Методика расчета усилий затяжки болтовых соединений фланцев часть II
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 фланцы приварные.
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 фланца. 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.