42453

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ПЛОСКИМИ ПРОКЛАДКАМИ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Задачи исследования: изучение действующих на фланцы усилий и соотношений между ними; теоретическое определение коэффициента жесткости фланцевого соединения; расчет необходимых усилия затяжки болтов при сборке соединения; теоретическое определение усилия действующего на фланцы в рабочих условиях; сборка фланцевого соединения экспериментальной установки с фиксированным усилием затяжки болтов; экспериментальное определение усилий действующих на фланцы при различных режимах нагружения; экспериментальное определение...

Русский

2013-10-29

139.5 KB

22 чел.

Лабораторная работа №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ПЛОСКИМИ ПРОКЛАДКАМИ

Цель работы:

Исследование работы фланцевого соединения.

Задачи исследования:

  •   изучение действующих на фланцы усилий и соотношений между ними;
    •  теоретическое определение коэффициента жесткости фланцевого соединения;
    •  расчет необходимых усилия затяжки болтов при сборке соединения;
    •  теоретическое определение усилия, действующего на фланцы в рабочих условиях;
    •  сборка фланцевого соединения экспериментальной установки с фиксированным усилием затяжки болтов;
    •  экспериментальное определение усилий, действующих на фланцы при различных режимах нагружения;
    •  экспериментальное определение коэффициента жесткости фланцевого соединения;
    •  анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Фланцевые соединения используются для соединения между собой частей аппаратов и трубопроводов; присоединения к аппаратам трубопроводов, арматуры, приборов, крышек (рисунок 1). К таким соединениям кроме требований прочности и долговечности предъявляется требование герметичности, выполнение которого, как правило, обеспечивается за счет прокладки, зажатой с помощью болтов или шпилек между уплотнительными поверхностями фланцев.

Рисунок 1 Фланцевое соединение

 

1.1. Изучение усилий, действующих на фланцы

Схема нагружения фланцевого соединения             а)

при эксплуатации показана на рисунке 2, а.

На фланец действует усилие затяжки болтов Рб, которое не дает раскрыться соединению. Оно равно сумме усилий каждого болта Рбi. Если считать          эти усилия одинаковыми, то Рб = Р'б. • z, где z - число болтов.

Стремящаяся раскрыть фланцевое соединение распорная сила Q вызывается внутренним давлением р, которое до прокладки является равномерно распределенной нагрузкой, а на прокладке постепенно убывает до нуля. В соответствии с требованием                         Рисунок 2 – схема нагружения герметичности после прокладки р = 0.

Реакция прокладки Rn является силой, распределенной по кольцевой поверхности прокладки и обеспечивающей герметичность соединения.

На рисунке 2, б усилия, действующие на фланцевое соединение, представлены в том виде, в котором они используются в расчетах:

Рб - болтовое усилие, равнодействующая равномерно распределенной по окружности диаметром D6 нагрузки, интенсивностью Рб /nD6;

Q - распорная сила, равнодействующая давления р и равномерно распределенная по кругу диаметром, равным среднему диаметру прокладки Dnc;

Rn - реакция прокладки, равнодействующая нагрузки, равномерно распределенной по кольцу шириной bэ и средним диаметром Dnc.

Эффективная ширина прокладки bE зависит от действительной ширины прокладки b и равна

при b< 0,015м    bE=b,         если b> 0,015м, то bE=0,12            (1)

Силы   Рб, Q, и Rn представляют собой осе симметричную систему параллельных сил. Для такой системы можно использовать лишь одно уравнение статического равновесия: сумма проекций всех сил на параллельную им
ось симметрии фланца равна нулю:

P6-Q-Rn = 0.                 (2)

Здесь всегда известна лишь распорная сила

                                                                                       (3)

 

Усилие затяжки болтов Рб и реакция прокладки R при работе фланцевого соединения зависят от изменения давления в аппарате, а значит и распорной силы Q. Задача по определению Рб и R является статически неопределимой (неизвестных 2, а уравнение одно), для решения которой составляется второе уравнение - уравнение совместности деформаций болтов, прокладки и фланца. Совместное решение этих уравнений позволяет получить соотношения для определения Рб и R в зависимости от Q и, следовательно, от давления в аппарате.

P6=Pб°+(l-α)Q;              (4)

R= P6- α Q.

где Рб° - усилие затяжки болтов при сборке фланцевого соединения;                      α - коэффициент жесткости фланцевого соединения.

Таблица 1 - Размеры элементов фланцевого соединения, мм и число болтов

D 

D6 

D ф 

D nc 

so 

Sl 

Sкp 

hкр 

hф 

L 

δШ

δП 

b 

d 

d6 

bб 

z 

118 

207 

250 

153 

8 

27 

35 

32 

37 

32 

1 

1 

10 

10 

20 

15 

6 

1.2 Определение коэффициента жесткости фланцевого соединения 

В лабораторной работе фланцевое соединение служит для соединения корпуса сосуда, снабженного плоским приварным встык фланцем, с плоской фланцевой крышкой (рисунок 1). Герметичность соединения обеспечивается с помощью плоской прокладки, зажатой шестью болтами между плоскими уплотнительными поверхностями фланца и крышки. Площадь поперечного сечения болтов уменьшена за счет просверленных по центру отверстий диаметром d и двух плоских срезов, находящихся на расстоянии Ьб друг от друга (сечение А - А на рисунке 1). Основные размеры элементов соединения приведены в таблице 1.

  •  Коэффициент жесткости

  •  податливость болтов

 

  •  расчетная длина болта

Теоретическое определение усилия затяжки болтов при сборке фланцевого соединения

Герметичность фланцевого соединения обеспечивается правильным выбором усилия затяжки болтов при его сборке . Это усилие определяется выполнением двух условий герметичности:

  •   

Смысл этого условия состоит в том, что в процессе сборки фланцевого соединения давление на прокладку должно быть не менее половины посадочного давления q, при котором материал прокладки заполняет все неровности на уплотнительных поверхностях фланцев.

  •  Болтовое усилие, удовлетворяющее второму условию герметичности, определяется по формуле:

  •  

2. ЭКСПЕРИМЕТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка (рисунок 3) включает в себя цилиндрический сосуд, закрытый плоской фланцевой крышкой; бачок для масла и плунжерный насос, при помощи которого масло закачивается в сосуд. Давление в сосуде замеряется манометром. Герметизация фланцевого соединения осуществляется за счет использования мягкой плоской прокладки и шести болтов. Конструкция и основные размеры фланцев, болтов и прокладки представлены на рисунке 1 и в таблице 1. Измерение болтового усилия производится с помощью электротензометрических датчиков, наклеенных на болты и включенных в измерительную схему прибора ВСТ-4. Схема подключения рабочего (р) и компенсационного (к) датчика представлена на рисунке 4. Компенсационные датчики наклеены на стальную специальную пластинку, которая имеет температуру, равную температуре болтов, но при проведении эксперимента они не нагружаются, и служат для компенсации температурной погрешности.

Рисунок 3 Схема экспериментальной установки

Рисунок 4 Схема подключения датчиков

Предварительно определяется разность показаний А прибора ВСТ-4, которая необходима для обеспечения затяжки болтов с суммарным расчетным усилием PБ0 

  •  ,

где K=5*10-6коэффициент тензочувствительности датчика 

                                                                                             Рисунок 4 - Порядок затяжки болтов фланцевого соединения.

Эксперимент начинается со снятия показаний тензодатчиков при разгруженных болтах. Показания датчиков замеряются с помощью тензометра ВСТ-4, правила работы с которым приведены в приложении. Далее производится затяжка болтов до достижения расчетного усилия PБ0. Для равномерного обжатия прокладки затяжку следует проводить постепенно в последовательности, указанна рисунке 4. Затяжка каждого болта контролируется   по   изменению   показаний прибора ВСТ-4. Значения показаний прибора разгруженных Поi и затянутых Пi болтов заносятся в таблицу 3, причем разность показаний  для каждого болта не должна отличаться от расчетной  более чем 15%.

В исследуемый сосуд подается давление, равное 80% от рабочего. Сосуд   выдерживается   под   этим   давлением   1...2   мин,   и   затем   оно  сбрасывается.   Снимаются   показания  тензометра,   определяется  разность показаний для каждого из болтов  и рассчитывается усилие затяжки

(23)

После этого последовательно осуществляется нагружение сосуда m значениями давления р1, р2,..., pj,..., pm, которые задаются преподавателем или лаборантом. При каждом давлении снимаются показания датчиков и заносятся в таблицу 4.

Находится разность показаний и для каждого давления определяется усилие затяжки болтов, распорное усилие, реакция прокладки

;;.

и коэффициент жесткости фланцевого соединения

Результаты расчетов заносятся в таблицу 4.

Среднее экспериментальное значение коэффициента жесткости фланцевого соединения определяется по формуле и заносится в таблицу 4

На теоретический график зависимости Рб и Rn от Q наносятся, используя , аналогичные экспериментальные зависимости.

3.АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

В лабораторной работе определили теоретически и опытным путем усилия затяжки болтов и коэффициент жесткости соединения. Расхождение данных коэффициента жесткости составил 76,2 %.

Причинами расхождения результатов могут быть:

  •  различие температуры материала (углеродистой стали), и в следствии этого различный модуль упругости;
  •  изменение первоначальной геометрии болтов (вытягивание болтов в следствии многократного нагружения).

Вывод: Исследовали работу фланцевого соединения и сравнили теоретические данные с практическими, получили расхождение 76,2%

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18140. Методы стыковки световода с источником излучения (прямая стыковка, применение фоконов) 214.29 KB
  Лекция 6. Методы стыковки световода с источником излучения прямая стыковка применение фоконов Существенный вклад в потери излучения вносит несоответствие параметров излучателя и входных характеристик световода. Основными факторами определяющими потери явля
18141. Ввод излучения в световод с применением микролинз, градиентных и сферических линз 441.39 KB
  Лекция 7. Ввод излучения в световод с применением микролинз градиентных и сферических линз Согласующие устройства с применением микролинз В качестве микролинз в устройствах ввода излучения применяют полусферы и сферы. Схема устройства ввода излучения в световод с
18142. Ввод излучения в световод различными композициями линз. Потери излучения при соединении световодов 346.36 KB
  Лекция 8. Ввод излучения в световод различными композициями линз. Потери излучения при соединении световодов. Расчет длины регенерационного участка. Схема использования двух сферических линз для ввода излучения в световод показана на рисуснке 8.1. Рис. 8.1. Схема ис...
18143. Оценка взаимных влияний световода в оптических кабелях 214.79 KB
  Лекция 10. Оценка взаимных влияний световода в оптических кабелях. Определение помехозащищенности световода. Надежность ВОЛС. Даже при соблюдении явления ПВО часть энергии переходит из сердечника в оболочку световода. Эта энергия уменьшается по экспоненциальному з...
18144. Принципы построения ВОЛС 385.61 KB
  Лекция 11. Принципы построения ВОЛС Для любой ВОЛС большое значение имеют 3 фактора: информационная емкость системы которая определяется числом каналов связи и скоростью передачи информации; затухание сигнала определяющее максимальную длину ВОЛС без ретра...
18145. Методы расчета чувствительности приемного оптического модуля (ПРОМ) 196.27 KB
  Лекция 12. Методы расчета чувствительности приемного оптического модуля ПРОМ Приемный оптический модуль включает: фотодиод pin или лавинный фотодиод; предварительный усилитель; блок автоматической регулировки усиления. Малошумящий усилитель вып...
18146. Принципы действия волоконно-оптических датчиков (ВОД) физических величин 1.24 MB
  Лекция 13. Принципы действия волоконнооптических датчиков ВОД физических величин. ВОД делятся на два типа: датчики в которых волокно используется в качестве линий передачи сигнала; датчики в которых волокно является чувствительным элементом. Датчик
18147. Способы компенсации дрейфа ВОД 2.6 MB
  Лекция 14. Способы компенсации дрейфа ВОД. ВОД для измерения механических величин Недостатком ВОД является дрейф нуля. Известны следующие способы компенсации дрейфа нуля: преобразование переменного тока в постоянный рис.14.1 а. При этом переменная сост
18148. Датчики для измерения электрических величин 2.22 MB
  Лекция 15. Датчики для измерения электрических величин. ВОД с волокном в качестве чувствительного элемента Датчик магнитного поля на основе эффекта Фарадея Схема датчика магнитного поля на основе эффекта Фарадея показана на рис.15.1. Рис.15.1. Схема датчика магнитн...