 1,0; 2,5; 6,0 | 10,0; 16,0 | 25,0; 40,0 |
| Ду, мм | 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100 | 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80 | 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50 |
Условный проход. Особенности его обозначения
Стоит сразу же отметить, что условный проход не является внешним диаметром трубы, а обозначает проход (сечение), по которому протекает среда через фланцевое соединение. Одной из особенностей фланцев стальных плоских приварных и стальных свободных на приварном кольце на диаметры условного прохода Ду 100,125 и 150 мм является то, что возможны три их конструкции под различные наружные диаметры трубы.
Поэтому при заказе этих фланцев на Ду 100,125 или 150 мм необходимо указывать букву, соответствующую требуемому диаметру трубы. Если в заявке (спецификации) на данные типоразмеры фланцев буква не указана, то фланцы изготавливаются под следующие диаметры трубы: 100А, 125А, 150Б (табл. 3).
Следующей особенностью фланцев с диаметром условного прохода Ду > 200 мм является то, что из-за различных классов точности изготовления труб и фланцев, расточка внутреннего диаметра фланцев плоского, свободного и его кольца допускается по фактическому наружному диаметру трубы с зазором на сторону не более 2,5 мм, т. е. по всему внутреннему диаметру фланца и кольца не более 5,0 мм. Другими словами, при изготовлении трубы возможно отклонение от идеальной формы круга, таким образом, труба может не соответствовать внутреннему диаметру фланца, что в свою очередь затрудняет соединение трубы и фланца.
Ряды
Если при заказе не оговорены особенности конструктивного исполнения присоединительных размеров (ряд 1 или 2), то изготовление фланца по умолчанию осуществляется в соответствии с рядом 2. Конструктивным отличием фланцев ряда 1 от фланцев ряда 2 является разное количество отверстий в нем под крепежные болты (шпильки) и их диаметры.
Например, фланец на Ду 300 мм и Ру 63 кгс/см 2 ряда 1 имеет диаметр крепежного отверстия 36 мм, а ряда 2—39 мм. Аналогично, фланец на Ду 80 мм и Ру 10 кгс/см 2 ряда 1 имеет диаметр крепежного отверстия 18 мм с общим их количеством 8 шт., а ряда 2 соответственно — 18 мм и 4 шт. Поэтому эту особенность необходимо учитывать при заказе фланцев в качестве ответных под запорную арматуру.
Давление
Еще одной важной конструктивной особенностью всех изделий, составляющих фланцевое соединение, является условное давление, которое может выдержать соединение. Показатели по давлению зависят от геометрических размеров фланца и исполнения уплотнительной поверхности. Фланец стальной плоский приварной (ГОСТ 12820-80) и фланец стальной свободный на приварном кольце (ГОСТ 12822-80) выдерживают давление до 25 кгс/см 2 , а вот фланец стальной приварной встык (ГОСТ 12821-80) может выдерживать давление до 200 кгс/см 2 .
При этом особенностью данного показателя является то, что он может выражаться в различных единицах измерения: кгс/см 2 , Па, МПа, атм, бар. Единицей измерения при производстве и обозначении фланцев является кгс/см 2 . Во избежание недоразумений при заказе продукции всегда указывайте единицу измерения давления.
Исполнения фланца
В соответствии с требованиями ГОСТ имеется девять исполнений поверхности фланца (рис. 2), а для свободного фланца различные исполнения возможны только у приварного кольца. Поэтому при подборе ответных фланцев трубопроводной арматуры, кроме условных прохода и давления, необходимо указывать исполнение уплотнительной поверхности.
Исполнение 1. Используется при условном давлении не выше 63 кгс/см 2 . Для трубопроводов, транспортирующих вещества А и Б технологических объектов I категории взрывоопасное не допускается применение фланцевых соединений с исполнением I уплотнительной поверхности, за исключением случаев применения спирально навитых прокладок с ограничительным кольцом.
При этом существует следующая схема стыковки фланцев по исполнениям:
Исполнение 1 (с соединительным выступом) с исполнением 1;
Исполнение 2 (с выступом) с исполнением 3 (с впадиной);
Исполнение 4 (с шипом) с исполнением 5 (с пазом);
Исполнение 6 (под линзовую прокладку) с исполнением 6;
Исполнение 7 (под прокладку овального сечения) с исполнением 7;
Исполнение 8 (с шипом) с исполнением 9 (с пазом) с обязательным использованием фторопластовой прокладки.
Марки материала
Последней отличительной конструктивной характеристикой фланца является используемый материал. Фланцы могут изготавливаться из углеродистых и легированных сталей, а также из нержавеющих сталей. В настоящее время для изготовления фланцев используют большое количество марок стали, наибольшее распространение из которых получили ст.20, СТ.09Г2С, ст.15Х5М и ст.12Х18Н10Т.
Марки стали подбираются с учетом использования фланцев на данную рабочую температуру, условное давление и транспортируемую среду в трубопроводе. Требования на марку стали фланца в зависимости от рабочего давления и температуры среды приведены в ГОСТ 12816-80 (табл. 1).
Крепеж — это детали для неподвижного соединения частей машин и конструкций. К ним обычно относят детали соединений: болты, винты, шпильки, гайки, шурупы, глухари, шплинты, шайбы, заклепки, штифты и многое другое.
Крепежные изделия принято делить на две основные группы:
1. Общепромышленный — крепеж, применяемый практически во всех отраслях промышленности и народного хозяйства, не обладающий узкими специализированными характеристиками.
2. Крепеж специального назначения — характеризуется узкоспециализированной областью применения (например, автомобильный, железнодорожный, и др.).
Для таких изделий свойственна четкая направленность на применение в конкретной области или даже продукции (механизмы, изделия и т. п.), обусловленная специальными характеристиками.
Фланцевый крепеж
— предназначен для соединения деталей трубопроводов.
К деталям фланцевого крепежа относятся: болт, шпилька, гайка, шайба.
Этим деталям даны следующие определения:
- Болт — крепежная деталь для разъемного соединения частей машин и сооружений в виде стержня с резьбой на одном конце и шести- или четырехгранной головкой на другом.
- Гайка — деталь резьбового соединения или винтовой передачи, имеющая отверстие с резьбой. Крепежная гайка в резьбовом соединении навинчивается на конец болта или шпильки или же на резьбовой участок вала, оси для закрепления от осевого перемещения сидящих на них деталей — подшипников качения, шкивов и т. п.
- Шайба — деталь, подкладываемая под гайку или головку винта. Шайбы общего назначения применяют для увеличения площади опоры, если опорная поверхность из мягкого материала или неровная, а также, если отверстие под винт продолговатое или увеличенного диаметра. Косую и сферические шайбы используют для устранения перекоса гайки или головки винта при затяжке. Быстросъемную шайбу применяют в приспособлениях для экономии времени на снятие обработанной детали и установку новой. Уплотнительную шайбу из мягкого материала ставят под головку резьбовой пробки для обеспечения герметичности соединения. Пружинная шайба уменьшает опасность самоотвинчивания винтов или гаек благодаря силам упругости сжатой шайбы. Стопорная (запирающая) шайба путем отгибания ее частей устраняет возможность поворота гайки или винта относительно опорной детали или вала. Концевые шайбы препятствуют осевому перемещению вдоль вала неподвижно закрепленных или вращающихся на валу деталей.
- Шпилька — крепежная деталь, представляющая собой металлический стержень с резьбой на обоих концах. Конец шпильки ввинчивается в одну из соединяемых деталей, а другая деталь прижимается к первой при навинчивании гайки на другой конец шпильки. Возможно также соединение деталей шпилькой, на концы которой навинчивают гайки. Существует большое количество нормативных документов, в которых сформулированы технические требования к крепежу. Например, требования к крепежу, используемому во фланцевых соединениях, изложены в ГОСТ 20700-75. Эти требования обусловлены условиями эксплуатации: рабочим давлением, характеристиками среды и т. д. Конструкция и размеры крепежных изделий регламентируются в ГОСТ 9064-75,9065-75, 9066-75.
Основные параметры фланцевого крепежа
Рабочее давление
Это давление, с которым транспортируется по системе жидкость (газ, пар и т. д.). Следовательно, чем выше рабочее давление в системе, тем с более высокими прочностными характеристиками необходимо выбирать крепеж. В свою очередь, необходимые прочностные характеристики крепежа обеспечиваются правильным выбором материала, режимами термической обработки и т. д. Таким образом, в диапазоне температур от -40 до + 400 °С, и при давлении до 100 кгс/см 2 рекомендуется применять крепеж, изготовленный из стали 35, в то время как увеличение давления до 200 кгс/см 2 требует применение крепежа из стали 20X13.
Рабочая температура
Одним из важнейших параметров является рабочая температура. Исходя из того, какую температуру имеет среда, которая будет транспортироваться по трубопроводу, а также с учетом внешней среды, зависит и марка стали, из которой будет изготовлен крепеж. Каждая марка стали имеет определенный диапазон рабочих температур, при которых крепежное изделие может обеспечить прочность и надежность соединения.
Например, при одном и том же номинальном давлении при температуре не ниже -30 °С рекомендуется применять шпильки из стали 35, в то время как при предполагаемой температуре эксплуатации до -70 °С следует применять крепеж, изготовленный из хладостойких марок стали, например, 09Г2С или 10Г2.
Рабочая среда
Существуют определенные характеристики рабочей среды: температура, химические свойства (состав — агрессивный, неагрессивный).
В соответствии с перечисленными выше показателями должен подбираться фланцевый крепеж. Для агрессивных сред подбирается крепеж, который может выдержать негативное разрушительное влияние этой среды. К таким маркам стали относятся 20X13,14X17Н2, 12Х18Н9Т и другие.
Тип и/или исполнение
Большинство ГОСТ предусматривают возможность изготовления схожей по общему виду и назначению продукции, имеющей определенные отличия, для обозначения которых используется понятие «тип» и «исполнение».
Например, ГОСТ 22042-76, распространяющийся на шпильки для деталей с гладкими отверстиями, предусматривает возможность изготовления шпилек, отличающихся между собой диаметром гладкой части.
Для исполнения 1 диаметр гладкой части равен номинальному диаметру резьбы. Для исполнения 2 диаметр гладкой части приблизительно равен среднему диаметру резьбы.
Диаметр резьбы
Все резьбовые крепежные детали имеют внутренний (гайки) и наружный (шпильки и болты) диаметр резьбы. В зависимости от назначения и нормативного документа, по которому изготавливается продукция, резьба может быть метрической и дюймовой. Метрический шаг резьбы измеряется в миллиметрах, а дюймовый — в дюймах.
Пример: М12 — метрическая резьба с номинальным диаметром 12 мм; 3 / 4 " — дюймовая резьба с номинальным диаметром 3 / 4 дюйма.
Шаг резьбы — расстояние между двумя соседними вершинами резьбы.
В зависимости от назначения крепежного изделия большинство нормативных документов предусматривает возможность изготовления крепежа с различным шагом резьбы (крупный или мелкий шаг резьбы). Как правило, крупный шаг резьбы является основным и при заказе изделия не указывается.
В отдельных случаях может быть выполнен шаг резьбы отличный от рекомендованного нормативными документами.
Пример: болт М12×1,25 — болт с метрической резьбой, номинальным диаметром 12 мм и мелким шагом резьбы 1,25 мм.
Размер «под ключ»
равен диаметру вписанной окружности.
Как правило, для каждого номинального диаметра резьбы предусмотрена одна величина «под ключ».
Пример: для гайки с номинальным диаметром резьбы 16 мм предусмотрен размер «под ключ» S, равный 24 мм.
Длина болта — длина, которая указывается в обозначении изделия при заказе, в большинстве случаев не является габаритной характеристикой. Преимущественно длина болта, указываемая в обозначении изделия, равна длине стержня болта, т. е. высота головки болта в расчет не берется.
Пример: для болта М12х120 — длина стержня болта равна 120 мм, при этом общая габаритная длина больше на высоту головки болта на 7,5 мм, т. е. общая габаритная длина равна 127,5 мм. На рис. 3: l — длина болта; l+ к = общая габаритная длина болта.
Длина шпильки
Для большинства шпилек длина l, указываемая при заказе, обозначает общую габаритную длину шпильки. Однако некоторые нормативные документы предусматривают в обозначении шпилек не всю длину шпильки.
Пример: ГОСТ 22032-76, распространяющийся на шпильки с ввинчиваемым концом длиной d v предусматривает обозначение длины шпильки, не включающей длину ввинчиваемого конца. l — длина шпильки, b — длина ввинчиваемого конца (рис. 4).
Исполнение 1
Поле допуска
резьбы обозначает точность исполнения резьбы.
Чем больше значение поля допуска, тем больше отклонение параметров резьбы от номинальных.
Для большинства крепежных изделий достаточным является поле допуска резьбы для наружной резьбы — 6д, для внутренней резьбы—6Н.
Длина резьбового конца — длина части болта или шпильки, предназначенная для навинчивания гайки.
Покрытие
В случае необходимости защиты крепежного изделия от негативного воздействия окружающей среды возможно нанесение на его поверхность различных защитных покрытий (цинк, хром, никель и др.), что тоже необходимо указать при заказе.
Группы качества
В зависимости от назначения крепежа и условий работы крепежных деталей установлено пять групп качества готовых изделий (табл.1, ГОСТ 20700-75).
Согласно ГОСТ 20700-75 стали для крепежных изделий подразделяются на следующие категории:
- категория I — углеродистые стали с техническими требованиями к изделиям общего назначения нормальной точности с номинальным диаметром резьбы до 48 мм, рабочая температура изделия до 200 °С;
- категория II — углеродистые стали, применяемые для болтов, шпилек, пробок, хомутов и гаек повышенной точности с номинальным диаметром резьбы до 48 мм и шайб всех размеров с рабочей температурой изделия до 300 °С. Углеродистые стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-71;
- категория III — качественные углеродистые стали в улучшенном состоянии, применяемые для болтов, шпилек, пробок, хомутов и гаек всех размеров с рабочей температурой до 425 °С в случаях, если температура отпуска выше этой температуры не менее чем на 100 °С;
- категория IV—теплоустойчивые, жаропрочные, легированные стали в термически обработанном состоянии, применяемые для крепежных изделий всех размеров с рабочей температурой не более температуры среды, отвечающей всем принятым в данной отрасли нормам и правилам устройства и безопасной эксплуатации («Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды», «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением», «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и водогрейных котлов»).
Как правильно подобрать нужный Вам крепеж
Фланцевый крепеж подбирается в соответствии со следующими документами: ГОСТ 20700-75; ГОСТ 12816-80; ГОСТ 9064-70; ГОСТ 9066-75; ПБ 10-115-96; ПБ-03-75-94; ОСТ 26-2043-91; ОСТ 26-2037-96; ОСТ 26-2038-96; ОСТ 26-2039-96; ОСТ 26-2040-96; ОСТ 26-2041-96 и другими нормативными документами, регулирующими применение крепежа в зависимости от его назначения.
Чтобы правильно подобрать крепеж необходимо помнить о том, что им будет комплектоваться конкретное фланцевое соединение, следовательно, необходимо учитывать такие параметры:
- рабочее давление
- рабочая температура
- рабочая среда (газ, вода, пар, нефть и т. д.)
- внешняя среда
Помимо вышеперечисленных параметров на выбор крепежа влияет и марка стали, из которой изготовлен фланец. Рассматриваются наиболее часто применяемые марки стали фланцев и даются рекомендации по вариантам комплектации их фланцевым крепежом.
Примечание 1. Существуют определенные ограничения по выбору типа крепежа для фланцевого соединения. При давлении до 25 кгс/см 2 Вы можете заказать как болт, так и шпильку. При давлении же свыше 25 кгс/см 2 , согласно ГОСТ 12816-80, применение болтов не допускается.
Примечание 2. Для фланцевых соединений существует большое количество рекомендуемых марок материала для комплектации. При желании можно заказать шпильку и гайку как из одной и той же марки стали, так и из разных. При изготовлении крепежной пары гайка-шпилька из одной и той же марки стали, твердость гайки должна быть на 20 единиц меньше, чем у шпильки. Это обусловлено тем, что при возникновении избыточного давления в системе вероятно повреждение шпильки, при этом гайка не будет повреждена. В этом случае сложнее будет выявить неполадку. Если шпилька выполнена методом накатки резьбы, то ГОСТ 20700-75 допускает изготовление пары из материала с одинаковой твердостью.
Ниже рассматриваются варианты комплектации крепежом фланцев, изготовленных из наиболее востребованных марок стали.
Для фланцевых соединений на давление не выше 100 кгс/см 2 обычно используются шпилька из стали 35 и гайка из стали 20.
Такой крепеж характерен для коммуникаций различных зданий и сооружений.
При рабочем давлении до 160 кгс/см 2 , например, в системах, где вода подается при высоком давлении (при строительстве шахт и т. д.) ГОСТ 20700-75 рекомендует применять сталь марки 35Х, но согласно этому же ГОСТу: «По соглашению между потребителем и изготовителем допускается изготовление крепежных изделий из других марок стали, обеспечивающих получение изделий в соответствии с требованиями настоящего стандарта», поэтому допустимо использование шпилек и гайек из стали 10Г2 — сталь, не уступающая эксплуатационным характеристикам стали 35Х. При этом существует значительная разница в стоимости этих двух марок стали. Марка стали 10Г2 на 20% дешевле, чем сталь марки 35Х.
Сталь 20X13 — одна из наиболее распространенных марок стали для комплектации фланцевых соединений, в связи с чем, практически всегда имеется в наличии у производителя. Крепеж из этой марки стали позволяет при этом перекрыть широкий диапазон показателей по давлению и по температуре. Поэтому на давление до 200 кгс/см 2 может использоваться крепеж из стали 20X13.
К фланцам из марки стали 09Г2С рекомендуется использовать крепеж из марки стали 14X17Н2, но при этом, если в системе предусмотрено давление лишь до 160 кгс/см 2 , рекомендуется использование крепежа из стали марки 10Г2, что не противоречит нормативно-техническим документам и рекомендовано Ростехнадзором. По стоимости 10Г2 значительно дешевле, чем14Х17Н2.
Фланцы из стали 12Х18Н10Т комплектуются крепежом из стали 20X13, при работе в диапазоне температур от -40 до + 450 °С.
Если же требуется обеспечить работу при температуре от -80 до +600 °С, то необходимо использовать крепеж из стали марки 12X18Н1 ОТ.
Марка стали 10Х17Н13МЗТ относится к разряду коррозионностойких марок стали. Такой фланец комплектуется парой шпилька-гайка из стали 10X17 Н13МЗТ.
Эта марка стали нашла широкое применение в системах пищевой и химической промышленности.
Оценка статьи:
Методика расчета усилий затяжки болтовых соединений фланцев часть II
Мерой нагрузки, требуемой для растягивания болта, является предел текучести. Действуя в его рамках, мы позволяем болту возвращаться к своей первоначальной длине. Перегрузка болта может привести к выходу за рамки предела текучести и фактически снизить нагрузки, действующие на прокладку, вследствие дополнительных напряжений возникших внутри фланцевого соединения. В этом случае продолжение затяжки болтов не обязательно увеличивает нагрузку на прокладку. Скорее всего, вместо предотвращения утечки может произойти разрушение болта.
Болт может потерять свою сжимающую функцию, если он не растянут достаточно и система ослабляется, следуя за его затяжкой. Рекомендуется нагружать болт на 50-60% от предела текучести, для того, чтобы он достаточно растянулся. В ряде случаев, однако, данная величина может быть уменьшена, в частности, если нагрузка может повредить прокладку или согнуть .
Болты производятся из различных материалов, каждый из которых характеризуется индивидуальным пределом текучести. Правильный выбор болта имеет решающее значение для эффективности собранного фланцевого соединения.
Итак, у нас есть динамометрический ключ, для измерения крутящего момента и формула, позволяющая вычислить этот момент исходя из требуемого усилия сжатия прокладки. Вопрос в том, как сильно надо сжать прокладку, чтобы обеспечить герметичность?
Сила, оказывающая давление на прокладку состоит из нескольких составляющих:
Первая составляющая должна сжимать и удерживать прокладку на месте. Нагрузка, создаваемая болтом, сжимает прокладку, и она принимает форму поверхности фланца. Гидростатическое давление, возникающее внутри сосуда или трубопровода, наоборот стремится выдавить прокладку из соединения фланцев приварных . Сжатие прокладки должно быть достаточным, чтобы удерживать ее на месте, компенсируя внутреннее давление. Также требуется некоторая остаточная нагрузка, которая удерживает прокладку, после того как давление спадет.
Усилие, необходимое для создания герметичного соединения, зависит от типа или формы прокладки, жидкости в системе, а также температуры и давления. В стандартах ASME указаны основные факторы, влияющие на прокладку, но всегда лучше получить рекомендации от производителя прокладок.
Уравнение для определения минимального усилия на прокладке выглядит следующим образом:
Wm2 = (π b G) у
Первая комбинация параметров – это эффективная площадь прокладки на основе ее ширины b и нагрузочного диаметра G, который отражает противодействие прокладки. Вывод численных значений для всех типов прокладок и конфигураций сжатия выходит за рамки данной статьи. Тем не менее, эти данные можно найти в документации на котлы или сосуды под давлением.
Следует отметить, что некоторые производители используют более консервативный подход, в частности предлагают максимально приравнять площадь прокладки к уплотнительной поверхности . Тем не менее, вышеуказанная формула позволяет рассчитать минимальные нагрузки.
Для того чтобы получить конечную величину сжатия Wm2 , необходимо умножить все это на коэффициент прокладки y . Чем больше величина коэффициента y , тем большие усилия требуются для того чтобы «осадить» прокладку.
Надежность любой системы зависит от надежности самого слабого звена системы. Сварные соединения стальных труб надежные и используются в большинстве случаев. Но возникают ситуации, при которых использование сварного соединения невозможно. Подключения различных фитингов, обеспечения разборного соединения, возможности профилактики и ремонта трубной арматуры а также рабочих узлов агрегатов, соединения разнородных труб: чугун-пластик, чугун-сталь, сталь-пластик, сталь-асбестоцемент, пластик-асбестоцемент и решения еще множества технологических задач. Обеспечить надежность и долговечность эксплуатации таких соединений должно фланцевое соединение. В общем конструкция фланцев предусматривает пару фланцев и уплотнительную прокладку и кольца, соединенные болтами или шпильками.
Фланцы - общие характеристики
Для унификации продукции и возможности использования данной продукции в различных странах мира без проведения дополнительной обработки введена четкая классификация фланцевых соединений. Иногда один и тот же фланец в различных классификациях будет иметь различные обозначения.
Основные классификации, использованные в мире:
- ГОСТ - стандарт принятый в СССР, и действующие на постсоветском пространстве;
- DIN - немецкий стандарт действующий в Европе;
- ANSI/ASME - американский стандарт действующий в США, Японии и в Австралии.
Существуют таблицы перевода стандартов, в которых указаны, какому стандарту отвечает тот или иной фланец.
Для изготовления фланцев используют различные материалы:
- чугун;
- ковкий чугун;
- углеродистые стали;
- нержавеющие стали;
- легированные стали;
- полипропилен.
Полипропиленовые фланцы получили свое распространение в последние десятилетие. В основном используются для монтажа безнапорных систем, соединения ПЭ трубы с металлической, присоединения трубной арматуры, на которой установлено фланцевое крепление. Изготовляют такие фланцы, как и металлические, литьем или штамповкой.
Разделяют фланцы и по типам:
- плоские(ГОСТ 12820-81);
- воротниковые(ГОСТ 12821-81);
- свободные фланцы на приварном кольце(ГОСТ 12822-80);
- фланцы для сосудов и аппаратов(ГОСТ 28759.2-90);
- кольцевая заглушка(ГОСТ 12836-80).
Допускается изготовление квадратных фланцев, которые имеют минимум 4 отверстия под болты или шпильки. Использовать такие фланцы можно на системах с максимальным давлением не более 4,0МПа.
Согласно номенклатуре и соответственно ГОСТ 12815—80 фланцы арматуры и соединительных частей трубопроводов имеют девять основных исполнений уплотнительной поверхности:
- исп. 1 — с соединительным выступом, самое распространенное исполнение фланцев, имеет специальный соединительный выступ в форме фаски под углом 45°
- исп. 2 — похож по исполнению с предыдущей моделью, только соединительный выступ идет под углом 90°;
- исп. 3 — с впадиной с внутренней стороны и выступ с наружной под углом 45°;
- исп. 4 — с шипом;
- исп. 5 — с пазом в виде кольцевой выборки;
- исп. 6 — под линзовую прокладку, с внутренней стороны выбрана фаска;
- исп. 7 — под прокладку овального сечения, кольцевая выборка в форме с торцевой стороны;
- исп. 8 — с шипом под фторопластовую прокладку;
- исп. 9 — с пазом под фторопластовую прокладку.
Для фланцев сосудов и аппаратов имеются свои требования к исполнению, обозначенные в ГОСТ 28759.2-90, а для плоских приварных фланцев - в ГОСТ 28759.390
Конструктивные особенности фланцев
Фланцы, как любая трубная или запорная арматура, обладают несколькими конструктивными особенностями. При выборе и расшифровки обозначения фланцев эти особенности необходимо обязательно знать.
Условный проход
Условный проход фланца является внутренним диаметром трубы, фасонной части или запорной арматуры, на которую приваривается фланец. Он принимается исходя только из условного прохода трубы.
Для плоских приварных фланцев с условным проходом 100, 125, 150 в зависимости от исполнения указывается буква (А,Б,В) - от нее зависит внешний диаметр трубы, если буква не указана, считается по умолчанию буква А.
Ряды
Все геометрические размеры фланца буду зависеть от условного прохода. Один и тот же фланец с одинаковым условным проходом может быть изготовлен двумя способами - ряд1 и ряд2. Они отличаются разными межосевыми расстояниями между присоединительными отверстиями, а также в некоторых случаях разными диаметрами соединительных отверстий. По умолчанию фланцы изготовляют по ряду 2.
Давление
Важным свойством фланцевого соединения это возможность удерживать давление системы без протечек и разрушения системы. Этот показатель обозначается как условное давление. Показатель условного давления зависит от геометрических размеров фланца, материала изготовления, исполнения, уплотнительной прокладки.
Важно: При заказе фланцев следует помнить, что существуют разные размерности давления: в кгс/см2, Па(МПа), атм., бар. Поэтому необходимо точно указывать, на какое давление должно быть рассчитано данное изделие.
Температура
Рабочая температура жидкости станет температурой фланца, следует учесть, что параметры давления и температуры взаимозависимы. При увеличении температуры максимальное давление, под которым работает фланцевое соединение, будет падать. Зависимость можно выразить линейной интерполяцией. Зависимости между рабочей температурой и давление для каждого фланца приведены в специальных таблицах и ГОСТах.
Обозначение фланцев
Каждый из видов фланцев имеет свое специфическое обозначение, рассмотрим каждый из них.
Плоские приварные фланцы
Разберем на примере обозначение плоских приварных фланцев:
Фланец 1-65-25 09Г2С ГОСТ 12821-80
Фланец плоский приварной исполнения 1 с условным проходом(Ду) - 65мм, рассчитан на условное давление в 25кгс/см2 , изготовлен из стали 09Г2С в соответствии с ГОСТ 12821-80.
При выборе фланца под фторопластовую прокладку после цифры Ду, указывают букву Ф.
Воротниковые фланцы
Фланец 1-1000-100 ст. 12х18н10т ГОСТ 12821-80
Обозначает фланец исполнения 1, с условным проходом 1000, рассчитан под давление 100кгс/см2, изготовлен из стали 12х18н10т, которая является конструкционной нержавеющей сталью.
Для квадратных фланцев дополнительно в названии указывают - фланец квадратный.
Также как и в плоских фланцах при использовании фторопластовой прокладки указывают букву Ф.
Свободные фланцы на приварном кольце
Обозначение свободных фланцев как и плоских фланцев немного отличается. Поскольку в данном изделии используется приварное кольцо, то к обозначению фланца идет еще обозначение кольца, например:
Фланец 50-6 СТ20 ГОСТ 12822-80
Кольцо 1-50-6 СТ 35 ГОСТ 12822-80
Здесь: 50 - условный проход, условное давление 6кгс/см2, фланец изготовлен из стали ст20, кольцо из стали ст35.
Для условного прохода 100, 125, 150 необходимо также указывать букву(А, Б, В), по умолчанию - А.
Прокладки для фланцевых соединений
Герметизация узла или соединения, находящегося под избыточным давлением, часто в агрессивной среде занимает важное место в расчете фланцевого соединения.
В зависимости от используемого вида фланца или иго конструктивного исполнения, давления, температуры, химических свойств среды, в качестве герметизирующих прокладок используются:
- КЩ(7338-77) - резина техническая кислотощелочная;
- МБ(7338-77) - резина маслобензостойкая;
- Т(7338-77) - резина техническая теплостойкая;
- ПОН(481-80) - паронит общего назначения;
- ПМБ(481-80) - паронит маслобензостойкий;
- Картон асбестовый;
- Фторопласт-4.
Затяжка фланцевых соединений
Затяжка фланцевых соединений - ключевой момент монтажа фланца. Чтобы достичь максимальной герметизации, необходимо чтобы все детали были точными.
Подготовка элементов
Поверхности фланцев очисть и обезжирить, проверить на наличие царапин, впадин и вмятин. Осмотреть на наличие коррозии самого фланца и крепежных элементов - болтов и гаек. Удалить заусеницы с резьбы, предварительно также можно «прогнать» по резьбе каждый болт и гайку. Смажьте резьбу болта, или шпильки. Подготовьте и установите прокладку. Убедитесь в правильности ее установки, она должна лежать по центру.
Важно: Не используйте старые прокладки, если нет возможности заменить прокладку допускается установка нескольких старых прокладок.
Последовательность затяжки
Надежную и правильную фиксацию фланца обеспечит правильный порядок затяжки болтов. Для этого слегка затените первый болт, следующий болт выбираете с противоположной стороны, затяжка также провести слегка. Третий болт, который затягиваете, отстает от первого на четверть оборота(90°) или близкий к этому углу. Четвертый - напротив третьего. Последовательность продолжить пока не будут затянуты все болты. При затяжке фланцев с креплением на 4 болта используют технику - крест-накрест.
Момент затяжки
Чтобы получить максимально герметическое соединение, болты должны иметь необходимый момент затяжки. Напряжение от затяжки должно быть равномерно распределится по фланцу. Во время затяжки на болт действует растягивающие усилие противоположное усилию затяжки соединения. При избыточном усилии затяжки можно сорвать резьбу на болте или оборвать сам болт.
Для регулировки усилия затяжки используют разные техники затяжки:
- гидравлической натяжной механизм;
- гидравлический динамометрический ключ;
- пневмогайковерт;
- ручной динамометрический ключ.
В крайнем случае можно использовать затяжку от руки, но подобным способом лучше работать профессионалу.
В независимости от выбранного способа затяжки усилие, с которым затягиваются гайки, должны отвечать спецификации изделия.
После установки фланца и запуска системы в первые 24 часа работы возможна потеря момента затяжки до 10%. Это присуще любому болтовому соединению за счет вибрации, усадки прокладки, изменению температуры.
Через сутки-двое дополнительно провести затяжку резьбовых соединений к установленному моменту, согласно спецификации.
Очень часто можно услышать, что «прокладка протекает». Данное утверждение не всегда является справедливым. На самом деле, всегда протекает соединение, а прокладка является только одним из его компонентов. Зачастую ожидается, что прокладка способна компенсировать недостатки обработки рабочих поверхностей фланцев и смещение фланцев в результате изменений рабочих температуры и давления, вибрации и т.д. Во многих случаях прокладки на это способны, но только при правильном выборе их типа и материала, а также при соблюдении правильной процедуры установки.
А) Что нужно делать и чего нельзя допускать при установке прокладок
- Основной и ответный фланец должны быть одного типа и правильно выровнены. Суммарная несоосность фланцев не должна превышать 0,4 мм.
- Недопустимо пытаться стянуть фланцы, находящиеся далеко друг от друга с помощью крепежа. В таких случаях необходимо использование проставок с использованием прокладок с обеих сторон проставки.
- Крепеж должен быть подобран таким образом, чтобы его предел упругости не превышался при приложении требуемой нагрузки.
- Дополнительная затяжка болтов после того, как соединение с плоской неметаллической прокладкой было подвержено действию повышенных температур, недопустимо. (Прокладка может затвердеть, и дополнительное усилие приведет к ее разрушению).
- Необходимо убедиться в отсутствии коррозии на крепеже, так как ее наличие приводит к снижению способности крепежа нести нагрузку.
- Необходимо убедиться, что материал прокладки соответствует спецификации для данного соединения.
- Необходимо убедиться в том, что на рабочих поверхностях прокладки отсутствуют задиры и царапины, особенно в радиальном направлении.
- Материал следует выбирать таким образом, чтобы допустимая нагрузка на гайки была на 20% выше, чем допустимая нагрузка на шпильки или болты. Следует всегда использовать шайбы из того же материала, что и гайки.
- При необходимости на резьбу следует наносить смазку, но только равномерным тонким слоем. При использовании крепежа из нержавеющей стали следует убедиться, допустимо ли использование смазки конкретного типа.
- Недопустимо повторное использование крепежа и прокладок.
- Следует всегда использовать прокладки минимально допустимой толщины.
- При вырезании прокладок для плоских фланцев отверстия под болты должны вырезаться до вырезания внешнего и внутреннего диаметра прокладки. В случае, когда отверстия под болты расположены близко к внешнему диаметру прокладки, их вырезание после вырезания прокладки может привести к нарушению ее формы.
- Прокладки следует хранить в сухом прохладном месте вдали от источников тепла, влажности, масел и химикатов. Их также следует хранить плоскими в горизонтальном положении (т.е. не подвешивать на крюки).
- Следует избегать нанесения смазки на прокладки и рабочие поверхности фланцев.
Б) Затяжка болтов фланцевого соединения.
Соединения следует затягивать равномерно в три или даже четыре прохода, последовательностью «крест-накрест», как показано на рисунке. Имейте в виду, что при данной последовательности затяжка одного из болтов может привести к ослаблению другого (других), поэтому в качестве последней операции рекомендуется дополнительная затяжка всех болтов по кругу. Некоторые соединения необходимо повторно затягивать непосредственно перед вводом в эксплуатацию с целью компенсации релаксации прокладок и крепежа. Ожидаемая релаксация - 10% по моменту в течение первых суток. Также в некоторых случаях при использовании прокладок определенных типов совместно с фланцами некоторых форм присоединительной поверхности на теплообменниках необходимо осуществлять дополнительную затяжку соединения при начальном нагреве теплообменника.
Разумное требование - затягивать сперва не более чем на 80% от максимума, указанного в таблице , подтянуть при необходимости, максимум не превышать ни в коем случае. При этом класс прочности болтов или шпилек обычно применяется не ниже 5.8
В) Устранение неисправностей
| НЕИСПРАВНОСТЬ | ВОЗМОЖНАЯ ПРИЧИНА | СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ |
| Течь возникла сразу при подаче среды в трубопровод | Недостаточная или избыточная нагрузка в соединении или нагрузка приложена неравномерно | Аккуратно вставьте новую прокладку. Проверьте выравнивание фланцев, их рабочие поверхности и затяните болты в соответствии с описанной процедурой. |
| Течь возникла после непродолжительной эксплуатации |
|
|
| Течь возникла после нескольких часов или дней эксплуатации | Химическое воздействие на прокладку со стороны среды или ее механическое разрушение. | Проверьте химическую совместимость материала прокладки со средой данной концентрации при рабочих условиях. Проверьте правльность выбора типа прокладки. |
СССР
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
ФЛАНЦЕВЫЕ
СОЕДИНЕНИЯ СОСУДОВ И АППАРАТОВ
НА ДАВЛЕНИЕ СВЫШЕ 10 ДО 100 МПа
(СВЫШЕ 100 ДО 1000 КГС/СМ 2)
МЕТОДИКА РАСЧЕТА РЕЖИМОВ ЗАТЯЖКИ ШПИЛЕК
РД 26-01-122-89
РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ
Дата введения 01.01.90
Настоящий руководящий документ распространяется на фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2), работающих в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности и устанавливает методику расчета режимов затяжки шпилек фланцевых соединений с уплотнительными кольцами двухконусного, треугольного (дельта), восьмиугольного сечений и с плоскими прокладками.
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Настоящий руководящий документ распространяется на фланцевые соединения сосудов и аппаратов, уплотнительные кольца и шпильки которых изготовлены в соответствии с ОСТ 26-01-86 и ОСТ 26-01-138 ¸ ОСТ 26-01-144 . 1.2. Допускается применение руководящего документа для фланцевых соединений сосудов и аппаратов по конструкции и параметрам отличающихся от приведенных в ОСТ 26-01-86 при согласовании с ИркутскНИИхиммашем. 1.3. Эффективность использования руководящего документа обеспечивается при условии выполнения требований нормативных документов ОСТ 26-01-86 и ОСТ 26-01-138 - ОСТ 26-01-144 к качеству поверхностей контакта деталей фланцевого соединения сосуда или аппарата высокого давления. 1.4. В руководящем документе приведена методика расчета режимов затяжки шпилек фланцевых соединений сосудов и аппаратов высокого давления как методом предварительной осевой вытяжки с помощью гидродомкратов или других нагружающих устройств, так и методом, использующим при затяжке шпилек крутящий момент. 1.5. Применение других режимов затяжки шпилек, отличающихся от приведенных в руководящем документе, допускается после их согласования с ИркутскНИИхиммашем. 1.6. Величина усилия затяжки шпилек определяется в соответствии с РД 26-01-168. 1.7. Основные термины, использованные в руководящем документе, приведены в приложении 1. 1.8. Условные обозначения приведены в приложениях 2 и 3.2. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ПРИ ЗАТЯЖКЕ ШПИЛЕК МЕТОДОМ ОСЕВОЙ ВЫТЯЖКИ
2.1. Последовательность расчета режимов затяжки
2.1.1. Определить величину усилия затяжки шпилек фланцевого соединения Q з в соответствии с РД 26-01-168. 2.1.2. Выбрать необходимое количество нагружающих устройств (гидродомкратов) i . Количество нагружающих устройств может быть принято: минимум - два и максимум - равное количеству шпилек затвора m . Принятое количество нагружающих устройств должно быть кратно количеству шпилек фланцевого соединения. Расчет начинают при i = 2. Необходимое количество нагружающих устройств уточняется в процессе расчета (п. 2.2.1.2). 2.1.3. Определить количество групп шпилек n (п. 2.2.1.1). 2.1.4. Определить окончательное усилие Q n , приходящееся на последнюю группу шпилек в конце процесса затяжки (п. 2.2.1.1). 2.1.5. Определить коэффициент относительной податливости уплотнительного кольца a . Для этого необходимо предварительно определить податливость уплотнительного кольца (п. 5.2) и группы шпилек при нагрузке на одну шпильку (п. 5.1.2). 2.1.6. Определить коэффициент разгрузки для каждой группы шпилек K z (раздел 4). 2.1.7. Определить величину текущего усилия нагружения каждой группы шпилек Q z . (п.п. 2.2.1., 2.2.2).2.2. Расчет режимов затяжки
2.2.1. Однообходной режим затяжки шпилек. 2.2.1.1. Текущее усилие нагружения Q z , очередной группы шпилек определяют по формуле
. (1)
Текущее усилие нагружения одной шпильки определяют по формуле
Коэффициент разгрузки шпилек соответствующей группы определяют согласно раздела 4. В случае, когда нагружающее устройство имеет механизм для довертывания гаек с контролем величины крутящего момента, величину коэффициента разгрузки K z (м) определяют в соответствии с п. 4.3. Окончательное усилие Q n , приходящееся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки определяют по формуле
Количество групп шпилек n в затворе определяют по формуле
Коэффициент относительной податливости уплотнительного кольца (прокладки) a определяют по формуле
Для двухконусного уплотнительного кольца существует два вида осевой податливости в зависимости от его положения - свободного кольца и прижатого к упору - соответственно, существует и два вида коэффициента относительной податливости уплотнительного кольца (прокладки). Для свободного кольца
Для кольца прижатого к упору
Коэффициенты a с и a у используются в расчетах в зависимости от положения уплотнительного кольца. Коэффициенты осевой податливости уплотнительного кольца l о, , и группы шпилек l ш ( Q ) определяют согласно раздела 5. 2.2.1.2. Полученную величину текущего усилия нагружения одной шпильки первой группы сравнивают с величиной допускаемой нагрузки на одну шпильку [ Q ] ¢ , при этом должно соблюдаться условие
Величину допускаемой нагрузки [ Q ] ¢ принимают меньшей из двух величин: полученной из условия обеспечения прочности участка шпильки, воспринимающего нагрузку, имеющего минимальную площадь поперечного сечения, в частности монтажного участка резьбы шпильки
, (7)
Где K 1 = 10 6 (10 2); соответствующей рабочему усилию нагружающего устройства
[ Q ] ¢ £ Q ну . (8)
При невыполнении условия (6) необходимо произвести расчет при увеличенном количестве нагружающих устройств. Пример расчета однообходного режима затяжки шпилек приведен в приложении 12. Если при этом условие (6) не выполняется, то необходимо произвести расчет пообходно-уравнительного режима затяжки шпилек. 2.2.2. Пообходно-уравнительный режим затяжки шпилек. 2.2.2.1. Текущее усилие нагружения Q z ( N ) любой группы шпилек при любом обходе определяют по формуле
. (9)
Текущее усилие нагружения одной шпильки определяют по формуле
Допускаемую на группу шпилек нагрузку [ Q ] определяют по формуле
[Q ] = i × [Q ] ¢ . (11)
2.2.2.2. Необходимое количество обходов M определяют по формуле
. (12)
Коэффициент разгрузки шпилек К z 2 при пообходно-уравнительном режиме затяжки определяют согласно раздела 4.
2.3. Последовательность затяжки шпилек
2.3.1. Установить нагружающие устройства на первую группу шпилек. 2.3.2. Шпильки первой группы нагрузить текущим усилием для первой группы. 2.3.3. Довернуть до упора гайки. В случае, когда нагружающее устройство имеет механизм для довертывания, гайки довернуть моментом соответствующей величины (см. п. 4.3). 2.3.4. Усилия, развиваемые нагружающими устройствами, снизить до нуля. 2.3.5. Переставить нагружающие устройства на вторую группу шпилек согласно схемы (см. приложение 4). 2.3.6. Шпильки второй группы нагрузить текущим усилием для второй группы. 2.3.7. Повторить операции, указанные в пунктах 2.3.3 - 2.3.4. 2.3.8. Шпильки остальных групп фланцевого соединения нагружаются соответствующими им усилиями в той же последовательности. 2.3.9. При затяжке шпилек пообходно-уравнительным методом первый обход групп шпилек нагружающими устройствами производится в той же последовательности, что и при однообходном методе затяжки. При последующих обходах первая группа шпилек нагружается усилием той же величины, что и первая группа при первом обходе. Текущие же усилия нагружения каждой последующей группы шпилек при каждом обходе, имеют соответствующие значения (см. п. 2.2.2.1).3. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ПРИ ЗАТЯЖКЕ ШПИЛЕК КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ
3.1. Расчет режимов затяжки
3.1.1. Методика позволяет произвести расчет текущего крутящего момента M z для моментной затяжки шпилек по соответствующим текущим усилиям нагружения одной шпильки , рассчитанным в соответствии с разделом 2. 3.1.2. При расчете текущих усилий нагружения каждой шпильки очередной группы в соответствии с формулами раздела 2, коэффициент разгрузки K z , принимается равным 1. Для случая использования только одного моментного ключа количество нагружающих устройств условно принимается равным 2. При количестве моментных ключей больше одного, в расчете учитывается фактическое количество ключей, используемое при затяжке, кратное количеству шпилек. 3.1.3. Текущий крутящий момент М z определяют по формуле
, (13)
Где K 2 = 10 3 . 3.1.3.1. Условный диаметр трения D Т торцевой поверхности гайки определяют по формуле:
. (14)
3.1.3.2. Коэффициент трения в резьбе f 1 и коэффициент трения на опорной поверхности гайки f 2 принимают в соответствии с табл. 1 .
Таблица 1
3.2. Последовательность затяжки шпилек
3.2.1. Порядок операций при затяжке шпилек одним моментным ключом. С целью исключения возможного перекоса крышки в процессе затяжки шпилек одним моментным ключом, затяжка каждой шпильки одной группы производится в два приема, приложением крутящего момента попеременно к каждой шпильке группы. С целью определения порядкового номера затягиваемой шпильки в группе, перед затяжкой очередной группы шпилек должен замеряться осевой зазор между торцевыми поверхностями крышки и фланца корпуса в зоне шпилек затягиваемой группы. При этом первой затягивают шпильку, в зоне которой осевой зазор максимальный. Затем затягивают вторую шпильку группы. 3.2.1.1. Установить крышку параллельно плоскости фланца. Допуск параллельности согласно ОСТ 26-01-86 . Довернуть рукой до упора все гайки шпилек. 3.2.1.2. Установить на первую шпильку первой группы моментный ключ. 3.2.1.3. Нагрузить шпильку моментом, равным 50 % от величины крутящего момента, рассчитанного для одной шпильки первой группы. 3.2.1.4. Переставить ключ на вторую шпильку первой группы согласно схемы (см. приложение 5, черт. 3). 3.2.1.5. Нагрузить вторую шпильку первой группы расчетным моментом для одной шпильки первой группы. 3.2.1.6. Довернуть рукой до упора гайки остальных шпилек. 3.2.1.7. Переставить ключ опять на первую шпильку первой группы. 3.2.1.8. Нагрузить шпильку полным расчетным моментом для одной шпильки первой группы. 3.2.1.9. Довернуть рукой все гайки до упора. 3.2.1.10. Замерить зазоры между торцами крышки и фланца корпуса сосуда или аппарата в зоне шпилек второй группы. 3.2.1.11. Установить ключ на шпильку второй группы со стороны большего зазора. 3.2.1.12. Повторить операции п.п. 3.2.1.3 - 3.2.1.9 для шпилек второй группы с соответствующими данной группе величинами крутящих моментов. 3.2.1.13. Повторить операции п.п. 3.2.1.10 - 3.2.1.12 для шпилек остальных групп при соответствующих им величинах крутящих моментов. 3.2.2. Порядок операций при затяжке шпилек двумя моментными ключами. 3.2.2.1. Установить крышку параллельно плоскости фланца. Допуск параллельности согласно ОСТ 26-01-86 . Довернуть рукой до упора все гайки шпилек. 3.2.2.2. Установить на шпильки первой группы моментные ключи. 3.2.2.3. Нагрузить шпильки крутящим моментом соответствующей величины. 3.2.2.4. Довернуть рукой гайки остальных шпилек до упора. 3.2.2.5. Переставить ключи на шпильки второй группы согласно схемы (см. приложение 5, черт. 4). 3.2.2.6. Нагрузить шпильки второй группы крутящим моментом соответствующей величины. 3.2.2.7. Повторить операцию п. 3.2.2.4. 3.2.2.8. Шпильки остальных групп фланцевого соединения нагружаются соответствующими крутящими моментами в той же последовательности.4. КОЭФФИЦИЕНТ РАЗГРУЗКИ ШПИЛЕК
4.1. Коэффициент разгрузки шпилек при однообходном режиме затяжки. Максимальную величину коэффициента разгрузки шпилек для рассматриваемых типов уплотнительных колец принимают равной K n = 1,5. Величину коэффициента разгрузки для соответствующего порядкового номера группы шпилек К z определяют по формулеВеличину коэффициента y z в зависимости от типа уплотнительного кольца, количества групп шпилек во фланцевом соединении и порядкового номера группы, определяют согласно приложений 10 и 11. Для фланцевых соединений с уплотнительным кольцом восьмиугольного сечения и плоской прокладкой коэффициент y z принимают равным 1. 4.2. Коэффициент разгрузки шпилек при пообходно-уравнительном режиме затяжки. Величину коэффициента разгрузки шпилек для первого обхода определяют аналогично п. 4.1. При последующих обходах величину коэффициента разгрузки для каждой группы шпилек принимают равной величине коэффициента разгрузки для последней группы первого обхода. 4.3. Коэффициент разгрузки шпилек при использовании довертывающего крутящего момента. В случае, когда нагружающее устройство имеет механизм для довертывания гаек с контролем величины крутящего момента, величину оптимального крутящего момента при вытянутой шпильке определяют по формуле
, (16)
Где K з = 10 10 (10 5). При этом величину коэффициента разгрузки шпилек K z (п. 4.1) уточняют по формуле
Величина коэффициента разгрузки K z ( M ) используется в разделе 2 при определении текущих усилий нагружения шпилек при использовании устройств с механизмом довертывания гаек.
5. КОЭФФИЦИЕНТЫ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
5.1. Коэффициент осевой податливости шпилек
5.1.1. Коэффициент осевой податливости одной шпильки при нагрузке определяют по формуле
. (18)
Коэффициент осевой податливости расчетной длины шпильки l ст определяют по формуле
Коэффициент удельной осевой податливости расчетной длины шпильки c выбирается для соответствующего типоразмера шпильки из приложения 6. Расчетная длина стержня шпильки l ст определяется по формуле
. (20)
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы соединений шпилька-гайка и шпилька-гнездо при соответствующей нагрузке на одну шпильку определяется в соответствии с приложением 9. Величины суммарного коэффициента осевой податливости резьбы при величинах нагрузки, заключенных между двумя последовательными табличными значениями указанных в приложениях, определяются при помощи линейной интерполяции. Нагрузку, равную усилию затяжки одной шпильки в конце процесса затяжки определяют по формуле
5.1.2. Коэффициент осевой податливости группы шпилек определяют по формуле
. (22)
5.2. Коэффициенты осевой податливости уплотнительных колец фланцевых соединений сосудов высокого давления
5.2.1. Коэффициент осевой податливости двухконусного кольца Коэффициент осевой податливости двухконусного свободного кольца выбирается для соответствующего типоразмера кольца из приложения 7. Коэффициент осевой податливости двухконусного кольца прижатого к упору крышки выбирается для соответствующего типоразмера кольца из приложения 7. Номер группы шпилек Z y , при котором двухконусное кольцо подходит к упору крышки и при этом изменяется величина его осевой податливости, определяют по формулеОкончательное усилие, приходящееся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки Q n , определяют в соответствии с разделом 2. Суммарное усилие в шпильках Q у , при котором внутренняя поверхность кольца подходит к упору крышки, определяют по формуле
При расчете текущих усилий по формуле (1) раздела 2, до порядкового номера затягиваемой группы шпилек Z = Z у следует использовать в выражении (5) значения , а при Z > Z у - значения . 5.2.2. Величину коэффициента осевой податливости кольца треугольного сечения (дельта) l от выбирают для соответствующего типоразмера кольца из приложения 7. 5.2.3. Величину коэффициента осевой податливости сопряжения фланец корпуса сосуда высокого давления - кольцо восьмиугольного сечения - крышка l ов выбирают для соответствующего типоразмера кольца из приложения 8. 5.2.4. Величину коэффициента осевой податливости плоской прокладки l оп определяют по формуле
Где K 1 = 10 6 (10 2). Площадь плоской прокладки F оп определяют по формуле
. (26)
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное
ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ
1. Режим затяжки - последовательность нагружения шпилек фланцевого соединения текущими усилиями (текущими крутящими моментами) определенной величины. 2. Текущее усилие - усилие нагружения очередной группы шпилек. 3. Текущий крутящий момент - момент, соответствующий текущему усилию нагружения одной шпильки очередной группы. 4. Группа шпилек - количество шпилек, одновременно нагружаемых в процессе затяжки. 5. Однообходный режим затяжки - режим, при котором требуемая величина усилия затяжки шпилек соединения достигается при однократном приложении соответствующего текущего усилия (текущего момента) к каждой шпильке (группе шпилек). 6. Пообходно-уравнительный режим затяжки - режим, при котором требуемая величина усилия затяжки шпилек соединения достигается за несколько обходов, приложением текущих усилий (текущих моментов) к каждой группе шпилек, соответствующих своему обходу. 7. Допускаемая нагрузка - усилие, величина которого определяется прочностью монтажного участка резьбы шпильки или мощностью нагружающего устройства. 8. Коэффициент разгрузки шпилек - коэффициент, учитывающий уменьшение усилия в шпильках при переносе нагрузки на гайку после снятия нагрузки нагружающего устройства и численно равный отношению величины усилия, прикладываемого к шпильке к величине остаточного усилия в шпильке. 9. Довертывающий крутящий момент - момент, который прикладывается к гайке при растянутой шпильке с целью снижения величины коэффициента разгрузки. 10. Монтажный участок резьбы шпильки - резьбовая часть шпильки, используемая для закрепления тяги нагружающего устройства.ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Обязательное
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Q з - усилие затяжки всех шпилек затвора, МН (кгс); - усилие затяжки одной шпильки, МН (кгс); Q h - окончательное усилие, приходящееся на одну группу шпилек в конце процесса затяжки, МН (кгс); Q z - текущее усилие нагружения очередной группы шпилек при однообходном режиме затяжки, МН (кгс); - текущее усилие нагружения одной шпильки очередной группы, МН (кгс); Q z (м) - текущее усилие нагружения очередной группы шпилек для соответствующего обхода при пообходно-уравнительном режиме затяжки, МН (кгс); - текущее усилие нагружения одной шпильки очередной группы, МН (кгс); [Q ] - допускаемая нагрузка на одну шпильку, МН (кгс); [Q ] - допускаемая нагрузка на группу шпилек, МН (кгс); Q ну - рабочее усилие нагружающего устройства, МН (кгс); М z - текущий крутящий момент для затяжки одной шпильки соответствующей группы, МН м (кгс м); М Кр.опт - оптимальный крутящий момент для довертывания гаек, МН м (кгс м); коэффициент осевой податливости двухконусного кольца: l - свободного, мм/МН (мм/кгс); l - прижатого к упору крышки, мм/МН (мм/кгс); l - коэффициент осевой податливости кольца восьмиугольного сечения, мм/МН (мм/кгс); l от - коэффициент осевой податливости кольца треуголь ного сечения (дельта), мм/МН (мм/кгс); l - коэффициент осевой податливости плоской прокладки, мм/МН (мм/кгс); l ш - коэффициент осевой податливости группы шпилек, мм/МН (мм/кгс); - коэффициент осевой податливости одной шпильки, мм/МН (мм/кгс); - коэффициент осевой податливости резьбового соединения шпилька-гайка и шпилька-гнездо (суммарный), мм/МН (мм/кгс); - коэффициент осевой податливости одной шпильки, на длине l ст мм/МН (мм/кгс); c - коэффициент удельной осевой податливости шпильки, на длине l ст мм/МН мм (мм/кгс мм); - предел текучести материала шпильки при 20 °С, МПа (кгс/см 2); - модуль упругости материала плоской прокладки при 20 °С, МПа (кгс/см 2); F ш - площадь сечения гладкой части шпильки, мм 2 ; F оп - площадь плоской прокладки, мм 2 ; b - угол конусности уплотнительных поверхностей (угол между осью вращения детали и образующей уплотнительной поверхности), град; l ст - расчетная длина шпильки, мм; H шб - высота шайбы, мм; H кр - толщина крышки, мм; h заз - зазор между торцем крышки и фланцем корпуса сосуда, мм; d о r - радиальный зазор между внутренней поверхностью обтюратора и упором крышки, мм; d 2 - средний диаметр резьбы, мм; h - высота плоской прокладки, мм; D - внутренний диаметр сосуда или горловины, мм; D 1 , D 2 - диаметральные размеры плоской прокладки; D г - диаметр наружной проточки гайки, мм; d шб - диаметр шайбы внутренний, мм; d р - диаметр резьбовой части шпильки, мм; d о - диаметр центрального отверстия в шпильке, мм; D т - условный диаметр трения торцевой поверхности гайки, мм; P - шаг резьбы шпильки, мм; m - количество шпилек во фланцевом соединении; i - количество одновременно действующих гидродомкратов; n - количество групп шпилек во фланцевом соединении; Z - порядковый номер группы шпилек; Z у - номер группы шпилек, при котором обтюратор изменяет свою податливость; M - количество обходов; N - порядковый номер обхода; K z 1 - коэффициент разгрузки шпилек при однообходном режиме затяжки для соответствующей группы; K z 2 - коэффициент разгрузки шпилек при пообходно-уравнительном режиме затяжки; K z (M) коэффициент разгрузки шпилек для соответствующей группы (при условии доворачивания гаек крутящим моментом); K 1 , K 2 , K 3 - коэффициент пропорциональности для перевода величин в единицы систем СИ и (МКС); a - коэффициент относительной податливости уплотнительного кольца (прокладки); a с - коэффициент относительной податливости двухконусного уплотнительного кольца свободного; a у - коэффициент относительной податливости двухконусного уплотнительного кольца прижатого к упору; f 1 , f 2 - коэффициент трения в резьбе и на опорной поверхности гайки; y z - коэффициент.ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Обязательное
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ СОСУДОВ И АППАРАТОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
1 - корпус сосуда, 2 - крышка, 3 - двухконусное кольцо, 4 - шпилька, 5 - гайка, 6 - шайба
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
СХЕМЫ ПЕРЕСТАНОВКИ НАГРУЖАЮЩИХ УСТРОЙСТВ ПРИ ОСЕВОЙ ВЫТЯЖКЕ ШПИЛЕК
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
СХЕМЫ ПЕРЕСТАНОВКИ КЛЮЧА ПРИ МОМЕНТНОЙ ЗАТЯЖКЕ ШПИЛЕК
Затяжка одним моментным ключом
1 - 1 - номер группы шпилек
Затяжка двумя ключами
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Обязательное
КОЭФФИЦИЕНТ УДЕЛЬНОЙ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ СТЕРЖНЯ ШПИЛЬКИ
Таблица 2
|
Диаметр резьбы d р , мм |
Удельная осевая податливость стержня шпильки c × 10 мм/МН (10 6 мм/кгс мм) |
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Обязательное
КОЭФФИЦИЕНТ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ УПЛОТНИТЕЛЬНЫХ КОЛЕЦ
Таблица 3
|
Внутренний диаметр сосуда или горловины, мм |
Податливость двухконусного кольца |
Податливость кольца треугольного сечения l от, мм/МН (10 5 мм/кгс) |
|
|
свободного , мм/МН (10 5 мм/кгс) |
находящегося на упоре , мм/МН (10 5 мм/кгс) |
||
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
Обязательное
КОЭФФИЦИЕНТ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ УЗЛА УПЛОТНЕНИЯ С КОЛЬЦОМ ВОСЬМИУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ
Таблица 4
|
Внутренний диаметр аппарата или горловины, мм |
Давление, МПа (кгс/см 2) |
Податливость узла уплотнения l ов , мм/МН (10 5 мм/кгс) в зависимости от размера сечения, соответствующего механическим свойствам материала уплотнительного кольца |
|
|
230 МПа (2300 кгс/см 2) £ £ 300 МПа (3000 кгс/см 2) |
³ 300 МПа(3000 кгс/см 2) |
||
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
Обязательное
СУММАРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ОСЕВОЙ ПОДАТЛИВОСТИ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ШПИЛЬКА-ГАЙКА И ШПИЛЬКА-ГНЕЗДО
Таблица 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
||||
|
5 × 10 -2 М H (5 × 10 3 кгс) |
10 × 10 -2 МН (10 × 10 3 кгс) |
15 × 10 -2 МН (15 × 10 3 кгс) |
20 × 10 -2 МН (20 × 10 3 кгс) |
|
Продолжение табл. 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс) |
|||
|
25 × 10 -2 М H (25 × 10 3 кгс) |
30 × 10 -2 М H (30 × 10 3 кгс) |
40 × 10 -2 М H (40 × 10 3 кгс) |
50 × 10 -2 М H (50 × 10 3 кгс) |
|
Продолжение табл. 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс) |
|||
|
60 × 10 -2 М H (60 × 10 3 кгс) |
80 × 10 -2 М H (80 × 10 3 кгс) |
100 × 10 -2 М H (100 × 10 3 кгс) |
120 × 10 -2 М H (120 × 10 3 кгс) |
|
Продолжение табл. 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс) |
|||
|
140 × 10 -2 М H (140 × 10 3 кгс) |
160 × 10 -2 М H (160 × 10 3 кгс) |
180 × 10 -2 М H (180 × 10 3 кгс) |
200 × 10 -2 М H (200 × 10 3 кгс) |
|
Продолжение табл. 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс) |
|||
|
250 × 10 -2 М H (250 × 10 3 кгс) |
300 × 10 -2 М H (300 × 10 3 кгс) |
350 × 10 -2 М H (350 × 10 3 кгс) |
400 × 10 -2 М H (400 × 10 3 кгс) |
|
Продолжение табл. 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс) |
|||
|
450 × 10 -2 М H (450 × 10 3 кгс) |
500 × 10 -2 М H (500 × 10 3 кгс) |
600 × 10 -2 М H (600 × 10 3 кгс) |
700 × 10 -2 М H (700 × 10 3 кгс) |
|
Продолжение табл. 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс) |
|||
|
800 × 10 -2 М H (800 × 10 3 кгс) |
900 × 10 -2 М H (900 × 10 3 кгс) |
1000 × 10 -2 М H (1000 × 10 3 кгс) |
1100 × 10 -2 М H (1100 × 10 3 кгс) |
|
Продолжение табл. 5
|
Диаметр резьбы, мм, d р |
Суммарный коэффициент осевой податливости резьбы мм/ MH (10 5 мм/кгс) в зависимости от нагрузки , МН (кгс) |
|||
|
1200 × 10 -2 М H (1200 × 10 3 кгс) |
1300 × 10 -2 М H (1300 × 10 3 кгс) |
1400 × 10 -2 М H (1400 × 10 3 кгс) |
1500 × 10 -2 М H (1500 × 10 3 кгс) |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Обязательное
ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА Y z ОТ КОЛИЧЕСТВА ГРУПП И ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА ГРУППЫ ДЛЯ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ С ДВУХКОНУСНЫМ КОЛЬЦОМ
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Обязательное
ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА Y z ОТ КОЛИЧЕСТВА ГРУПП И ПОРЯДКОВОГО НОМЕРА ГРУППЫ ДЛЯ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ С УПЛОТНИТЕЛЬНЫМ КОЛЬЦОМ ТРЕУГОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ (ДЕЛЬТА)
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
Справочное
ПРИМЕР РАСЧЕТА ОДНООБХОДНОГО РЕЖИМА ЗАТЯЖКИ ШПИЛЕК ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ С ДВУХКОНУСНЫМ КОЛЬЦОМ
1. Исходные данные Внутренний диаметр сосуда - 1000 мм. Расчетное давление - 70 МПа. Прокладка медная - s см = 100 МПа. Средний диаметр уплотнения - D к = 1044,9 мм. Размеры двухконусного кольца: h 1 = 85 мм; h 2 = 42 мм. Количество шпилек - m = 12. Диаметр резьбы шпилек - d р М140×6. Диаметр шейки шпильки - d = 131 мм. Высота крышки - H кр = 280 мм. Высота шайбы - H шб = 38 мм. Зазор между крышкой и фланцем - h заз = 10 мм. 2. Суммарное усилие затяжки всех шпилек определяем в соответствии с РД 26-01-168 по формуле:МН 7.2. Определяем по приложению 7 осевую податливость двухконусного кольца, соответственно, свободного и прижатого к упору:
7.3. Суммарное усилие в шпильках Q у , при котором внутренняя поверхность двухконусного кольца подходит к упору крышки, определяется по формуле:
МН,
Где d о r = 1,07 мм - средний зазор между двухконусным кольцом и упором крышки для диаметра уплотнения 1000 мм выбирается в соответствии ОСТ 26-01-86. 7.4. Величины относительной податливости уплотнительного кольца свободного a с и находящегося на упоре крышки a у будут равны:
.
7.5. Номер группы Z у при котором двухконусное кольцо подходит к упору крышки и при этом изменяется величина его осевой податливости, определяем по формуле
Следовательно, при затяжке шпилек первой группы, обтюратор подходит к цилиндрическому упору крышки и величина его осевой податливости изменяется. Таким образом, при расчете текущих усилий нагружения шпилек групп с 1 по 6 должна использоваться величина мм/МН. 8. Коэффициент разгрузки 8.1. Согласно п. 4.1 максимальная величина коэффициента разгрузки шпилек для фланцевого соединения с двухконусным кольцом равна K n = 1,5. 8.2. Коэффициент разгрузки шпилек для каждой группы. Согласно приложению 10 определяем для каждого порядкового номера группы коэффициент y z и по формуле K z = y z × K n определяем коэффициент разгрузки для каждой группы шпилек: Z = 1 K 1 = 0,8 × 1,5 = 1,20; Z = 2 K 2 = 0,9 × 1,5 = 1,35; Z = 3 K 3 = 0,96 × 1,5 = 1,44; Z = 4 K 4 = 0,986 × 1,5 = 1,48; Z = 5 К 5 = 0,996 × 1,5 = 1,49; Z = 6 K 6 = 1 × 1,5 = 1,5. 9. Определяем текущие усилия нагружения каждой группы шпилек по формуле:
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ
1. УТВЕРЖДЕН Министерство химического и нефтяного машиностроения, УкрНИИхиммаш 2. ИСПОЛНИТЕЛИ Вирюкин В.П. (руководитель темы), Погодин В.К., канд. техн. наук 3. Срок первой проверки 1992 г. периодичность проверки 5 лет 4. Взамен РД РТМ 26-01-122-79 5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
| 1. Общие положения. 1 2. Расчет режимов при затяжке шпилек методом осевой вытяжки. 1 2.1. Последовательность расчета режимов затяжки. 1 2.2. Расчет режимов затяжки. 2 2.3. Последовательность затяжки шпилек. 3 3. Расчет режимов при затяжке шпилек крутящим моментом.. 4 3.1. Расчет режимов затяжки. 4 3.2. Последовательность затяжки шпилек. 4 4. Коэффициент разгрузки шпилек. 5 5. Коэффициенты осевой податливости элементов фланцевых соединений. 6 5.1. Коэффициент осевой податливости шпилек. 6 5.2. Коэффициенты осевой податливости уплотнительных колец фланцевых соединений сосудов высокого давления. 6 Приложение 1 Основные термины.. 7 Приложение 2 Условные обозначения. 8 Приложение 3 Условные обозначения основных размеров элементов фланцевого соединения сосудов и аппаратов высокого давления. 9 Приложение 4 Схемы перестановки нагружающих устройств при осевой вытяжке шпилек. 9 Приложение 5 Схемы перестановки ключа при моментной затяжке шпилек. 10 Приложение 6 Коэффициент удельной осевой податливости стержня шпильки. 11 Приложение 7 Коэффициент осевой податливости уплотнительных колец. 11 Приложение 8 Коэффициент осевой податливости узла уплотнения с кольцом восьмиугольного сечения. 11 Приложение 9 Суммарный коэффициент осевой податливости резьбовых соединений шпилька-гайка и шпилька-гнездо. 12 Приложение 10 Зависимость коэффициента Y z от количества групп и порядкового номера группы для фланцевого соединения с двухконусным кольцом.. 15 Приложение 11 Зависимость коэффициента Y z от количества групп и порядкового номера группы для фланцевого соединения с уплотнительным кольцом треугольного сечения. 15 Приложение 12 Пример расчета однообходного режима затяжки шпилек фланцевого соединения с двухконусным кольцом.. 16 Информационные данные. 18 |
ЛИСТ РЕГИСТРАЦИИ ИЗМЕНЕНИЙ РД 26-01-122-89
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К проекту руководящего документа «Фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета режимов затяжки шпилек». (Окончательная редакция, представляемая на утверждение).
1. ОСНОВАНИЕ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА
План отраслевой стандартизации на 1988 год, тематический план института на 1988 год, шифр темы 7965-68-21. Проект руководящего документа соответствует техническому заданию на его разработку, утвержденному УкрНИИхиммашем 17.03.88 г.
2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ РАЗРАБОТКИ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА
Целью настоящей работы является пересмотр РД РТМ 26-01-122-79 «Фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета режимов затяжки шпилек» с внесением в него дополнений и изменений, возникших за время его действия, а также результатов научно-исследовательских работ, проведенных в последнее время. Разработка руководящего документа позволит решить задачу повышения надежности сосудов и аппаратов высокого давления, работающих в промышленности по производству минеральных удобрений и других отраслях промышленности. Пересмотр руководящего документа обеспечит соответствие его современному мировому научно-техническому уровню и требованиям действующих стандартов.
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА СТАНДАРТИЗАЦИИ
Объектом стандартизации является методика расчета режимов затяжки шпилек фланцевых соединений сосудов и аппаратов, работающих под давлением свыше 9,81 до 98,1 Па. Руководящий документ разрабатывается взамен действующего РД РТМ 26-01-122-79. В последнее время разработан и введен в действие с 01.07.85 г. ГОСТ 26303-84 (СТ СЭВ 4350-83) «Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность», переработаны нормативные документы ОСТ 26-01-86-78 и ОСТ 26-01-87-78 соответственно в документы ОСТ 26-01-86-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Технические требования. Правила приемки. Методы контроля» и РД 26-01-168-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета на прочность и плотность», которые вводятся в действие с 01.01.89. Также переработан ОСТ 26-1360-75 в сборник ОСТ 26-01-136-81 ¸ ОСТ 26-01-144-81 «Изделия крепежные для сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Общие технические требования», который введен в действие с 01.07.82 г. Содержание перерабатываемого руководящего документа необходимо было привести в соответствие с вновь введенными в действие нормативными документами. Кроме того, за время действия руководящего документа РД РТМ 26-01-122-79 накоплен значительный опыт по расчету режимов затяжки шпилек и использованию данных режимов при эксплуатации фланцевых соединений сосудов и аппаратов высокого давления, что позволило заинтересованным организациям сделать некоторые замечания и предложения по совершенствованию методики расчета. В результате, в перерабатываемом руководящем документе учтены замечания и предложения организаций, изменения вновь введенных стандартов и результаты научно-исследовательских работ по уточнению величин коэффициентов осевой податливости уплотнительных колец и резьбовых соединений типов шпилька-гайка и шпилька-резьбовое гнездо фланца корпуса сосуда или аппарата (тема 84-09).
4. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА
Руководящий документ разработан с использованием результатов теоретических и экспериментальных исследований, а также опыта использования РД РТМ 26-01-122-79 и выполнен на современном научно-техническом уровне.
5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТ ВНЕДРЕНИЯРУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА
Технико-экономическая эффективность от внедрения руководящего документа обусловлена уточнением величин коэффициентов осевой податливости элементов затворов сосудов высокого давления которое позволяет более качественно проводить процесс затяжки шпилек (обеспечение заданного усилия затяжки при равномерном его распределении по всем шпилькам затвора), а следовательно и повышением надежности работы уплотнений сосудов и аппаратов высокого давления.
6. ВНЕДРЕНИЕ, ВВЕДЕНИЕ РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА В ДЕЙСТВИЕ (СРОК ДЕЙСТВИЯ) И ПРОВЕРКА РУКОВОДЯЩЕГО ДОКУМЕНТА
Предполагаемая дата введения руководящего документа в действие с учетом времени на его издание и обеспечение им заинтересованных организаций и предприятий планируется с 01.01.90 г. Из опыта пользования стандартами установлено, что ограниченный срок действия нормативного документа 5 лет является наиболее оптимальным. За этот период могут быть разработаны новые или заменены старые стандарты, на которые были ссылки, а также возникнуть новые решения вопросов и т.д. Проверка руководящего документа проводится в установленном порядке, предполагаемый срок первой проверки 1993 г.
7. ВЗАИМОСВЯЗЬ С ДРУГИМИ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИМИ ДОКУМЕНТАМИ
Руководящий документ взаимосвязан с ГОСТ 26303-84, ОСТ 26-01-138-81 - ОСТ 26-01-144-81, ОСТ 26-01-86-88, РД 26-01-168-88, РД РТМ 26-01-122-79, который должен быть отменен в результате утверждения и введения в действие разработанного руководящего документа.
Первая редакция проекта руководящего документа разослана на отзыв 26 организациям и предприятиям министерства химического и нефтяного машиностроения и смежных отраслей промышленности. Получено 20 отзывов: 5 от предприятий и организаций МХНМ и 15 от организаций и предприятий смежных отраслей. Отзывов с замечаниями и предложениями получено 7, из них 2 от МХНМ (УкрНИИхиммаш и Уралхиммаш) и 5 от организаций других смежных отраслей. Подавляющее большинство замечаний и предложений принято при разработке окончательной редакции руководящего документа. По некоторым замечаниям сделаны пояснения. Составлена сводка отзывов. Принципиальных разногласий по замечаниям и предложениям нет.
9. СВЕДЕНИЯ О СОГЛАСОВАНИИ
Окончательная редакция проекта руководящего документа согласно технического задания согласована с НИИхиммаш, ГИАП, Министерством минеральных удобрений СССР, УкрНИИхиммаш, Госгортехнадзором СССР. В связи с тем, что принципиальных разногласий по документу нет (большинство замечаний и предложений приняты), согласительное совещание проводить не было необходимости.
10. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
При разработке руководящего документа использованы следующие технические материалы: ГОСТ 26303-84 (СТ СЭВ 4350-83) «Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность»; ОСТ 26-01-138-81 ¸ ОСТ 26-01-144-81 «Изделия крепежные для сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Общие технические требования»; ОСТ 26-01-86-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Типы. Конструкция и размеры. Технические требования. Правила приемки. Методы контроля»; РД 26-01-168-88 «Уплотнения неподвижные металлические для сосудов и аппаратов на давление свыше 10 до 100 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2) . Методика расчета на прочность и плотность»; РД РТМ 26-01-122-79 «Фланцевые соединения сосудов и аппаратов на давление свыше 9,81 до 98,1 МПа (свыше 100 до 1000 кгс/см 2). Методика расчета режимов затяжки шпилек»; Отчеты ИркутскНИИхиммаш по теме 0154-78-20 «Руководящий технический материал. Затворы для сосудов и аппаратов на давление свыше 100 до 1000 кгс/см 2 . Методика расчета режимов затяжки шпилек»; Отчеты ИркутскНИИхиммаш по теме 0154-84-09 «Проведение НИР по определению деформационных характеристик деталей затворов и разработка рекомендаций по пересмотру РД РТМ 26-01-122-79», 1985 г. Статья «Уточнение коэффициента разгрузки при затяжке резьбовых соединений», Румянцев О.З., Продан В.Д. и др. «Вестник машиностроения». Москва, 1974. Заместитель директора по научной работе В.И. Лившиц Заведующий отделом стандартизации В.И. Королев Заведующий отделом прочности А.К. Древин Заведующий лабораторией В.К. Погодин Руководитель темы, научный сотрудник В.П. Вирюкин
