Окончательную запрессовку уплотнения ведут всеми болтами, при этом длинные шпильки заменяют короткими. ( равными по длине рабочим болтам ).
Болты затяжки сальника используются часто и относительно быстро изнашиваются. Для быстрой замены этих болтов, без износа при этом цилиндра, болты выполнены с « Т » образной головкой. Они просто закладываются в " Т " образный паз цилиндра.
Бронзовую втулку цилиндра – в цилиндр запрессовывают для уменьшения коррозии посадочного диаметра цилиндра.
На бронзовую втулку устанавливают пропитанное жиром кожаное уплотнительное « U » образное кольцо. Это кольцо – дань традиции – его можно заменить уплотнительным кольцом из вулколлана. Вулколлан – полиуретан высокой прочности на износ. На практике на заводе не проверяли. Фирма http://www.unikom-service.ru/vulkollan/.
Основное уплотнение плунжера – прожированная сальниковая набивка ГОСТ 5152-84…
Подвод воды выполнен сбоку цилиндра – так оказалось удобней при эксплуатации гидросети пресса.
На внешней поверхности цилиндра не должно быть никаких технологических или иных канавок – опыт показал – в канавках скапливается ржавчина и заклинивает цилиндр в верхней траверсе, демонтировать потом цилиндр из траверсы очень сложно.
Проверочный расчет
Проверочный расчет спроектированного цилиндра на рабочее давление
Р = 220 кгс / кв.см.
Постоянная: Число Pii = 3,1415926535898…
Наиболее опасное сечение: Наружный Ф 818 мм ; Rn = 40,9 см.
Внутренний Dвн – Ф 585 мм. Rv = 29,25 см. Толщина стенки S = 116,5 мм.
Цилиндры пресса толстостенные – их рассчитывают по формулам Ляме..
Цилиндр считается толстостенным если S/Dвн >=1/20;
В нашем случае цилиндр толстостенный. По Даркову стр 674…
Расчет ведется в зоне уплотнения набивкой.
Давление на набивку Рн = 220 * 1,5 = 330 кгс / кв.см…
Радиальное напряжение:
X=P*Rv*Rv/((Rn*Rn)-(Rv*Rv))
Y=Rn*Rn/(Rv*Rv)
Br=X*(1-Y).... # Радиальное напряжение
# …
X=330*29,25*29,25/((40,9*40,9)-(29,25*29,25))…
X=345,47…
Y=40,9*40,9/(29,25*29,25)… Y=1,955217…
Br=345,47*(1-1,955217).... Br= -330 кгс / кв.см… # Радиальное напряжение
# ....
Bt=345,47*(1+1,955217 ) … Bt= 1020,94 кгс / кв.см…# Тангенциальное напряжение
# …
Bo=X=345,47… # Осевое напряжение
Эквивалентное напряжение ( по энергетической теории ):
W= sqrt( Z ) .. Функция извлечения квадратного корня из числа Z…
Пример: 3= sqrt( 9 )…
Be= sqrt (((Br*Br)+(Bt*Bt)+(Bo*Bo))-((Br*Bt)+(Br*Bo)+(Bt*Bo)))…
# …
X=(Br*Br)+(Bt*Bt)+(Bo*Bo)…
X=(330*330)+(1020,94*1020,94)+(345,47*345,47)…
X=1270568…
Y=(Br*Bt)+(Br*Bo)+(Bt*Bo)…
Y=(-330*1020,94)+(-330*345,47)+(1020,94*345,47)…
Y=-98211,16…
Be=sqrt(X-Y)… Be=sqrt(1368779)…Be=1170 кгс / кв.см… Эквивалентное напряжение …
Вывод: Цилиндр прочен..
Программа расчета " Silindr " на Python-3 Автор С.Ф. Гаврилов :
Формулы По Даркову стр 674…
Rn=Dn/2
Rv=Di/2
# ................
X=P*Rv*Rv/((Rn*Rn)-(Rv*Rv))
Y=Rn*Rn/(Rv*Rv)
Br=X*(1-Y) # Радиальное напряжение
# ........
Bt=X*(1+Y) # Тангенциальное напряжение
# ........
Bo=X # Осевое напряжение
# ........
# Эквивалентное напряжение по энергетической теории…
X=(Br*Br)+(Bt*Bt)+(Bo*Bo)
Y=(Br*Bt)+(Br*Bo)+(Bt*Bo)
A=X-Y
Be=math.sqrt(A) # Квадратный корень из " A "
# ........
# Эквивалентное напряжение по третьей теории прочности…
X=1-((Rv*Rv)/(Rn*Rn))…
Be3=(2/X)*P…
# Максимальное напряжение на внутренней стенке цилиндра.
Bem=1,7321*P*Rn*Rn/((Rn*Rn)-(Rv*Rv))…
Конец программы расчета на Python-3:
По формуле эквивалентного напряжения по третьей теории прочности…
Вэ = 1170 кгс / кв.см… Цилиндр прочен…
Опорный поясок буртика цилиндра имеет вид кольца с наружным Ф 894 мм.
внутренним Ф 848 мм. Площадь кольца = 629, 36 кв. см.
При усилии цилиндра 480 000 кгс.
Удельное давление на опору = 762,7 кгс / кв.см…
Буртик цилиндра на срез по Ф 818 мм при толщине буртика 195 мм..
Площадь среза = 5011 кв.см. Напряжение среза = 95,8 кгс / кв.см…
Расчет буртика на изгиб: Рассчитываем как консоль, заделанную в стену.
Длина консоли В = Pii * 81,8 = 256,98 cм.
Высота сечения консоли h = 19,5 см.
Плечо консоли L = (((84,8 + 89,4) / 4) – ( 81,8 / 2));
L = 2,65 см. Нагрузка на консоль F = 480000 кгс..
Изгибающий момент М = F * L = 480000 * 2,65 … М = 1272000 кгс*см..
Gsf = 461030/2725231222…
Момент сопротивления изгибу сечения: W = B * h * h / 6;
W = 256,98 * 19,5 * 19,5 / 6;
W = 16286 куб.см.
Напряжение изгиба: Bi = M / W; Bi = 1272000 / 16286;
Bi = 78,1 кгс / кв.см…
Уплотнение штока сальниковой набивкой.
Коэф. высоты уплотняющей набивки в зависимости от диаметра плунжера
и по по отношению к диаметру плунжера:
Коэф. трения кожаных манжет по плунжеру К = 0,07…0,10..
Коэф. трения шевронных резинотканевых манжет с углом раствора 120 градусов
К = 0,025..
С углом раствора 90 градусов К = 0,035..
С углом раствора 60 градусов К = 0,045..
Пропитанная графитовой смазкой хлопчатобумажная набивка
коэф. трения К = 0,2…
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 расчет по 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.
Gsf = 461030/2725231222…
# .............
De=D # При D > = 20 * So …
De=D+So # При D < 20 * So …
M=F*b # Изгибающий момент на фланце – ф 24 стр 13…
Эквивалентное напряжение № 1 – B1
B1=(Bo-Bom)+Bt # ф 48 стр 15…
Эквивалентное напряжение № 2 – B2
B2=(Bo-Bom)+Br
Эквивалентное напряжение № 3 – B3
B3=(Bo+Bom)
Результаты расчета фланца:
Изгибное меридиональное напряжение во втулке = 162,31 МПа
Радиальное напряжение в тарелке фланца = 17,75 МПа
Окружное напряжение в тарелке фланца = 64,0 МПа
Окружное мембранное напряжение в сечении втулки = 1,3 МПа
Напряжение растяжения болтов = 107, 3367 МПа
Эквивалентное напряжение № 1 = 225,0 МПа
Эквивалентное напряжение № 2 = 178,8 МПа
Эквивалентное напряжение № 3 = 163,6 МПа
Примечание: Фланец сальника работает иначе, чем фланец трубного соединения.
Воротник фланца сальника скользит, практически без зазора, по штоку,
и не имеет возможности деформироваться изгибаясь, теряя форму.
Эта особенность позволяет выдерживать повышенные нагрузки по отношению к трубному фланцу.
Как видим – расчет по методике ГОСТу Р52857-2007… показывает большие значения напряжений, чем при расчете, использующем методику, приводимую И.А. Биргером..
Примечание: Изменение коэф. Cf при изменении прокладочного коэф. m –
не значительно. При m = 2,5 коэф. Cf = 0,7111… При m = 10 коэф. Cf = 0,99…
……..
Расчет фланца дает ненадежные результаты.
По методикам разных авторов результаты расчета разнятся по величине
напряжений во фланце. В книге А.А Волошин Г.Т. Григорьев
Расчет и конструирование фланцевых соединений, имеется ряд опечаток
в формулах, что не позволяет рассчитать цельный фланец со втулкой.
Проверка на макете уменьшенного размера тоже не дает верных результатов
в виду одновременного действия напряжений по нескольким векторам, и разного нелинейного влияния изменения геометрических размеров на напряжения
по разным векторам.
В некоторых случаях размеры фланцев можно принимать по данным ГОСТ 19535-74 …
Расчет вкладыша