ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений.
ГОСТ Р 52857.4-2007
Группа Г02
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Сосуды и аппараты
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений
Vessels and apparatus. Norms and methods of strength calculation. Stength and leak-tightness calculation of flange joints
ОКС 71.120
75.200
ОКП 36 1500
Дата введения 2008-04-01
Предисловие
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения" (ОАО НИИХИММАШ); Закрытым акционерным обществом "Петрохим Инжиниринг" (ЗАО Петрохим Инжиниринг); Открытым акционерным обществом "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО ВНИИНЕФТЕМАШ); Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору (Ростехнадзор)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 260 "Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 декабря 2007 г. N 503-ст
4 В настоящем стандарте учтены основные нормативные положения следующих международных и европейских стандартов:
Директивы 97/23* ЕС Европейского Парламента и Совета от 29 мая 1997 г. по сближению законодательств государств-членов, касающейся оборудования, работающего под давлением; ЕН 13445-3:2002 "Сосуды, работающие под давлением. Часть 3. Расчет" (EN 13445-3:2002 "Unfired pressure vessel - Part 3: Design")
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений сосудов и аппаратов из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов (алюминия, меди, титана и их сплавов), применяемых в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и смежных отраслях промышленности, работающих в условиях однократных и многократных нагрузок под внутренним избыточным давлением или вакуумом, под действием осевых сил и изгибающих моментов. Допускается также использование настоящего стандарта для расчета фланцевых соединений трубопроводов. Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений применимы при условии, что технические требования к конструированию, изготовлению и контролю удовлетворяют требованиям нормативных документов. В случае, если свойства материалов, отклонения от геометрической формы, неточности или качество изготовления отличаются от требований нормативных документов, то при расчете на прочность эти отступления должны быть учтены соответствующей корректировкой расчетных формул.
Настоящий стандарт распространяется на расчет фланцевых соединений с фланцами приварными встык, плоскими приварными и свободными с плоскими, восьмигранными и овальными прокладками, которые полностью расположены внутри окружности, ограниченной отверстиями под шпильки (болты).
Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ Р 52857.1-2007.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия
ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
ГОСТ Р 52857.6-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность при малоцикловых нагрузках
ГОСТ Р 52857.7-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Теплообменные аппараты
ГОСТ 481-80 Паронит и прокладки из него. Технические условия
ГОСТ 2850-95 Картон асбестовый. Технические условия
ГОСТ 7338-90 Пластины резиновые и резинотканевые. Технические условия
ГОСТ 28759.5-90 Фланцы сосудов и аппаратов. Технические требования
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Обозначения
В настоящем стандарте применены следующие обозначения:
4 Общие положения
4.1 Основные типы фланцевых соединений, рассматриваемых в настоящем стандарте, приведены на рисунках 1-3. На рисунке 1 приведены примеры фланцевых соединений с приварными встык фланцами, на рисунке 2 - с плоскими приварными фланцами, на рисунке 3 - со свободными фланцами.
|
|
а - фланцевое соединение с гладкой уплотнительной поверхностью | б - фланцевое соединение с уплотнительной поверхностью типа выступ-впадина |
Рисунок 1, лист 1 - Фланцевые соединения с приварными встык фланцами
|
|
в - фланцевое соединение с уплотнительной поверхностью типа шип-паз | г - фланцевое соединение с канавкой под восьмигранную или овальную прокладку |
Рисунок 1, лист 2 - Фланцевые соединения с приварными встык фланцами
|
|
а - фланцевое соединение с гладкой уплотнительной поверхностью | б - фланцевое соединение с уплотнительной поверхностью типа выступ-впадина |
Рисунок 2, лист 1 - Фланцевые соединения с плоскими фланцами
|
|
в - фланцевое соединение с уплотнительной поверхностью типа шип-паз |
Рисунок 2, лист 2 - Фланцевые соединения с плоскими фланцами
|
|
а - фланцевое соединение с уплотнительной поверхностью типа выступ-впадина | б - фланцевое соединение с уплотнительной поверхностью типа шип-паз |
Примечание - Рисунки 1-3 не определяют всех деталей конструкции фланцевых соединений
Рисунок 3 - фланцевые соединения со свободными кольцами
Настоящий стандарт позволяет также рассчитывать фланцевые соединения смешанных типов: приварные встык - с плоскими, плоские - со свободными фланцами и т.д., соединения фланца с плоской или неотбортованной сферической крышкой, а также фланцевые соединения с зажатыми между фланцами трубными решетками или другими закладными деталями.
Рекомендации по пределам применения фланцев и прокладок различных типов приведены в приложении А.
4.2 Настоящий метод расчета распространяется на фланцевые соединения, отвечающие условиям:
Уклон втулки приварного встык фланца не должен превышать 1:2,5 (0,4):
4.3 При расчете фланцевых соединений учитывают следующие виды нагрузок:
- усилие затяжки болтов (шпилек);
- внутреннее или наружное давление;
- внешнюю осевую силу;
- внешний изгибающий момент;
- усилия, вызванные стесненностью температурных деформаций элементов фланцевых соединений, включая фланцы, болты (шпильки) и зажатую между фланцами трубную решетку или закладную деталь.
Если между фланцами зажата трубная решетка или закладная деталь, давления по обе стороны которой отличаются друг от друга, в расчете фланцевого соединения следует учитывать давление, действующее на каждый из фланцев в отдельности, и общее для двух фланцев усилие в болтах (шпильках).
Если в качестве ответного фланца используют краевую часть трубной решетки кожухотрубчатого теплообменного аппарата, то при определении нагрузок, действующих на элементы фланцевого соединения, и углов поворотов фланцев следует учитывать деформации кожуха, трубного пучка и решетки в соответствии с ГОСТ Р 52857.7.
Фланцевые соединения должны отвечать условиям прочности и плотности как в случае учета внешней осевой силы и изгибающего момента, так и при расчете только на действие давления.
Рекомендации по выбору нормализованных фланцевых соединений, нагруженных давлением, осевой силой и изгибающим моментом, приведены в приложении Б.
4.5 Если аппарат работает при нескольких различных режимах, расчет должен быть выполнен на условия, обеспечивающие прочность и герметичность фланцевых соединений при всех режимах.
4.6 Расчетные температуры элементов фланцевого соединения, необходимые для определения физико-механических характеристик материалов и допускаемых напряжений, а также при расчете на прочность с учетом стесненности температурных деформаций, определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний в соответствии с ГОСТ Р 52857.1, раздел 5.
Рекомендации по назначению температур элементов фланцевого соединения при отсутствии результатов специальных теплотехнических расчетов или результатов испытаний приведены в приложении В. Рекомендации, приведенные в приложении В, не распространяются на фланцы с прорезями и фланцы, между которыми зажата трубная решетка или закладная деталь.
4.7 Если свободное температурное расширение в осевом направлении элементов фланцевого соединения, находящихся между опорными поверхностями гаек (головки болта и гайки), превышает свободное температурное перемещение болтов (шпилек), расчет фланцев и болтов (шпилек) с учетом усилий, вызванных стесненностью температурных деформаций элементов фланцевых соединений, допускается не проводить в следующих случаях:
- если расчетная температура элементов фланцевого соединения не превышает 100°С;
- если свободное температурное расширение в осевом направлении элементов фланцевого соединения, находящихся между опорными поверхностями гаек (головки болта и гайки), включая фланцы и зажатую между фланцами трубную решетку или закладную деталь, превышает свободное температурное перемещение болтов (шпилек) не более чем на 10%.
4.8 Если необходимо учесть усилия, вызванные стесненностью температурных деформаций элементов фланцевого соединения, следует выполнить два расчета: расчет без учета усилий, вызванных стесненностью температурных деформаций элементов фланцевых соединений, и с их учетом, используя в каждом случае соответствующие значения допускаемых напряжений. При этом в каждом случае должна обеспечиваться прочность и герметичность всех элементов фланцевого соединения.
4.9 Необходимость выполнения расчета фланцевого соединения на малоцикловую усталость определяется в соответствии с ГОСТ Р 52857.6 в зависимости от расчетного количества сборок-разборок и циклов нагружения давлением или теплосмен.
4.10 Расчет фланцевого соединения для условий испытаний проводят так же, как для рабочих условий. При этом допускаемые напряжения для условий испытания принимаются в соответствии с ГОСТ Р 52857.1 и приложением Г. Расчет фланцевого соединения для условий испытания проводить не требуется, если выполняется соответствующее условие, приведенное в ГОСТ Р 52857.1 (пункт 8.4).
4.11 Расчет фланцевых соединений на прочность и герметичность состоит из следующих этапов:
- определения усилия, действующего на прокладку в рабочих условиях, необходимого для обеспечения герметичности фланцевого соединения, и усилия, необходимого для первоначального сжатия прокладки;
- определения усилия в болтах (шпильках) в рабочих условиях и усилия при затяжке, необходимого для обеспечения герметичности фланцевого соединения в рабочих условиях. Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладки;
- расчет на прочность элементов фланцевого соединения при затяжке и в рабочих условиях при действии давления, усилий в болтах (шпильках), необходимых для обеспечения герметичности фланцевого соединения и других нагрузок;
- проверки углов поворота фланцев;
- расчета элементов фланцевого соединения на малоцикловую усталость в случае, если нагружение носит циклический характер.
4.12 Если для учета воздействия на фланец коррозионно-активной среды назначается прибавка к расчетной толщине для компенсации коррозии, следует при определении податливости фланцев и усилий, действующих на элементы фланцевого соединения, использовать номинальные размеры фланца без вычета прибавки на коррозию. При определении напряжений во фланцах следует во всех случаях использовать расчетные толщины за вычетом прибавки на коррозию в соответствии с ГОСТ Р 52857.1 (пункт 12.1).
Если для защиты фланца от воздействия коррозионно-активной среды используется наплавка коррозионно-стойкой сталью, следует при определении податливости фланцев и усилий, действующих на элементы фланцевого соединения, использовать номинальные размеры фланца с учетом толщины наплавки. При определении напряжений во фланце и проверке его прочности учет наплавки проводят в соответствии с ГОСТ Р 52857.1 (пункт 8.8).
Если для защиты от воздействия коррозионно-активной среды используется облицовка листом из коррозионно-стойкой стали, следует при определении податливости фланцев, усилий, действующих на элементы фланцевого соединения, и напряжений во фланце использовать номинальные размеры фланца без учета толщины облицовки.
5 Усилия, необходимые для смятия прокладки и обеспечения герметичности фланцевого соединения
5.1 Эффективную ширину прокладки вычисляют по формулам:
- для плоских прокладок:
- для прокладок овального или восьмигранного сечения:
Расчетный диаметр плоских прокладок вычисляют по формуле
Расчетный диаметр прокладок овального или восьмигранного сечения равен среднему диаметру прокладки.
5.2 Усилие, необходимое для смятия прокладки при затяжке, вычисляют по формуле
5.3 Усилие на прокладке в рабочих условиях, необходимое для обеспечения герметичности фланцевого соединения, вычисляют по формуле
6 Усилия в болтах (шпильках) фланцевого соединения при затяжке и в рабочих условиях
6.1 Суммарную площадь сечения болтов (шпилек) по внутреннему диаметру резьбы или нагруженному сечению наименьшего диаметра вычисляют по формуле
Площади поперечных сечений болтов (шпилек) приведены в приложении Д.
6.2 Равнодействующую нагрузку от давления вычисляют по формуле
6.3 Приведенную нагрузку, вызванную воздействием внешней силы и изгибающего момента, вычисляют по формуле
6.4 Нагрузку, вызванную стесненностью температурных деформаций, вычисляют по формулам:
- в соединениях с приварными встык (см. рисунок 1) и плоскими (см. рисунок 2) фланцами
- в соединениях со свободными фланцами (см. рисунок 3):
- в соединении с крышкой:
- в случае, если между фланцами зажата трубная решетка или иная закладная деталь:
Физические и механические свойства крепежных сталей приведены в приложении Ж.
6.5 Расчетную нагрузку на болты (шпильки) фланцевых соединений вычисляют по формулам:
- при затяжке фланцевого соединения:
- в рабочих условиях:
7 Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладки
7.1 Расчетные напряжения в болтах (шпильках) вычисляют по формулам:
- при затяжке:
- в рабочих условиях:
7.2 Условия прочности болтов (шпилек) определяют по формулам:
- при затяжке:
- в рабочих условиях:
7.3 Условие прочности прокладки (проверяется для мягких прокладок) определяют по формуле
8 Расчет фланцев на статическую прочность
8.1 Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец при затяжке
Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец при затяжке, вычисляют по формулам:
- для приварного встык фланца, плоского фланца и бурта свободного фланца:
- для кольца свободного фланца:
8.2 Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец в рабочих условиях
Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец в рабочих условиях, вычисляют по формулам:
- для приварного встык фланца, плоского фланца и бурта свободного фланца:
- для кольца свободного фланца:
8.3 Расчетные напряжения во фланце при затяжке
8.3.1 Меридиональное изгибное напряжение во втулке приварного встык фланца, обечайке (трубе) плоского фланца или обечайке бурта свободного фланца вычисляют по формулам:
- для приварных встык фланцев с прямой втулкой, плоских фланцев и свободных фланцев:
8.3.2 Напряжения в тарелке приварного встык фланца, плоского фланца и бурте свободного фланца в условиях затяжки вычисляют по формулам:
- радиальное напряжение:
- окружное напряжение:
8.3.3 Окружное напряжение в кольце свободного фланца в условиях затяжки вычисляют по формуле
8.4 Расчетные напряжения во фланце в рабочих условиях
8.4.1 Меридиональные изгибные напряжения во втулке приварного встык фланца, обечайке (трубе) плоского фланца или обечайке (трубе) бурта свободного фланца в рабочих условиях вычисляют по формулам:
- для приварных встык фланцев с прямой втулкой, плоских фланцев и фланцев со свободными кольцами:
8.4.2 Меридиональные мембранные напряжения во втулке приварного встык фланца, обечайке (трубе) плоского фланца или обечайке (трубе) бурта свободного фланца в рабочих условиях вычисляют по формулам:
8.4.4 Напряжения в тарелке приварного встык фланца, плоского фланца и бурте свободного фланца в рабочих условиях вычисляют по формулам:
- радиальное напряжение:
- окружное напряжение:
8.4.5 Окружное напряжение в кольце свободного фланца в рабочих условиях вычисляют по формуле
8.5 Условия статической прочности фланцев
- при затяжке:
- в рабочих условиях:
- при затяжке:
- в рабочих условиях:
- при затяжке:
- в рабочих условиях:
Для тарелок приварных встык фланцев, плоских фланцев и буртов свободных фланцев должны выполняться условия:
- при затяжке:
- в рабочих условиях:
8.5.7 Для колец свободных фланцев условия статической прочности определяют по формулам:
- при затяжке:
- в рабочих условиях:
9 Проверка углов поворота фланцев
9.1 Угол поворота приварного встык фланца, плоского фланца и бурта свободного фланца в рабочих условиях вычисляют по формуле
Допустимый угол поворота приварного встык фланца:
9.2 Угол поворота кольца свободного фланца в рабочих условиях вычисляют по формуле
10 Расчет элементов фланцевого соединения на малоцикловую усталость
10.1 Размах условных упругих напряжений в элементах фланцевого соединения
- меридиональное напряжение:
- окружное напряжение:
- радиальное напряжение:
- меридиональное напряжение:
- окружное напряжение:
- радиальное напряжение:
- меридиональное напряжение:
- окружное напряжение:
- радиальное напряжение:
- меридиональное напряжение:
- окружное напряжение:
- меридиональное напряжение:
- окружное напряжение:
- радиальное напряжение:
10.2 Расчетные амплитуды приведенных условных упругих напряжений при затяжке
10.2.1 Для приварных встык фланцев с конической втулкой амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке вычисляют по формуле
10.2.2 Для приварных встык фланцев с прямой втулкой и бурта свободных фланцев амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке вычисляют по формуле
10.2.3 Для плоских фланцев амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке вычисляют по формуле
10.2.4 Для колец свободных фланцев амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке вычисляют по формуле
10.2.5 Для шпилек (болтов) амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке вычисляют по формуле
10.3 Расчетные амплитуды приведенных упругих напряжений в рабочих условиях
10.3.1 Для приварных встык фланцев с конической втулкой амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях вычисляют по формуле
10.3.2 Для приварных встык фланцев с прямой втулкой и буртов свободных фланцев амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях вычисляют по формуле
10.3.3 Для плоских фланцев амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях вычисляют по формуле
10.3.4 Для колец свободных фланцев амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях вычисляют по формуле
10.3.5 Для шпилек (болтов) амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях вычисляют по формуле
Приложение А
(рекомендуемое)
Рекомендации по пределам применения фланцев и прокладок различных типов
Плоские и свободные фланцы рекомендуется применять при температуре среды до 300°С.
Фланцы с гладкой уплотнительной поверхностью рекомендуется применять для условных давлений среды до 1,6 МПа. Допускается использование фланцев с гладкой уплотнительной поверхностью для более высоких давлений при использовании спирально-навитых прокладок с двумя ограничительными кольцами.
Фланцы с уплотнительной поверхностью "выступ-впадина" рекомендуются для условных давлений среды более 1,6 до 6,3 МПа.
Фланцы с уплотнительной поверхностью "шип-паз" рекомендуются для прокладок, которые необходимо помещать в замкнутый объем.
Фланцы с уплотнительной поверхностью под металлическую прокладку овального или восьмигранного сечения рекомендуются для условных давлений среды не менее 6,3 МПа.
Приложение Б
(рекомендуемое)
Рекомендации по выбору нормализованных фланцевых соединений, нагруженных давлением, осевой силой и изгибающим моментом
Приложение В
(рекомендуемое)
Рекомендации по назначению температур элементов фланцевого соединения
Рабочую температуру элементов фланцевого соединения определяют на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний. При отсутствии более точных данных допускается определять расчетную температуру элементов фланцевого соединения по таблице В.1.
Таблица В.1
|
|
|
|
|
|
|
Тип фланцевого соединения | Изолированные фланцы | Неизолированные фланцы | ||||
| ||||||
Плоские, приварные встык | - | 0,97 | 0,96 | - | 0,85 | |
Со свободными кольцами | 0,97 | 0,90 | 0,96 | 0,90 | 0,81 |
Приложение Г
(обязательное)
Допускаемые напряжения для материала болтов (шпилек)
Номинальное допускаемое напряжение для болтов (шпилек) при затяжке и испытании вычисляют по формуле (Г.1) при температуре 20°С.
Номинальное допускаемое напряжение для болтов (шпилек) в рабочих условиях вычисляют по формулам (Г.1), (Г.2), но не более номинального допускаемого напряжения при затяжке:
- если расчетная температура для болтов (шпилек) из углеродистых сталей не превышает 380°С, низколегированных сталей - 420°С, аустенитных сталей - 525°С:
- если расчетная температура болтов (шпилек) из углеродистых сталей превышает 380°С, низколегированных сталей - 420°С, аустенитных сталей - 525°С:
Допускаемые напряжения для болтов (шпилек) при затяжке в рабочих условиях и при расчете на условия испытания вычисляют по формулам:
Рекомендуемые значения крутящих моментов при затяжке приведены в приложении Л.
Номинальные допускаемые напряжения для болтов (шпилек) приведены в таблице Г.1.
Таблица Г.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная температура болтов (шпилек), °С | Номинальное допускаемое напряжение для болтов (шпилек), МПа | |||||||
| Марки материала | |||||||
| 35, 40 | 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т | 45Х14Н14В2М | 20X13 | 35Х, 40Х, 38ХА, 37Х12Н8Г8МБФ, 20ХН3А | 30ХМА | 25X1МФ | Д16 |
20 | 130,0 | 110,0 | 160,0 | 195,0 | 230,0 | 230,0 | 238,0 | 83 |
100 | 126,0 | 105,0 | 150,0 | 182,0 | 230,0 | 230,0 | 227,0 | 80 |
200 | 120,0 | 98,0 | 150,0 | 165,0 | 225,0 | 200,0 | 217,0 | 76 |
250 | 107,0 | 95,0 | 144,0 | 158,0 | 222,0 | 182,0 | 210,0 | - |
300 | 97,0 | 90,0 | 139,0 | 150,0 | 222,0 | 174,0 | 199,0 | - |
350 | 86,0 | 86,0 | 128,0 | 147,0 | 185,0 | 166,0 | 185,0 | - |
375 | 80,0 | 85,0 | 128,0 | 146,0 | 175,0 | 166,0 | 180,0 | - |
400 | 75,0 | 83,0 | 128,0 | 145,0 | 160,0 | 166,0 | 175,0 | - |
425 | 68,0 | 82,0 | 125,0 | 143,0 | 156,0 | 161,0 | 168,0 | - |
450 | - | 80,0 | 123,0 | 142,0 | - | 156,0 | 161,0 | - |
475 | - | 79,0 | 120,0 | 140,0 | - | - | 152,0 | - |
500 | - | 78,0 | 118,0 | - | - | - | 143,0 | - |
510 | - | - | 117,0 | - | - | - | - | - |
520 | - | - | 116,0 | - | - | - | - | - |
530 | - | - | 115,0 | - | - | - | - | - |
540 | - | - | 114,0 | - | - | - | - | - |
550 | - | - | 113,0 | - | - | - | - | - |
Продолжение таблицы Г.1
|
|
|
|
|
|
|
|
Расчетная температура болтов (шпилек), °С | Номинальное допускаемое напряжение для болтов (шпилек), МПа | ||||||
| Марки материала | ||||||
| 25Х2М1Ф | 20Х1МФ1БР | 18Х12ВМБРФ | 14X17Н2 | 07Х16Н6 | ХН35ВТ | 08Х15Н24ВА4ТР |
20 | 238,0 | 238,0 | 238,0 | 232,0 | 321,0 | 208,0 | 231,0 |
100 | 232,0 | 234,0 | 234,0 | 230,0 | 314,0 | 196,0 | 226,0 |
200 | 231,0 | 224,0 | 231,0 | 220,0 | 312,5 | 186,0 | 221,0 |
250 | 224,0 | 213,0 | 227,0 | 218,0 | 309,8 | 186,0 | 219,0 |
300 | 220,0 | 202,0 | 227,0 | 209,0 | 307,0 | 186,0 | 217,0 |
350 | 213,0 | 185,0 | 220,0 | 207,0 | 307,0 | 186,0 | 215,0 |
375 | 209,0 | 183,0 | 216,0 | - | - | 186,0 | 214,0 |
400 | 206,0 | 182,0 | 213,0 | - | - | 186,0 | 213,0 |
425 | 202,0 | 178,0 | 208,0 | - | - | 186,0 | 213,0 |
450 | 199,0 | 175,0 | 203,0 | - | - | 186,0 | 213,0 |
475 | 195,0 | 171,0 | 196,0 | - | - | 186,0 | 213,0 |
500 | 192,0 | 167,0 | 189,0 | - | - | 186,0 | 208,0 |
510 | - | - | - | - | - | 185,0 | 205,0 |
520 | - | - | - | - | - | 184,0 | 202,0 |
530 | - | - | - | - | - | 183,0 | 199,0 |
540 | - | - | - | - | - | 181,0 | 196,0 |
550 | - | - | - | - | - | 180,0 | 195,0 |
560 | - | - | - | - | - | 165,0 | 183,0 |
570 | - | - | - | - | - | 150,0 | 171,0 |
580 | - | - | - | - | - | 135,0 | 169,0 |
590 | - | - | - | - | - | 120,0 | 157,0 |
600 | - | - | - | - | - | 115,0 | 147,0 |
610 | - | - | - | - | - | 110,0 | - |
620 | - | - | - | - | - | 105,0 | - |
630 | - | - | - | - | - | 100,0 | - |
640 | - | - | - | - | - | 94,0 | - |
650 | - | - | - | - | - | 88,0 | - |
Приложение Д
(справочное)
Площади поперечных сечений болтов (шпилек)
Таблица Д.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр болта (шпильки), мм | М 10 | М 12 | М 16 | М 20 | М 22 | М 24 | М 27 | М 30 | М 36 | М 42 | М 48 | М 52 | М 56 | М 60 | М 64 | М 68 |
Площадь поперечного сечения болтов (шпилек) без проточки, мм | 52,2 | 76,2 | 144,0 | 225,0 | 281,5 | 324,0 | 430,0 | 520,0 | 760,0 | 1045,0 | 1376,0 | 1652,0 | 1905,0 | 2227,0 | 2520,0 | 2888,0 |
Площадь поперечного сечения болтов (шпилек) с проточкой, мм | 47,8 | 70,9 | 133,0 | 201,0 | 254,5 | 314,0 | 380,0 | 452,0 | 707,0 | 962,0 | 1257,0 | 1521,0 | 1810,0 | 2124,0 | 2290,0 | 2463,0 |
Приложение Е
(обязательное)
Плечи действия сил и коэффициенты жесткости
Плечи действия усилий в болтах (шпильках) вычисляют по формулам:
- для приварных встык и плоских фланцев:
- для фланцев со свободными кольцами:
Плечо усилия от действия давления на фланец для всех типов фланцев принимается равным:
Эквивалентную толщину плоских фланцев и фланцев со свободными кольцами вычисляют по формуле
- для приварных встык и плоских фланцев:
- для фланцев со свободными кольцами:
- для соединения фланца с крышкой:
- для приварных встык и плоских фланцев с плоскими прокладками:
- для соединения фланца с плоской прокладкой с крышкой:
- для приварных встык и плоских фланцев:
- для фланцев со свободными кольцами:
Для фланцев с овальными и восьмигранными прокладками и для свободных фланцев коэффициент жесткости фланцевого соединения принимают равным 1.
Приложение Ж
(справочное)
Физические и механические свойства крепежных материалов
Модули продольной упругости крепежных материалов в зависимости от температуры приведены в таблице Ж.1.
Таблица Ж.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Марка стали | Модуль упругости 10 , МПа, при температуре, ° С | |||||||||
| 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 450 | 500 | 550 | 600 | 650 |
10, 20, 25, 30, 35, 40 | 2,13 | 2,10 | 1,98 | 1,90 | 1,85 | - | 1,79 | - | - | - |
35Х, 40Х, 15ХМ, 30ХМА, 35ХМ | 2,18 | 2,15 | 2,08 | 2,01 | 1,92 | - | 1,79 | - | - | - |
12Х1МФ (12ХМФ), 25Х1МФ (ЭИ10), 25Х2М1Ф (ЭИ723), 20Х1М1Ф1ТР (ЭП182), 20Х1М1Ф1БР (ЭП44) | 2,15 | 2,12 | 2,08 | 2,02 | 1,94 | - | 1,83 | 1,77 | 1,70 | - |
20X13 (2X13), 15Х11МФ (1Х11МФ), 20Х12ВНМФ (ЭП428), 18Х11МНФБ (ЭП291), 1Х12Н2ВМФ (ЭИ961), 18Х12ВМБФР (ЭИ993) | 2,28 | 2,22 | 2,13 | 2,05 | 1,93 | - | 1,84 | 1,75* | 1,70 | - |
12Х18Н10Т (Х18Н10Т), 08Х18Н10Т (0Х18Н10Т), 08Х16Н13М2Б (ЭИ680), 31Х19Н9МВБТ (ЭИ572), ХН35ВТ (ЭИ612) | 2,05 | 2,02 | 1,97 | 1,90 | 1,81 | 1,80 | 1,73 | 1,70 | 1,65 | 1,60 |
10Х11Н22Т3МР (ЭИ696М) | 1,9 | 1,81 | 1,69 | 1,58 | 1,48 | 1,42 | 1,37 | 1,33 | 1,31 | 1,30 |
Д16 | 0,71 | 0,67 | 0,59 | - | - | - | - | - | - | - |
* При температуре 565 ° С модуль упругости равен 1,73 ·10 , МПа. |
Коэффициенты линейного расширения крепежных сталей в зависимости от температуры приведены в таблице Ж.2.
Таблица Ж.2
|
|
|
|
|
|
|
Марка стали | Коэффициент линейного расширения 10 , | |||||
| 20-100 | 20-200 | 20-300 | 20-400 | 20-500 | 20-600 |
10, 20, 25, 30, 35 | 11,1 | 11,9 | - | 13,4 | - | - |
40 | 11,3 | 12,0 | 13,3 | 13,3 | - | - |
20X13 | 10,4 | 10,9 | 11,4 | 11,8 | - | - |
14Х17Н2 | 10,6 | 10,8 | 11,0 | 11,1 | 11,3 | - |
35Х, 40Х, 38ХА | 13,4 | 13,3 | - | 14,8 | - | - |
20ХН3А | 11,0 | 12,0 | 13,0 | 13,5 | 14,0 | 14,5 |
30ХМА | 12,3 | 12,6 | 12,9 | 13,9 | - | 14,4 |
25X1МФ | 11,3 | 12,7 | - | 13,9 | - | 14,6 |
25Х2М1Ф | 12,5 | 12,9 | 13,3 | 13,7 | 14,0 | 14,7 |
18Х12ВМБФР | 11,2 | 11,3 | 11,4 | 11,8 | 12,0 | - |
37Х12Н8Г8МБФ | 15,9 | 18,0 | 19,2 | 21,5 | 22,4 | 21,0 |
12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т | 16,6 | 17,0 | 18,0 | 18,0 | 18,0 | - |
45Х14Н14В2М | - | 17,0 | - | 18,0 | - | 18,0 |
ХН35ВТ | 14,8 | 15,1 | 15,5 | 15,9 | 16,1 | 16,6 |
08Х15Н24ВА4ТР | 14,5 | 15,5 | 16,3 | 16,8 | 17,2 | 17,4 |
07Х16Н16 | 11,2 | 11,9 | 12,1 | 12,5 | 12,9 | - |
Д16 | 22,7 | 23,4 | - | - | - | - |
Приложение И
(обязательное)
Характеристики основных типов прокладок
Характеристики основных типов прокладок для использования в расчете фланцевых соединений по настоящему стандарту приведены в таблице И.1.
Таблица И.1
|
|
|
|
|
|
Тип и материал прокладки | Прокла- дочный коэффи- циент | Удельное давление обжатия прокладки , МПа | Допус- каемое удельное давление , МПа | Коэффи- циент обжатия | Условный модуль сжатия прокладки , МПа |
Плоская неметаллическая прокладка из: |
|
|
|
|
|
резины по ГОСТ 7338 с твердостью по Шору А до 65 единиц | 0,5 | 2,0 | 18,0 | 0,4 | |
резины по ГОСТ 7338 с твердостью по Шору А более 65 единиц | 1,0 | 4,0 | 20,0 | 0,09 | |
паронита по ГОСТ 481 при толщине не более 2-3 мм | 2,5 | 20,0* | 130,0 | 0,90 | 0,02 |
картона асбестового по ГОСТ 2850 при толщине 1-3 мм | 2,5 | 20,0 | 130,0 | 0,90 | 0,02 |
фторопласта 4 по ТУ 6-05-810 [1] при толщине 1-3 мм | 2,5 | 10,0 | 40,0 | 1,00 | 0,02 |
терморасширенного графитового материала (типа "Графлекс") с обтюратором | 2,0 | 4,0 | 200,0 | 1,00 | 0,02 |
терморасширенного графитового материала (типа "Графлекс") без обтюратора | 2,5 | 4,0 | 120 - при 2 мм; 100 - при 3 мм | 1,00 | 0,02 |
Плоская металлическая прокладка из: |
|
|
|
|
|
алюминия марки АД по ГОСТ 21631 | 4,0 | 60,0 | - | - | - |
латуни марки Л63 по ГОСТ 2208 | 4,75 | 90,0 | - | - | - |
стали марки 05кп по ГОСТ 9045 | 5,5 | 125,0 | - | - | - |
Плоская прокладка из асбеста по ГОСТ 2850 в оболочке из: |
|
|
|
|
|
алюминия | 3,25 | 38,0 | - | - | - |
меди и латуни | 3,5 | 46,0 | - | - | - |
стали марки 05кп | 3,75 | 53,0 | - | - | - |
стали марки 12Х18Н10Т | 3,75 | 63,0 | - | - | - |
Плоская спирально-навитая прокладка с лентой из: |
|
|
|
|
|
нержавеющей стали | 3,0 | 69,0 | - | - | - |
углеродистой стали | 2,5 | 69,0 | - | - | - |
Кольцо с овальным или восьмигранным сечением из: |
|
|
|
|
|
5,5 | 125,0 | - | - | - | |
стали марки 08X18Н10Т | 6,5 | 180,0 | - | - | - |
* Для сред с высокой проникающей способностью (водорода, гелия, легких нефтепродуктов, сжиженных газов и т.п.) 35,0 МПа. |
Приложение К
(обязательное)
Определение податливости прокладки, болтов (шпилек), фланцев
К.1 Податливость прокладки и болтов (шпилек)
К.2 Расчетные параметры и угловая податливость фланцев
Параметр длины обечайки вычисляют по формуле
Отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру вычисляют по формуле
Угловую податливость фланца при затяжке вычисляют по формуле
Угловую податливость кольца свободного фланца при затяжке вычисляют по формуле
где
Угловую податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом, вычисляют по формулам:
- для фланцев (см. рисунки 1, 2):
- для бурта фланца (см. рисунок 3):
- для свободного фланца (см. рисунок 3):
Коэффициент, учитывающий изгиб тарелки фланца между шпильками (болтами), вычисляют по формуле
Приведенный диаметр приварного встык фланца с конической или прямой втулкой равен:
|
|
- при ; |
|
- " и ;
| (К.19) |
- " и . |
|
К.3 Угловые податливости фланца со сферической неотбортованной крышкой и плоской крышки
Угловую податливость фланца со сферической необортованной крышкой вычисляют по формуле
где
Угловую податливость плоской крышки вычисляют по формуле
Приложение Л
(справочное)
Крутящий момент на ключе при затяжке
Рисунок Л.1 - Крутящий момент при затяжке для болтов (шпилек)
Библиография
[1] ТУ 6-05-810 Заготовки из фторопласта 4 и фторопласта 4А общего назначения
|
|
|
|
|
УДК 66.023:006.354 | ОКС 71.120 |
| Г02 | ОКП 36 1500 |
| 75.200 |
|
|
|
| ||||
Ключевые слова: сосуды и аппараты, фланцы, нормы и методы расчета на прочность, герметичность, допускаемые напряжения |