CCCР

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

РД 26-15-88

Москва 1990

РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

СОСУДЫ И АППАРАТЫ.
Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений

РД 26-15-88

Дата введения 01.07.89

Настоящий руководящий документ устанавливает нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений сосудов и аппаратов из стали, работающих в химической, нефтехимической и смежных отраслях промышленности в условиях воздействия статических и повторностатических нагрузок. Допускается применять настоящий РД для расчета фланцевых соединений трубопроводов и штуцеров при условии выполнения п.1.3.

Руководящий документ применим при соблюдении требований ОСТ 26-291.

1. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Термины и условные обозначения соответствующих им физических величин приведены в обязательном приложении 1.

1.2. Типы фланцевых соединений приведены на черт. 1-4*. Пределы применения типов фланцевых соединений приведены в справочном приложении 5.

*Чертеж не определяет конструкцию.

1.3. Расчетные формулы настоящего стандарта применимы при

1.4. Если число циклов нагружения, вызванное сборками-разборками и изменениями режима эксплуатации (давления, температуры), более 1000, то необходимо после проверки прочности фланцев по разделу 8 произвести расчет на малоцикловую прочность по разделу 9.

1.5. Рабочая температура элементов фланцевого соединения определяется на основании теплотехнических расчетов или результатов испытаний. Допускается определять расчетную температуру элементов фланцевого соединения по табл. 1.

Таблица 1

Тип фланцевого соединения	Изолированные			Неизолированные
Тип фланцевого соединения	t_ф	t_к	t_б	t_ф	t_к	t_б
Плоские, приварные в стык (черт. 1, 2)	t	-	0,97t	0,96t	-	0,95t
Со свободными кольцами (черт. 3)	t	0,97t	0,90t	0,96t	0,90t	0,81t
Фланцы приварные под зажимы (черт. 4)	t	-	0,55t	0,96t	-	0,55t

Черт. 1

Черт. 2

Черт. 3

Черт. 4

1.6. При работе аппарата в условиях нескольких расчетных режимов по температуре и давлению расчет производится на условия, обеспечивающие прочность и герметичность фланцевого соединения во всех режимах.

2. ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

2.1. Допускаемые напряжения для материалов болтов (шпилек) определяются по формулам при условии:

а) если расчетная температура не превышает для болтов (шпилек) из углеродистых сталей 380°С, низколегированных сталей - 420°С, аустенитных сталей - 525°С

б) если расчетная температура болтов (шпилек) превышает указанную в п.а

2.2. Коэффициенты запаса прочности п_т, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Материал болтов
	Рабочие условия		Условия испытания
	затяжка не контролируется	затяжка контролируется	затяжка не контролируется	затяжка контролируется
Углеродистые стали	2,6-2,8	2,4	2,1	1,8
Углеродистые стали	2,3	2,1	1,7	1,6
Аустенитные стали	1,9	1,8	1,4	1,3

2.3. Коэффициент запаса прочности по пределу длительной прочности п_D=1,8.

Коэффициент запаса прочности по пределу ползучести п_п=1,1.

2.4. Допускаемые напряжения для материалов болтов (шпилек) для рабочих условий определяются по табл. 3.

2.5. Допускаемые напряжения для материала фланцев или обечайки при расчете статической прочности:

а) для фланцев по черт. 1 в сечении S₁:

для рабочих условий и затяжки

для условий испытания и затяжки

б) для фланцев по черт. 1, 2, 3, 4, 11

в сечении S₀:

для рабочих условий и затяжки

для условий испытания

в) для кольца свободного фланца:

для рабочих условий и затяжки

для условий испытаний

s_0,2, s_в, [s]²⁰ - принимаются по ГОСТ 14249 или другой нормативной документации при расчетной температуре.

Расчет фланцевого соединения для условий испытания производить не требуется, если расчетное давление в условиях испытания будет меньше, чем расчетное давление в рабочих условиях, умноженное на 1,35.

Примечания:

1. Для фланцев по черт. 1 допускаемое напряжение в сечении S₁, для рабочих условий и условий затяжки при расчете с учетом нагрузки от температурных деформаций Q₁ может быть увеличено до 30%.

2. Для фланцев по черт. 3 допускаемое напряжение для свободного кольца при расчете с учетом нагрузки от температурных деформаций Q₁ может быть увеличено на 30%.

(Измененная редакция, Изм. № 1)

3. РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ВЕЛИЧИН

3.1. Эффективная ширина прокладки, мм:

b₀=b_n при b_n£15 мм

при b_n>15 мм

Для прокладок овального или восьмигранного сечения

3.2. Характеристики прокладки m, q_обхв, К, Е_п принимаются по табл. 4.

3.3. Податливость прокладки, мм/Н.

Для металлических и асбометаллических прокладок

у_n=0.

3.4. Податливость болтов (шпилек) для фланцев по черт. 1, 2, 3, 11, мм/Н

где L_б= L_б₀+0,28d - для болта,

L_б= L_б₀+0,56d - для шпильки,

f_б - принимается по табл. 5.

3.5. Податливость зажимов для фланцев по черт. 4, мм/Н

где l_з принимается по ОСТ 26-01-64.

3.6. Параметры фланца*

* В случае соединения с разными (по материалам или размерам) фланцами расчет следует производить для каждого фланца.

3.6.1. Эквивалентная толщина втулки, мм

S_э=K×S₀,

где K - определяется по черт. 5.

Для фланцев по черт. 2, 3, 4

S_э= S₀.

3.6.2. Коэффициенты

где ;

y₁ - определяется по черт. 6.

Для крышек сферических неотбортованных

;

3.6.3. Угловая податливость фланца, 1/Н×мм

где y₂ - определяется по черт. 7.

Для фланца со сферической неотбортованной крышкой

3.7. Угловая податливость свободного кольца по черт. 3, 1/Н×мм,

где y_к - определяется по черт. 6.

3.8. Угловая податливость плоской крышки, 1/Н×мм,

где ;

3.9. Угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом, 1/Н×мм,

для фланцев по черт. 1, 2

;

для фланца по черт. 3

;

для свободного кольца

;

3.10. Плечи моментов, мм:

для фланцев по черт. 1, 2, 4*

*Для фланцев по черт. 4

;

для фланцев по черт. 3

4. КОЭФФИЦИЕНТ ЖЕСТКОСТИ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ

4.1. Фланцевое соединение, натруженное внутренним или наружным давлением и внешней осевой силой:

для соединения по черт. 1, 2, 4

где ;

для соединения по черт. 4

для соединений по черт. 3

a=1;

для соединения с крышкой

где .

(Измененная редакция, Изм. № 1).

4.2. Фланцевое соединение, нагруженное внешним изгибающим моментом,

где ;

для фланцев по черт. 3

5. РАСЧЕТ НАГРУЗОК

5.1. Равнодействующая внутреннего давления, Н,

**Для условий вакуума или наружного давления Р< 0

5.2. Реакция прокладки в рабочих условиях, Н,

5.3. Нагрузка, возникающая от температурных деформаций, Н*:

*В случае, если между фланцами зажата трубная решетка или другая деталь, необходимо учесть температурную деформацию этой детали.

в соединении по черт. 1, 2

где

- толщина верхнего и нижнего фланца

в соединении по черт. 3

где ;

в соединении по черт. 4

где ;

- высота верхнего нижнего упоров

в соединении с крышкой

где ;

a_ф, a_к, a_кр - определяются по ОСТ 26-11-04-84;

a_з - определяется по приложению 2.

Примечания.

1. При определении нагрузок от температурных деформаций расчетную температуру фланцев, крышки, болтов (шпилек), трубной решетки, свободного кольца следует уменьшить на температуру при которой происходит сборка фланцевого соединения (20°С).

2. Если между фланцами зажата трубная решетка или для снижения нагрузок от температурных деформаций установлены дополнительные шайбы, то при определении l_б₀ необходимо учесть их толщины.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5.4. Болтовая нагрузка Р_б в условиях монтажа принимается большей из следующих значений, Н*,

*F<0, если усилие сжимающее. При определении Р_б₄. величина Q_t учитывается только при Q_t<0, при a<1в расчетах принимается a=1.

;

для фланцев по черт. 1, 2, 3;

для фланцев по черт. 4,

где B₁ - принимается по табл. 5.

Для условий вакуума или наружного давления

Р_б=Р_б_2.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

5.5. Приращение нагрузки в болтах (шпильках) в рабочих условиях, Н,

при a<1в расчетах принимается a=1.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

6. РАСЧЕТ БОЛТОВ (ШПИЛЕК)

6.1. Условия прочности болтов (шпилек)*:

*Величина x>1 допускается по согласовании с одним из авторов стандарта.

для фланцев по черт. 1, 2, 3

;

**Для условий вакуума и наружного давления где x=1,1+1,2;

для фланцев по черт. 4

;

Примечание - при проверке прочности болтов для рабочих условий с учетом нагрузки на болты от стесненности температурных деформаций допускаемое напряжение может быть увеличено на 30%.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

6.2. Рекомендуемое значение крутящего момента при затяжке приводится в приложении 3 (рекомендуемое).

7. РАСЧЕТ ПРОКЛАДОК

Условие прочности прокладки проверяется для мягких прокладок

8. РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВ НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ*

8.1. Угол поворота фланца при затяжке

где M₀₁=P_б×b.

*В случае соединения с разными (по размерам или материалам) фланцами расчет следует производить для каждого фланца.

8.2. Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях

где .

8.3. Меридиональное напряжение в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа:

для фланцев по черт. 1 в сечении S₁:

s_н=s_1;s₁₂=-s₁

где ,

Т - определяется по черт. 8,

D*=D при D³S₁,

D*=D+S₀при D<S₁ и ¦>1,

D*=D+S₁при D<S₁ и ¦=1;

для фланцев по черт. 1 в сечении S₀

s₂₁=¦×s₁; s₂₂=-¦×s₁,

где ¦ - определяется по черт. 9;

для фланцев по черт. 2, 3, 4

s₂₁=s₁; s₂₂=-s₁,

где .

8.4. Приращения меридиональных напряжений в обечайке (втулка) на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях, МПа:

для фланцев по черт. 1 в сечении S₁

Ds₁₁=Ds_н+Ds₁;Ds₁₂=Ds_н+Ds₁

где

;

в сечении S₀

Ds₂₁=Ds_н+¦Ds₁;Ds₂₂=Ds_н+¦Ds₁

где

;

для фланцев по черт. 2, 3, 4

Ds₂₁=Ds_н+Ds₁;Ds₂₂=Ds_н+Ds₁

где

8.5. Окружные напряжения в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа:

для фланцев по черт. 1 в сечении S₁

для фланцев по черт. 1 в сечении S₀

Ds₂₃=0,3¦×s₁;Ds₂₄=-0,3¦×s_1;

для фланцев по черт. 2, 3, 4

Ds₂₃=0,3s₁;Ds₂₄=-0,3s_1;

8.6. Приращения окружных напряжений в обечайке (втулке) на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях, МПа:

для фланцев по черт. 1 в сечении S₁

;

в сечении S_о

для фланцев по черт. 2, 3, 4

8.7. Условие прочности фланца при расчете статической прочности:

для фланцев по черт. 1 в сечении S₁

при затяжке

в рабочих условиях

;

для фланцев по черт. 1, 2, 3, 4 в сечении S_о

при затяжке

;

в рабочих условиях

9. РАСЧЕТ НА МАЛОЦИКЛОВУЮ УСТАЛОСТЬ

9.1. Расчетную амплитуду приведенных условных упругих напряжений при затяжке определяют по формуле

где для фланцев по черт. 1

a_б определяется по черт. 10.

для фланцев по черт. 2

s₁=0,

;

для фланцев по черт. 3, 4

s₁=0,

9.2. Расчетную амплитуду приведенных условных упругих напряжений в рабочих условиях определяют по формуле

для фланцев по черт. 1

Ds₁=a_б×Ds₁₁,

;

для фланцев по черт. 2

s₁=0,

;

для фланцев по черт. 3, 4

s₁=0,

9.3. Проверка малоцикловой прочности фланцевого соединения проводится по ГОСТ 25859-83.

Для этого по амплитуде напряжений, определенной из условия затяжки (s_a) по п.9.1, определяется допустимое количество сборок-разборок [N]_с. По амплитуде напряжений, определенной для рабочих условий () по п.9.2, определяется допустимое число циклов изменения режима эксплуатации [N]_р.

Условие прочности для заданного количества нагружений (N_с, N_р) будет выполняться, если

10. РАСЧЕТ СВОБОДНОГО КОЛЬЦА

10.1. Угол поворота свободного кольца

10.2. Кольцевое напряжение в свободном кольце, МПа

10.3. Условие прочности

11. ТРЕБОВАНИЯ К ЖЕСТКОСТИ

Допустимый угол поворота для фланцев по черт. 2, 3, 4:

для рабочих условий и затяжки

=0,013

Для условий испытаний

=0,017

Для фланцев по черт. 1:

для рабочих условий и затяжки

=0,009 при D£2000 мм;

=0,013 при D>2000 мм;

для условий испытаний

=0,011 при D£2000 мм;

=0,015 при D>2000 мм;

Таблица 3

Несчетная температура, °С	Допускаемое напряжение, МПа, для сталей марок
Несчетная температура, °С	35,40	12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т	45Х14Н14В2М	20Х13	35Х, 40Х, 38ХА, 37Х12Н8Г8МФБ, 20ХН3А	30ХМА	ХН35ВТ
20	130,0	110,0	160,0	195,0	230,0	230,0	208
100	126,0	105,0	150,0	182,0	230,0	230,0	196
200	120,0	98,0	150,0	165,0	225,0	200,0	186
250	107,0	95,0	144,0	158,0	222,0	182,0	186
300	97,0	90,0	139,0	150,0	222,0	174,0	186
350	86,0	86,0	128,0	147,0	185,0	166,0	186
375	80,0	85,0	128,0	146,0	175,0	166,0	186
400	75,0	83,0	128,0	145,0	160,0	166,0	186
425	68,0	82,0	125,0	143,0	156,0	161,0	186
450		80,0	123,0	142,0		156,0	186
475		79,0	120,0	140,0			186
500		78,0	118,0				186
510			117,0				185
520			116,0				184
530			115,0				183
540			114,0				181
550			113,0				180
560							165
570							150
580							135
590							110
600							115
610							110
620							105
630							100
640							94
650							88

Продолжение табл. 3

Расчетная температура	Допускаемое напряжение, МПа, для сталей марок
Расчетная температура	25Х1МФ	25Х2М1Ф	20X1МФ1БР	18Х12ВМБФР	14X17H2	07X16H6	08Х15Н24В4ТР
20	238,0	238,0	238,0	238,0	298,0	321,0	231
100	227,0	232,0	234,0	234,0	294,0	314,0	226
200	217,0	231,0	224,0	231,0	287,0	312,5	221
250	210,0	224,0	213,0	227,0	284,0	309,8	219
300	199,0	220,0	202,0	227,0	280,0	307,0	217
350	185,0	213,0	185,0	220,0	280,0	307,0	215
375	180,0	209,0	183,0	216,0			214
400	175,0	206,0	182,0	213,0			213
425	168,0	202,0	178,0	208,0			213
450	161,0	199,0	175,0	203,0			213
475	152,0	195,0	171,0	196,0			213
500	143,0	192,0	167,0	189,0			208
510							205
520							202
530							199
540							196
550				,	!		195
560							183
570							171
580							169
590							157
600							147

Таблица 4

Тип и материал прокладки	Коэффициент m	Удельное давление обжатия прокладки q_обж, МПа	Допускаемое удельное давление [q], МПа	Коэффициент обжатия, K	Условный модуль сжатия Е_n×10^-5, МПа
Плоская из: резины по ГОСТ 7338 с твердостью по ШОРУ А до 65 единиц	0,5	2,0	18,0	0,04	0,3×10^-4´
резины по ГОСТ 7338 с твердостью по ШОРУ А более 65 единиц	1,0	4,0	20,0	0,09	0,4×10^-4´
паронита по ГОСТ 481 при толщине не больше 2 мм	2,5	20,0	130,0	0,90	0,02
картона асбестового по ГОСТ 2850 при толщине 1-3 мм	2,5	20,0	130,0	0,90	0,02
фторопласта-4 ТУ 6-05-810 при толщине 1-3 мм	2,5	10,0	40,0	1,00	0,02
алюминия марки АД по ГОСТ 21631	4,0	60,0
латуни марки Л63 по ГОСТ 2208	4,75	90,0
стали 05кп по ГОСТ 9045	5,5	125,0
Плоская из:
асбеста по ГОСТ 2850
в оболочке из алюминия,	3,25	38,0			0,04
меди и латуни	3,5	46,0
стали 05КП	3,75	53,0
стали типа 12Х18Н10Т	3,75	63,0			0,05
Кольцо с овальным или восьмигранным сечением из:
стали 0,5КП по ГОСТ 9045 или 08Х13 по ГОСТ 5632	5,5	125,0
стали 08Х18Н10Т	6,5	180,0

*Для сред с высокой проникающей способностью (водород, гелий, легкие нефтепродукты, сжиженные газы и т.п.) q_обж = 35,0 МПа.

Таблица 5

Диаметр болта d, мм	М10	М12	М16	М20	М24	М27	М30	М36	М42	М48
Площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы* f_б, мм²	52,2	76,2	144,0	225,0	324,0	430,0	520,0	760,0	1045,0	1376,6
Нагрузочная способность зажима В_n Н	-	-	18000	28000	40000	53000	65000	102000	-	-
Высота упора h₂, мм	-	-	28,0	32,0	36,0	36,0	37,0	42,0	-	-

*В случая применения шпилек с проточкой стержня до диаметра, меньшего внутреннего диаметра резьбы, значение площади поперечного сечения определяется по диаметру проточки.

Черт. 5

Черт. 6

Черт. 7

Черт. 8

Черт. 9

Черт. 10

По согласованию с одним из авторов РД26-15 в технически обоснованных случаях допускаемый угол поворота (q) может быть увеличен.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

12. РАСЧЕТ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С КОНТАКТИРУЮЩИМИ ФЛАНЦАМИ

12.1. Общие требования.

12.1.1. Термины и условные обозначения соответствующих им физических величин приведены в обязательном приложении 1.

12.1.2. Типы фланцевых соединений приведены на черт. 11. Пределы применения указанных типов фланцевых соединений приведены в справочном приложении 5.

12.1.3. Пределы применения расчетных формул настоящего раздела должны соответствовать п.1.3.

12.1.4. Расчетная температура элементов фланцевого соединения устанавливается в соответствии с п.1.5.

12.2. Допускаемые напряжения.

12.2.1. Допускаемые напряжения для материала болтов определяют по п. 2.1 с увеличением на 25%.

12.2.2. Допускаемые напряжения для материала фланца при расчете статической прочности определяются по п.2.5.

12.3. Расчет вспомогательных величин.

12.3.1. Эффективная ширина и характеристики прокладки определяются по пп. 3.1; 3.2.

12.3.2. Податливость контактных поясов прокладки, мм/Н

12.3.3. Расчетная длина и податливость болтов (шпилек) определяются по п.3.4.

12.3.4. Параметры фланца.

12.3.4.1. Угловая податливость фланца определяется по п.3.6.

12.3.5. Угловая податливость плоской крышки определяется по п.3.8.

Угловая податливость крышки сферической неотбортованной определяется по п.3.6.3.

12.3.6. Плечи моментов, мм:

;

12.3.7. Коэффициенты:

;

Черт. 11

Чертеж не определяет конструкцию

Ориентировочные значения h₁, a₁, a₂ принимаются по табл. 6:

;

где

Для фланцев по черт. 11а

Для фланцев по черт. 11б

Таблица 6

D	h₁	a₁	a₂
400	0,496	0,159	1,337
500	0,496	0,148	1,344
600	0,496	0,135	1,352
700	0,495	0,129	1,356
800	0,491	0,144	1,327
900	0,519	0,182	1,281
1000	0,539	0,193	1,239
1200	0,539	0,194	1,239
1400	0,539	0,194	1,239
1600	0,534	0,148	1,239
1800	0,542	0,270	1,167
2000	0,542	0,262	1,172
2200	0,537	0,269	1,183
2400	0,537	0,255	1,192
2600	0,502	0,134	1,222
2800	0,502	0,127	1,226
3000	0,502	0,133	1,223
3200	0,498	0,123	1,215
3400	0,489	0,134	1,213
3600	0,506	0,131	1,261
3800	0,506	0,123	1,265
4000	0,506	0,116	1,269

12.4. Расчет нагрузок

12.4.1. Равнодействующая внутреннего давления, Н

12.4.2. Нагрузки в элементах соединения, возникающие от температурных деформаций

12.4.3. Болтовая нагрузка в условиях монтажа принимается большей из следующих значений, Н:

;

12.4.4. Приращение нагрузки в болтах (шпильках) в рабочих условиях, Н

12.4.5. Реакция контактных поясов прокладки в рабочих условиях, Н:

;

12.4.6. Максимальный изгибающий момент принимается большим, Н×мм:

;

где [s]²⁰, [s] - принимаются по ОСТ 26-11-04.

12.5. Расчет болтов (шпилек)

12.5.1. Условия прочности болтов (шпилек) и величина крутящего момента на ключе определяются по п.6.

12.6. Условие прочности прокладки

12.7. Условие герметичности

12.8. Расчет фланца

12.8.1. Меридиональное напряжение в обечайке (втулке), МПа

где коэффициент Т определяется по черт. 8.

12.8.2. Окружное напряжение в обечайке (втулке), МПа

12.8.3. Условие прочности обечайки

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Обязательное

Термины и обозначения

Таблица 7

Термин	Обозначение
Ширина прокладки, мм	b_n
Нагрузочная способность зажима, Н	B₁
Прибавка для компенсации коррозии, мм	C
Внутренний диаметр фланца, мм	D
Внутренний диаметр свободного кольца, мм	D_к
Наружный диаметр фланца, мм	D_н
Наружный диаметр свободного кольца, мм	D_нк
Диаметр окружности расположения болтов (шпилек), мм	D_б
Средний диаметр прокладки, мм	D_сп
Наружный диаметр болта (шпилька), м<	d
Модуль продольной упругости материала при температуре 20°С и расчетной, МПа, принимается по ГОСТ 14249:
фланца	Е²⁰, Е
болтов (шпилек)	Е²⁰_б, Е_б
свободного кольца.	Е²⁰_к, Е_к
крышки	Е²⁰_кр, Е_кр
Условный модуль сжатия материала прокладки, МПа	Е_п
Внешняя осевая сила (сжимающая со знаком минус),Н	F
Площадь поперечного сечения болта (шпильки) по внутреннему диаметру резьбы, мм²	f_б
Толщина фланца, свободного кольца, мм	h, h_к
Высота упора, принимается по ОСТ 26-01-64, мм	h₁
Высота бурта для опирания зажима, мм	h₂
Толщина крышки и фланцевой части в зоне уплотнения, мм	h_кр, s_кр
Толщина прокладки, мм	h_п
Длина конической втулки, мм	L
Внешний изгибающий момент, Н×мм	M
Радиус сферы сферической неотбортованной крышки, мм	R_c
Радиус бурта для опирания зажима, принимается по ОСТ 26-01-64, мм	R
Расчетное давление, МПа	Р
Толщина конической втулки в месте соединения с
фланцем	S₁
обечайкой, втулкой, днищем, мм	S₀
Толщина обечайки, днища, втулки, мм	S₀
Расстояние между опорными поверхностями гайки и головки болта, шпильки, мм	L_б₀
Число болтов (шпилек), шт	n
Расчетная температура, °С
фланца, крышки	t_ф
болтов (шпилек)	t_б
свободного кольца	t_к
Температурный коэффициент линейного расширения материала, 1/°С
фланца	a_ф
болтов (шпилек)	a_б
свободного кольца	a_к
крышки	a_кр
Предел текучести материала болтов (шпилек) при расчетной температуре, МПа	s_т
Среднее значение предела длительной прочности за 10⁵ ч при расчетной температуре, МПа	s_д_×₁₀⁵
Средний 1%-ный предел ползучести за 10⁵ ч при расчетной температуре, МПа	s_1%_×₁₀⁵
Допускаемое напряжение материала болтов (шпилек) при температуре 20°С и расчетной, МПа	[s]²⁰_б, [s]_б
Предел текучести материала фланца, МПа	s_0,2
Допускаемое напряжение материала фланца при температуре 20°С и расчетной, МПа	[s]²⁰, [s]
Допускаемое напряжение материала свободного кольца при расчетной температуре, МПа	[s]_к
Допускаемые напряжения для фланцев в сечениях S₁ и S₀	[s]_S₁, [s]_S₀
Расчетная и допускаемая амплитуда условных упругих напряжений, МПа	s_а, [s_а]
Заданное и допускаемое число циклов нагружения	N, [N]

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Рекомендуемое

Коэффициенты линейного расширения

Таблица 8

Марки стали	Коэффициент линейного расширения a×10⁶, 1/°С в зависимости от температуры, °С
Марки стали	20-100	200	300	400	500	600
35	11,1	11,9	-	13,4	-	-
40	11,3	12,0	13,3	13,3	-	-
20Х13	10,4	10,9	11,4	11,8	-	-
14Х17Н2	10,6	10,8	11,0	11,1	11,3
35Х 40Х 38ХА	13,4	13,3	-	14,8	-	-
20XH3A	11,0	12,0	13,0	13,5	14,0	14,5
30XMA	12,3	12,6	12,9	13,9	-	14,4
25Х1МФ	11,3	12,7	-	13,9	-	14,5
25Х2М1Ф	12,5	12,9	13,3	13,7	14,0	14,7
18Х12ВМБФР	11,2	11,3	11,4	11,8	12,0	-
37Х12Н8Г8МФБ	15.9	18,0	19,2	21,5	22,4	21,0
12Х18Н10Т 10Х17Н13М2Т	16,6	17,0	18,0	18,0	18,0
45Х14Н14В2М	-	17,0	-	18,0	-	18,0
ХН35ВТ	14,8	15,1	15,5	15,9	16,1	16,6
08Х15Н24В4	14,5	15,5	16,3	16,8	17,2	17,4

(Измененная редакция, Изм. № 1).

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Рекомендуемое

Крутящий момент на ключе при затяжке

Черт. 12

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Справочное

Пример расчета фланцевого соединения

(черт. 2)

Исходные данные:

D = 400 мм, h = 300 мм, f = 200°С, E²⁰ = 1,99×10⁵ МПа;

D_н = 535 мм, h_п = 2 мм, P = 0,6 МПа, Е = 1,81×10⁵ МПа;

D_б = 495 мм, S₀ = 8 мм, М = 0,83×10⁷ Н×мм, = 2,1×10⁵ МПа;

D_сп = 445 мм, d = 20 мм, F = 15000 Н, Е_б = 2,01d10⁵ МПа;

b_п = 12 мм, n = 20, с = 2 мм, a_ф = 12,6×10^-6 1/°С;

a_б = 11,9×10^-6 1/°С

Материал фланцев - сталь 20К.

Материал болтов - сталь 35.

Материал прокладки - паронит ПОН.

1. Расчет вспомогательных величин

1.1. Эффективная ширина прокладки

b_o = b_n = 12 мм.

1.2. Характеристики прокладки, принимаются по табл. 4:

m = 2.5;

q_обж = 20 МПа;

К = 0,9;

Е_n = 2×10³ МПа.

1.3. Податливость прокладки

1.4. Податливость болтов

;

где f_б = 225 мм² принимается по табл. 5.

1.5. Параметры фланца

1.5.1. Эквивалентная толщина втулки

S_о = S_o = 8 мм.

1.5.2. Коэффициенты

y₁ = 0,16 определяется по черт. 6;

1.5.3. Угловая податливость фланца

где y₂ = 6,9 определяется по черт. 7.

1.6. Угловая податливость фланца, нагруженного внешним изгибающим моментом,

1.7. Плечи момента:

b = 0,5(D_б-D_сп) = 0,5(495 - 445) = 25 мм;

e = 0,5(D_сп- D-S_э) = 0.5(445 - 400 - 8) = 18,5 мм.

2. Коэффициент жесткости фланцевого соединения

2.1. Фланцевое соединение, нагруженное внутренним давлением и внешней осевой силой:

;

2.2. Фланцевое соединение, нагруженное внешним изгибающим моментом:

;

3. Расчет нагрузок

3.1. Равнодействующая внутреннего давления

Q_д = 0.785×D²_сп×P = 0,785×445²×0,6 = 93270,0 Н.

3.2. Реакция прокладки в рабочих условиях

R_n = p×D_сп×b_о×m×P = 3,14×445×12×2,5×0,6 = 25151,4 Н.

3.3. Нагрузка, возникающая от температурных деформаций

3.4. Болтовая нагрузка Р_б в условиях монтажа принимается большей из следующих значений:

P_б1=0,5×p×D_сп×b_э×q_обж=0,5×3,14×445×12×20=167676,0 H

P_б1=0,4××п×f_б=0,4×130×20×225=234000,0 H.

3.5. Приращение нагрузки в болтах в рабочих условиях

4. Расчет болтов

где принимается по табл. 3,

5. Расчет прокладок

;

[q] = 130 МПа, принимается по тaбл. 4;

6. Расчет фланца

6.1. Угол поворота фланца при затяжке:

;

6.2. Приращение угла поворота фланца в рабочих условиях:

6.3. Меридиональные напряжения в обечайке на наружной и внутренней поверхностях при затяжке, МПа

где Т = 1,78 - принимается по черт. 8;

s₂₁ = 353,6 МПа; s₂₂ = -353,6 МПа.

6.4. Приращения меридиональных напряжений в обечайке на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях:

Ds₂₁=Ds_н+Ds₁= 24,3 + 104 = 128,3 МПа;

Ds₂₂=Ds_н-Ds₁= 24,3 + 104 = 128,3 МПа;

6.5. Окружные напряжения в обечайке на наружной внутренней поверхностях при затяжке, МПа:

s₂₃ = 0,3×s₁ = 0,3×353,6 = 106,1 МПа;

s₂₄ = -0,3×s₁= -0,3×356,6 = -106,1 МПа.

6.6. Приращение окружных напряжений в обечайке на наружной и внутренней поверхностях в рабочих условиях:

6.7. Условие прочности фланца при расчете статической прочности:

при затяжке

[s]²⁰ = 147 МПа:

= 220 МПа;

= 410 МПа;

[s] = 136 МПа;

s_0,2 = 204 МПа;

s_б= 460 МПа;

;

в рабочих условиях

;

s_s₀ = 425,6 МПа < 491 МПа.

Уровень напряженного состояния не превышает допускаемый.

7. Требование к жесткости

q+Dq£,

= 0.013.

0,0040 + 0,0012 = 0,0052<0,013.

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Рекомендуемое

Пределы применения типов фланцевых соединений

Фланцы плоские (черт. 2), со свободном кольцом (черт. 3), с зажимами (черт. 4) рекомендуется применять при температуре среды до 300°С.

Фланцы с гладкой уплотнительной поверхностью рекомендуются для условных давлений среды до 1,6 МПа.

Фланцы с уплотнительной поверхностью выступ-впадина рекомендуются для условных давлений среды более 1,6 МПа.

Фланцы с уплотнительной поверхностью «шип-ваз» рекомендуются для прокладок, которые необходимо помещать в замкнутый объем.

Фланцы с уплотнительной поверхностью под металлическую прокладку овального или восьмигранного сеченая рекомендуются для условных давлений среды более 6,0 МПа.

Фланцы контактирующие (черт. 11) рекомендуются для условных давлений до 0,6 МПа и вакуума с остаточным давлением не ниже 5 мм рт.ст. (0,005 МПа ост.) при температуре до плюс 300°С.

Таблица 9

Рекомендации по конструированию фланцевых соединений

Параметры фланцевого соединения, мм	Типы фланцев
Параметры фланцевого соединения, мм	Приварные встык (черт. 1)	Плоские (черт. 2)	Свободные (черт. 3)	Примечание
1. Толщина обечайки (втулки)	S = S₀+1,3S, но не во всех случаях	S₀³S		S - толщина обечайки, к которой приваривается фланец; b принимается по черт. 13
S₀	S₀-S×5 мм
S₁	S₁ = bS₀
2. Длина конической втулки t				i = 1:3 уклон втулки
3. Диаметр болтовой окружности	D_б ³ D + 2(S₁ + d + u)	D_б³D+2(2S₁+d×u)	D_б>D_к+8(d+u₁)	u = 6 мм u₁ = 8 мм
D_б	D_б = ε₁×D^0,931	D_б³D+2(2S₁+d×u)	D_б>D_к+8(d+u₁)	ε₁ принимается по табл. 11 d принимается по табл. 13
4. Наружный диаметр фланца D_н	D_н³D_б+а			а принимается по табл. 13
5. Наружный диаметр прокладки D_s	D_s = D_б - e		D_s £ D_s₁	е принимается по табл. 13
6. Средний диаметр прокладки D_сп	D_сп = D_s - b			b принимается по табл. 14
7. Число болтов n				t₁ принимается по табл. 12
8. Ориентировочная толщина фланца h				l₁ принимается по черт. 14 S₀ принимается по п.3.6.1

Таблица 10

Рекомендуемые диаметры болтов (шпилек) в зависимости от условного давления Р_у и диаметра аппарата

Р_у, МПа	Диаметры болтов (шпилек) для аппаратов, мм
Р_у, МПа	800	1000	1200	1400	1600	1800	2000	2200	2400	³2400
До 0,6	М20							М24 + М30
1,0	М20				М30
1,6	М20		М24 + М30
2,5	M20		М24 + М30			М30
4,0	М30		М36			М42
6,3	М36	М42		М48		М52
8,0	М30¸М36	М42	М48	М52¸М56		-
10,0	М30¸М42	М48	M52¸M56	M56 ¸М64

Черт. 13

1 - для фланцев по черт. 2

2 - для фланцев по черт. 1

Черт. 14

Таблица 11

Безразмерный параметр ε₁ в зависимости от Р_у

Р_у, МПа	ε₁
Р_у £ 1,6	1,77
1,6 < Р_у £ 2,5	1,79
2,5 < Р_у £ 4,0	1,86
4,0 < Р_у £ 6,3	1,92
6,3 < Р_у £ 8,0	2,00
8,0 < Р_у £ 10,0	2,07

Таблица 12

Рекомендуемый шаг расположения болтов в зависимости от Р_у

Р_у, МПа	t₁, мм
До 0,3	(4,2 ¸ 5,0)d_б
0,6	(3,8 ¸ 4,8)d_б
1,0	(3,5 ¸ 4,2)d_б
1,6	(3,0 ¸ 3,8)d_б
2,5	(2,7 ¸ 3,5)d_б
4,0	(2,3 ¸ 3,0)d_б
8,4 ¸ 10,0	(2,1 ¸ 2,8)d_б

Таблица 13

Вспомогательные величины d, a и е для болтов (шпилек)

Диаметр болта d_б		М20	(М22)	М24	(M27)	М30	М36	M42	M48	М52	M56	M60	M64
Диаметр отверстия под болт d		23	25	27	30	33	40	46	52	58	60	66	70
а	Для гаек шестигранных	40	42	47	52	58	60	80	92	97	110	115	120
а	Для гаек шестигранных с уменьшенным размером под ключ	36	40	42	47	52	63	69	80	86	-	-	-
е	Для плоских прокладок	30	32	34	37	41	48	55	61	65	-	-	-
е	Для прокладок овального или восьмиугольного сечения	53	55	57	60	64	71	78	84	88	195	240	240

Таблица 14

Размеры прокладок

Материал прокладки	Диаметр аппарата, мм	Ширина прокладки, мм
Плоские неметаллические прокладки	D £ 1000	12 ¸ 15
	1000 < D £ 2000	15 ¸ 25
	D > 2000	25
Плоские металлические прокладки	D £ 1000	10 ¸ 12
Плоские металлические прокладки	D > 1000	12 ¸ 15
Плоские прокладки в металлической оболочке и зубчатые металлические прокладки	D £ 1600	12 ¸ 18
	D > 1600	13 ¸ 25
Овального или восьмиугольного сечения прокладки для Р_у ³ 6,3 МПа	D £ 600	12 ¸ 18
	600 < D £ 800	16 ¸ 22
	800 < D £ 1000	18 ¸ 28
	1000 < D £ 1600	22 ¸ 42

Продолжение таблицы*

Материал прокладки	Диаметр аппарата, мм	Ширина прокладки, мм	Толщина прокладки, мм
ТРГ «Графлекc) не армированная с абтюретором	400<D£600	13,5	4;6
	600£D<1000	14
	1000£D<1500	15,5
	1500£D	17,5
ТРГ «Графлекc) армированная с абтюретором	400£D<600	13,5	2;3
ТРГ «Графлекc) армированная с абтюретором	600Х1000	14
ТРГ «Графлекc) армированная с абтюретором	400£D<600	13,5	3;4
ТРГ «Графлекc) армированная с абтюретором	600£D<1000	14

* Размеры прокладок приняты по техническим условиям, разработанными НПО «УНИХИМТЕК.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

Приложение 6

(Обязательное)

НОРМЫ И МЕТОДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ И ГЕРМЕТИЧНОСТЬ ФЛАНЦЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ПРОКЛАДКАМИ ИЗ ТЕРМОРАСШИРЕННОГО ГРАФИТОВОГО МАТЕРИАЛА «ГРАФЛЕКС»

1. Настоящее приложение распространяется на расчет фланцевых соединений с уплотнительными поверхностями «шип-паз» с прокладками из ТРГ«ГРАФЛЕКС».

2. Характеристики прокладок из ТРГ «ГРАФЛЕКС»* m, q_обж,.[q], приведены в табл. Модуль упругости прокладки E_п = 11,1q, где - удельное давление на прокладку при затяжке, МПа.

3. Коэффициент жесткости фланцевого соединения a определяется в соответствии с п. 4.1.

В связи с тем, что модуль упругости прокладки зависит от удельного давления на прокладку (q), то при определении a податливость прокладки определяется методом последовательных приближений следующем путем:

Предварительно определяется удельное давление на прокладку при затяжке по формуле:

, где (2)

Р_б- болтовое усилие для условий монтажа, определяемое по п.5.4.

При определении Р_б - коэффициент в первом приближении принимается равным единице.

Затем по формуле E_п = 11,1q определяется модуль упругости и по п. 3.3 податливость прокладки.

Если a получится больше единицы, то необходимо определить болтовое усилие Р_б1, по п.5.4. с полученным коэффициентом a и повторить определение q и Е. После этого вновь определить коэффициент a.

*Примечание. Характеристики прокладок представлены НПО «УНИХИМТЕК

Если при первом приближении коэффициент a получится меньше единицы, то при расчете фланцевых соединений коэффициент a принимается равным единице и дальнейшие приближения по определению a не требуются.

Тип и материал прокладки	Коэффициент m	Удельное давление обжатия прокладки q_обж, МПа	Допускаемое удельное давление [q], МПа
Прокладка ТРГ неармированная с обтюратором	2,0	4,0	200
Прокладка ТРГ армированная без обтюратора	2,5	4,0	120 при t=2 мм⁾ 100 при t=3 мм⁾
Прокладка ТРГ армированная с обтюратором	2,0	4,0	200
*⁾ толщина прокладки в свободном состоянии

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН НИИхиммашем, Укрниихиммашем, ВНИИнефтемашем

ИСПОЛНИТЕЛИ:

Рачков В.И., к.т.н.; Зусмановская С.И., к.т.н.; Гапонова Л.П.; Смольский К.В., к.т.н.; Заваров В.А.; Морозов В.Г.; Перцев Л.П., д.т.н.; Голубова Т.П.; Мамонтов Г.В., к.т.н.; Зейде И.Е.; Вольфсон Б.С.

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ листом утверждения Главного научно технического управления от 29.11.88 г.

3. ВЗАМЕН ОСТ 26-373-78, ОСТ 26-01-396-78, ОСТ 26-01-54-77.

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта, подпункта, перечисления, приложения
ГОСТ 481-80	3.2
ГОСТ 2208-75	3.2
ГОСТ 2850-80	3.2
ГОСТ 5632-72	3.2
ГОСТ 7338-77.	3.2
ГОСТ 9045-80	3.2
ГОСТ 14249-80	Приложение 1
ГОСТ 21631-76	3.2
ГОСТ 25859-83	9.3
ОСТ 26-01-64-83	Приложение 1
ОСТ 26-11-04-84	2.5, 5.3, 12.4.6
ОСТ 26-291-87	Вводная часть
ТУ6-05-810-76	3.2

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие требования. 1

2. Допускаемые напряжения. 3

3. Расчет вспомогательных величин. 4

4. Коэффициент жесткости фланцевого соединения. 6

5. Расчет нагрузок. 7

6. Расчет болтов (шпилек) 8

7. Расчет прокладок. 9

8. Расчет фланцев на статическую прочность*. 9

9. Расчет на малоцикловую усталость. 11

10. Расчет свободного кольца. 12

11. Требования к жесткости. 12

12. Расчет фланцевых соединений с контактирующими фланцами. 16

Приложение 1 Термины и обозначения. 20

Приложение 2 Коэффициенты линейного расширения. 21

Приложение 3 Крутящий момент на ключе при затяжке. 21

Приложение 4 Пример расчета фланцевого соединения. 22

Приложение 5 Пределы применения типов фланцевых соединений. 26

Приложение 6 Нормы и методы расчета на прочность и герметичность фланцевых соединений с прокладками из терморасширенного графитового материала «графлекс». 29