Приблежённые методы расчёта фланцев

Конструирование и прочностной расчёт приварного в стык фланца

Такие фланцы рассчитываются под действием силы Q_БФ на изгиб как консольную балку в опасных сечениях по линии АВ и ВС.

Обозначим:

D_S - диаметр втулки фланца;

S₁ – толщина втулки фланца;

D_С - средний диаметр втулки фланца;

h - толщина кольца фланца.

Изгибающий момент в сечении по линии АВ

М_АВ = Q_БФ · l ,

где l = (D_Б - D_S ) / 2 - плечо силы Q_БФ .

Момент сопротивлению изгибу площади опасного сечения

W = .

Напряжение в сечении по линии АБ

σ_АБ = = .

Изгибающий момент в сечении по линии ВС

М_ВС = 0,4 Q_БФl₁ ,

где 0,4 – коэффициент, учитывающий жёсткость фланца;

l₁ - плечо силы Q_БФ :

l₁ = .

Момент сопротивленя изгибу площади опасного сечения :

.

Напряжение изгиба

≤ [σ] .

При расчёте фланцев на условное давление по приближённому методу допускаемое напряженние принимают равным

[σ] ≤ .

Конструирование и расчёт плоского приварного фланца

Эти фланцы рассчитывают как консольную балку под действием силы Q_БФ. Изгибающий момент относительно места приварки фланца

М_И = Q_БФ · l .

Момент сопротивления изгибу

W = π D_H· ,

где D_Н – наружній диаметр патрубка фланца.

Напряжение изгиа во фланце

Сварные швы рассчитывают на изгиб и на срез. Напряжение изгиба в сварном шве под действием изгибающего момента .

,

где φ_Ш = 0,8 – коэффициент прочности сварного шва;

W_C – момент сопротивления изгибу сварных швов.

W_C = .

Напряжение среза в сварных швах

τ = ,

где k - выста катета сварного шва.

Приведенное напряжение в сварных швах:

σ_пр = _.

Конструирование и расчёт накидного (свободного) фланца

Свободные фланцы рассчитывают на изгиб. Опасным сечением по оси у –у. На фланец действует расчётная нагрузка Q_БФ и реакция опоры N. Равнодействующая расчётной нагрузки для левой половине фланца проложена в центре тяжести болтовой полуоружности на расстоянии 2R_Б / π от оси у –у , а равнодействующая реакции опоры - в центре тяжести полуоружности опорного кольца на расстоянии 2R_С / π от оси у –у.

Радиус опорной поверхности фланца можно принять равным

R_C = ( R_H + R_B) / 2

где R_Н и R_В соответственно наружный и внутренний радиусы опорной поверхности.

Изгибающий момент относительно сечения по оси у –у

М = ,

так как Q_БФ = N, то

М = Q_БФ .

Момент сопротивления изгибу сечения по оси у –у с учётом ослабления сечения двумя отверстиями под болты

.

Напряжение во фланце

.

Из данной формулы находят необходимую толщину фланца. При σ = [σ]_Ф находим :

.

Как видим, толщина фланца зависит от разности , которую следует по возможности уменьшать.

Кроме пиближённого метода расчёта фланцев, существует ещё несколько методв, более точно учитывающих конструктивные формы ( размер втулки, жёсткость фланца, конструкцию и расположение прокладки), а также более точно задают схему нагружения. Это метод расчёта фланцевых соединений по коду США , отечественный стандартный метод ( ГОСТ, РТМ ) и другие.