86130

Блок сепаратора для исследования скважин. Расчет на прочность

Дипломная

География, геология и геодезия

Целью настоящего расчета является подтверждение прочности сепаратора для исследования скважин ПГМ 301.3012.00.000 при заданных в КД нагрузках и выбранных материалах. Расчет включает задачи, приведенные в содержании настоящего документа.

Русский

2015-04-03

72.66 MB

3 чел.

Блок сепаратора для исследования скважин

Расчет на прочность

Содержание

1 Цели и задачи расчета

2 Входные данные для расчета

3 Определение допускаемого напряжения

4 Расчет давления гидроиспытания

5 Расчет цилиндрической обечайки сепаратора

6 Расчет эллиптического днища сепаратора, ослабленного

   отверстием

7 Укрепление отверстия Dy=80 в цилиндрической обечайке

    сепаратора

8 Укрепление отверстия Dy=150 в цилиндрической обечайке

    сепаратора

9 Расчет плоской заглушки, крепежа

10 Расчет цилиндрической обечайки сборника жидкости

11 Расчет эллиптического днища сборника жидкости

12 Укрепление отверстия Dy=80 в цилиндрической обечайке

     сборника жидкости

13 Укрепление отверстия Dy=150 в цилиндрической обечайке

     сборника жидкости

14 Расчет цилиндрической обечайки сепаратора при воздействии

      опорных нагрузок

15 Расчет цилиндрической обечайки сборника жидкости

      при воздействии опорных нагрузок

16 Расчет фланцевого соединения Dy 100

17 Расчет фланцевого соединения Dy 50

18 Расчет фланцевого соединения Dy 25

19 Расчет фланцевого соединения Dy 38

20 Расчет фланца специального ПГМ 301.3012.02.005

21 Расчет горловины ПГМ 301.3012.03.005

22 Расчет отвода 60-Dy 50

23 Расчет отвода 90-Dy 50

24 Расчет фланцевого соединения М135

25 Расчет фланцевого соединения М215

26 Расчет фильтра углового ПГМ 301.3012.06.030

27 Расчет шпилек, крышки фильтра углового ПГМ 301.3012.06.030

28 Расчет укрепления отверстий в цилиндрической обечайке

      (штуцеры Е1, Е2) сборника жидкости

29 Расчет укрепления отверстий в цилиндрической обечайке

       (штуцеры Е2, Г) сборника жидкости

 

Выводы

Список используемых источников


1 Цели и задачи расчета

Целью настоящего расчета является подтверждение прочности сепаратора для исследования скважин  ПГМ 301.3012.00.000 при заданных в КД нагрузках и выбранных материалах.

Расчет включает задачи, приведенные в содержании настоящего документа.


2 Входные данные для расчета

Техническая характеристика блока сепаратора для исследования скважин приведена в таблице 2.1.

Таблица 2.1.


Общий вид блока сепаратора для исследования скважин показан на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Общий вид блока сепаратора для исследования скважин

ПГМ 301.3012.00.000


3
Определение допускаемого напряжения

Расчет производится по ГОСТ Р 52630-2006 и ПБ 0357603.

3.1. Исходные данные

Наименование

Материал

09Г2С

Расчетное давление p, МПа

20

Расчетная температура t, °С

50

Допускаемое напряжение при температуре 20°С , МПа

183

Допускаемое напряжение при расчетной температуре , МПа

174

3.2. Отношения допускаемых напряжений при температуре 20°C и при соответствующей расчетной температуре , °С:

 для стали 09Г2С


4
Расчет давления гидроиспытания

Расчет проводится по ГОСТ Р 52630-2006.

4.1. Исходные данные

Материал

09Г2С

Расчетное давление p, МПа

20

Отношение  (см. разд. 3)

1.05

4.2. Расчет. Давление гидроиспытания:

(4.1)

.

Пробное давление гидроиспытания согласно КД - .


5 Расчет цилиндрической обечайки сепаратора

5.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.5 м (500 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.036 м (36 мм)

Материал обечайки        09Г2С

Допускаемое напряжение материала обечайки

при рабочей температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию и

минусовой допуск на толщину проката с   0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов    1

Расчетное (рабочее) давление p    20 МПа (200 кгс/см2)

5.2 Расчет

Условие применения расчетных формул:

,       (5.1)

,     

условие выполняется.

Расчетная толщина стенки обечайки:

,      (5.2)

где расчетный коэффициент толстостенности определяется по формуле:

,      (5.3)

,      

.   

Условие прочности:

      (5.4)


,    

где s – принятая толщина стенки обечайки, условие прочности выполняется.

Допустимое внутреннее избыточное давление:

,      (5.5)

где коэффициент β определяется по формуле:

,      (5.6)

,     

.   

Условие прочности:

,      (5.7)

,     

условие прочности выполняется.

Приведенное напряжение в стенке обечайки:

,      (5.8)

.  

Условие прочности:

,      (5.9)

,     

условие прочности выполняется.


6 Расчет эллиптического днища сепаратора, ослабленного отверстием

6.1 Исходные данные

Внутренний диаметр днища D     0.5 м (500 мм)

Толщина стенки днища s1     0.036 м (36 мм)

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Материал днища       09Г2С

Допускаемое напряжение материала днища

при расчетной температуре    174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов     1

Диаметр отверстия в днище d     0.078 м (78 мм)

6.2 Расчет

Условие применения расчетных формул:

,       (6.1)

,     

условия выполняются.

Расчетная толщина выпуклого днища определяется по формуле:

,      (6.2)

.   

Условие прочности:

,      (6.3)

,   

условие прочности выполняется.


Допускаемое давление на днище:

,      (6.4)

.  

Условие прочности:

,       (6.5)

,     

условие прочности выполняется.

Расчет укрепления отверстия.

Расчетный диаметр укрепляемого элемента определяется по формуле:

,     (6.6)

.     

Расчетный диаметр отверстия в стенке днища определяется по формуле:

,      (6.7)

,    

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления при наличии избыточной толщины стенки днища:

,    (6.8)

где s1p=29.6  мм – определяется по формуле (6.2);

.   

Условие прочности (достаточного укрепления отверстия):

,       (6.9)

,      

условие прочности выполняется.

7 Укрепление отверстия Dy=80 в цилиндрической обечайке сепаратора

7.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.5 м (500 мм)

Внутренний диаметр штуцера d    0.08 м (80 мм)

Исполнительные длины штуцера:

     l1    0.2 м (200 мм)

     l2    0 м (0 мм)

     l3    0 м (0 мм)

Исполнительные толщины стенок штуцера:

     s1    0.04 м (40 мм)

     s2    0 м (0 мм)

     s3    0 м (0 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.036 м (36 мм)

Сумма прибавок на коррозию и минусовой

технологический допуск с     0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов    1

Расчетное давление р     20 МПа (200 кгс/см2)

Материал        09Г2С

Допускаемое напряжение материала   174 МПа (1740 кгс/см2)

7.2 Расчет

Расчетный диаметр укрепляемого элемента:

,       (7.1)

.       

Расчетный диаметр отверстия в обечайке:

,      (7.2)

    

Расчетные длины внешней и внутренней стороны штуцера:

,     (7.3)

,     (7.4)


,  

.       

Расчетная ширина зоны укрепления:

,      (7.5)

.     

Расчетная ширина накладного кольца:

,     (7.6)

.   

Расчетный диаметр:

,     (7.7)

.    

условие прочности выполняется.

Расчетная толщина стенки штуцера:

,      (7.8)

.   

Условие достаточного укрепления отверстия:

,   (7.9)

,  

условие выполняется.


8 Укрепление отверстия
Dy=150 в цилиндрической обечайке сепаратора

8.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.5 м (500 мм)

Внутренний диаметр штуцера d     0.15 м (150 мм)

Исполнительные длины штуцера:

     l1    0.3 м (300 мм)

     l2    0 м (0 мм)

     l3    0 м (0 мм)

Исполнительные толщины стенок штуцера:

     s1    0.05 м (50 мм)

     s2    0 м (0 мм)

     s3    0 м (0 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.036 м (36 мм)

Сумма прибавок на коррозию и минусовой

технологический допуск с      0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов    1

Расчетное давление р     20 МПа (200 кгс/см2)

Материал        09Г2С

Допускаемое напряжение материала   174 МПа (1740 кгс/см2)

8.2 Расчет

Расчетный диаметр укрепляемого элемента:

,       (8.1)

.       

Расчетный диаметр отверстия в обечайке:

,      (8.2)

    

Расчетные длины внешней и внутренней стороны штуцера:

,     (8.3)

,     (8.4)


,  

.       

Расчетная ширина зоны укрепления:

,      (8.5)

.     

Расчетная ширина накладного кольца:

,     (8.6)

.   

Расчетный диаметр:

,     (8.7)

.    

Расчетная толщина стенки штуцера:

,      (8.8)

.   

Условие достаточного укрепления отверстия:

,   (8.9)

,  

условие выполняется.


9 Расчет плоской заглушки, крепежа

9.1 Исходные данные

Расчетный диаметр крышки Dp     0.535 м (535 мм)

Толщина крышки s1      0.107 м (107 мм)

Допускаемое напряжение материала крышки          174 МПа (1740 кгс/см2)

Сумма прибавок на коррозию и минусовой

технологический допуск c     0.003 м (3 мм)

Расчетное давление р      20 МПа (200 кгс/см2)

Коэффициент понижения прочности    1

Расчетная температура      50°С

Допускаемое напряжение материала шпилек         230 МПа (2300 кгс/см2)

Количество шпилек п      16

Площадь поперечного сечения шпильки М56

  по внутреннему диаметру резьбы fш            1810 10-6 м2 (1810 мм2)

Ширина прокладки b      0.015 м (15 мм)

Напряжение смятия прокладки (алюминий)   70 МПа (700 кгс/см2)

9.2 Расчет

Условие применения расчетных формул:

,      (9.1)

,     

условие выполняется.

Расчетная толщина плоской крышки :

,     (9.2)

где К=0.45 – определяется по ГОСТ 25215-82;

.    

Условие прочности:

,       (9.3)


,    

условие выполняется.

Допускаемое давление на плоское днище или крышку:

,      (9.4)

.   

Условие прочности:

,       (9.5)

,     

условие прочности выполняется.

Усилие, действующее на заглушку, определяется по формуле:

,      (9.6)

.    

Осевая реакция прокладки определяется по формуле:

,      (9.7)

,    

,       (9.8)

.     

Напряжение в сечении шпильки определяется по формуле:

,       (9.9)

.     

Условие прочности шпилек:

,       (9.10)

,     

условие прочности выполняется.


10 Расчет цилиндрической обечайки сборника жидкости

10.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.8 м (800 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.055 м (55 мм)

Материал обечайки        09Г2С

Допускаемое напряжение материала обечайки

при рабочей температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию и

минусовой допуск на толщину проката с   0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов    1

Расчетное (рабочее) давление p    20 МПа (200 кгс/см2)

10.2 Расчет

Условие применения расчетных формул:

,       (10.1)

,     

условие выполняется.

Расчетная толщина стенки обечайки:

,      (10.2)

где расчетный коэффициент толстостенности определяется по формуле:

,      (10.3)

,      

.   

Условие прочности:

      (10.4)


,    

где s – принятая толщина стенки обечайки, условие прочности выполняется.

Допустимое внутреннее избыточное давление:

,      (10.5)

где коэффициент β определяется по формуле:

,      (10.6)

,     

.   

Условие прочности:

,      (10.7)

,     

условие прочности выполняется.

Приведенное напряжение в стенке обечайки:

,      (10.8)

.  

Условие прочности:

,      (10.9)

,     

условие прочности выполняется.


11 Расчет эллиптического днища сборника жидкости

11.1 Исходные данные

Внутренний диаметр днища D     0.8 м (800 мм)

Толщина стенки днища s1     0.055 м (55 мм)

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Материал днища       09Г2С

Допускаемое напряжение материала днища

при расчетной температуре    174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов     1

11.2 Расчет

Условие применения расчетных формул:

,       (11.1)

,     

условия выполняются.

Расчетная толщина выпуклого днища определяется по формуле:

,      (11.2)

.   

Условие прочности:

,      (11.3)

,   

условие прочности выполняется.


Допускаемое давление на днище:

,      (11.4)

.  

Условие прочности:

,       (11.5)

,     

условие прочности выполняется.


12 Укрепление отверстия
Dy=80 в цилиндрической

обечайке сборника жидкости

12.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.8 м (800 мм)

Внутренний диаметр штуцера d    0.08 м (80 мм)

Исполнительные длины штуцера:

     l1    0.2 м (200 мм)

     l2    0 м (0 мм)

     l3    0 м (0 мм)

Исполнительные толщины стенок штуцера:

     s1    0.04 м (40 мм)

     s2    0 м (0 мм)

     s3    0 м (0 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.055 м (55 мм)

Сумма прибавок на коррозию и минусовой

технологический допуск с     0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов    1

Расчетное давление р     20 МПа (200 кгс/см2)

Материал        09Г2С

Допускаемое напряжение материала   174 МПа (1740 кгс/см2)

12.2 Расчет

Расчетный диаметр укрепляемого элемента:

,       (12.1)

.       

Расчетный диаметр отверстия в обечайке:

,      (12.2)

    


Расчетные длины внешней и внутренней стороны штуцера:

,     (12.3)

,     (12.4)

,  

.       

Расчетная ширина зоны укрепления:

,      (12.5)

.     

Расчетная ширина накладного кольца:

,     (12.6)

.   

Расчетный диаметр:

,     (12.7)

.    

условие прочности выполняется.

Расчетная толщина стенки штуцера:

,      (12.8)

.   

Условие достаточного укрепления отверстия:

,   (12.9)

,  

условие выполняется.


13 Укрепление отверстия
Dy=150 в цилиндрической

обечайке сборника жидкости

13.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.8 м (800 мм)

Внутренний диаметр штуцера d     0.15 м (150 мм)

Исполнительные длины штуцера:

     l1    0.3 м (300 мм)

     l2    0 м (0 мм)

     l3    0 м (0 мм)

Исполнительные толщины стенок штуцера:

     s1    0.05 м (50 мм)

     s2    0 м (0 мм)

     s3    0 м (0 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.055 м (55 мм)

Сумма прибавок на коррозию и минусовой

технологический допуск с      0.003 м (3 мм)

Коэффициент прочности сварных швов    1

Расчетное давление р     20 МПа (200 кгс/см2)

Материал        09Г2С

Допускаемое напряжение материала   174 МПа (1740 кгс/см2)

13.2 Расчет

Расчетный диаметр укрепляемого элемента:

,       (13.1)

.       

Расчетный диаметр отверстия в обечайке:

,      (13.2)

    


Расчетные длины внешней и внутренней стороны штуцера:

,     (13.3)

,     (13.4)

,  

.       

Расчетная ширина зоны укрепления:

,      (13.5)

.     

Расчетная ширина накладного кольца:

,     (13.6)

.   

Расчетный диаметр:

,     (13.7)

.    

Расчетная толщина стенки штуцера:

,      (13.8)

.   

Условие достаточного укрепления отверстия:

,   (13.9)

,  

условие выполняется.


14 Расчет цилиндрической обечайки сепаратора при воздействии

опорных нагрузок

14.1 Исходные данные

Вес сосуда в условиях эксплуатации G   50000 Н (5000 кгс)

Толщина стенки обечайки s     0.036 м (36 мм)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Внутренний диаметр емкости D     0.5 м (500 мм)

Материал обечайки       09Г2С

Допускаемое напряжение материала сепаратора       174 МПа (1740 кгс/см2)

Модуль упругости материала сепаратора Е   2 1011 Па

Длина цилиндрической части сосуда L   3.2 м (3200 мм)

Длина выступающей цилиндрической

части сосуда а       0.6 м (600 мм)

Коэффициент запаса устойчивости ny    2.4

Ширина седловой опоры b     0.2 м (200 мм)

Угол охвата емкости опорой      120°

Толщина подкладного листа s2     0.01 м (10 мм)

Длина свободной части эквивалентного сосуда е  0.7 м (700 мм)

Расчетное давление р      20 МПа (200 кгс/см2)

14.2 Расчет

В качестве основной расчетной схемы для определения опорных усилий, моментов и поперечных усилий принимают балку кольцевого сечения, шарнирно опертую в местах расположения опор.

Нагрузки балки определяются по формулам:

,       (14.1)

,      (14.2)


,     

.     

Опорное усилие для схемы опирания теплообменника определяется по формуле:

,       (14.3)

.      

Изгибающий момент над опорами определяется по формуле:

,     (14.4)

.   

Максимальный момент между опорами:

,    (14.5)

.  

Поперечное усилие в сечении оболочки над опорой:

,     (14.6)

.     

Проверка несущей способности обечайки в сечении между опорами.

Условие прочности:

,    (14.7)

где K9=1 – определяется по формуле (36)  ГОСТ Р 52857.5-2007;


,

условие прочности выполняется.

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности:

,    (14.8)

.

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости:

,    (14.9)

.  

Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле:

,      (14.10)

.     

Условие устойчивости:

,      (14.11)

,      

условие устойчивости выполняется.

Проверка несущей способности оболочки в области опорного узла.

Параметр, определяемый расстоянием до днища, определяется по формуле:

,      (14.12)


.     

Параметр, определяемый шириной пояса опоры, определяется по формуле:

,     (14.13)

.     

Общее осевое мембранное напряжение изгиба, действующее в области опорного узла, определяется по формуле:

,     (14.14)

.  

Допускаемое опорное усилие от нагружения в осевом направлении  определяется по формуле:

,    (14.15)

где

К10=0.25 – определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

К12=0.98 – определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

 - определяется по формуле (1) ГОСТ Р 52857.5-2007;

.  

Допускаемое опорное усилие от нагружения в окружном направлении определяется по формуле:

,    (14.16)

где

К14=0.63 – определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

К17=0.42 - определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

К16=0.98 - определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

- определяется по формуле (1) ГОСТ Р 52857.5-2007;

.  

Условие прочности:

,      (14.17)

,     

условие прочности выполняется.


15 Расчет цилиндрической обечайки сборника жидкости при воздействии

опорных нагрузок

15.1 Исходные данные

Вес сосуда в условиях эксплуатации G  130000 Н (13000 кгс)

Толщина стенки обечайки s     0.055 м (55 мм)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Внутренний диаметр емкости D     0.8 м (800 мм)

Материал обечайки       09Г2С

Допускаемое напряжение материала сепаратора       174 МПа (1740 кгс/см2)

Модуль упругости материала сепаратора Е   2 1011 Па

Длина цилиндрической части сосуда L   3.7 м (3700 мм)

Длина выступающей цилиндрической

части сосуда а       0.7 м (700 мм)

Коэффициент запаса устойчивости ny    2.4

Ширина седловой опоры b     0.24 м (240 мм)

Угол охвата емкости опорой      120°

Толщина подкладного листа s2     0.01 м (10 мм)

Длина свободной части эквивалентного сосуда е  0.9 м (900 мм)

Расчетное давление р      20 МПа (200 кгс/см2)

15.2 Расчет

В качестве основной расчетной схемы для определения опорных усилий, моментов и поперечных усилий принимают балку кольцевого сечения, шарнирно опертую в местах расположения опор.

Нагрузки балки определяются по формулам:

,       (15.1)

,      (15.2)


,     

.     

Опорное усилие для схемы опирания теплообменника определяется по формуле:

,       (15.3)

.      

Изгибающий момент над опорами определяется по формуле:

,     (15.4)

.   

Максимальный момент между опорами:

,    (15.5)

.  

Поперечное усилие в сечении оболочки над опорой:

,     (15.6)

.     

Проверка несущей способности обечайки в сечении между опорами.

Условие прочности:

,    (15.7)

где K9=1.15 – определяется по формуле (36)  ГОСТ Р 52857.5-2007;


,

условие прочности выполняется.

Допускаемый изгибающий момент из условия прочности:

,    (15.8)

.

Допускаемый изгибающий момент из условия устойчивости в пределах упругости:

,    (15.9)

.  

Допускаемый изгибающий момент определяется по формуле:

,      (15.10)

.    

Условие устойчивости:

,      (15.11)

,      

условие устойчивости выполняется.

Проверка несущей способности оболочки в области опорного узла.

Параметр, определяемый расстоянием до днища, определяется по формуле:

,      (15.12)


.     

Параметр, определяемый шириной пояса опоры, определяется по формуле:

,     (15.13)

.     

Общее осевое мембранное напряжение изгиба, действующее в области опорного узла, определяется по формуле:

,     (15.14)

.  

Допускаемое опорное усилие от нагружения в осевом направлении  определяется по формуле:

,    (15.15)

где

К10=0.28 – определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

К12=1.07 – определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

 - определяется по формуле (1) ГОСТ Р 52857.5-2007;

.  

Допускаемое опорное усилие от нагружения в окружном направлении определяется по формуле:

,    (15.16)

где

К14=0.76 – определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

К17=0.54 - определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;

К16=0.97 - определяется в п.7.5.2.1 ГОСТ Р 52857.5-2007;


- определяется по формуле (1) ГОСТ Р 52857.5-2007;

.  

Условие прочности:

,      (15.17)

,    

условие прочности выполняется.


16 Расчет фланцевого соединения
Dy 100

16.1 Исходные данные

Наружный диаметр фланца Dн      0.310 м (310 мм)

Диаметр окружности расположения шпилек Dб   0.24 м (240 мм)

Средний диаметр прокладки Dсп     0.162 м (162 мм)

Внутренний диаметр фланца D      0.1 м (100 мм)

Ширина прокладки bп       0.008 м (8 мм)

Толщина фланца h        0.054 м (54 мм)

Толщина втулки фланца в месте приварки s0   0.012 м (12 мм)

Толщина втулки фланца у тарелки s1     0.03 м (30 мм)

Наружный диаметр шпильки d      0.033 м (33 мм)

Материал фланца        сталь 09Г2С

Материал шпилек        сталь 20ХН3А

Модуль продольной упругости материала

фланца Е       200 ГПа

шпилек Еб      218 ГПа

Допускаемое напряжение материала

фланца       174 МПа

шпилек       230 МПа

Количество шпилек n       8

Материал прокладки        08Х18Н10Т

Условный модуль сжатия материала прокладки Еп  200000 МПа

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Площадь поперечного сечения шпильки М27

по внутреннему диаметру резьбы fб    647 10-6 м2 (647 мм2)

Толщина прокладки hп       0.017 м (17 мм)

Прибавка на коррозию с       0.003 м (3 мм)


Тип фланцевого соединения изображен на рисунке 16.1.

Рисунок 16.1  Тип фланцевого соединения

16.2  Расчет

Расчет вспомогательных величин

Эффективная ширина прокладки:

   при   (15 мм)

 

Характеристики прокладки из стали 08Х18Н10Т принимаются по таблице И.1 Приложения И ГОСТ 52857.4-2007

 m=8.5;

 qобж=180 МПа – удельное давление обжатия прокладки;

 Кобж=1 – коэффициент обжатия.

Податливость прокладки:

,      (16.1)


   

Податливость болтов (шпилек):

,       (16.2)

где  ,

(124 мм) – расстояние между опорными поверхностями гаек.

   

Параметры фланца

Эквивалентная толщина втулки:

,       (16.3)

где ς=2 – определяется по формуле (Е.6) Приложения Е ГОСТ 52857.4-2007;

     

Параметр длины обечайки определяют по формуле:

,       (16.4)

.      

Отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру:

,       (16.5)

       

Угловая податливость фланца при затяжке:

,      (16.6)

где βγ=1.8, βF=1.2, βZ=1.2, βU=2 – определяются по рисунку К.1 Приложения К ГОСТ 52857.4-2007 и формулам (К.5)-(К.8);

,     (16.7)


,    

.    

Коэффициент, учитывающий изгиб тарелки фланца между шпильками (болтами), определяется по формуле:

,     (16.8)

.     

Плечи моментов:

,      (16.9)

.      

,      (16.10)

.     

Коэффициент жесткости фланцевого соединения:

,     (16.11)

.   

Расчет фланца на статическую прочность.

Расчет нагрузок.

Равнодействующая внутреннего давления:

     (16.12)

    

Реакция прокладки в рабочих условиях:

     (16.13)

.    


Расчетная нагрузка на болты (шпильки)
Рбм в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

    (16.14)

   

.     

Расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов (шпилек) в рабочих условиях:

,      (16.15)

.    

Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладки

Условие прочности болтов (шпилек):

,      (16.16)

,   

условие прочности выполняется.

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец при затяжке:

,       (16.17)

.     

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец в рабочих условиях:

,     (16.18)

.   


Расчетные напряжения во фланце при затяжке.

Меридиональное изгибное напряжение во втулке приварного встык фланца определяется по формуле:

,     (16.19)

.  

Напряжение в тарелке приварного встык фланца:

- радиальное напряжение:

,     (16.20)

.   

- окружное напряжение:

,     (16.21)

.   

Расчетные напряжения во фланце в рабочих условиях.

Меридиональные изгибные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,      (16.22)

.   

,      (16.23)

.   


Меридиональные мембранные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (16.24)

.  

,     (16.25)

.  

Окружные мембранные напряжения от действия давления во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (16.26)

.   

Напряжения в тарелке приварного встык фланца определяется по формулам:

- радиальное напряжение:

,     (16.27)

,  

- окружное напряжение:

,      (16.28)

.   

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s1:

- при затяжке:

,    (16.29)

,  


- в рабочих условиях:

,  (16.30)

,

условия прочности выполняются.

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s0:

- при затяжке:

,      (16.31)

,     

- в рабочих условиях:

,  (16.32)

,

условия прочности выполняются.

Требование к жесткости.

Угол поворота приварного встык фланца определяется по формуле:

,      (16.33)

.     

Условие жесткости для рабочих условий и затяжки:

,       (16.34)

где  

,      

условие жесткости выполняется.


17 Расчет фланцевого соединения
Dy 50

17.1 Исходные данные

Наружный диаметр фланца Dн      0.215 м (215 мм)

Диаметр окружности расположения шпилек Dб   0.165 м (165 мм)

Средний диаметр прокладки Dсп     0.095 м (95 мм)

Внутренний диаметр фланца D      0.05 м (50 мм)

Ширина прокладки bп       0.012 м (12 мм)

Толщина прокладки hп       0.017 м (17 мм)

Толщина фланца h        0.038 м (38 мм)

Толщина втулки фланца в месте приварки s0   0.009 м (9 мм)

Толщина втулки фланца у тарелки s1     0.027 м (27 мм)

Наружный диаметр шпильки d      0.026 м (26 мм)

Материал фланца        сталь 09Г2С

Материал шпилек        сталь 40Х

Модуль продольной упругости материала

фланца Е       200 ГПа

шпилек Еб      218 ГПа

Допускаемое напряжение материала

фланца       174 МПа

шпилек       230 МПа

Количество шпилек n       8

Материал прокладки        08Х18Н10Т

Условный модуль сжатия материала прокладки Еп  200000 МПа

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Площадь поперечного сечения шпильки М24

по внутреннему диаметру резьбы fб    324 10-6 м2 (324 мм2)

Прибавка на коррозию с       0.003 м (3 мм)


17.2  Расчет.

Расчет вспомогательных величин

Эффективная ширина прокладки:

   при   (15 мм)

 .

Характеристики прокладки из 08Х18Н10Т принимаются по таблице И.1 Приложения И ГОСТ 52857.4-2007

 m=8.5;

 qобж=180 МПа – удельное давление обжатия прокладки;

 Кобж=1 – коэффициент обжатия.

Податливость прокладки:

,       (17.1)

   

Податливость болтов (шпилек):

,       (17.2)

где  ,

(92 мм) – расстояние между опорными поверхностями гаек.

   

Параметры фланца.

Эквивалентная толщина втулки:

,       (17.3)

где ς=2.6 – определяется по формуле (Е.6) Приложения Е ГОСТ 52857.4-2007;

      


Параметр длины обечайки определяют по формуле:

,       (17.4)

.      

Отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру:

,       (17.5)

       

Угловая податливость фланца при затяжке:

,      (17.6)

где βγ=1.37, βF=0.96, βZ=1.1, βU=1.5 – определяются по рисунку К.1 Приложения К ГОСТ 52857.4-2007 и формулам (К.5)-(К.8);

,     (17.7)

,    

.    

Коэффициент, учитывающий изгиб тарелки фланца между шпильками (болтами), определяется по формуле:

,     (17.8)

.     


Плечи моментов:

,      (17.9)

.     

,      (17.10)

.    

Коэффициент жесткости фланцевого соединения:

,     (17.11)

.   

Расчет фланца на статическую прочность.

Расчет нагрузок.

Равнодействующая внутреннего давления:

     (17.12)

    

Реакция прокладки в рабочих условиях:

     (17.13)

.    

Расчетная нагрузка на болты (шпильки) Рбм в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

    (17.14)

   

.     


Расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов (шпилек) в рабочих условиях:

,      (17.15)

.    

Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладки

Условие прочности болтов (шпилек):

,      (17.16)

,   

условие прочности выполняется.

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец при затяжке:

,       (17.17)

.     

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец в рабочих условиях:

,     (17.18)

.   

Расчетные напряжения во фланце при затяжке.

Меридиональное изгибное напряжение во втулке приварного встык фланца определяется по формуле:

,     (17.19)

.  

Напряжение в тарелке приварного встык фланца:

- радиальное напряжение:

,     (17.20)


.  

- окружное напряжение:

,     (17.21)

.   

Расчетные напряжения во фланце в рабочих условиях.

Меридиональные изгибные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,      (17.22)

.   

,      (17.23)

.   

Меридиональные мембранные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (17.24)

.  

,     (17.25)

.  

Окружные мембранные напряжения от действия давления во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (17.26)


.   

Напряжения в тарелке приварного встык фланца определяется по формулам:

- радиальное напряжение:

,     (17.27)

,  

- окружное напряжение:

,      (17.28)

.   

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s1:

- при затяжке:

,    (17.29)

,

- в рабочих условиях:

,  (17.30)

,

условия прочности выполняются.

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s0:

- при затяжке:

,      (17.31)

,     

- в рабочих условиях:

,  (17.32)


,

условия прочности выполняются.

Требование к жесткости.

Угол поворота приварного встык фланца определяется по формуле:

,      (17.33)

.     

Условие жесткости для рабочих условий и затяжки:

,       (17.34)

где  ,

,      

условие жесткости выполняется.


18 Расчет фланцевого соединения
Dy 25

18.1 Исходные данные

Наружный диаметр фланца Dн      0.15 м (150 мм)

Диаметр окружности расположения шпилек Dб   0.1 м (100 мм)

Средний диаметр прокладки Dсп     0.05 м (50 мм)

Внутренний диаметр фланца D      0.025 м (25 мм)

Ширина прокладки bп       0.008 м (8 мм)

Толщина прокладки hп       0.014 м (14 мм)

Толщина фланца h        0.028 м (28 мм)

Толщина втулки фланца в месте приварки s0   0.007 м (7 мм)

Толщина втулки фланца у тарелки s1     0.013 м (13 мм)

Наружный диаметр шпильки d      0.024 м (24 мм)

Материал фланца        сталь 09Г2С

Материал шпилек        сталь 20ХН3А

Модуль продольной упругости материала

фланца Е       200 ГПа

шпилек Еб      218 ГПа

Допускаемое напряжение материала

фланца       174 МПа

шпилек       230 МПа

Количество шпилек n       4

Материал прокладки        08Х18Н10Т

Условный модуль сжатия материала прокладки Еп  200000 МПа

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Площадь поперечного сечения шпильки М24

по внутреннему диаметру резьбы fб    324 10-6 м2 (324 мм2)

Прибавка на коррозию с       0.003 м (3 мм)


18.2  Расчет.

Расчет вспомогательных величин.

Эффективная ширина прокладки:

   при   (15 мм)

 .

Характеристики прокладки из  принимаются по таблице И.1 Приложения И ГОСТ 52857.4-2007

 m=8.5;

 qобж=180 МПа – удельное давление обжатия прокладки;

 Кобж=1 – коэффициент обжатия.

Податливость прокладки:

,       (18.1)

   

Податливость болтов (шпилек):

,       (18.2)

где  ,

(72 мм) – расстояние между опорными поверхностями гаек.

   

Параметры фланца.

Эквивалентная толщина втулки:

,       (18.3)

где ς=1.7 – определяется по формуле (Е.6) Приложения Е ГОСТ 52857.4-2007;

      


Параметр длины обечайки определяют по формуле:

,       (18.4)

.      

Отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру:

,       (18.5)

       

Угловая податливость фланца при затяжке:

,      (18.6)

где βγ=1, βF=0.77, βZ=1, βU=1.15 – определяются по рисунку К.1 Приложения К ГОСТ 52857.4-2007 и формулам (К.5)-(К.8);

,     (18.7)

,    

.    

Коэффициент, учитывающий изгиб тарелки фланца между шпильками (болтами), определяется по формуле:

,     (18.8)

.     

Плечи моментов:

,      (18.9)

.      


,     (18.10)

.    

Коэффициент жесткости фланцевого соединения:

,     (18.11)

.    

Расчет фланца на статическую прочность.

Расчет нагрузок.

Равнодействующая внутреннего давления:

     (18.12)

    

Реакция прокладки в рабочих условиях:

     (18.13)

.    

Расчетная нагрузка на болты (шпильки) Рбм в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

    (18.14)

   

.     

Расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов (шпилек) в рабочих условиях:

,      (18.15)

.    


Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладки.

Условие прочности болтов (шпилек):

,      (18.16)

,   

условие прочности выполняется.

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец при затяжке:

,       (18.17)

.     

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец в рабочих условиях:

,     (18.18)

.   

Расчетные напряжения во фланце при затяжке.

Меридиональное изгибное напряжение во втулке приварного встык фланца определяется по формуле:

,     (18.19)

.  

Напряжение в тарелке приварного встык фланца:

- радиальное напряжение:

,     (18.20)

.   

- окружное напряжение:

,     (18.21)

.   


Расчетные напряжения во фланце в рабочих условиях.

Меридиональные изгибные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,      (18.22)

.   

,      (18.23)

.   

Меридиональные мембранные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (18.24)

.  

,     (18.25)

.  

Окружные мембранные напряжения от действия давления во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (18.26)

.   

Напряжения в тарелке приварного встык фланца определяется по формулам:

- радиальное напряжение:

,     (18.27)

,  


- окружное напряжение:

,      (18.28)

.   

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s1:

- при затяжке:

,    (18.29)

,  

- в рабочих условиях:

,  (18.30)

,

условия прочности выполняются.

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s0:

- при затяжке:

,      (18.31)

,    

- в рабочих условиях:

,  (18.32)

,

условия прочности выполняются.


Требование к жесткости.

Угол поворота приварного встык фланца определяется по формуле:

,      (18.35)

.     

Условие жесткости для рабочих условий и затяжки:

,       (18.36)

где  ,

,      

условие жесткости выполняется.


19 Расчет фланцевого соединения
Dy 38

18.1 Исходные данные

Наружный диаметр фланца Dн      0.18 м (180 мм)

Диаметр окружности расположения шпилек Dб   0.124 м (124 мм)

Средний диаметр прокладки Dсп     0.068 м (68 мм)

Внутренний диаметр фланца D      0.038 м (38 мм)

Ширина прокладки bп       0.008 м (8 мм)

Толщина прокладки hп       0.014 м (14 мм)

Толщина фланца h        0.032 м (32 мм)

Толщина втулки фланца в месте приварки s0   0.006 м (6 мм)

Толщина втулки фланца у тарелки s1     0.016 м (16 мм)

Наружный диаметр шпильки d      0.024 м (24 мм)

Материал фланца        сталь 09Г2С

Материал шпилек        сталь 20ХН3А

Модуль продольной упругости материала

фланца Е       200 ГПа

шпилек Еб      218 ГПа

Допускаемое напряжение материала

фланца       174 МПа

шпилек       230 МПа

Количество шпилек n       4

Материал прокладки        08Х18Н10Т

Условный модуль сжатия материала прокладки Еп  200000 МПа

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Площадь поперечного сечения шпильки М24

по внутреннему диаметру резьбы fб    324 10-6 м2 (324 мм2)

Прибавка на коррозию с       0.003 м (3 мм)


19.2  Расчет.

Расчет вспомогательных величин.

Эффективная ширина прокладки:

   при   (15 мм)

 .

Характеристики прокладки из  принимаются по таблице И.1 Приложения И ГОСТ 52857.4-2007

 m=8.5;

 qобж=180 МПа – удельное давление обжатия прокладки;

 Кобж=1 – коэффициент обжатия.

Податливость прокладки:

,       (19.1)

   

Податливость болтов (шпилек):

,       (19.2)

где  ,

(76 мм) – расстояние между опорными поверхностями гаек.

   

Параметры фланца.

Эквивалентная толщина втулки:

,       (19.3)

где ς=1.7 – определяется по формуле (Е.6) Приложения Е ГОСТ 52857.4-2007;

      


Параметр длины обечайки определяют по формуле:

,       (19.4)

.      

Отношение наружного диаметра тарелки фланца к внутреннему диаметру:

,       (19.5)

       

Угловая податливость фланца при затяжке:

,      (19.6)

где βγ=1.28, βF=0.9, βZ=1.1, βU=1.4 – определяются по рисунку К.1 Приложения К ГОСТ 52857.4-2007 и формулам (К.5)-(К.8);

,     (19.7)

,    

.    

Коэффициент, учитывающий изгиб тарелки фланца между шпильками (болтами), определяется по формуле:

,     (19.8)

.     

Плечи моментов:

,      (19.9)

.     


,     (19.10)

.    

Коэффициент жесткости фланцевого соединения:

,     (19.11)

.    

Расчет фланца на статическую прочность.

Расчет нагрузок.

Равнодействующая внутреннего давления:

     (19.12)

    

Реакция прокладки в рабочих условиях:

     (19.13)

.    

Расчетная нагрузка на болты (шпильки) Рбм в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

    (19.14)

   

.     

Расчетная нагрузка на болты (шпильки) при затяжке, необходимая для обеспечения обжатия прокладки и минимального начального натяжения болтов (шпилек) в рабочих условиях:

,      (19.15)

.    


Проверка прочности болтов (шпилек) и прокладки.

Условие прочности болтов (шпилек):

,      (19.16)

,   

условие прочности выполняется.

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец при затяжке:

,       (19.17)

.     

Расчетный изгибающий момент, действующий на фланец в рабочих условиях:

,     (19.18)

.   

Расчетные напряжения во фланце при затяжке.

Меридиональное изгибное напряжение во втулке приварного встык фланца определяется по формуле:

,     (19.19)

.  

Напряжение в тарелке приварного встык фланца:

- радиальное напряжение:

,     (19.20)

.   

- окружное напряжение:

,     (19.21)

.   


Расчетные напряжения во фланце в рабочих условиях.

Меридиональные изгибные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,      (19.22)

.   

,      (19.23)

.   

Меридиональные мембранные напряжения во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (19.24)

.  

,     (19.25)

.  

Окружные мембранные напряжения от действия давления во втулке приварного встык фланца определяются по формуле:

,     (19.26)

.   

Напряжения в тарелке приварного встык фланца определяется по формулам:

- радиальное напряжение:

,     (19.27)

,  


- окружное напряжение:

,      (19.28)

.   

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s1:

- при затяжке:

,    (19.29)

,  

- в рабочих условиях:

,  (19.30)

,

условия прочности выполняются.

Условия статической прочности фланцев для приварных встык фланцев с конической втулкой в сечении s0:

- при затяжке:

,      (19.31)

,     

- в рабочих условиях:

,  (19.32)

,

условия прочности выполняются.


Требование к жесткости.

Угол поворота приварного встык фланца определяется по формуле:

,      (19.33)

.      

Условие жесткости для рабочих условий и затяжки:

,       (19.34)

где  ,

,      

условие жесткости выполняется.


20 Расчет фланца специального ПГМ 301.3012.02.005

20.1 Исходные данные

Материал фланца       09Г2С

Допускаемое напряжение материала фланца

при расчетной температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Расчетное (внутреннее) давление p   20 МПа (200 кгс/см2)

20.2 Расчет

Расчет фланца специального проведен в системе ANSYS v.11.0.

Результаты расчета показаны на рисунках 20.2, 20.3.

Схема закреплений и приложения нагрузок показана на рисунке 20.1.

Рисунок 20.1 – Схема закреплений и приложения нагрузок


Рисунок 20.2 – Карта и шкала напряжений в фланце

(напряжения на карте и шкале в Па)

Рисунок 20.3 – Карта и шкала деформаций в фланце

(деформации на карте и шкале в м)


Максимальное напряжение в фланце - .

Условие прочности:

,       (20.1)

,     

условие прочности выполняется.


21 Расчет горловины ПГМ 301.3012.03.005

21.1 Исходные данные

Материал горловины       09Г2С

Допускаемое напряжение материала горловины

при расчетной температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Расчетное (внутреннее) давление p   20 МПа (200 кгс/см2)

21.2 Расчет

Расчет горловины проведен в системе ANSYS v.11.0.

Результаты расчета показаны на рисунках 21.2, 21.3.

Схема закреплений и приложения нагрузок показана на рисунке 21.1.

Рисунок 21.1 – Схема закреплений и приложения нагрузок


Рисунок 21.2 – Карта и шкала напряжений в горловине

(напряжения на карте и шкале в Па)

Рисунок 21.3 – Карта и шкала деформаций в горловине

(деформации на карте и шкале в м)


Максимальное напряжение в горловине - .

Условие прочности:

,       (21.1)

,     

условие прочности выполняется.


22 Расчет отвода
60-Dy 50

22.1 Исходные данные

Материал отвода       09Г2С

Допускаемое напряжение материала отвода

при расчетной температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Расчетное (внутреннее) давление p   20 МПа (200 кгс/см2)

22.2 Расчет

Расчет отвода 60-Dy 50 проведен в системе ANSYS v.11.0.

Результаты расчета показаны на рисунках 22.2, 22.3.

Схема закреплений и приложения нагрузок показана на рисунке 22.1.

Рисунок 22.1 – Схема закреплений и приложения нагрузок


Рисунок 22.2 – Карта и шкала напряжений в отводе

(напряжения на карте и шкале в Па)

Рисунок 22.3 – Карта и шкала деформаций в отводе

(деформации на карте и шкале в м)


Максимальное напряжение в отводе - .

Условие прочности:

,       (22.1)

,     

условие прочности выполняется.


23 Расчет отвода
90-Dy 50

23.1 Исходные данные

Материал отвода       09Г2С

Допускаемое напряжение материала отвода

при расчетной температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Расчетное (внутреннее) давление p   20 МПа (200 кгс/см2)

23.2 Расчет

Расчет отвода 90-Dy 50 проведен в системе ANSYS v.11.0.

Результаты расчета показаны на рисунках 23.2, 23.3.

Схема закреплений и приложения нагрузок показана на рисунке 23.1.

Рисунок 23.1 – Схема закреплений и приложения нагрузок


Рисунок 23.2 – Карта и шкала напряжений в отводе

(напряжения на карте и шкале в Па)

Рисунок 22.3 – Карта и шкала деформаций в отводе

(деформации на карте и шкале в м)


Максимальное напряжение в отводе - .

Условие прочности:

,       (23.1)

,     

условие прочности выполняется.


24 Расчет фланцевого соединения М135

24.1 Исходные данные

Наружный диаметр фланца Dф     0.29 м (290 мм)

Диаметр расположения шпилек Dш    0.22 м (220 мм)

Внутренний диаметр фланца dф    0.127 м (127 мм)

Толщина тарелки фланца hф     0.065 м (65 мм)

Диаметр контакта линзовой прокладки Dk   0.0957 м (95.7 мм)

Расчетное давление р      20 106 Па

Допускаемое напряжение материала фланца           174 МПа (1740 кгс/см2)

Допускаемое напряжение материала шпилек          230 МПа (2300 кгс/см2)

Количество шпилек z      6

Площадь сечения шпильки fш     707 10-6 м2 (707 мм2)

Линейная нагрузка на линзовую прокладку q  350 103 Н/м

Диаметр внутренний штуцера d    0.08 м (80 мм)

24.2 Расчет

Расчетное усилие определяется по формуле:

.     (24.1)

Сила давления рабочей среды Q1 определяется по формуле:

,      (24.2)

.    

Усилие уплотнения прокладки в рабочих условиях определяется по формуле:

,      (24.3)

.    

Нагрузка, учитывающая действие изгибающего момента М определяется по формуле:

,      (24.4)


Плечи моментов:

,      (24.5)

.     

,      (24.6)

.     

Изгибающий момент во фланце определяется по формуле:

,      (24.7)

где реакция прокладки определяется по формуле:

,      (24.8)

где m=8.5, mk=6 мм – поясок касания линзы определяется по таблице 11 РД РТМ 26-01-44-78;

;    

,  

,     

.    

Расчетный диаметр стержня шпильки определяется по формуле:

,      (24.9)

.    

Диаметр шпильки М36 по внутреннему диаметру резьбы - dcт=30 мм.

Условие прочности:

,      (24.10)

,      

условие прочности выполняется.

Толщина фланца определяется по формуле:

,       (24.11)

,      (24.7)

,       

,      (24.8)

,       

,      

,     

,     

,     

.     

Принятая толщина фланца – 65 мм.


25 Расчет фланцевого соединения М215

25.1 Исходные данные

Наружный диаметр фланца Dф     0.4 м (400 мм)

Диаметр расположения шпилек Dш    0.315 м (315 мм)

Внутренний диаметр фланца dф    0.2 м (200 мм)

Толщина тарелки фланца hф     0.095 м (95 мм)

Диаметр контакта линзовой прокладки Dk   0.1662 м (166.2 мм)

Расчетное давление р      20 106 Па

Допускаемое напряжение материала фланца           174 МПа (1740 кгс/см2)

Допускаемое напряжение материала шпилек          230 МПа (2300 кгс/см2)

Количество шпилек z      8

Площадь сечения шпильки fш    1256 10-6 м2 (1256 мм2)

Линейная нагрузка на линзовую прокладку q  350 103 Н/м

Диаметр внутренний штуцера d    0.15 м (150 мм)

25.2 Расчет

Расчетное усилие определяется по формуле:

.     (25.1)

Сила давления рабочей среды Q1 определяется по формуле:

,      (25.2)

.    

Усилие уплотнения прокладки в рабочих условиях определяется по формуле:

,      (25.3)

.    

Нагрузка, учитывающая действие изгибающего момента М определяется по формуле:

,      (25.4)


Плечи моментов:

,      (25.5)

.     

,      (25.6)

.     

Изгибающий момент во фланце определяется по формуле:

,      (25.7)

где реакция прокладки определяется по формуле:

,      (25.8)

где m=8.5, mk=9 мм – поясок касания линзы определяется по таблице 11 РД РТМ 26-01-44-78;

;    

,  

,     

.    

Расчетный диаметр стержня шпильки определяется по формуле:

,      (25.9)

.    

Диаметр шпильки М45 по внутреннему диаметру резьбы - dcт=42 мм.

Условие прочности:

,      (25.5)

,      

условие прочности выполняется.


Толщина фланца определяется по формуле:

,       (25.6)

,      (25.7)

,       

,      (25.8)

,       

,       

,      

,     

,     

.    

Принятая толщина фланца – 95 мм.


26 Расчет фильтра углового ПГМ 301.3012.06.030

26.1 Исходные данные

Материал фильтра       09Г2С

Допускаемое напряжение материала фильтра

при расчетной температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Расчетное (внутреннее) давление p   20 МПа (200 кгс/см2)

Предел текучести материала фильтра   270 МПа (2700 кгс/см2)

26.2 Расчет

Расчет фильтра углового ПГМ 301.3012.06.030 проведен в системе ANSYS v.11.0.

Результаты расчета показаны на рисунках 26.2, 26.3, 26.4.

Схема закреплений и приложения нагрузок показана на рисунке 26.1.

Рисунок 26.1 – Схема закреплений и приложения нагрузок


Рисунок 26.2 – Карта и шкала напряжений в фильтре

(напряжения на карте и шкале в Па)

Рисунок 26.3 – Карта и шкала напряжений в фильтре

(напряжения на карте и шкале в Па)


Рисунок 26.4 – Карта и шкала деформаций в фильтре

(деформации на карте и шкале в м)

Максимальное напряжение в фильтре - .

Условие прочности:

,       (26.1)

,     

условие прочности не выполняется.

Условие прочности (по пределу текучести):

,       (26.2)

,     

условие прочности не выполняется.


27 Расчет шпилек, крышки фильтра углового ПГМ 301.3012.06.030

27.1 Исходные данные

Наружный диаметр крышки D2     0.24 м (240 мм)

Диаметр расположения шпилек D3    0.17 м (170 мм)

Диаметр шпильки d3      0.03 м (30 мм)

Расчетное давление р      20 106 Па

Допускаемое напряжение материала крышки         174 МПа (1740 кгс/см2)

Допускаемое напряжение материала шпилек          230 МПа (2300 кгс/см2)

Количество шпилек z      6

Диаметр шпилек D       0.03 м (30 мм)

Толщина крышки фильтра Н     0.05 м (50 мм)

27.2 Расчет

Расчетное усилие, действующее на шпильку, определяется по формуле:

,       (27.1)

где осевая нагрузка от действия давления среды:

,       (27.2)

,       

,    

,     

осевая реакция уплотнительного кольца:

,     (27.3)

где ,

,       


,    

.     

Расчетный диаметр стержня шпильки определяется по формуле:

,      (27.4)

где К1=1, К2=1.5 – коэффициенты, определяемые по ГОСТ 26303-84;

.     

Условие прочности:

,      (27.5)

,     

условие прочности выполняется.

Расчетная толщина крышки фильтра определяется по формуле:

,   (27.6)

.  

Условие прочности:

,      (27.7)

,     

условие прочности выполняется.


28 Расчет укрепления отверстий в цилиндрической обечайке

(штуцеры Е1, Е2) сборника жидкости

28.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.8 м (800 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.055 м (55 мм)

Материал обечайки, штуцеров     09Г2С

Допускаемое напряжение материала обечайки

при рабочей температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Назначенный срок службы, лет      30

Коэффициент прочности сварных швов     1

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Расстояния между отверстиями

     b    0.34 м (340 мм)

Внутренние диаметры штуцеров

     d1    0.05 м (50 мм)

     d2    0.05 м (50 мм)

Толщины стенок штуцеров

     s1/    0.023 м (23 мм)

     s1//    0.023 м (23 мм)

Исполнительные длины штуцеров:

     l1/    0.07 м (70 мм)

     l1//    0.14 м (140 мм)

     l3/= l3//   0 м (0 мм)

Исполнительная ширина накладного кольца l2/= l2// 0 м (0 мм)

Отношение допускаемых напряжений при рабочей

температуре и температуре 20°С     1


28.2 Расчет

Общий вид расположения отверстий на обечайке сборника жидкости показан на рисунке 28.1.

Рисунок 28.1

Расчетный диаметр укрепляемого элемента:

,      (28.1)

.      

Расчетный диаметр отверстий в обечайке:

,      (28.2)

,      (28.3)

    


Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда (емкости):

,    (28.4)

,    (28.5)

где sp=0.0488 м – расчетная толщина обечайки сборника жидкости, определяется по формуле (10.2);

,   

.   

Условия прочности (достаточного укрепления отверстий):

,      (28.6)

,      (28.7)

,      

,      

условия выполняются.

Условие одиночности отверстий:

,     (28.8)

,  

условие не выполняется. Отверстия влияют друг на друга.

Расчетные длины штуцеров:

,    (28.9)

,    (28.10)

,   

.   


Расчетная ширина зоны укрепления:

,     (28.11)

,     (28.12)

,     

.     

Отношения допускаемых напряжений:

.      

Допускаемое внутреннее избыточное давление перемычки между отверстиями штуцеров Е1 и Е2:

,   (28.13)

где К1=1;

коэффициент понижения прочности:

, (28.14)

где К3=1;

,

,   

Условие прочности:

,      (28.15)

,     

условие прочности выполняется.


29 Расчет укрепления отверстий в цилиндрической обечайке

(штуцеры Е2, Г) сборника жидкости

29.1 Исходные данные

Внутренний диаметр обечайки D    0.8 м (800 мм)

Толщина стенки обечайки s     0.055 м (55 мм)

Материал обечайки, штуцеров     09Г2С

Допускаемое напряжение материала обечайки

при рабочей температуре     174 МПа (1740 кгс/см2)

Прибавка на коррозию с      0.003 м (3 мм)

Назначенный срок службы, лет      30

Коэффициент прочности сварных швов     1

Расчетное давление p      20 МПа (200 кгс/см2)

Расстояния между отверстиями

     b    0.3 м (300 мм)

Внутренние диаметры штуцеров

     d1    0.05 м (50 мм)

     d2    0.05 м (50 мм)

Толщины стенок штуцеров

     s1/    0.023 м (23 мм)

     s1//    0.023 м (23 мм)

Исполнительные длины штуцеров:

     l1/    0.14 м (140 мм)

     l1//    0.07 м (70 мм)

     l3/= l3//   0 м (0 мм)

Исполнительная ширина накладного кольца l2/= l2// 0 м (0 мм)

Отношение допускаемых напряжений при рабочей

температуре и температуре 20°С     1


29.2 Расчет

Расчетный диаметр укрепляемого элемента:

,      (29.1)

.      

Расчетный диаметр отверстий в обечайке:

,      (29.2)

,      (29.3)

    

Расчетный диаметр одиночного отверстия, не требующего укрепления, при наличии избыточной толщины стенки сосуда (сборника жидкости):

,    (29.4)

,    (29.5)

где sp=0.0488 м – расчетная толщина обечайки сборника жидкости, определяется по формуле (10.2);

,   

.   

Условия прочности (достаточного укрепления отверстий):

,      (29.6)

,      (29.7)

,     

,     

условия выполняются.


Условие одиночности отверстий:

,     (29.8)

,  

условие не выполняется. Отверстия влияют друг на друга.

Расчетные длины штуцеров:

,    (29.9)

,    (29.10)

,   

.   

Расчетная ширина зоны укрепления:

,     (29.11)

,     (29.12)

,     

.     

Отношения допускаемых напряжений:

.      

Допускаемое внутреннее избыточное давление перемычки между отверстиями штуцеров Е2 и Г:

,   (29.13)

где К1=1;

коэффициент понижения прочности:

, (29.14)

где К3=0.75;


,

,   

Условие прочности:

,      (29.15)

,     

условие прочности выполняется.


Выводы

Основные конструктивные блока сепаратора для исследования скважин ПГМ 301.3012.00.000:

- цилиндрическая обечайка сепаратора;

- эллиптическое днище сепаратора, ослабленное отверстием;

- плоская заглушка, крепеж;

- цилиндрическая обечайка сборника жидкости;

- эллиптическое днище сборника жидкости;

- фланцевое соединение Dy 100;

- фланцевое соединение Dy 50;

- фланцевое соединение Dy 25;

- фланцевое соединение Dy 38;

- фланец специальный ПГМ 301.3012.02.005;

- горловина ПГМ 301.3012.03.005;

- отвод 60-Dy 50;

- отвод 90-Dy 50;

- фильтр угловой ПГМ 301.3012.06.030;

- цилиндрическая обечайка сепаратора при воздействии опорных нагрузок;

- цилиндрическая обечайка сборника жидкости при воздействии опорных нагрузок

при расчетном давлении р=20 МПа и расчетной нагрузке на обечайку сепаратора Р1=50000 Н (5000 кгс) при воздействии опорных нагрузок и расчетной нагрузке на обечайку сборника жидкости Р2=130000 Н (13000 кгс) удовлетворяют условиям прочности.


Список используемых источников

1 ГОСТ Р 52857.1-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования.

2 ГОСТ Р 52857.2-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет цилиндрических и конических обечаек, выпуклых и плоских днищ и крышек.

3 ГОСТ Р 52857.3-3007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Укрепление отверстий в обечайках и днищах при внутреннем и внешнем давлениях. Расчет на прочность обечаек и днищ при внешних статических нагрузках на штуцер.

4 ГОСТ Р 52857.4-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет на прочность и герметичность фланцевых соединений.

5 ГОСТ Р 52857.5-2007 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Расчет обечаек и днищ от воздействия опорных нагрузок.

6 ГОСТ 25215-82 Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность.

7 ГОСТ Р 52630-2006 Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия.

8 РД РТМ 26-01-44-78 Детали трубопроводов на давление свыше 10 до 100 МПа. Нормы и методы расчета на прочность.

9 ГОСТ 25215-82 Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность.

10 СТ СЭВ 5206-86 Фланцы, крышки плоские и выпуклые. Методы расчета на прочность.

11 Справочник конструктора-машиностроителя том 1, 2, 3. В.И. Анурьев, Москва «Машиностроение» 2001.


Лист регистрации изменений

Изм.

Номера листов (страниц)

Всего листов (страниц) в докум.

докум.

Входящий № сопроводительного докум. и дата

Подп.

Дата

измененных

замененных

новых

аннулированных


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55713. Зведені таблиці Microsoft Excel (MICROSOFT OFFICE 2010) 610.5 KB
  Мета: Отримання учнями практичних навичок представлення інформації із традиційних списків у більш зручному вигляді.
55714. Використання на уроках географії літературних творів та фотографі 306 KB
  Допомогти розвитку пізнавальної діяльності, активності учнів можуть нестандартні прийоми на уроках. Педагог за допомогою мистецьких творів може акцентувати увагу на подіях, явищах природи, керувати сприйняттям і відтворенням образів.
55715. Розв’язування рівнянь та побудова графіків, що містять цілу та дробову частини числа 712 KB
  Розв’язування рівнянь що містять цілу і дробову частини. У роботі проаналізовано окремі способи розв’язування рівнянь зі змінною під знаком цілої та дробової частин зокрема графічний та аналітичні.
55716. Исследования графов и их изучение 126 KB
  Точки графа называются его вершинами а отрезки соединяющие их ребрами графа. Более того графы являются эквивалентными либо попросту одним и тем же графом если соответствующие вершины одного графа соединены так же как и соответствующие вершины другого то есть соединены...
55717. ВПРОВАДЖЕННЯ ІКТ ТА ІНТЕРАКТИВНИХ МЕТОДІВ ТА ФОРМ НАВЧАННЯ ЯК ЗАСІБ ФОРМУВАННЯ ПРЕДМЕТНИХ МАТЕМАТИЧНИХ ТА ІНФОРМАЦІЙНО-КОМУНІКАТИВНОЇ КОМПЕТЕНЦІЙ В УЧНІВ ПОЧАТКОВИХ КЛАСІВ 268 KB
  Активне навчання потребує залучення учнів у навчальний процес. У розв’язанні цих проблем важливе місце відводиться інформаційно комунікативним технологіям інтерактивним методам та формам навчання комп’ютерному програмному забезпеченню освітнього процесу.
55718. Використання засобів ІКТ у процесі вивчення біології та хімії 74.5 KB
  Біологія та хімія є одними з тих навчальних предметів що дають багатий матеріал для відпрацювання найрізноманітніших методів і прийомів роботи з інформацією.
55719. Інтеграція початкового і дошкільного навчання, як діалог двох освітніх структур в межах округу 51 KB
  І досі на цьому перехідному місточку виникає багато питань: це продовження соціалізації дитини забезпечення психологічного комфорту врахування особливостей здоров’я та розвитку дітей вивчення статусу сім’ї. Перевантаження в школах пов’язанні зі складністю навчальних програм надлишкові домашні завдання ведуть до погіршення стану здоров’я учнів. І це є проблема над якою працюють вчителі всіх освітніх округів міста бо як казав один мудрець: Здоров’я – це ще не все але без здоров’я все інше – ніщо. Тому вчителі всіма...
55720. Взаимодействие участников коррекционного пространства в условиях спецшколы-интерната для детей с тяжелыми нарушениями речи 43.5 KB
  В законодательных документах усиленное внимание общества обращено к проблеме детей с особенностями психического и речевого развития и создания благоприятных условий для их социальной адаптации и реабилитации.
55721. Ліворукі діти: особливості розвитку 232 KB
  Мета: познайомити учасників із дослідженнями науковців щодо особливостей психофізіологічного складу та розвитку ліворуких дітей; навчити розрізніти поняття праворукі ліворукі та амбідекстри...