РД 26-15-88. Руководящий документ. Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений

(утв. и введен в действие Минхиммашем СССР 29.11.1988)

(ред. от 21.02.2001)

от 29 ноября 1988 года

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

СОСУДЫ И АППАРАТЫ. НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Исполнители: Рачков В.И., к.т.н.; Зусмановская С.И., к.т.н.; Гапонова Л.П.; Смольский К.В., к.т.н.; Заваров В.А.; Морозов В.Г.; Перцев Л.П., д.т.н.; Голубова Т.П.; Мамонтов Г.В., к.т.н.; Зейде И.Е.; Вольфсон Б.С.

2. Утвержден и введен в действие листом утверждения Главного научно-технического управления от 29.11.1988.

3. Взамен ОСТ 26-373-78, ОСТ 26-01-396-78, ОСТ 26-01-54-77.

4. Ссылочные нормативно-технические документы

Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта, подпункта, перечисления, Приложения
ГОСТ 481-80	3.2
ГОСТ 2208-75	3.2
ГОСТ 2850-80	3.2
ГОСТ 5632-72	3.2
ГОСТ 7338-77	3.2
ГОСТ 9045-80	3.2
ГОСТ 14249-80	Приложение 1
ГОСТ 21631-76	3.2
ГОСТ 25859-83	9.3
ОСТ 26-01-64-83	Приложение 1
ОСТ 26-11-04-84	2.5, 5.3, 12.4.6
ОСТ 26-291-87	Вводная часть
ТУ 6-05-810-76	3.2

Настоящий руководящий документ устанавливает нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений сосудов и аппаратов из стали, работающих в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности в условиях воздействия статических и повторностатических нагрузок. Допускается применять настоящий РД для расчета фланцевых соединений трубопроводов и штуцеров при условии выполнения п. 1.3.

1.1. Термины и условные обозначения соответствующих им физических величин приведены в обязательном Приложении 1.

1.2. Типы фланцевых соединений приведены на черт. 1 - 4 <*>. Пределы применения типов фланцевых соединений приведены в справочном Приложении 5.

---

<*> Чертеж не определяет конструкцию.

Черт. 1

Черт. 2

Черт. 3

1.3 Расчетные формулы настоящего стандарта применимы при

Тип фланцевого соединения	Изолированные			Неизолированные
	t_{\text{ф}}	t_{\text{к}}	t_{\text{б}}	t_{\text{ф}}	t_{\text{к}}	t_{\text{б}}
Плоские, приварные встык (черт. 1, 2)	t	-	0,97t	0,96t	-	0,95t
Со свободными кольцами (черт. 3)	t	0,97t	0,90t	0,96t	0,90t	0,81t
Фланцы приварные под зажимы (черт. 4)	t	-	0,55t	0,96t	-	0,55t

1.6. При работе аппарата в условиях нескольких расчетных режимов по температуре и давлению расчет производится на условия, обеспечивающие прочность и герметичность фланцевого соединения во всех режимах.

2. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1 Допускаемые напряжения для материалов болтов (шпилек) определяются по формулам при условии:

[\sigma]_{\text{б}} = min\{ \frac{\sigma_{\text{т}}}{n_{\text{т}}} ; \frac{\sigma_{\text{д} \cdot 10^{5}}}{n_{\text{д}}} ; \frac{\sigma_{1\% \cdot 10^{5}}}{n_{\text{п}}} \} .

2.2 Коэффициенты запаса прочности n_{\text{т}} приведены в табл. 2.

Материал болтов		n_{\text{т}}
		Рабочие условия		Условия испытания
		затяжка не контролируется	затяжка контролируется	затяжка не контролируется	затяжка контролируется
Углеродистые стали	\frac{\sigma_{\text{т}}}{\sigma_{\text{в}}} \geq 0,7	2,6 — 2,8	2,4	2,1	1,8
	\frac{\sigma_{\text{т}}}{\sigma_{\text{в}}} <0,7	2,3	2,1	1,7	1,6
Аустенитные стали		1,9	1,8	1,4	1,3

2.3. Коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности n_{\text{д}} = 1,8 .

Коэффициент запаса прочности по пределу ползучести n_{\text{п}} = 1,1 .

2.4. Допускаемые напряжения для материалов болтов (шпилек) для рабочих условий определяются по табл. 3.

2.5 Допускаемые напряжения для материала фланцев или обечайки при расчете статической прочности:

а) для фланцев по черт. 1

в сечении S_{1} :

для рабочих условий и затяжки

[\sigma]_{S_{1}} = 1,5[\sigma] ,

для условий испытания и затяжки

[\sigma]_{S_{1}} = 2,0[\sigma]^{20} ;

в сечении S_{0} :

для рабочих условий и затяжки

[\sigma]_{S_{0}} = (4,5 - 2,0 \frac{\sigma_{0,2}}{\sigma_{\text{в}}})[\sigma] ,

для условий испытания

[\sigma]_{S_{0}} = (6,0 - 2,7 \frac{\sigma_{0,2}}{\sigma_{\text{в}}})[\sigma]^{20} ;

в) для кольца свободного фланца:

для рабочих условий и затяжки

[\sigma]_{\text{к}} = 1,5[\sigma] ,

для условий испытаний

\sigma_{0,2} , \sigma_{\text{в}} , [\sigma] ; [\sigma]^{20} — принимаются по ГОСТ 14249 или другой нормативной документации при расчетной температуре.

Расчет фланцевого соединения для условий испытания производить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на 1,35 \frac{[\sigma]^{20}}{[\sigma]} .

Примечания. 1. Для фланцев по черт. 1 допускаемое напряжение в сечении S_{1} для рабочих условий и условий затяжки при расчете с учетом нагрузки от температурных деформаций Q_{t} может быть увеличено до 30%.

(примечания введены Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

3. РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН

3.1 Эффективная ширина прокладки, мм:

b_{0} = b_{\text{п}} при b_{\text{п}} \leq 15\text{мм} ,

b_{0} = 3,8 \sqrt{b_{\text{п}}} при b_{\text{п}}>15\text{мм} .

Для прокладок овального или восьмигранного сечения

b_{0} = \frac{b_{\text{п}}}{4} .

3.2. Характеристики прокладки m, q_{\text{обж}} , K, E_{n} принимаются по табл. 4.

3.3 Податливость прокладки, мм/Н

\text{у}_{\text{п}} = \frac{h_{\text{п}} \cdot K}{E_{n} \cdot \pi \cdot D_{\text{сп}} \cdot b_{\text{п}}} .

Для металлических и асбометаллических прокладок

\text{у}_{\text{п}} = 0 .

3.4 Податливость болтов (шпилек) для фланцев по черт. 1, 2, 3, 11, мм/Н

y_{\text{б}} = \frac{l_{\text{б}}}{E_{\text{б}}^{20} \cdot f_{\text{б}} \cdot n} ,

где l_{\text{б}} = l_{\text{б}0} + 0,28d — для болта,

l_{\text{б}} = l_{\text{б}0} + 0,56d — для шпильки,

3.5 Податливость зажимов для фланцев по черт. 4, мм/Н

\text{у}_{\text{з}} = \frac{\lambda_{\text{з}}^{20}}{n} ,

где \lambda_{\text{з}} принимается по ОСТ 26-01-64.

3.6 Параметры фланца <*>

---

<*> В случае соединения с разными (по материалам или размерам) фланцами расчет следует производить для каждого фланца.

3.6.1 Эквивалентная толщина втулки, мм

где K — определяется по черт. 5.

Для фланцев по черт. 2, 3, 4

S_{\text{э}} = S_{0} .

3.6.2 Коэффициенты

где \lambda = \frac{h}{\sqrt{DS_{\text{э}}}} ; j = \frac{h}{S_{\text{э}}} ;

\psi_{1} — определяется по черт. 6.

\lambda_{1} = \frac{h}{D} \sqrt{\frac{R_{c}}{S_{0}}} ;

\omega_{1} = \frac{1}{1 + 1,285\lambda_{1} + 1,274\lambda_{1} \cdot \psi_{1} \cdot j^{2}} .

3.6.3 Угловая податливость фланца, 1/Н·мм

\text{у}_{\text{ф}} = \frac{[1 - \omega \cdot (1 + 0,9\lambda)] \cdot \psi_{2}}{E^{20} \cdot h^{3}} ,

где \psi_{2} — определяется по черт. 7.

Для фланца со сферической неотбортованной крышкой

\text{у}_{\text{крс}} = \frac{[1 - \omega_{1}(1 + 1,285\lambda_{1})] \cdot \psi_{2}}{E^{20} \cdot h^{3}} .

3.7 Угловая податливость свободного кольца по черт. 3, 1/Н·мм,

\text{у}_{\text{к}} = \frac{1}{E_{\text{к}}^{20} \cdot h_{\text{к}}^{3} \cdot \psi_{\text{к}}} ,

где \psi_{\text{к}} — определяется по черт. 6.

3.8 Угловая податливость плоской крышки, \frac{1}{\text{Н } \cdot \text{мм}} ,

\text{у}_{\text{кр}} = \frac{\text{Х}_{\text{кр}}}{E_{\text{кр}}^{20} \cdot \sigma_{\text{кр}}^{3}} ,

где \text{Х}_{\text{кр}} = \frac{0,67K_{\text{кр}}^{2} \cdot (1 + 8,55 \cdot lgK_{\text{кр}}) - 1]}{(K_{\text{кр}} - 1)[K_{\text{кр}}^{2} - 1 + (1,857 \cdot K_{\text{кр}}^{2} + 1) \frac{h_{\text{кр}}^{3}}{\sigma_{\text{кр}}^{3}}]} ;

K_{\text{кр}} = \frac{D_{\text{н}}}{D_{\text{сп}}} .

3.9 Угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом, \frac{1}{\text{Н } \cdot \text{мм}} ,

для фланцев по черт. 1, 2

\text{у}_{\text{фн}} = (\frac{\pi}{4})^{3} \cdot \frac{D_{\text{б}}}{E^{20} \cdot D_{\text{н}} \cdot h^{3}} ;

для фланца по черт. 3

\text{у}_{\text{фн}} = (\frac{\pi}{4})^{3} \cdot \frac{D_{s}}{E^{20} \cdot D_{\text{н}} \cdot h^{3}} ;

для свободного кольца

\text{у}_{\text{фс}} = (\frac{\pi}{4})^{3} \cdot \frac{D_{\text{б}}}{E_{\text{к}}^{20} \cdot D_{\text{нк}} \cdot h_{\text{к}}^{3}} .

3.10 Плечи моментов, мм:

для фланцев по черт. 1, 2, 4 <*>

---

b = 0,5(D_{\text{б}} - D_{\text{сп}}) ,

e = 0,5(D_{\text{сп}} - D - S_{\text{э}}) ;

для фланцев по черт. 3

a = 0,5(D_{\text{б}} - D_{s}) ,

b = 0,5(D_{s} - D_{\text{сп}}) ,

e = 0,5(D_{\text{сп}} - D - S_{\text{э}}) ,

4. КОЭФФИЦИЕНТ ЖЕСТКОСТИ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

4.1 Фланцевое соединение, нагруженное внутренним или наружным давлением и внешней осевой силой:

\alpha = 1 - \frac{\text{у}_{\text{п}} - (\text{у}_{\text{ф}1} \cdot \text{е}_{1} + \text{у}_{\text{ф }2} \cdot \text{е}_{2}) \cdot b}{\eta} ,

где \eta = \text{у}_{\text{п}} + y_{\text{б}} + (\text{у}_{\text{ф}1} + \text{у}_{\text{ф }2}) \cdot b^{2} ;

\eta = \text{у}_{\text{п}} + y_{\text{з}} + (\text{у}_{\text{ф}1} + \text{у}_{\text{ф }2}) \cdot b^{2} ;

(в ред. Изменения № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

\alpha = 1 ;

для соединения с крышкой

\alpha = 1 - \frac{\text{у}_{\text{п}} - (\text{у}_{\text{ф}} \cdot \text{е} + \text{у}_{\text{кр}} \cdot b) \cdot b}{\eta} ,

где \eta = \text{у}_{\text{п}} + y_{\text{б}} + \text{у}_{\text{ф}} \cdot b^{2} + \text{у}_{\text{кр}} \cdot b^{2} .

4.2 Фланцевое соединение, нагруженное внешним изгибающим моментом,

\alpha_{\text{н}} = - (1 + \beta_{\text{н}}) ,

где \beta_{\text{н}} = \frac{2 \cdot \text{у}_{\text{фн}} \cdot b \cdot \text{е }1 - \frac{\text{е}}{D_{\text{сп}}}) - \text{у}_{\text{п}}(\frac{D_{\text{б}}}{D_{\text{сп}}})2}{y_{\text{б}} + \text{у}_{\text{п}} \frac{D_{\text{б}}}{D_{\text{сп}}})^{2} + 2\text{у}_{\text{фн}} \cdot b^{2}} ( ;

для фланцев по черт. 3

\beta_{\text{н}} = \frac{2 \cdot \text{у}_{\text{фн}} \cdot b \cdot \text{е}(1 - \frac{\text{е}}{D_{\text{сп}}}) - \text{у}_{\text{п}}(\frac{D_{\text{б}}}{D_{\text{сп}}})2}{y_{\text{б}} + \text{у}_{\text{п}}(\frac{D_{\text{б}}}{D_{\text{сп}}})^{2} + 2 \cdot \text{у}_{\text{фс}}\text{а}^{2} + 2\text{у}_{\text{фн}} \cdot b^{2}} .

5. РАСЧЕТ НАГРУЗОК

5.1 Равнодействующая внутреннего давления, Н,

Q_{\text{д}} = 0,785 \cdot D_{\text{сп}}^{2} \cdot p <*>,

---

<*> Для условий вакуума или наружного давления p < 0

5.2 Реакция прокладки в рабочих условиях, Н,

R_{\text{п}} = \pi \cdot D_{\text{сп}} \cdot b_{e} \cdot m \cdot |p| .

5.3 Нагрузка, возникающая от температурных деформаций, Н <*>:

---

<*> В случае, если между фланцами зажата трубная решетка или другая деталь, необходимо учесть температурную деформацию этой детали.

в соединении по черт. 1, 2

Q_{t} = \frac{1}{\eta_{1}} (\alpha_{\text{ф}1} \cdot h\prime \cdot t_{\text{ф}} + \alpha_{\text{ф }2} \cdot h\prime\prime \cdot t_{\text{ф}} - \alpha_{\text{б}}l_{\text{б}0}t_{\text{б}}) ,

где \eta_{1} = \text{у}_{\text{п}} + \text{у}_{\delta} \frac{\text{Е}_{\delta}^{20}}{\text{Е}_{\delta}} + (\text{у}_{\text{ф}1} \frac{\text{Е}_{1}^{20}}{\text{Е}_{1}} + \text{у}_{\text{ф }2} \frac{\text{Е}_{2}^{20}}{\text{Е}_{2}})\text{в}^{2} ;

(в ред. Изменения № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

в соединении по черт. 3

Q_{t} = \frac{1}{\eta_{1}} (\alpha_{\text{ф}1} \cdot h\prime \cdot t_{\text{ф}} + \alpha_{\text{ф }2} \cdot h\prime\prime \cdot t_{\text{ф}} + 2\alpha_{\text{к}}t_{\text{к}}h_{\text{к}} - \alpha_{\text{б}}l_{\text{б}0}t_{\text{б}}) ,

где \eta_{1} = \text{у}_{\text{п}} + \text{у}_{\delta} \frac{\text{Е}_{\delta}^{20}}{\text{Е}_{\delta}} + 2\text{у}_{\text{к}} \frac{\text{Е}_{\text{к}}^{20}}{\text{Е}_{\text{к}}} \text{а}^{2} + (\text{у}_{\text{ф}1} \frac{\text{Е}_{1}^{20}}{\text{Е}_{1}} + \text{у}_{\text{ф }2} \frac{\text{Е}_{2}^{20}}{\text{Е}_{2}})\text{в}^{2} ;

(в ред. Изменения № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

в соединении по черт. 4

Q_{t} = \frac{1}{\eta_{1}} (\alpha_{\text{ф}1}(h\prime + h_{1}\prime)t_{\text{ф}} + \alpha_{\text{ф }2}(h\prime\prime + h_{1}\prime\prime)t_{\text{ф}} + 2\alpha_{\text{з}}h_{2}t_{\text{б}} - \alpha_{\text{б}}l_{\text{б}0}t_{\text{б}}) ,

где \eta_{1} = \text{у}_{\text{п}} + \text{у}_{3} \frac{\lambda_{3}^{20}}{\lambda_{3}} + (\text{у}_{\text{ф}1} \frac{\text{Е}_{1}^{20}}{\text{Е}_{1}} + \text{у}_{\text{ф }2} \frac{\text{Е}_{2}^{20}}{\text{Е}_{2}})\text{в}^{2} ;

(в ред. Изменения № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

в соединении с крышкой

Q_{t} = \frac{1}{\eta_{1}} (\alpha_{\text{ф}}ht_{\text{ф}} + \alpha_{\text{кр}}h_{\text{кр}}t_{\text{ф}} - \alpha_{\text{б}}l_{\text{б}0}t_{\text{б}}) ,

где \eta_{1} = \text{у}_{\text{п}} + \text{у}_{\delta} \frac{\text{Е}_{\delta}^{20}}{\text{Е}_{\delta}} + (\text{у}_{\text{ф}} \frac{\text{Е}^{20}}{\text{Е}} + \text{у}_{\text{кр}} \frac{\text{Е}_{\text{кр}}^{20}}{\text{Е}_{\text{кр}}})\text{в}^{2} ;

(в ред. Изменения № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

\alpha_{\text{ф}} , \alpha_{\text{к}} , \alpha_{\text{кр}} — определяются по ОСТ 26-11-04-84;

\alpha_{\text{б}} — определяется по Приложению 2,

h'; h» — толщина верхнего и нижнего фланцев,

h_{1}\prime , h_{1}\prime\prime — высота верхнего и нижнего упоров.

Примечания. 1. При определении нагрузок от температурных деформаций расчетную температуру фланцев, крышки, болтов (шпилек), трубной решетки, свободного кольца следует уменьшить на температуру, при которой происходит сборка фланцевого соединения (20 °C).

2. Если между фланцами зажата трубная решетка или для снижения нагрузок от температурных деформаций установлены дополнительные шайбы, то при определении l_{\delta 0} необходимо учесть их толщины.

(примечания введены Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

5.4 Болтовая нагрузка P_{\text{б}} в условиях монтажа принимается большей из следующих значений, Н <*>,

---

<> F < 0, если усилие сжимающее. При определении P_{\text{б}4} величина Q_{t} учитывается только при Q_{t}<0 .*

P_{\text{б}2} = 0,5 \cdot \pi \cdot D_{\text{сп}} \cdot b_{0} \cdot q_{\text{обж}} ;

P_{\text{б}2} = 0,4 \cdot [\sigma]_{\text{б}}^{20} \cdot n \cdot f_{\text{б}} для фланцев по черт. 1, 2, 3;

P_{\text{б}2} = 0,4B_{1} \cdot n для фланцев по черт. 4,

где B_{1} — принимается по табл. 5.

Для условий вакуума или наружного давления P_{\text{б}} = P_{\text{б}2} .

Примечание. При \alpha<1 в расчетах принимается \alpha = 1 .

(примечание введено Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

5.5 Приращение нагрузки в болтах (шпильках) в рабочих условиях, Н,

Примечание. При \alpha<1 в расчетах принимается \alpha = 1 .

(примечание введено Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

6. РАСЧЕТ БОЛТОВ (ШПИЛЕК)

6.1 Условия прочности болтов (шпилек) <*>:

---

для фланцев по черт. 1, 2, 3

\sigma_{\text{б}1} = \frac{P_{\text{б}}}{n \cdot f_{\text{б}}} \leq \xi[\sigma]_{\text{б}}^{20} ;

\sigma_{\text{б}2} = \frac{P_{\text{б}1} + \Delta P_{\text{б}}}{n \cdot f_{\text{б}}} \leq [\sigma]_{\text{б}} , <*>

---

<*> Для условий вакуума или наружного давления P_{\text{б}1} = P_{\text{б}} .

для фланцев по черт. 4

\sigma_{\text{б}1} = \frac{1,25 \cdot P_{\text{б}}}{n \cdot f_{\text{б}}} \leq \xi[\sigma]_{\text{б}}^{20} ;

\sigma_{\text{б}2} = \frac{1,25(P_{\text{б}1} + \Delta P_{\text{б}})}{n \cdot f_{\text{б}}} \leq [\sigma]_{\text{б}} .

Примечание. При проверке прочности болтов для рабочих условий с учетом нагрузки на болты от стесненности температурных деформаций допускаемое напряжение может быть увеличено на 30%.

(примечание введено Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

6.2. Рекомендуемое значение крутящего момента при затяжке приводится в Приложении 3 (рекомендуемое).

7. РАСЧЕТ ПРОКЛАДОК

q = \frac{P_{\text{б}}}{\pi \cdot D_{\text{сп}} \cdot b_{\text{п}}} \leq [q] .

8. РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ <*>

---

<*> В случае соединения с разными (по размерам или материалам) фланцами расчет следует производить для каждого фланца.

8.1 Угол поворота фланца при затяжке

\theta = M_{01} \frac{[1 - \omega(1 + 0,9\lambda)] \cdot \psi_{2}}{E^{20} \cdot h^{3}} ,

где M_{01} = P_{\text{б}} \cdot b .

8.2 Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях

\Delta\theta = \Delta M_{01} \frac{[1 - \omega(1 + 0,9\lambda)] \cdot \psi_{2}}{E \cdot h^{3}} ,

где \Delta M_{01} = \Delta P_{\text{б}} \cdot b + (Q_{\text{д}} + \frac{4 \cdot M}{D_{\text{сп}}} + F) \cdot e .

8.3 Меридиональное напряжение в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа:

\sigma_{11} = \sigma_{1} ; \sigma_{12} = - \sigma_{1} ,

где \sigma_{1} = \frac{T \cdot \omega \cdot M_{01}}{D^{*} \cdot (S_{1} - C)^{2}} ,

T — определяется по черт. 8,

D^{*} = D + S_{0} при D<20S_{1} и f > 1,

D^{*} = D + S_{1} при D<20S_{1} и f = 1;

для фланцев по черт. 1 в сечении S_{0}

\sigma_{21} = f\sigma_{1} ; \sigma_{22} = - f\sigma_{1} ,

для фланцев по черт. 2, 3, 4

\sigma_{21} = \sigma_{1} ; \sigma_{22} = - \sigma_{1} ,

8.4. Приращения меридиональных напряжений в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях, МПа:

для фланцев по черт. 1 в сечении S_{1}

\Delta\sigma_{11} = \Delta\sigma_{\text{н}} + \Delta\sigma_{1} ; \Delta\sigma_{12} = \Delta\sigma_{\text{н}} - \Delta\sigma_{1} ,

где \Delta\sigma_{\text{н}} = \frac{Q_{\text{д}} + \frac{4 \cdot M}{D_{\text{сп}}} + F}{\pi \cdot D \cdot (S_{1} - C)} ,

в сечении S_{0}

\Delta\sigma_{21} = \Delta\sigma_{\text{н}} + f\Delta\sigma_{1} ; \Delta\sigma_{22} = \Delta\sigma_{\text{н}} - f\Delta\sigma_{1} ,

где \Delta\sigma_{\text{н}} = \frac{Q_{\text{д}} + \frac{4 \cdot M}{D_{\text{сп}}} + F}{\pi \cdot D \cdot (S_{0} - C)} ;

для фланцев по черт. 2, 3, 4

где \Delta\sigma_{\text{н}} = \frac{Q_{\text{д}} + \frac{4 \cdot M}{D_{\text{сп}}} + F}{\pi \cdot D \cdot (S_{0} - C)} ,

\Delta\sigma_{1} = \frac{T \cdot \omega \cdot \Delta M_{01}}{D \cdot (S_{0} - C)^{2}} .

8.5 Окружные напряжения в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа:

для фланцев по черт. 1 в сечении S_{0}

для фланцев по черт. 2, 3, 4

8.6. Приращения окружных напряжений в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях, МПа:

для фланцев по черт. 1 в сечении S_{1}

\Delta\sigma_{13} = \frac{E \cdot h \cdot \Delta\theta}{D} + \frac{p \cdot D}{D_{\text{н}} - D} + 0,3\Delta\sigma_{1} ,

\Delta\sigma_{14} = \frac{E \cdot h \cdot \Delta\theta}{D} + \frac{p \cdot D}{D_{\text{н}} - D} - 0,3\Delta\sigma_{1} ;

в сечении S_{0}

\Delta\sigma_{23} = \frac{p \cdot D}{2(S_{0} - C)} + 0,3 \cdot f\Delta\sigma_{1} ; \Delta\sigma_{24} = \frac{p \cdot D}{2(S_{0} - C)} - 0,3 \cdot f\Delta\sigma_{1} ;

для фланцев по черт. 2, 3, 4

8.7 Условие прочности фланца при расчете статической прочности:

для фланцев по черт. 1 в сечении S_{1}

в рабочих условиях

для фланцев по черт. 1, 2, 3, 4 в сечении S_{0}

при затяжке

\sigma_{s0} = max\{ \frac{\sqrt{\sigma_{21}^{2} + \sigma_{23}^{2} - \sigma_{21} \cdot \sigma_{23}}}{\sigma_{22}^{2} + \sigma_{24}^{2} - \sigma_{22} \cdot \sigma_{24}} \} \leq [\sigma]_{s0} ;

в рабочих условиях

.

9. РАСЧЕТ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ

9.1 Расчетную амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке определяют по формуле

{}_{\sigma_{a} = max}{_{\sigma_{1};\sigma_{2};\sigma_{3}}}_{\cdot 0,5} ,

\sigma_{1} = \alpha_{\text{б}} \cdot \sigma_{11} ,

{}_{\sigma_{2} = max}{_{|\sigma_{21}|;|\sigma_{23}|;|\sigma_{21} - \sigma_{23}|}} ,

{}_{\sigma_{3} = max}{_{|\sigma_{22}|;|\sigma_{24}|;|\sigma_{22} - \sigma_{24}|}} ,

\alpha_{\text{б}} определяется по черт. 10.

для фланцев по черт. 2

\sigma_{1} = 0 ,

{}_{\sigma_{2} = max}{_{|\sigma_{21}|;|\sigma_{23}|;|\sigma_{21} - \sigma_{23}|}}_{\cdot 1,5} ,

{}_{\sigma_{3} = max}{_{|\sigma_{22}|;|\sigma_{24}|;|\sigma_{22} - \sigma_{24}|}}_{\cdot 1,5} ,

для фланцев по черт. 3, 4

\sigma_{1} = 0 ,

{}_{\sigma_{2} = max}{_{|\sigma_{21}|;|\sigma_{23}|;|\sigma_{21} - \sigma_{23}|}} ,

{}_{\sigma_{3} = max}{_{|\sigma_{22}|;|\sigma_{24}|;|\sigma_{22} - \sigma_{24}|}} .

9.2 Расчетную амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях определяют по формуле

{}_{\sigma_{a} = max}^{p}{_{\Delta\sigma_{1};\Delta\sigma_{2};\Delta\sigma_{3}}}_{\cdot 0,5} ;

для фланцев по черт. 1

{}_{\Delta\sigma_{2} = max}{_{|\Delta\sigma_{21}|;|\Delta\sigma_{23}|;|\Delta\sigma_{21} - \Delta\sigma_{23}|}} ,

для фланцев по черт. 2

\Delta\sigma_{1} = 0 ,

{}_{\Delta\sigma_{2} = max}{_{|\Delta\sigma_{21}|;|\Delta\sigma_{23}|;|\Delta\sigma_{21} - \Delta\sigma_{23}|}}_{\cdot 1,5} ,

для фланцев по черт. 3, 4

\Delta\sigma_{1} = 0 ,

{}_{\Delta\sigma_{2} = max}{_{|\Delta\sigma_{21}|;|\Delta\sigma_{23}|;|\Delta\sigma_{21} - \Delta\sigma_{23}|}} ,

9.3. Проверка малоцикловой прочности фланцевого соединения проводится по ГОСТ 25859-83.

Для этого по амплитуде напряжений, определенной из условия затяжки (\sigma_{a}) по п. 9.1, определяется допустимое количество сборок-разборок [N]_{c} . По амплитуде напряжений, определенной для рабочих условий (\sigma_{a}^{p}) по п. 9.2, определяется допустимое число циклов изменения режима эксплуатации [N]_{p} .

Условие прочности для заданного количества нагружений (N_{c},N_{p}) будет выполняться, если

\frac{N_{c}}{[N]_{c}} + \frac{N_{p}}{[N]_{p}} \leq 1 .

10. РАСЧЕТ СВОБОДНОГО КОЛЬЦА

10.1 Угол поворота свободного кольца

\theta_{\text{к}} = \frac{P_{\text{б}} \cdot \text{а}}{\text{Е}_{\text{к}}^{20} \cdot h_{\text{к}}^{3} \cdot \psi_{\text{к}}} + \frac{\Delta P_{\text{б}} \cdot a}{\text{Е}_{\text{к}}h_{\text{к}}^{3}\psi_{\text{к}}} .

10.2 Кольцевое напряжение в свободном кольце, МПа

\sigma_{\text{к}} = \frac{\text{Е}_{\text{к}} \cdot h_{\text{к}} \cdot \theta_{\text{к}}}{D_{\text{к}}} .

10.3 Условие прочности

\sigma_{\text{к}} \leq [\sigma]_{\text{к}} .

11. ТРЕБОВАНИЯ К ЖЕСТКОСТИ

\theta + \Delta\theta \leq [\theta] .

Допустимый угол поворота для фланцев по черт. 2, 3, 4:

для рабочих условий и затяжки

[\theta] = 0,013 ;

для условий испытаний

[\theta] = 0,017 .

Расчетная температура, °C	Допускаемое напряжение [\sigma]_{\text{б}} , МПа, для сталей марок
	35, 40	12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т	45Х14Н14В2М	20Х13	35Х, 40Х, 38ХА, 37Х12Н8Г8МФБ, 20ХН3А	30ХМА
20	130,0	110,0	160,0	195,0	230,0	230,0
100	126,0	105,0	150,0	182,0	230,0	230,0
200	120,0	98,0	150,0	165,0	225,0	200,0
250	107,0	95,0	144,0	158,0	222,0	182,0
300	97,0	90,0	139,0	150,0	222,0	174,0
350	86,0	86,0	128,0	147,0	185,0	166,0
375	80,0	85,0	128,0	146,0	175,0	166,0
400	75,0	83,0	128,0	145,0	160,0	166,0
425	68,0	82,0	125,0	143,0	156,0	161,0
450		80,0	123,0	142,0		156,0
475		79,0	120,0	140,0
500		78,0	118,0
510			117,0
520			116,0
530			115,0
540			114,0
550			113,0

Расчетная температура, °C	Допускаемое напряжение [\sigma]_{\text{б}} , МПа, для сталей марок
	25Х1МФ	25Х2М1Ф	20Х1МФ1БР	18Х12ВМБФР	14Х17Н2	07Х16Н6
20	238,0	238,0	238,0	238,0	298,0	321,0
100	227,0	232,0	234,0	234,0	294,0	314,0
200	217,0	231,0	224,0	231,0	287,0	312,5
250	210,0	224,0	213,0	227,0	284,0	309,8
300	199,0	220,0	202,0	227,0	280,0	307,0
350	185,0	213,0	185,0	220,0	280,0	307,0
375	180,0	209,0	183,0	216,0
400	175,0	206,0	182,0	213,0
425	168,0	202,0	178,0	208,0
450	161,0	199,0	175,0	203,0
475	152,0	195,0	171,0	196,0
500	143,0	192,0	167,0	189,0
510
520
530
540
550

Расчетная температура °C	Допускаемое напряжение [\sigma]_{\delta} , МПа для сталей марок
	ХН35ВТ	08Х15Н24В4ТР
20	208	231
100	196	226
200	186	221
250	186	219
300	186	217
350	186	215
375	186	214
400	186	213
425	186	213
450	186	213
475	186	213
500	186	208
510	185	205
520	184	202
530	183	199
540	181	196
550	180	195
560	165	183
570	150	171
580	135	169
590	110	157
600	115	147
610	110
620	105
630	100
640	94
650	88

(введено Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

Таблица 4

Тип и материал прокладки	Коэффициент m	Удельное давление обжатия прокладки q_{\text{обж}} , МПа	Допускаемое удельное давление [q], МПа	Коэффициент обжатия, K	Условный модуль сжатия E_{n} \cdot 10^{- 5} , МПа
Плоская из:
резины по ГОСТ 7338 с твердостью по ШОРУ А до 65 единиц	0,5	2,0	18,0	0,04
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 больше 2 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 ТУ 6-05-810 при толщине 1 — 3 мм	2,5	10,0	40,0	1,00	0,02
	алюминия марки АД по ГОСТ 21631	4,0	60,0
латуни марки Л63 по ГОСТ 2208	4,75	90,0
стали 05КП по ГОСТ 9045	5,5	125,0
Плоская из:
асбеста по ГОСТ 2850
в оболочке из алюминия,	3,25	38,0			0,04
меди и латуни	3,5	46,0
стали 05КП	3,75	53,0
стали типа 12Х18Н10Т	3,75	63,0			0,05
Кольцо с овальным или восьмигранным сечением из:
стали 0,5КП по ГОСТ 9045 или 08Х13 по ГОСТ 5632	5,5	125,0
стали 08Х18Н10Т	6,5	180,0

---

<*> Для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы и т.п.) q_{\text{обж}} = 35,0\text{МПа} .

Таблица 5

Диаметр болта d, мм	М10	М12	М16	М20	М24	М27	М30	М36	М42	М48
Площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы <*> f_{\text{б}} , мм2	52,2	76,2	144,0	225,0	324,0	430,0	520,0	760,0	1045,0	1376,6
Нагрузочная способность зажима B_{1} , Н	-	-	18000	28000	40000	53000	65000	102000	-	-
Высота упора h_{2} , мм	-	-	28,0	32,0	36,0	36,0	37,0	42,0	-	-

---

<*> В случае применения шпилек с проточкой стержня до диаметра, меньшего внутреннего диаметра резьбы, значение площади поперечного сечения определяется по диаметру проточки.

Черт. 5

Черт. 6

Черт. 7

12.1 Общие требования.

б

Черт. 11

12.1.4. Расчетная температура элементов фланцевого соединения устанавливается в соответствий с п. 1.5.

12.2 Допускаемые напряжения.

12.2.1. Допускаемые напряжения для материала болтов определяют по п. 2.1 с увеличением на 25%.

12.3 Расчет вспомогательных величин.

12.3.2 Податливость контактных поясов прокладки, мм/Н

\text{у}_{\text{п}1} = \frac{h_{\text{п}1} \cdot K}{E_{\text{п}} \cdot \pi \cdot D_{\text{сп}1} \cdot b_{\text{п}1}} ; \text{у}_{\text{п}2} = \frac{h_{\text{п}2} \cdot K}{E_{\text{п}} \cdot \pi \cdot D_{\text{сп}2} \cdot b_{\text{п}2}} .

12.3.3. Расчетная длина и податливость болтов (шпилек) определяются по п. 3.4.

12.3.4 Параметры фланца.

12.3.4.1. Угловая податливость фланца определяется по п. 3.6.

12.3.5. Угловая податливость плоской крышки определяется по п. 3.8.

Угловая податливость крышки сферической неотбортованной определяется по п. 3.6.3.

12.3.6 Плечи моментов, мм:

b = 0,5(D_{\text{б}} - D_{\text{сп}2}) ;

12.3.7 Коэффициенты:

\eta_{1} = \frac{\text{у}_{\text{п}1} + 2\text{у}_{\text{ф}} \cdot \text{а}(\text{а} + b)}{\text{у}_{\text{п}1} + \text{у}_{\text{п}2} + 2 \cdot \text{у}_{\text{ф}}(\text{а} + b)^{2}} ;

Ориентировочные значения \eta_{1} , \alpha_{1} , \alpha_{2} , принимаются по табл. 6:

\lambda_{1} = \frac{2 \cdot h}{E(D_{\text{н}} - D)} + \frac{h_{\text{п}}}{2E_{n}(b_{\text{п}1} + b_{\text{п}2})} ;

K_{1} = \frac{\frac{\lambda_{1}}{Q_{1}} - 0,0024}{\frac{\lambda_{1}}{Q_{1}} + 0,0019} ;

Для фланцев по черт. 11а

Для фланцев по черт. 11б

\Delta t_{1} = 2 \cdot \alpha_{\text{ф}} \cdot t_{\text{ф}}(h + h_{1}) ;

\Delta t_{2} = 2(\alpha_{\text{ф}}t_{\text{ф}}h + \alpha_{\text{ф}}t_{\text{ф}}S) .

Таблица 6

D	\eta_{2}	\alpha_{1}	\alpha_{2}
400	0,496	0,159	1,337
500	0,496	0,148	1,344
600	0,496	0,135	1,352
700	0,495	0,129	1,356
800	0,491	0,144	1,327
900	0,519	0,182	1,281
1000	0,539	0,193	1,239
1200	0,539	0,194	1,239
1400	0,539	0,194	1,239
1600	0,534	0,148	1,239
1800	0,542	0,270	1,167
2000	0,542	0,262	1,172
2200	0,537	0,269	1,183
2400	0,537	0,255	1,192
2600	0,502	0,134	1,222
2800	0,502	0,127	1,226
3000	0,502	0,133	1,223
3200	0,498	0,123	1,215
3400	0,489	0,134	1,216
3600	0,506	0,131	1,261
3800	0,506	0,123	1,265
4000	0,506	0,116	1,269

12.4 Расчет нагрузок

12.4.1 Равнодействующая внутреннего давления, Н

12.4.2 Нагрузки в элементах соединения, возникающие от температурных деформаций

12.4.3 Болтовая нагрузка в условиях монтажа принимается большей из следующих значений, Н:

12.4.4 Приращение нагрузки в болтах (шпильках) в рабочих условиях, Н

12.4.5 Реакция контактных поясов прокладки в рабочих условиях, Н:

12.4.6 Максимальный изгибающий момент принимается большим, Н·мм:

12.5 Расчет болтов (шпилек)

12.6 Условие прочности прокладки

12.7 Условие герметичности

12.8 Расчет фланца

12.8.1 Меридиональное напряжение в обечайке (втулке), МПа

12.8.2 Окружное напряжение в обечайке (втулке), МПа

12.8.3 Условие прочности обечайки

Обязательное

Таблица 7

Термины и обозначения

Термин	Обозначение
Ширина прокладки, мм	b_{\text{п}}
Нагрузочная способность зажима, Н	B_{1}
Прибавка для компенсации коррозии, мм	C
Внутренний диаметр фланца, мм	D
Внутренний диаметр свободного кольца, мм	D_{\text{к}}
Наружный диаметр фланца, мм	D_{\text{н}}
Наружный диаметр свободного кольца, мм	D_{\text{нк}}
Диаметр окружности расположения болтов, (шпилек), мм	D_{\text{б}}
Средний диаметр прокладки, мм	D_{\text{сп}}
Наружный диаметр болта (шпильки), мм	d
Модуль продольной упругости материала при температуре 20 °C и расчетной, МПа, принимается по ГОСТ 14249:
фланца	\text{Е}^{20} , E
болтов (шпилек)	\text{Е}_{\text{б}}^{20} , \text{Е}_{\text{б}}
свободного кольца	\text{Е}_{\text{к}}^{20} , \text{Е}_{\text{к}}
крышки	\text{Е}_{\text{кр}}^{20} , \text{Е}_{\text{кр}}
Условный модуль сжатия материала прокладки, МПа	\text{Е}_{\text{п}}
Внешняя осевая сила (сжимающая со знаком минус), Н	F
Площадь поперечного сечения болта (шпильки) по внутреннему диаметру резьбы, мм2	f_{\text{б}}
Толщина фланца, свободного кольца, мм	h, h_{\text{к}}
Высота упора, принимается по ОСТ 26-01-64, мм	h_{1}
Высота бурта для опирания зажима, мм	h_{2}
Толщина крышки и фланцевой части в зоне уплотнения, мм	h_{\text{кр}} , \delta_{\text{кр}}
Толщина прокладки, мм	h_{n}
Длина конической втулки, мм	l
Внешний изгибающий момент, Н·мм	M
Радиус сферы сферической неотбортованной крышки, мм	R_{c}
Радиус бурта для опирания зажима, принимается по ОСТ 26-01-64, мм	R
Расчетное давление, МПа	P
Толщина конической втулки в месте соединения с фланцем	S_{1}
обечайкой, втулкой, днищем, мм	S_{0}
Толщина обечайки, днища, втулки, мм	S_{0}
Расстояние между опорными поверхностями гайки и головки болта, шпильки, мм	l_{\text{б}0}
Число болтов (шпилек), шт.	n
Расчетная температура, °C
фланца, крышки	t_{\text{ф}}
болтов (шпилек)	t_{\text{б}}
свободного кольца	t_{\text{к}}
Температурный коэффициент линейного расширения материала, 1/°C
фланца	\alpha_{\text{ф}}
болтов (шпилек)	\alpha_{\text{б}}
свободного кольца	\alpha_{\text{к}}
крышки	\alpha_{\text{кр}}
Предел текучести материала болтов (шпилек) при расчетной температуре, МПа	\sigma_{\text{т}}
Среднее значение предела длительной прочности за 10^{5}\text{ч} при расчетной температуре, МПа	\sigma_{\text{д} \cdot 10^{5}}
Средний 1%-ный предел ползучести за 10^{5}\text{ч} при расчетной температуре, МПа	\sigma_{1\% \cdot 10^{5}}
Допускаемое напряжение материала болтов (шпилек) при температуре 20 °C и расчетной, МПа	[\sigma]_{\text{б}}^{20} , [\sigma]_{\text{б}}
Предел текучести материала фланца, МПа	\sigma_{0,2}
Допускаемое напряжение материала фланца при температуре 20 °C и расчетной, МПа	[\sigma]^{20} , [\sigma]
Допускаемое напряжение материала свободного кольца при расчетной температуре, МПа	[\sigma]_{\text{к}}
Допускаемые напряжения для фланцев в сечениях S_{1} и S_{0}	[\sigma]_{S_{1}} , [\sigma]_{S_{0}}
Расчетная и допускаемая амплитуда условных упругих напряжений, МПа	\sigma_{a} , [\sigma_{a}]
Заданное и допускаемое число циклов нагружения	N, [N]

Приложение 2 Рекомендуемое

Таблица 8

Коэффициенты линейного расширения

Марки стали	Коэффициент линейного расширения \alpha \cdot 10^{6} , 1/°C в зависимости от температуры, °C
	20 — 100	200	300	400	500	600
35	11,1	11,9	-	13,4	-	-
40	11,3	12,0	13,3	13,3	-	-
20Х13	10,4	10,9	11,4	11,8	-	-
14Х17Н2	10,6	10,8	11,0	11,1	11,3	-
35Х
40Х	13,4	13,3	-	14,8	-	-
38ХА
20ХН3А	11,0	12,0	13,0	13,5	14,0	14,5
30ХМА	12,3	12,6	12,9	13,9	-	14,4
25Х1МФ	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	-
37Х12Н8Г8МФБ	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
(позиция введена Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)
08Х15Н24В4	14,5	15,5	16,3	16,8	17,2	17,4
(позиция введена Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

D = 400 мм,	h = 30 мм,	t = 200 °C,	\text{Е}^{20} = 1,99 \cdot 10^{5}\text{МПа} ;
D_{\text{н}} = 535\text{мм} ,	h_{n} = 2\text{мм} ,	P = 0,6 МПа,	\text{Е } = 1,81 \cdot 10^{5}\text{МПа} ;
D_{\text{б}} = 495\text{мм} ,	S_{0} = 8\text{мм} ,	\text{М } = 0,83 \cdot 10^{7}\text{Н } \cdot \text{мм} ,	\text{Е}_{\text{б}}^{20} = 2,1 \cdot 10^{5}\text{МПа} ;
D_{\text{сп}} = 445\text{мм} ,	d = 20 мм,	F = 15000 Н,	\text{Е}_{\text{б}} = 2,01 \cdot 10^{5}\text{МПа} ;
b_{\text{п}} = 12\text{мм} ,	n = 20,	C = 2 мм,	\alpha_{\text{ф}} = 12,6 \cdot 10^{- 6}1/°\text{С} ;
			\alpha_{\text{б}} = 11,9 \cdot 10^{- 6}1/°\text{С} .

Материал болтов — сталь 35.

1.1 Эффективная ширина прокладки

1.2 Характеристики прокладки, принимаются по табл. 4:

m = 2,5;

q_{\text{обж}} = 20\text{МПа} ;

K = 0,9;

E_{n} = 2 \cdot 10^{3}\text{МПа} .

1.3 Податливость прокладки

1.4 Податливость болтов

l_{\text{б}} = l_{\text{б}0} + 0,28d = 62 + 0,28 \cdot 20 = 67,6\text{мм} ;

где f_{\text{б}} = 225\text{мм}^{2} принимается по табл. 5.

1.5 Параметры фланца

1.5.1 Эквивалентная толщина втулки

S_{\text{э}} = S_{0} = 8\text{мм} .

1.5.2 Коэффициенты

\lambda = \frac{h}{\sqrt{D \cdot S_{\text{э}}}} = \frac{30}{\sqrt{400 \cdot 8}} = 0,53 ;

1.5.3 Угловая податливость фланца

где \psi_{2} = 6,9 определяется по черт. 7.

1.6 Угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом,

\text{у}_{\text{фн}} = (\frac{\pi}{4})^{3} \cdot \frac{D_{\text{б}}}{E^{20} \cdot D_{\text{н}} \cdot h^{3}} = (\frac{3,14}{4})^{3} \cdot \frac{495}{1,99 \cdot 10^{5} \cdot 535 \cdot 30^{3}} = 0,172 \cdot 10^{- 9}1/\text{Н } \cdot \text{мм} .

1.7 Плечи момента:

b = 0,5(D_{\text{б}} - D_{\text{сп}}) = 0,5(495 - 445) = 25\text{мм} ;

e = 0,5(D_{\text{сп}} - D - S_{\text{э}}) = 0,5(445 - 400 - 8) = 18,5\text{мм} .

2. Коэффициент жесткости фланцевого соединения

2.1 Фланцевое соединение, нагруженное внутренним давлением и внешней осевой силой:

;

\eta = \text{у}_{\text{п}} + y_{\text{б}} + 2 \cdot \text{у}_{\text{ф}}b^{2} = 0,537 \cdot 10^{- 7} + 0,715 \cdot 10^{- 7} + 2 \cdot 0,544 \cdot 10^{- 9} \cdot 25^{2} = 0,805 \cdot 10^{- 6} ;

\alpha = 1 - \frac{\text{у}_{\text{п}} - 2 \cdot \text{у}_{\text{ф}} \cdot b \cdot \text{е}}{\eta} = 1 - \frac{0,537 \cdot 10^{- 7} - 2 \cdot 0,544 \cdot 10^{- 9} \cdot 25 \cdot 18,5}{0,805 \cdot 10^{- 6}} = 1,56 .

2.2 Фланцевое соединение, нагруженное внешним изгибающим моментом:

;

\alpha_{\text{н}} = - (1 + \beta_{\text{н}}) = - (1 + 0,244) = - 1,244 .

3. Расчет нагрузок

3.1 Равнодействующая внутреннего давления

Q_{\text{д}} = 0,785 \cdot D_{\text{сп}}^{2} \cdot p = 0,785 \cdot 445^{2} \cdot 0,6 = 93270,0\text{Н} .

3.2 Реакция прокладки в рабочих условиях

R_{\text{п}} = \pi \cdot D_{\text{сп}} \cdot b_{e} \cdot m \cdot p = 3,14 \cdot 445 \cdot 12 \cdot 2,5 \cdot 0,6 = 25151,4\text{Н} .

3.3 Нагрузка, возникающая от температурных деформаций

.

3.4 Болтовая нагрузка P_{\text{б}} в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

;

P_{\text{б}2} = 0,4 \cdot [\sigma]_{\text{б}}^{20} \cdot n \cdot f_{\text{б}} = 0,4 \cdot 130 \cdot 20 \cdot 225 = 234000,0\text{Н} .

3.5 Приращение нагрузки в болтах в рабочих условиях

.

4. Расчет болтов

\sigma_{\text{б}1} = \frac{P_{\text{б}}}{n \cdot f_{\text{б}}} \leq \xi[\sigma]_{\text{б}}^{20} ; \xi = 1 ;

\sigma_{\text{б}2} = \frac{P_{\text{б}1} + \Delta P_{\text{б}}}{n \cdot f_{\text{б}}} \leq [\sigma]_{\text{б}} ,

где принимается по табл. 3;

\sigma_{\text{б}1} = \frac{293424}{20 \cdot 225} = 65,2\text{МПа}<130\text{МПа} ;

\sigma_{\text{б}2} = \frac{293424 - 48988}{20 \cdot 225} = 54,3\text{МПа}<120\text{МПа} .

5. Расчет прокладок

q = \frac{P_{\text{б}}}{\pi \cdot D_{\text{сп}} \cdot b_{\text{п}}} \leq [q] ;

[q] = 130 МПа, принимается по табл. 4;

q = \frac{293424}{3,14 \cdot 445 \cdot 12} = 17,5\text{МПа}<130\text{МПа} .

6. Расчет фланца

6.1 Угол поворота фланца при затяжке:

M_{01} = P_{\text{б}} \cdot b = 293424 \cdot 25 = 7335600,0\text{Н } \cdot \text{мм} ;

.

6.2 Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях:

;

.

6.3 Меридиональные напряжения в обечайке на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа

\sigma_{1} = \frac{T \cdot \omega \cdot M_{01}}{D(S_{0} - C)^{2}} = \frac{1,78 \cdot 0,39 \cdot 7335600}{400 \cdot (8 - 2)^{2}} = 353,6\text{МПа} ,

где T = 1,78 — принимается по черт. 8;

\sigma_{21} = 353,6\text{МПа} ; \sigma_{22} = - 353,6\text{МПа} .

6.4 Приращения меридиональных напряжений в обечайке на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях:

\Delta\sigma_{\text{н}} = \frac{Q_{\text{д}} + \frac{4 \cdot M}{D_{\text{сп}}} + F}{\pi \cdot D \cdot (S_{0} - C)} = \frac{93270 + \frac{4 \cdot 0,83 \cdot 10^{7}}{445} + 15000}{3,14 \cdot 400(8 - 2)} = 24,3\text{МПа} ;

\Delta\sigma_{1} = \frac{T \cdot \omega \cdot \Delta M_{01}}{D \cdot (S_{0} - C)^{2}} = \frac{1,78 \cdot 0,39 \cdot 2158520}{400(8 - 2)^{2}} = 104,0\text{МПа} ;

\Delta\sigma_{21} = \Delta\sigma_{\text{н}} + \Delta\sigma_{1} = 24,3 + 104 = 128,3\text{МПа} ;

\Delta\sigma_{22} = \Delta\sigma_{\text{н}} - \Delta\sigma_{1} = 24,3 + 104 = - 79,7\text{МПа} .

6.5 Окружные напряжения в обечайке на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа:

\sigma_{23} = 0,3 \cdot \sigma_{1} = 0,3 \cdot 353,6 = 106,1\text{МПа} ;

\sigma_{24} = - 0,3\sigma_{1} = - 0,3 \cdot 353,6 = - 106,1\text{МПа} .

6.6 Приращение окружных напряжений в обечайке на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях:

\Delta\sigma_{23} = \frac{p \cdot D}{2(S_{0} - C)} + 0,3\Delta\sigma_{1} = \frac{0,6 \cdot 400}{2(8 - 2)} + 0,3 \cdot 104 = 51,2\text{МПа} ;

6.7 Условие прочности фланца при расчете статической прочности:

при затяжке

\sigma_{s0} = max\{ \frac{\sqrt{\sigma_{21}^{2} + \sigma_{23}^{2} - \sigma_{21} \cdot \sigma_{23}}}{\sigma_{22}^{2} + \sigma_{24}^{2} - \sigma_{22} \cdot \sigma_{24}} \} \leq [\sigma]_{s0} ;

[\sigma]_{s0} = (4,5 - 2,0 \frac{\sigma_{0,2}}{\sigma_{B}})[\sigma] ;

[\sigma]^{20} = 147\text{МПа} ;

[\sigma]_{0,2}^{20} = 220\text{МПа} ;

[\sigma]_{\text{В}}^{20} = 410\text{МПа} ;

[\sigma] = 136\text{МПа} ;

\sigma_{0,2} = 204\text{МПа} ;

\sigma_{B} = 460\text{МПа} ;

[\sigma]_{s0} = (4,5 - 2,0 \frac{220}{410}) \cdot 136 = 491\text{МПа} ;

в рабочих условиях

;

\sigma_{s0} = 425,6\text{МПа}<491\text{МПа} .

Уровень напряженного состояния не превышает допускаемый.

7. Требование к жесткости

\theta + \Delta\theta \leq [\theta] ,

[\theta] = 0,013 .

0,0040 + 0,0012 = 0,0052 < 0,013.

Приложение 5 Рекомендуемое

ПРЕДЕЛЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТИПОВ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Фланцы плоские (черт. 2), со свободным кольцом (черт. 3), с зажимами (черт. 4) рекомендуется применять при температуре среды до 300 °C.

Фланцы с гладкой уплотнительной поверхностью рекомендуются для условных давлений среды до 1,6 МПа.

Фланцы с уплотнительной поверхностью выступ-впадина рекомендуются для условных давлений среды более 1,6 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 более 6,0 МПа.

Фланцы контактирующие (черт. 11) рекомендуются для условных давлений до 0,6 МПа и вакуума с остаточным давлением не ниже 5 мм рт. ст. (0,005 МПа ост.) при температуре до плюс 300 °C.

Таблица 9

Рекомендации по конструированию фланцевых соединений

Параметры фланцевого соединения, мм	Типы фланцев
	Приварные встык (черт. 1)	Плоские (черт. 2)	Свободные (черт. 3)	Примечание
1. Толщина обечайки (втулки)	S + S_{0} = 1,3S , но во всех случаях	S_{0} \geq S
S_{0}	S_{0} - S \leq 5\text{мм}			S — толщина обечайки, к которой приваривается фланец; \beta принимается по черт. 13
S_{1}	S_{1} = \beta S_{0}
2. Длина конической втулки l	l = \frac{1}{i} (S_{1} - S_{0})			i = 1:3 уклон втулки
3. Диаметр болтовой окружности D_{\text{б}}	D_{\text{б}} \geq D + 2(S_{1} + d + u) D_{\text{б}} = \epsilon_{1} \cdot D^{0,933}	D_{\text{б}} \geq D + 2(2S_{c} + d + u)	D_{\text{б}} \geq D_{z} + 2(d + u_{1})	u = 6 мм u_{1} = 8 мм \epsilon_{1} принимается по табл. 11 d принимается по табл. 13
4. Наружный диаметр фланца D_{\text{н}}	D_{\text{н}} \geq D_{\text{б}} + a			a принимается по табл. 13
5. Наружный диаметр прокладки D_{z}	D_{z} = D_{\text{б}} - e		D_{z} \leq D_{s1}	e принимается по табл. 13
6. Средний диаметр прокладки D_{\text{сп}}	D_{\text{сп}} = D_{z} - b			b принимается по табл. 14
7. Число болтов n	n \geq \frac{\pi D_{\text{б}}}{t_{1}}			t_{1} принимается по табл. 12
8. Ориентировочная толщина фланца h	h = \lambda_{1} \sqrt{DS_{\text{э}}}			\lambda_{1} принимается по черт. 14 S_{\text{э}} определяется по п. 3.6.1

\text{Р}_{\text{у}} , МПа	Диаметры болтов (шпилек) для аппаратов, мм
	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000	2200	2400	>= 2400
До 0,6	М20							\text{М}24 \div \text{М}30
1,0	М20				М30
1,6	М20		\text{М}24 \div \text{М}30
2,5	М20		\text{М}24 \div \text{М}30			М30
4,0	М30		М36			М42
6,3	М36	М42		М48		М52
8,0	\text{М}30 \div \text{М}36	М42	М48	\text{М}52 \div \text{М}56		-
10,0	\text{М}30 \div \text{М}42	М48	\text{М}52 \div \text{М}56	\text{М}56 \div \text{М}64

\text{Р}_{\text{у}} , МПа	\epsilon_{1}
\text{Р}_{\text{у}} \leq 1,6	1,77
1,6<\text{Р}_{\text{у}} \leq 2,5	1,79
2,5<\text{Р}_{\text{у}} \leq 4,0	1,86
4,0<\text{Р}_{\text{у}} \leq 6,3	1,92
6,3<\text{Р}_{\text{у}} \leq 8,0	2,00
8,0<\text{Р}_{\text{у}} \leq 10,0	2,07

\text{Р}_{\text{у}} , МПа	t_{1} , мм
До 0,3	(4,2 \div 5,0)d_{\text{б}}
0,6	(3,8 \div 4,8)d_{\text{б}}
1,0	(3,5 \div 4,2)d_{\text{б}}
1,6	(3,0 \div 3,8)d_{\text{б}}
2,5	(2,7 \div 3,5)d_{\text{б}}
4,0	(2,3 \div 3,0)d_{\text{б}}
8,4 \div 10,0	(2,1 \div 2,8)d_{\text{б}}

Диаметр болта d_{\text{б}}		М20	(М22)	М24	(М27)	М30	М36	М42	М48	М52	М56	М60	М64
Диаметр отверстия под болт d		23	25	27	30	33	40	46	52	58	60	66	70
a	Для гаек шестигранных	40	42	47	52	58	60	80	92	97	110	115	120
	Для гаек шестигранных с уменьшенным размером под ключ	36	40	42	47	52	63	69	80	86	-	-	-
e	Для плоских прокладок	30	32	34	37	41	48	55	61	65	-	-	-
	Для прокладок овального или восьмиугольного сечения	53	55	57	60	64	71	78	84	88	195	240	240

Материал прокладки	Диаметр аппарата, мм	Ширина прокладки, мм
Плоские неметаллические прокладки	D <= 1000	12 \div 15
	1000 < D <= 2000	15 \div 25
	D > 2000	25
Плоские металлические прокладки	D <= 1000	10 \div 12
	D > 1000	12 \div 15
Плоские прокладки в металлической оболочке и зубчатые металлические прокладки	D <= 1600	12 \div 18
	D > 1600	13 \div 25
Овального или восьмиугольного сечения прокладки для \text{Р}_{\text{у}} \geq 6,3\text{МПа}	D <= 600	12 \div 18
	600 < D <= 800	16 \div 22
	800 < D <= 1000	18 \div 28
	1000 < D <= 1600	22 \div 42

Материал прокладки	Диаметр аппарата, мм	Ширина прокладки, мм	Толщина прокладки, мм
ТРГ «Графлекс» не армированная с абтюретором	400 < D <= 600	13,5	4; 6
	600 <= D < 1000	14
	1000 <= D < 1500	15,5
	1500 <= D	17,5
ТРГ «Графлекс» армированная с абтюретором	400 <= D < 600	13,5	2; 3
	600 <= D < 1000	14
ТРГ «Графлекс» армированная с абтюретором	400 <= D < 600	13,5	3; 4
	600 <= D < 1000	14

(введено Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

---

<*> Размеры прокладок приняты по техническим условиям, разработанным НПО «УНИХИМТЕК».

(введено Изменением № 1, утв. ТК 260 «Оборудование химическое и нефтегазоперерабатывающее» 21.02.2001)

Приложение 6

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

2. Характеристики прокладок из ТРГ «ГРАФЛЕКС» <*> m, q_{\text{обж}} , [q], приведены в табл. Модуль упругости прокладки E_{n} = 11,1q , где q — удельное давление на прокладку при затяжке, МПа.

---

<*> Примечание. Характеристики прокладок представлены НПО «УНИХИМТЕК».

3. Коэффициент жесткости фланцевого соединения \alpha определяется в соответствии с п. 4.1.

В связи с тем, что модуль упругости прокладки зависит от удельного давления на прокладку (q), то при определении \alpha податливость прокладки определяется методом последовательных приближений следующим путем:

Предварительно определяется удельное давление на прокладку при затяжке по формуле:

q = \frac{P_{\text{б}}}{\pi D_{\text{сп}}\text{в}_{0}} , где (2)

P_{\text{б}} — болтовое усилие для условий монтажа, определяемое по п. 5.4.

При определении P_{\text{б}} — коэффициент \alpha в первом приближении принимается равным единице.

Затем по формуле E_{n} = 11,1q определяется модуль упругости и по п. 3.3 податливость прокладки.

Если \alpha получится больше единицы, то необходимо определить болтовое усилие P_{\text{б}1} по п. 5.4 с полученным коэффициентом \alpha и повторить определение q и E. После этого вновь определить коэффициент \alpha .

Если при первом приближении коэффициент \alpha получится меньше единицы, то при расчете фланцевых соединений коэффициент \alpha принимается равным единице и дальнейшие приближения по определению \alpha не требуются.

Тип и материал прокладки	Коэффициент m	Удельное давление обжатия прокладки q_{\text{обж}} , МПа	Допускаемое удельное давление [q], МПа
Прокладка ТРГ неармированная с обтюратором	2,0	4,0	200
Прокладка ТРГ армированная без обтюратора	2,5	4,0	120 при t = 2 мм <*> 100 при t = 3 мм <*>
Прокладка ТРГ армированная с обтюратором	2,0	4,0	200
<*> толщина прокладки в свободном состоянии

---