Новое поколение нефтяных аппаратов 2020

Применяются фланцы по стандарту ASME, под установку иностранных приборов и комплектующих.

Возможно применение фланцев с расчетом в виде ребристой обечайки с усиленным краем, как описано в работе Михайловского [13]. Такой подход позволит одинаково рассматривать ребристые оболочки корпуса и фланцев.

По ASME расчет выполняется по методу Уотерса, похожему на метод расчета Тимошенко. Метод Тимошенко изложен в его монографии по сопротивлению материалов (механике материалов).

Метод Михайловского имеет расчетную модель с описанием конструкции фланца, более соответствующей реальной конструкции. Метод михайловского применен в устаревшей нормативной методике [15] для расчета байонетных затворов горизонтальных автоклавов. Для расчета фланца по Михайловскому применяется теория ребристых оболочек, то есть обечайки с укрепленным краем. По методу Уотерса фланец делится на круглую пластину (тарелка фланца по наименованию из ГОСТ), коническую втулку и цилиндрический патрубок. Элементы рассчитываются отдельно и рассчитываются условия в зоне их сопряжения. Метод Уотерса по теоретическому подходу уступает методу Михайловского по мнению автора, однако, метод Михайловского требует специальной адаптации к расчету фланцев. В связи с тем, что Михайловский не применил свой метод к расчету фланцев, его теория в книге останется не востребованной в том числе из-за появления расчетов методом конечных элементов. Байонетные затворы в настоящее время рассчитывают методом конечных элементов, а не по методике Михайловского. В работе Макарова [16] изложены основные геометрические пропорции байонетных затворов, которые можно использовать в качестве исходных данных при расчете и определении точной геометрии затвора в пакете МКЭ.

Расчетная схема фланца, приведенная в работе В.В. Новожилова, К.Ф. Черныха, Е.И. Михайловского [13,с.557]:

Расчетная схема Михайловского по-видимому более корректна по сравнению со схемой Уотерса.

Отдельным вопросом является требование норм о несовпадении отверстий под болты во фланцах с главными осями аппарата.

Рассмотрение изгиба фланцевых соединений приведено в работе Волошина [21]. Волошин показал наличие главной оси изгиба фланца и её положение относительно осей симметрии фланца.

Можно сделать вывод, что при совпадении главной оси изгиба фланца с осью симметрии фланца, максимальный момент от усилия в болтах будет при несовпадении осей отверстий под болты с главными осями (осями симметрии) аппарата. Например, для фланца с 4 отверстиями, при совпадении оси изгиба с осью симметрии фланца, максимальный момент от болтов будет при их расположении с поворотом фланца на 45 градусов относительно осей симметрии аппарата.

Ранее в литературе по расчету и конструированию аппаратов данный вопрос не рассматривался.

Вместе с тем, Вихман [4] указывает о преимущественном применении шпилек во фланцевых соединениях, так как усилия в болтах в 1,3 раза выше по сравнению с усилиями в шпильках. Отметим, что в нормах для высоких температур указывается о стягивании фланцев только шпильками.

Фланцы должны рассчитываться методом конечных элементов с использованием сетки, построенной на трехмерных конечных элементах. Так получатся наиболее обоснованные и точные результаты.

Хомутовые (скобовые) затворы применяются в основном для газового оборудования.

Конструкция и примеры расчета фланцев и элементов хомутового затвора на примере камер узлов очистки полости газопроводов приведены в работах [17], [18]. В хомутовых затворах применяются металлоемкие фланцы с привалочной поверхностью, выполненной под углом к вертикали. Полухомуты за счет давления через ответные наклонные привалочные поверхности создает усилие стягивания фланцев и сжатия прокладки в канавке типа «ласточкин хвост». Особенностью конструкции полухомутов является скос или специальная заходная фаска на торце, препятствующая задирам при движении полухомута по поверхности фланца. Для фланцевого узла хомутового затвора можно выполнить попытку оттачивания геометрии на основании результатов теории оболочек и сделать расчет методом конечных элементов с целью снижения металлоемкости.