Приложение 10 (рекомендуемое). Выбор основных размеров фланцев, нажимных колец и крепежных деталей

Приложение 10
(рекомендуемое)

Выбор основных размеров фланцев, нажимных колец и крепежных деталей

1. Условные обозначения

D	-	внутренний диаметр фланца, мм
	-	диаметр окружности шпилек, мм
	-	наружный диаметр фланца и бурта свободного фланца, мм
	-	расчетный диаметр прокладки, мм
,	-	средние диаметры профильных прокладок, мм
	-	наружный диаметр прокладки, мм
	-	внутренний диаметр нажимного кольца, мм
	-	наружный диаметр нажимного кольца, мм
	-	диаметр отверстия для шпилек, мм
	-	внутренний диаметр резьбы шпилек, мм
	-	минимальный диаметр стержня шпильки, мм
	-	диаметр центрального отверстия в шпильке, мм
	-	высота цилиндрической части тарельчатого фланца толщиной , мм
	-	высота конусной части тарельчатого фланца, мм
	-	высота фланца и опорного бурта, мм
	-	высота нажимного кольца, мм
	-	номинальная толщина стенки цилиндрического участка фланца, мм
	-	номинальная толщина стенки конического перехода у основания, мм
	-	шаг шпилек, мм
	-	ширина прокладки, мм
b	-	эффективная ширина прокладки, мм
	-	толщина прокладки, мм
	-	удельное давление на прокладку при затяге шпилек, МПа
p	-	расчетное давление, МПа
	-	давление гидроиспытания, МПа
	-	усилие обжатия прокладки, Н
	-	усилие, обеспечивающее герметичность при гидроиспытании, Н
	-	растягивающее усилие в шпильках от расчетного давления, Н
	-	растягивающее усилие в шпильках от давления гидроиспытания, Н
	-	усилие затяга шпилек, Н
	-	усилие в цилиндрическом участке фланца от действия внутреннего давления, Н
	-	усилие, обеспечивающее герметичность при рабочем давлении, Н
	-	усилие от действия давления среды на внутренний участок тарелки фланца, Н
	-	допускаемое номинальное напряжение во фланце, МПа
	-	допускаемое номинальное напряжение в шпильках, МПа
M	-	максимальный изгибающий момент,
	-	плечи действия сил, мм
z	-	число шпилек

2. Выбор уплотнения

2.1. Для обеспечения герметичности оборудования уплотнение рекомендуется выбирать в зависимости от типа и конструкции фланцевого соединения согласно рис. П10.1 и табл. П10.1.

Таблица П10.1. Рекомендуемые значения ширины прокладки

Тип прокладки	Диаметр фланца D, мм	Ширина прокладки , мм	Область применения
Плоские неметаллические		10-20	Плоские уплотняющие поверхности гладкие
		15-30
	D > 2000
Плоские металлические		10-25	Плоские уплотняющие поверхности гладкие или с кромками
	D > 1000
Плоские комбинированные		10-20	Плоские уплотняющие поверхности гладкие
Зубчатые металлические	D > 2000		Плоские уплотняющие поверхности гладкие
Профильные, p > 6,4 МПа			Профильные прокладки в пазах
	D > 1000

Для выбора материала прокладки следует использовать рекомендации, приведенные в табл. П10.2.

Таблица П10.2. Рекомендуемые расчетные параметры уплотнения

Материал прокладки	Расчетное давление, МПа	Расчетная температура, °C
Резина твердая	10	От -30 до 60
Фторопласт	20	От -75 до 250
Паронит	15	От 0 до 400
Алюминий и его сплавы	50	От -196 до 250
Медь и ее сплавы	70	От -196 до 350
Перлитная сталь	70	От -30 до 450
Аустенитная сталь	100	От -253 до 600

2.2. Наружный диаметр прокладки определяют по формуле

, (П10.1)

где u - расстояние от внутренней кромки фланца до внутреннего диаметра прокладки; в зависимости от типа, материала прокладки и ее толщины рекомендуется принимать u в соответствии с табл. П10.3.

Таблица П10.3. Значения расстояния u для различных типов прокладок

Тип прокладки и материала	u, не менее, мм
Комбинированные и зубчатые
Профильные
Плоские мягкие
Плоские металлические

2.3. Расчетный диаметр прокладки определяют по формуле

. (П10.2)

3. Определение усилий в шпильках

3.1. Усилие, необходимое для обжатия прокладки, находят по формуле

, (П10.3)

а минимальное усилие, обеспечивающее герметичность фланцевого соединения при рабочем давлении и гидроиспытании, - по формулам

; (П10.4)

, (П10.5)

где m - прокладочный коэффициент;

- коэффициент, учитывающий прочность прокладок в рабочих условиях.

Для металлических прокладок принимают равным единице, а для мягких и комбинированных прокладок выбирают в зависимости от температуры среды по табл. П10.4.

Таблица П10.4. Значения коэффициента

Расчетная температура, °C	20	200	300
	1,0	1,5	2,0

3.2. Минимальное удельное уплотняющее давление , прокладочный коэффициент m и эффективную ширину прокладок для выбранного типа прокладки и материала определяют в соответствии с табл. П5.6.

3.3. Растягивающие усилия в шпильках от рабочего давления и давления гидроиспытаний получают по формулам

; (П10.6)

. (П10.7)

3.4. Растягивающие усилия затяга шпилек должны удовлетворять следующим условиям:

. (П10.8)

3.5. Минимальный диаметр стержня шпильки получают по формуле

. (П10.9)

3.6. Наружный диаметр шпильки выбирают с учетом табл. П10.5 в зависимости от минимального диаметра стержня шпильки [см. формулу (П10.9)]; уточнение этого диаметра осуществляется при выборе шага резьбы.

Таблица П10.5. Параметры для выбора резьбы шпилек и размеров фланцев

Резьба шпилек	М16	М20	М22	М24	М27	М30	М36
	13,55	16,93	18,93	20,32	23,32	25,70	31,10
	18	23	25	27	30	33	40
e	28	35	39	42	47	53	64
a	9	10	10	11	12	12	14
	6	6	8	10	10	10	14

Резьба шпилек	М42	М44	М48	М52	М56	М60	М64	М68
	36,15	36,50	41,87	45,87	49,25	53,25	56,64	60,64
	46	48	52	58	62	66	70	75
e	75	75	87	93	98	104	110	116
a	15	15	16	17	18	19	20	21
	15	15	15	15	15	15	15	15

4. Определение размеров фланцевых соединений

4.1. Цилиндрический участок фланца

4.1.1. Толщина стенки цилиндрического участка фланца с коническим переходом, а также толщина стенки цилиндрической части плоского фланца должны быть не меньше фактической толщины стенки привариваемого изделия. При этом во всех случаях должна быть не менее 5 мм.

4.1.2. Высота цилиндрического участка фланца с коническим переходом должна приниматься равной , но не менее 10 мм.

4.2. Конический переход

4.2.1. Толщину конического перехода у основания фланца первоначально определяют по формуле

, (П10.10)

где - коэффициент пропорциональности, определяемый по табл. П10.6 с использованием линейной интерполяции.

Таблица П10.6. Значения коэффициента 

p, МПа	0,1-0,25	0,6	1,0	1,6	2,5	4,0	6,4	10,0	20,0
	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,8

4.2.2. Уклон конического перехода должен находиться в пределах , где

. (П10.11)

4.3. Размеры тарелки фланца

4.3.1. Диаметр окружности шпилек и наружный диаметр фланца определяют по следующим формулам:

1) для фланцев с коническим переходом

; (П10.12)

; (П10.13)

2) для плоского фланца

; (П10.14)

определяют по формуле (П10.13);

3) для плоского приварного фланца

; (П10.15)

получают по формуле (П10.13);

4) для нажимного кольца определяют по формуле (П10.14):

; (П10.16)

; (П10.17)

5) для опорного бурта

, (П10.18)

где геометрические размеры a, , e и (см. рис. П10.1) находят по табл. П10.5 в зависимости от выбранного наружного диаметра шпильки.

4.3.2. Шаг шпилек определяют по формуле

, (П10.19)

где количество шпилек z выбирают из соотношения

. (П10.20)

Полученное значение z рекомендуется принимать кратным четырем.

5. Изгибающие моменты

5.1. Изгибающие моменты во фланцах от усилий обжатия прокладки и усилий, действующих в рабочем состоянии, , и (рис. П10.2) определяют следующим образом:

1) от усилия обжатия прокладки - по формуле

, (П10.21)

где

; (П10.22)

2) от усилий, действующих в рабочем состоянии, - по формуле

, (П10.23)

где

; (П10.24)

; (П10.25)

; (П10.26)

; (П10.27)

и находят по формулам (П10.4) и (П10.22).

5.2. Изгибающие моменты в нажимном кольце определяют так:

1) от усилия обжатия прокладки - по формуле

, (П10.28)

где

; (П10.29)

2) от усилий, действующих в рабочем состоянии, - по формуле

. (П10.30)

5.3. Изгибающие моменты в опорном бурте определяют:

1) от усилия обжатия прокладки - по формуле

, (П10.31)

где

; (П10.32)

2) от усилий, действующих в рабочем состоянии, - по формуле

, (П10.33)

где

; (П10.34)

; (П10.35)

, , и находят по формулам (П10.4), (П10.24), (П10.25) и (П10.32).

5.4. Изгибающие моменты во фланцах, нажимном кольце и опорном бурте от давления гидравлического испытания определяют по формулам пп. 5.1-5.3 настоящего приложения. При этом в формулах (П10.24) и (П10.25) вместо расчетного давления p подставляют давление гидравлического испытания , а усилие от расчетного давления , определяемое по формуле (П10.4), заменяют усилием от гидравлического испытания , определяемым по формуле (П10.5).

5.5. Максимальный (расчетный) изгибающий момент от усилий, действующих на фланцы, нажимное кольцо и опорный бурт, определяют по формуле

. (П10.36)

6. Высота тарелки фланца

6.1. Высоту тарелки плоского фланца, нажимного кольца и опорного бурта определяют по формуле

, (П10.37)

где величины X и Y вычисляются следующим образом:

1) для плоского фланца

; (П10.38)

, (П10.39)

где

; (П10.40)

2) для опорного бурта

, (П10.41)

а X определяют по формуле (П10.38).

6.2. Высоту нажимного кольца находят по формуле (П10.37), где

X = 0; (П10.42)

. (П10.43)

6.3. Если или подкоренное выражение в формуле (П10.37) меньше нуля, то для определения высоты тарелки плоского фланца и опорного бурта по формуле (П10.37) величину X принимают равной нулю, а

. (П10.44)

6.4. Высота тарелки фланца с коническим переходом.

6.4.1. Высоту тарелки фланца с коническим переходом первоначально определяют по формуле

, (П10.45)

но не менее .

Принятое значение уточняют в процессе расчета напряженного состояния фланца в сечениях A-A, B-B, C-C (см. рис. П10.2).

6.4.2. Моменты сопротивления фланца в расчетных сечениях вычисляют следующим образом:

1) в сечении A-A

; (П10.46)

2) в сечении B-B

, (П10.47)

если , и

, (П10.48)

если .

В формулах (П10.47) и (П10.48) ординату центра тяжести поперечного сечения фланца вычисляют по формуле

; (П10.49)

3) в сечении C-C

, если . (П10.50)

Если же , то прочность фланца в сечении C-C обеспечена и не определяют.

6.4.3. Условия прочности в расчетных сечениях A-A, B-B, C-C проверяют по формуле

. (П10.51)

Если расчетные напряжения превышают допускаемые , то значения , и следует увеличить. При этом предварительно необходимо увеличить конусность i.

Принимаемые значения и рекомендуется увеличить в раз. При принятых размерах фланцев расчеты следует повторять по формулам пп. 4-6 настоящего приложения до тех пор, пока значения расчетных напряжений не будут равны (с погрешностью не более 5%) или меньше допускаемых напряжений.

6.5. Когда контроль затяжки шпилек с применением безмоментного усилия не предусматривается, то высоту тарелки фланцев, исходя из максимально допустимого усилия в шпильках, определяют по формуле

. (П10.52)

Если , то высоту тарелки фланца принимают равной значению , полученному по формулам пп. 6.1, 6.2 и 6.4 настоящего приложения. При этом вспомогательные величины A для фланцев с коническим переходом и плоских фланцев и B для фланцев с коническим переходом определяют по формулам

, (П10.53)

где

; (П10.54)

при (П10.55)

где

(П10.56)

и

при (П10.57)

Для плоских фланцев вспомогательную величину B находят по формуле

. (П10.58)

Для проверки высоты опорного бурта пользуются формулами (П10.52), (П10.53) и (П10.58), в которых необходимо заменить на и на .

6.6. Окончательную высоту фланца выбирают по наибольшему значению или , полученному по формулам пп. 6.1, 6.2, 6.4 и 6.5 настоящего приложения.

Если за окончательную высоту фланца принята , то расчет для фланца с коническим переходом необходимо повторить по формулам пп. 4, 5 и 6 настоящего приложения, пропорционально увеличив значения и .