Болтовое фланцевое соединение Советский патент 1992 года по МПК F16L33/02 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для болтового фланцевого соединения узлов и даталей, работающих в условиях циклического изме- нения температуры среды под давлением, в частности во фланцевом соединении деталей арматуры паронагнетательной скважины.

Целью изобретения является повыше- ние долговечности, герметичности и надежности соединения в условиях циклического изменения температуры среды под давлением путем поддержания заданных напряжений в материале болтов и гаек.

На чертеже изображено болтовое фла це,вое соединение с частичным вырезом фланцев по одному из отверстий,

Болтовое фланцевое соединение содержит фланец 1 и фланец 2, между которыми в канавках установлен уплотнительиый элемент 3. Фланцы 2 и 1 соединяются между собой с помощью гаек 4 и болтов 5, пропущенных через отверстия во фланцах. Гайки 4, головки болтов 5 и отверстия во фланцах 1 и 2 составляют коническое соединение. Угол конуса конического соединения определяют из соотношения

о.

где ( конического соединения сопрягаемых деталей: гаек 4, головок болтов 5 и отверстий во фланцах, град.;

Од - диаметр большего основания конуса в отверстиях фланцев 1 и 2, мм.;

I - расстояние между крайними точками торцовых поверхностей фланцев 1 и 2, мм.

Усилие предварительной затяжки гаек рассчитывают по известным методикам для случая работы болтового фланцевого соеди- нения в нормальных температурных условиях (20°С), с созданием напряжений в элементах соединения в пределах 127-172 МПа.

Герметичность соединения в нормаль- ных температурных условиях обеспечивает- ся за счет использования накопленной энергии упругой деформации вследствие растяжения болтов 5 при затягивании гаек 4.

При прогреве фланцев 1 и 2 одновременно с увеличением их осевых размеров происходит увеличение их радиальных размеров. Диаметр отверстий во фланцах при их нагреве увеличится на некоторую величи-

ну.

В результате термического увеличения диаметра отверстий во фланцах 1 и 2 еще холодные головки болтов 5 и гаек 4 как бы

провалятся , так как их диаметры относительно отверстий станут меньше. Для того, чтобы напряжения в деталях соединения оставались первоначально заданными, осевое перемещение торцов фланцев 1 и 2 должно компенсироваться осевым перемещением головок болтов 5 и гаек 4,

В начальный период прокачивания теплоносителя при перегреве фланцев 1 и 2 относительно болтов 5 и гаек 4 напряжения в деталях фланцевого соединения, если пренебречь силами трения в коническом соединении, останутся без изменения, т.е. заданными в момент крепления гаек 4.

На втором этапе прогревания болтов- ого фланцевого соединения при прогреве болтов 5 и гаек 4 до рабочей температуры болты начинают увеличивать свою длину.

Однако контактные напряжения в материале уплотнительного элемента 3 неослаб- нут, так как одновременно с термическим удлинением болтов будут увеличиваться диаметры гаек 4 и головок болтов 5.

В установившемся температурном режиме поддержание необходимых контактных напряжений между уплотнительным элементом 3 и канавками фланцев 1 и 2 будет обеспечиваться за счет использования накопленной энергии растяжения в болтах 5 при креплении гаек 4 и заданным моментом.

При резком охлаждении болтового фланцевого соединения изнутри, например, в случае аварийной закачки в скважину жидкости глушения - воды с температурой 20°С фланцы 1 и 2 будут остывать значительно быстрей, чем болты 5 с гайками 4.

Вследствие термического сокращения расстояние между крайними точками торцовых поверхностей фланцев 1 и 2 уменьшится. , . . . : : . .

Однако контактные напряжения в материале уплотнительного элемента 3 не ослабнут, так как одновременно с термическим сокращением расстояния между фланцами уменьшается и диаметры конических отверстий во фланцах.

Если возникает необходимость конст руктивного выполнения болтового фланцевого соединения путем ввертывания болта 5 непосредственно в резьбовое отверстие во фланце2, например, если фланец 2 является корпусом, возникает частный случай, когда в болтовом фланцевом соединении будут не два конических соединений головка болта- отверстие и гайка-отверстие, а одно: головка болта-отверстие. В этом случае угол конуса на головке болта 5 и отверстия во фланце 1 определяется из соотношения;

to.

р DA 2 2h . где И - расстояние от крайней торцовой поверхности фланца 1 до первого рабочего витка резьбы в отверстии фланца.

: Данное устройство позволяет автоматически поддерживать заданные контактные напряжения в месте контакта уплотнитёльного элемента 3 с канавками фланцев 1 и 2 при циклическом нагреве и охлаждении и при любом режиме прокачивания теплоносителя, что позволяет повысить надежность работы фланцевого соединения в целом.

Формул а и з о б р е т е н и я

Болтовое фланцевое соединение, ср- ДержаЩее фланцы с коническими отверстиями под ответные конические поверхности болтов и гаек, канавками под уплотнитель- ный элемент и уплотнительный элемент, от-

личающееся тем, что, с целью повышения долговечности, герметичности и надежности в условиях циклического изменения температуры и давления среды за счет поддержания заданных напряжений в теле болтов, головки болтов и гайки имеют коническую поверхность, а на фланцах отверстия выполнены с конической поверхностью, сопряженной с упомянутой поверхностью болтов и гаек, причем угол конуса этих поверхностей, определяется из соотношения

р DA

где р-угоп конуса конической поверхности сопрягаемых деталей;

DA -диаметр большего основания конуса в отверстиях фланцев;

I - расстояние между крайними точками торцовых поверхностей.

tg

Изобретение м.б. использовано в болтовых фланцевых соединениях, работающих в условиях циклического изменения т-ры среды под давлением. Цель изобретения - повышение долговечности, герметичности и надежности соединения за счет поддержания заданных напряжений в теле болтов. Между фланцами 1,2 в канавках установлен уплотнительный элемент 3. Фланцы соединены между собой гайками 4 и болтами 5, головки которых имеют коническую поверхность. На фланцах 1,2 отверстия выполнены с конической поверхностью, сопряженной с поверхностью болтов 5 и гаек 4. 1 ил. Ч