- Вимоги до попереднього нагружению кріпильних виробів для фланців Попереднє навантаження (затяжка)...
- Затягування кріпильних деталей додатком осьових зусиль до стрижня болта або шпильки
- Вимірювання ступеня зменшення зусилля в шпильці за допомогою коефіцієнта розвантаження
- Послідовність затягування кріпильних виробів в фланцевому з'єднанні
- Послідовне зменшення сили затяжки фланцевого кріплення
- Режими навантаження шпильок фланцевого з'єднання
- Одноразовий режим затягування фланцевого кріплення
- Групові методи затягування шпильок або болтів фланцевих з'єднань
- Груповий однообходний режим затягування кріпильних виробів фланцевого з'єднання
- Розрахунок режимів затяжки фланцевих шпильок і гайок
- Коефіцієнт розвантаження шпильок для фланцевих з'єднань
- Різниця коефіцієнта розвантаження по групах затяжки кріплення
- висновок
- Список літератури
Вимоги до попереднього нагружению кріпильних виробів для фланців
Попереднє навантаження (затяжка) кріпильних деталей необхідно для забезпечення герметичності ущільнювального фланцевого з'єднання в робочих умовах.
Для герметизації вузлів трубопроводів високого тиску, в основному застосовують шпильки для фланцевих з'єднань , Що виготовляються за ГОСТ 9066-75 .
Широкому використанню затворів з цими деталями кріплення сприяло наступне: простота і технологічність у виготовленні; надійні методи розрахунку і проектування; багаторічні традиції проектування і виготовлення СВД. Недоліки цих затворів висока трудомісткість перегородок, пов'язана з тривалістю загвинчування з'єднуються різьбових деталей, а також труднощі механізації і автоматизації процесу збирання і розбирання затвора через великої кількості шпильок. Прагнення до зниження трудомісткості процесу перегородок і його механізації призвело до створення великого різноманіття конструкцій спеціальних пристроїв для попереднього навантаження (затяжки) шпильок або болтів і гайок.
В процесі затягування все сталеві кріпильні деталі (шпильки, болти, гайки, шайби) повинні бути навантажені заданим зусиллям затяжки. При цьому зусилля повинне бути рівномірно розподілене на все кріпильні вироби. При дотриманні цих умов забезпечується рівномірний розподіл контактного тиску по всій поверхні ущільнювача з'єднання і шпильки гарантовано захищені від перевантаження.
Застосовувані в даний час, способи попереднього навантаження кріпильних деталей поділяють на три типи:
- затяжка додатком ударно-обертальних імпульсів до гайки;
- затяжка додатком крутного моменту до гайки;
- затяжка додатком осьових зусиль до стрижня шпильки.
Найбільш широко поширені два останніх способи.
↑ На початок
Затягування кріплення додатком крутного моменту
Основні переваги способу затягування кріпильних деталей додатком крутного моменту полягають в його універсальності, простоті і високій продуктивності. Недоліки - досить низький ККД (лише 10% всієї витрачається на затяжку нарізного сполучення роботи доводиться на створення осьової сили) і виникнення в процесі затягування в шпильці напруг крутіння, що знижують несучу здатність різьбових з'єднань .
При затягуванні з'єднання момент М кр, що прикладається до гайки, витрачається на подолання тертя торця гайки про нерухому опорну поверхню сполучних деталей трубопроводу і тертя контактуючих поверхонь Вітко врезьби гайки і шпильки:
М кр = М т + М р, (1)
де М т - момент тертя торця гайки про нерухому опорну поверхню деталей, що з'єднуються; М р - крутний момент в різьбі;
М т = f Т Q 3 R Т, (2)
де f Т - коефіцієнт тертя на торці гайки; Q 3 - зусилля затяжки; R T - умовний радіус тертя гайки;
R T = (1/3) (DГ3 - dшб3) / (DГ2 - dшб2), (3)
де DT - діаметр зовнішньої опорної поверхні гайки; dшб - внутрішній діаметр шайби . Крутний момент в різьбі
Mp = Q 3 (P / 2 π + f p d 2/2), (4)
де Р - крок різьби; f р - коефіцієнт тертя в різьбі; d 2 - середній діаметр різьби. Для різьбових з'єднань при змазуванні контактуючих поверхонь індустріальним маслом і відсутності на них електролітичних покриттів f Т = 0,12, f p = 0,20.
↑ На початок
Затягування кріпильних деталей додатком осьових зусиль до стрижня болта або шпильки
Від недоліків розглянутого способу вільний спосіб затягування різьбових з'єднань додатком осьових зусиль до стрижня шпильки. Метод полягає в розтягуванні стержня шпильки спеціальним пристроєм (гідродомкратом) з наступним вільним загвинчуванням гайки для фіксації стрижня шпильки в розтягнутому стані.
Особливість методу полягає в тому, що після довертиванія гайки без додатка крутного моменту ненавантаженими залишаються елементи з'єднання: різьблення з'єднання шпилька - гайка і мікронерівності сполучень гайка - шайба і шайба - фланець . Внаслідок цього після зняття розтягує шпильку навантаження відбувається навантаження цих елементів і їх деформація, в результаті якої зменшується залишкове зусилля затяжки.
↑ На початок
Вимірювання ступеня зменшення зусилля в шпильці за допомогою коефіцієнта розвантаження
Ступінь зменшення зусилля в шпильці оцінюють коефіцієнтом розвантаження. Коефіцієнт розвантаження шпильок враховує зменшення зусилля в шпильках при перенесенні навантаження на основну гайку після зняття навантаження навантажувального пристрою і дорівнює відношенню зусилля, що розтягує шпильку, до залишковим зусиллю в ній.
↑ На початок
Послідовність затягування кріпильних виробів в фланцевому з'єднанні
У зв'язку з тим, що при затягуванні фланцевого з'єднання практично навантажується одночасно лише одна або кілька шпильок (група шпильок) то необхідно дотримуватися певної послідовності при затягуванні кожної шпильки або окремих груп одночасно затягувати шпильок. Дотримання певної послідовності при затягуванні шпильок обумовлено особливостями затяжки групового різьбового з'єднання, які полягають у наступному. затягування шпильок фланцевих з'єднань на трубопроводах високого тиску призводить до осьового зміщення ущільнюваної поверхні фланця або заглушки внаслідок зменшення лінійних розмірів кільця ущільнювача в осевомірадіальном напрямках, деформації мікронерівностей контактуючих поверхонь, до стиснення матеріалів фланця корпусу посудини і кришки в зоні поверхонь ущільнювачів і до інших деформацій. В результаті цих деформацій відбувається осьове переміщення площині кришки, на яку спираються гайки основного кріплення.
↑ На початок
Послідовне зменшення сили затяжки фланцевого кріплення
Площина фланця або заглушки фланцевої переміщається при затягуванні кожної окремої шпильки або групи шпильок внаслідок додаткової деформації кільцевої ущільнювальної фланцевої прокладки при появі додаткового навантаження від знову навантажених шпильок. Внаслідок цього при затягуванні наступних шпильок відбувається розвантаження шпильок, затягнутих раніше, так як ступінь їх осьової деформації зменшується на величину чергового осьового переміщення кришки. Величина розвантаження, тобто зменшення осьового зусилля в стержні шпильки, залежить від співвідношення осьових податливостей стягуються деталей (кільця ущільнювача, кришки) і шпильок (стрижень шпильки, різьблення).
Таким чином, поточний зусилля навантаження кожної шпильки або групи шпильок повинно бути більше зусилля, яке дана шпилька або група шпильок сприймає в кінці процесу затягування. Поточне значення зусилля навантаження слід вибирати так, щоб після затягування останньої шпильки або групи шпильок розрахунковим зусиллям затяжки всі інші шпильки, затягнуті раніше відповідним зусиллям, що перевищує розрахункове, розвантажилися до розрахункового зусилля затяжки. В результаті повинна бути забезпечена задана рівномірне навантаження на всіх шпильках.
Отже, поняття "силовий режим затягування" передбачає вибір поточних значень зусиль навантаження, які в певній послідовності прикладають до кожної навантажується групі шпильок за один або кілька наступних один за іншим циклів навантаження (обходів) з метою забезпечення рівномірного навантаження всіх шпильок з'єднання розрахунковим зусиллям затяжки.
↑ На початок
Режими навантаження шпильок фланцевого з'єднання
Режими навантаження шпильок фланцевого з'єднання поділяють на
- одноразовий і
- груповий.
↑ На початок
Одноразовий режим затягування фланцевого кріплення
Найбільш швидким, надійним і ідеальним з точки зору забезпечення точності і рівномірності навантаження є метод одноразової затяжки всіх шпильок з'єднання. При цьому всі шпильки з'єднання навантажуються одночасно зусиллями рівних поточних значень.
↑ На початок
Групові методи затягування шпильок або болтів фланцевих з'єднань
При неможливості створення одноразової режиму навантаження використовують групові режими. При груповому режимі затягування все шпильки затворів ділять на групи одночасно затягувати шпильок. Групи шпильок повинні бути рівномірно розподілені по периметру болтової окружності. Число шпильок в групі повинно бути кратно загальної кількості шпильок фланцевого з'єднання.
Груповий режим затягування може бути
- однообходним і
- многообходним.
↑ На початок
Груповий однообходний режим затягування кріпильних виробів фланцевого з'єднання
При однообходном режимі навантаження прикладають послідовно до кожної групи одночасно затягувати шпильок тільки один раз. При цьому навантаження на шпильки кожної групи змінюється від максимальної (для першої групи) до розрахункового зусилля затяжки (для останньої групи). Перевага такого режиму затяжки: порівняно мала тривалість процесу затягування шпильок, а так само більш висока точність навантаження (в порівнянні з многообходним режимом), внаслідок великої кількості обходів і пов'язаних з цим погрішностей навантаження. Основний недолік - відносно велике зусилля навантаження шпильок першої групи в порівнянні з зусиллям навантаження останньої групи (нерідко розрізняються в 8-10 разів).
У зв'язку з зазначеними недоліками перешкодою для використання однообходного режиму затяжки можуть бути:
- недостатня потужність навантажувального пристрою;
- недостатня міцність монтажного хвостовика шпильки, яка повинна відповідати зусиллю навантаження шпильок першої групи.
Груповий многообходний режим затягування фланцевих шпильок з гайками
У такому випадку застосовують многообходний режим груповий затяжки. Цей режим полягає в проведенні декількох, наступних послідовно один за іншим обходів навантаження шпильок всіх груп з'єднання. Зусилля навантаження шпильок при цих обходах залежить від прийнятого варіанта многообходного режиму затяжки. Найбільш поширений варіант многообходного режиму затяжки - пообходно-зрівняльний.
↑ На початок
Розрахунок режимів затяжки фланцевих шпильок і гайок
Розрахунок режимів затяжки шпильок. Одноразовий режим затяжки шпильок є окремим випадком однообходного групового режиму затяжки, при якому число груп шпильок n = 1, тобто всі шпильки фланця навантажують одночасно. При однообходном режимі затяжки шпильок поточний зусилля навантаження чергової групи шпильок (РД26-01-122-89)
, (5)
де K z 1 - коефіцієнт розвантаження шпильок відповідної групи; Q n - остаточна сила затягування шпильок останньої групи; n = m / i-число груп шпильок в затворі; m - число шпильок в затворі; i - число одночасно діючих навантажувальних пристроїв (гідродомкратів); z порядковий номер навантажується группиш пілек затвора. Остаточна сила Q n, яка припадає на одну групу шпильок в кінці процесу затягування,
Q n = Q3 / n, (6)
де Q 3 - сумарна сила затягування всіх шпильок затвора.
Коефіцієнт відносної податливості ущільнювальної прокладки
α = λ 0 / λ Ш (Q), (7)
де
λ 0 і λ Ш (Q) - осьові податливості ущільнювальної прокладки і групи шпильок. Поточне значення сили навантаження однієї шпильки відповідної групи
Q z = Q z / i. (8)
Поточне значення сили навантаження однієї шпильки першої групи Q 'z = 1 порівнюють з допустимої навантаженням на одну шпильку [Q']; при цьому необхідно дотримуватися умова
Q 'z = 1 ≤ [Q'] (9)
Допустиме навантаження на одну шпильку [Q '] приймають дорівнює меншій з двох значень:
1. з умови забезпечення міцності монтажної дільниці різьби шпильки
[Q '] ≤ 0,8 σ 20ТШ F Ш, (10)
де σ 20ТШ - межа плинності матеріалу шпильки при температурі 20 ° С; F Ш-площа поперечного перерізу монтажної дільниці шпильки;
2. або по робочому зусиллю навантажувального пристрою (гідродомкрата)
[Q '] ≤ Q н.у .. (11)
Якщо одна з вимог (9), то необхідно розрахувати пообходно-зрівняльний режим затяжки шпильок, причому поточне значення зусилля навантаження чергової групи шпильок при відповідному обході
, (12)
де [Q] - допустиме навантаження на групу шпильок; N - порядковий номер обходу;
[Q] = i [Q ']. (13)
Необхідна кількість обходів
(14)
де K z2 - коефіцієнт розвантаження шпильок при пообходно-зрівняльний режимі затяжки.
↑ На початок
Коефіцієнт розвантаження шпильок для фланцевих з'єднань
Різниця коефіцієнта розвантаження фланцевого кріплення для прокладок ущільнювачів різного перетину
Максимальні значення коефіцієнта К n розвантаження шпильок при однообходном режимі затяжки (першої групи кріплення) для ущільнювального кільця відповідного типу наведені в таблиці нижче.
Максимальні значення коефіцієнта розвантаження фланцевого кріплення при однообходном режимі затяжки для сталевої ущільнювальної прокладки різного перетинуВид перетину сталевої прокладкиМаксимальне значення K n
прокладка двоконусна 1,4 прокладка трикутного перетину 1,45 прокладка восьмикутного перетину 1,38 прокладка плоска 1,4
↑ На початок
Різниця коефіцієнта розвантаження по групах затяжки кріплення
Коефіцієнт розвантаження шпильок залежить від співвідношення осьових податливостей деталей фланцевого з'єднання (або затворів судин і апаратів з фланцями ). У зв'язку з тим, що податливість микронеровностей залежить від навантаження, а мікронерівності є як в різьбових з'єднаннях, так і в вузлах ущільнення , То, отже, і осьові піддатливості різьбових з'єднань і вузлів ущільнення залежать від навантаження.
Мал. 1. Залежність коефіцієнта ψ z від
числа n груп і порядкового номера z групи
для фланцевого з'єднання
зі сталевою прокладкою ущільнювача
у вигляді двоконусного кільця.
Зі збільшенням навантаження осьові податливості фланцевих деталей зменшуються, а отже, зменшується і коефіцієнт розвантаження шпильок. У зв'язку з цим коефіцієнти розвантаження шпильок різних груп з'єднання різні.
Для першої групи шпильок, яку навантажують максимальним навантаженням, коефіцієнт розвантаження мінімальний; для останньої групи шпильок коефіцієнт розвантаження максимальний.
Коефіцієнт розвантаження для групи шпильок відповідного порядкового номера
K z = ψ z До n, (15)
де ψ z - коефіцієнт, що залежить від типу кільця ущільнювача, числа груп шпильок в фланцевому з'єднанні і порядкового номера групи (ріс.6.35,6.36).
Мал. 1. Залежність коефіцієнта ψ z від
числа n груп і порядкового номера z групи
для фланцевого з'єднання
зі сталевою прокладкою ущільнювача
трикутного перетину.
Для затворів з кільцем ущільнювача восьмикутного перетину і з плоскою металевою прокладкою приймають
ψ z = 1, так як різниця зусиль навантаження груп шпильок невелика і, отже, коефіцієнт розвантаження практично постійний і дорівнює максимальному узначенію До n. Коефіцієнт розвантаження шпильок для першого обходу при пообходно-зрівняльний режимі затяжки визначають, як і для однообходного режиму затяжки. При наступних обходах коефіцієнт розвантаження для кожної групи шпильок приймають рівним коефіцієнту розвантаження для останньої групи шпильок першого обходу. Якщо навантажує пристрій (гидродомкрат) забезпечено механізмом для загвинчування гайок з контролем крутного моменту, то при розтягнутій шпильці цей момент визначають за емпіричною формулою
M Kpz = 7,7 • 106 F ш d p, (16)
де M Kpz - крутний момент, H · м; F ш - площа перетину шпильки, м2; d p - діаметр різьби кріплення вироби, м.
При цьому коефіцієнт розвантаження шпильок (болтів)
K zM = 0,85 (K z - 1) + 1. (17)
↑ На початок
висновок
Застосування розглянутих методів послідовної затяжки фланцевого кріплення забезпечує рівномірність обтиску ущільнювальної прокладки, а отже, надійність і герметичність фланцевого з'єднання.
↑ На початок
Список літератури
- Бояршинов С. В. Основи будівельної механіки машин .. - М.: Машинобудування, 1973. - 456 c.
- Герметичність нерухомих з'єднань гідравлічних систем / В. Г. Бабкін, А. А. Зайченко, В. В. Александров та ін ... - М.: Машинобудування, 1977. - 120 c.
Отримавши доступ до даної сторінки, Ви автоматично приймаєте Користувача угода .