Сергей Гаврилов - Гидропресс: эскизы, расчеты

Сила трения набивки об шток:

Fтр = 0,15 * Kтр * Pii * Dш * hn * P…

Где: 0,15 – Коэф. учитывающий, что давление набивки о шток

уменьшается с высотой набивки.

Kтр – коэф. трения набивки о шток.

Dш – диаметр штока.

hn – высота набивки.

P – давление на набивку ( принимаем примерно 1,5 давления среды ).

Kтр = 0,05 для шевронных манжет.. Kтр = 0,2 для пропитанной смазкой хлопчатобумажной набивки..

На сальниковую набивку фланец создает давление до величины

полутора рабочих давлений для создания герметичности.

Давление на набивку Рн = 220 * 1,5 = 330 кгс / кв.см…

Кольцевой зазор под набивку: Наружный Ф 585 мм..

Внутренний Ф 530 мм. Кольцевая площадь набивки S = 481,65 кв.см..

Усилие на набивку

F = Pн * S … Fb = 330 * 481,65 = 158945 кгс …

Усилие на набивку создают 16 болтов М 39 шаг 4..

Болт М 39 шаг 4 имеет внутренний диаметр резьбы Dir = 34 мм.

Расчетная площадь сечения Sr = 9,08 кв.см…

Гайки имеют размер под ключ S = 60 мм.

Описанный диаметр Ф 69,3 мм..

Напряжение растяжения болта: Brb = Fb / ( 16 * Sr );

Brb = 158945 / ( 16 * 9,08 )…

Brb = 1094 кгс / кв.см…

По ГОСТу испытательная нагрузка на один болт = 48800 кгс..

при рабочей нагрузке на прессе = 9934 кгс. Болт прочен.

По В.А. Михееву стр. 198:

Для давлений до 320 кгс / кв.см.. рекомендуют трубы Dy = 70..

стенка S = 16 мм..

Принимаем: подводящая труба ВД. наружный Ф 95 мм. стенка 18 мм

Сталь 20 ГОСТ 1050-88 цельнотянутая…

Принимаем: подводящая труба НД. наружный Ф 95 мм. стенка 10 мм

Сталь 20 ГОСТ 1050-88 цельнотянутая…

Расчет трубы

Проверочный расчет трубы высокого давления как толстостенного цилиндра:

Наружный Ф 95.. Внутренний Ф 59 .. Стенка 18 мм..

Внутреннее давление 220 кгс/кв.см..

Расчет ведем по программе " Silindr ".

Результаты: Радиальное напряжение = -220..

Окружное = 496..

Осевое = 138..

Эквивалентное = 620 кгс/кв.см.. Вывод: Труба прочна..

Трубы имеют явно завышенную толщину стенок. Это объясняется тем, что при работе пресса возникают сильные гидравлические удары. Подводящие трубы имеют несколько изгибов – при гидроударе возникают боковые силы сильно раскачивающие трубы.

Поэтому трубы нагружены давлением гидроудара и еще изгибными напряжениями. Фланцы труб тоже выполнены с учетом этих нагрузок.

Расчет фланца

Расчет нажимного фланца с воротником:

По методике приводимой И.А. Биргером..

Программа расчета " Flan_Vor_B ". на Python-3 Автор С.Ф. Гаврилов.

Где: Dn = 78,0 – наружный диаметр фланца см.

Dвн = 55,5 – внутренний диаметр фланца см.

Dv = 58,5 – наружный диаметр воротника см.

Db = 68 – Диаметр центров болтов см.

h = 9,0 – толщина фланца см.

Q = 158945 – нагрузка от нажимных болтов в кгс.

Коэффициент m… m = 1 / ( 1 + A * B * C ) …

Где:

S=( Dv-Dвн ) / 2 = 2,15 см…

Rmp = ( Dv + Dвн ) / 4 = 28,175 см…

A = 0,82 * ( h / S ) * ( h / S ) * ( h / S )…

A = 60,148666…

B = sqrt( S / Rmp )…

B = 0,27624045…

C = Lg( Dn/ Dвн)…

C = 0,158095316…

m = 1 / ( 1 + A * B * C ) …

m = 0,27572274…

Окружное напряжение:

Bok = 0,83 * Q * L * ( 1 – m ) / ( Dвн * h * h* ( Lg ( Dn / Dвн ))…

Bok = 801,9 кгс / кв.см… Bok = 78,64 МПа…

Изгибающее напряжение фланца:

Bi = 6* m*Q*L / ( Pii*( D+S)*S*S)…

Где: Q = 158945 – нагрузка от нажимных болтов в кгс.

m = 0,27572274… – коэф. конструкции рассчитан ранее.

Все остальные данные понятны из рисунка.

Bi = 1871,74 кгс / кв.см… ( Bi = 183,55 МПа )

Напряжение изгиба должно быть не более 0,7

от напряжения текучести материала фланца..

Напряжение смятия буртика фланца:

Bсм = Q / Sk…

Где: Sk = 380,61 кв.см…

Sk – Площадь торца воротника фланца.

Bсм = 417,604 кгс / кв.см… ( Bсм = 40,95 МПа )

Расчет нажимного фланца с воротником

( плоский фланец с прямой втулкой ):

# ........

Фланец с воротником:

Окружное напряжение:

Bok = 0,83 * Q * L * ( 1 – m ) / ( Dвн * h * h* ( Lg ( Dn / Dвн ))…

Dвн = D…

Коэффициент m… m = 1 / ( 1 + A * B * C ) …

Где:

A = 0,82 * ( h / S ) * ( h / S ) * ( h / S )…

B = sqrt( S / Rmp )… Квадратный корень..

C = Lg( Dn/ Dвн)… Десятичный логарифм…

Где: S – толщина стенки воротника..

h – толщина фланца

Rmp – средний радиус воротника.

Dn – наружный диаметр фланца

Dвн – внутренний диаметр фланца.

Lg ( Dn / D ) – Десятичный логарифм от значения ( Dn / D ) …

L = ( Db / 2 ) – Rmp … Плечо изгиба…

Таблица значений коэффициента “ m ” для фланца с воротником.

Свободный фланец:

Напряжение в натяжных болтах фланца не должно превышать

0,6…0,9 от напряжения текучести материала..

…

Повторный расчетпо методике расчетов

для химической промышленности

В основном использованы формулы По ГОСТу Р52857-2007…

В формулах есть выражения типа: Х = 18 + Y..

значит замена единиц измерения недопустима

– иначе будет неверный результат…

Исходные данные:

Наружный диаметр фланца мм. Dn = 780

Внутренний диаметр втулки ( трубы ) мм. D = 542

Толщина стенки втулки мм. So = 21,5

Толщина фланца мм. мм. h = 90

Диаметр центров болтов мм. Db = 680

Диаметр отверстий под болты мм. do = 42

Внутр. диаметр резьбы болта мм. dv = 34

Число отверстий под болты n = 16

Усилие болтов на фланец в Ньютонах. F = 1559250,45

Средний диаметр прокладки мм. Dsp = 563,5

( Прокладки как таковой нет – это окружность приложения усилия ).

Прокладочный коэф. m = 2,5

( при отсутствии данных принимаем m = 4… )

Давление в трубе в МПа P = 0,1

( внутреннего давления на фланец нет – он сальниковый ).

Запас на коррозию в мм ( на радиус ) c = 0,5

Формулы пригодны для расчета при условии:

Dn/D < 5…. и при условии: (2*h/(Dn-D)) < 0,25….

# ........

Y1=(2*do)+((6*h)/(mpk+0,5))…

Y2=((Pii*Db)/n)/Y1…

Cf=sqrt(Y2)…

Если Cf получится менее единицы – принимать Cf = 1…

( Примечание Е.1 … К.5 – это таблицы из ГОСТа )

b=(Db-Dsp)/2 …. # E.1 стр 26…

e=((Dsp-D)-So)/2 …. # E.4 стр 26…

X1=D*So…

Lo=sqrt(X1)… # Корень квадратный из (X1)… # K.3 стр 32…

K=Dn/D… # K.4 стр 32…

X2=log10(K) # Десятичный логарифм от (K)

X3=(K*K*(1+(8,55*X2)))-1….

X4=(1,05+(1,945*K*K))*(K-1)….

bt=X3/X4 …. # K.5 стр 32…

X5=1,36*((K*K)-1)*(K-1)….

bu=X3/X5 …. # K.6 стр 32…

X6=1/(K-1)….

X=(5,72*K*K*X2)/((K*K)-1)….

X7=0,69+X….

by=X6*X7…. # K.7 стр 32…

bz=((K*K)+1)/((K*K)-1)…. # K.8 стр 32…

X8=((0,91*h)+Lo)/(bt*Lo) …. # K.11 стр 33…

X9=(0,55*h*h*h)/(bu*Lo*So*So)….

LL=X8+X9…. # K.11 стр 33…

Изгибное меридиональное напряжение

во втулке Bo:

Bo=M/(LL*(So-c)*(So-c)*De)… ф 30 стр 13…

Радиальное напряжение в тарелке фланца Br:

Br=(((1.33*0.91*h)+Lo)*M)/(LL*h*h*Lo*D) … ф 31 стр 13…

Окружное напряжение в тарелке фланца Bt:

Bt=((by*M)/(h*h*D))-(bz*Br) …. ф 32 стр 13…

Окружное мембранное напряжение в сечении втулки Bom:

Bom=(P*D)/(2*(So-c))… ф 39 стр 13…

X7=Pii*dv*dv/4…

Brb=F/(X7*n)…

Brb – Напряжение растяжения болта.